秸秆气化的设备及工艺原理

  秸秆气化的设备根据气化原理的不同可分为多个种类。下吸式固定床气化炉因具有结构相对比较简单，工作稳定性高，可随时加料并且气体中的焦油含量少等优点，适宜气化木材和农作物秸秆，和其他气化方法相比更适合我国目前的生物质原料条件，而且这种设备投资并不大，一般一次性投资60万元就可以供气。操作便捷，因此这种设备在我国应用最为广泛。可安置在1000户左右的村子里。

  下吸式秸秆气化供气系统主要由原料处理系统、秸秆气化机组、储气系统和燃气输送系统组成，把普通秸秆制成可燃气的奥妙就在其中。下面我们按照典型的设备机组和制气的流程来看一看秸秆气到底是怎样产生的。

  对于秸秆等生物质原料的处理过程格外的简单，把秸秆风干后，再根据气化设备的具体实际的要求，截取成适当尺寸的原料即可。

  瓣准的下吸式固定床气化设备包括气化炉，旋风除尘器，冷却器，过滤器，分离器等进化设施以及罗茨风机和储气设备。

  气化炉就是热解气化的反应装置，它也是秸秆气化的核心设备。秸秆气就在气化炉中产生。

  首先秸秆等生物质原料从炉口投入炉内，空气可以由顶部进入，也可在喉管区加入，气化剂与物料混合向下流动，在高温喉管区发生气化反应。炉内的物料自上而下分为干燥层、裂解层、氧化层和还原层。

  在干燥层中，秸秆原料受热后蒸发出水分，其热量来源于炉内反应热。下吸式气化炉干燥层的温度一般在100-300℃之间。

  随后，干物料同水蒸汽及气化剂一同进入热分解层，在该层内秸秆发生裂解反应，其挥发分溢出，固定碳和少量没有反应的干物料留在其中。该区的温度一般在400-600℃之间。

  然后碳和干物料及其它产物，进入氧化层，发生燃烧反应。其中，一部分焦油在高温下裂解，因而下吸式气化炉气化后焦油较少。氧化层的温度为900-1100℃，碳和氧结合生成完全氧化产物二氧化碳或不完全氧化产物一氧化碳。

  之后，氧化层的产物及没有反应的碳进入还原层，由于还原层已没有氧气存在，上层反应产物中的一氧化碳及水蒸汽同碳发生还原反应，生成大量可燃性气体一氧化碳和氢气。

  在还原反应后，产生的热气体经过与物料换热后进入净化系统。这时气体的主要成分有一氧化碳、氢气、二氧化碳、甲烷、水蒸汽、氮气及少量的焦油和灰分，这里面已经具有相当多的可燃性成份。不过，从气化炉中产出的气化气要经过严格的净化处理才能作为民用燃气。

  秸秆气化机组中的旋风除尘器、喷淋净化器、分离器和过滤器都是系统中的进化设施。气化气的净化过程主要是除去其中的固体颗粒、灰分、可冷凝物及焦油，从而得到适合家庭使用的洁净燃气。

  旋风除尘器是主要的除尘设施，气化气在旋风除尘器中旋转流动，产生高速气旋，气流中的颗粒可以受到几千倍于重力的离心力，除尘器可以把5微米以上的颗粒和杂质分离下来。

  对于小于5微米的微粒将进入喷淋净化器采用湿法分离。喷淋净化是其中较为常见的方法。当气体进入时，喷淋设备用雾化喷嘴将液体雾化成细小液滴，气体是连续相与之逆流运动。气体与它接触时，大于1微米的微粒就被捕集下来，进而达到净化的目的。

  除了灰尘颗粒外，焦油也是必须被尽量除去的物质。喷淋净化除了可除去灰尘外，也可除去一部分的焦油，但做到这些还是不够。接下来就是专门除去焦油的设备--分离器。分离器中使用粉碎的玉米芯或活性碳等具有特别强吸附性的材料，当气流穿过时其中的焦油就被会滤出来，这时的气体可以说是比较洁净了。

  不过经过了旋风除尘和喷淋净化后，气流中还含有小于1微米的微粒，过滤器的作用就是去除这些更小的颗粒。过滤分离利用多孔体从气体中除去分散固体颗粒，由于惯性碰撞、拦截、扩散等以及静电力、重力等的作用，使悬浮于流体中的固体颗粒就能沉积于多孔体表面或容纳于多孔体中了。过滤分离可将1-0.1微米的微粒有效地捕集下来，这就是各种分离方法中分离效果最好的一种。

  经过上述的这些设备之后，气化气已完全达到了民用燃气的标准，可通过罗茨风机将其送入储气设备中。罗茨风机是整个制气系统的动力源，它很重要，和人体中的心脏功能类似，气化炉反应产生的可燃气就是在罗茨风机的抽力下运动并最终进入储气设备的。在罗茨风机后安装水底器和气体监测管，这都是很重要的辅助设备。下吸式秸秆气化机组的设备就介绍完了，了解这些设备的作用，对掌握秸秆气化原理，更好的运用秸秆气化技术有很大的帮助。

  湿式又称水封储存法，即气化气在储气罐的上部，下部即以水封住，防止气体逸出。当气罐中的燃气被使用时，可活动的部分以自身重力将燃气不断压出。其中内部压强不大，所以要较大的贮存空间，设备投入较大。另外，湿式还有一点较大的限制，由于它由水来封存，所以在罐体气温低于零度时便不能工作，在北方应用需要建在室内，否则冬季不能运行。

  干式气罐相比之下有一定的优势。气体直接被压入储气罐中，罐中一般具有4倍于大气压的压强，当燃气被使用时，它自身的气压就可以把燃气输送出去。干式不仅受外界温度条件影响小，而且配套设施价格相对较低，因此比湿式应用范围更广。

  燃气输送至外管网，可采用水、煤气钢管和PE管两种，前者造价低，PE管造价高但寿命长，各地农村能够准确的通过当地条件，有选择的安装。一般农户家里要使用镀锌管，并配煤气表，由于秸秆气热值低，因而输送管网直径比城市用的煤气大。

  根据不一样的地区原料条件的差异，科研人员又因地制宜，在标准下吸式固定床气化炉的基础上开发出各种实用性很强的气化设备。

  这种连续干熘水煤气法也属于下吸式固定床气化炉的一种。与上面介绍的下吸式气化炉不同之处在于，这种设备的制气工艺是正压式连续干馏水煤气工艺技术。在气化反应中，除进行缺氧燃烧气化反应外，由于炉体结构借鉴了二段式煤气发生炉，因此在气化反应的同时产生富含甲烷等热值很高的干馏气。与此同时在气化过程中用炉体自身冷却水产生的蒸汽和空气作为气化剂，蒸汽的介入使炉内产生水煤气反应，所以燃气热值高，可以大范围的应用于人们日常生活，供热采暖以及工业炉窑等。整套设备投资比较少，一次性投资二是几万就可以建成给上百户人家供气的设备。可以说实用价值高，特别适合于人口数量较少的中小型村落应用。

  这是一种综合利用生物质的技术路线，在普通下吸式固定床气化炉设备的基础上添加专用于生产木炭的设备。这种技术路线主要以木屑为原料，不仅能生产出优于城市煤气的可燃气，而且还可以产出可直接出售的优质木炭和木焦油。所以以这种技术兴建的气化工程有着非常明显的经济效益。产生出的可燃气热值高，无杂质，是一种清洁优质的燃气，作为民用燃气非常理想，并且使用的原料广泛，任何生物质都可当作原料。不过这种秸秆气化技术投资比较高，全套设备投入需要100多万元。这种技术路线很适合在林区等有着非常丰富的木质原料的地区使用。