生物质成型燃料热解气化在锅炉中的应用研究
生物质燃烧与气化的特性研究
生物质燃烧与气化的特性研究生物质是指来自植物、动物等生物的有机物质，如木材、稻草、秸秆、麻棕等。
生物质资源丰富，是可再生能源的主要来源之一。
研究生物质燃烧与气化的特性，对于利用生物质资源进行能源化利用、减少化石能源的使用、降低燃烧排放物的产生等具有十分重要的意义。
1. 生物质燃烧的特性生物质燃烧是指将生物质燃料在氧气存在下进行燃烧反应，释放出能量的过程。
生物质燃烧的基本反应式为：生物质 + 氧气→ 二氧化碳 + 水 + 能量。
生物质燃烧的特性主要包括：热值、燃烧过程、燃烧产物等。
（1）热值。
生物质燃料的热值是指燃烧单位质量生物质所释放出的能量，通常用单位重量（kg或g）的生物质所产生的热能（MJ/kg或kJ/g）表示。
生物质燃料的热值较低，燃烧时需要大量的空气才能达到理论燃烧。
（2）燃烧过程。
生物质燃烧的过程受到许多因素的影响，如燃烧空气比、燃料质量、燃料湿度等。
在不同的燃烧环境下，生物质燃料的燃烧速率和燃料消耗率也会发生变化。
（3）燃烧产物。
生物质燃烧过程中会产生多种气态和固态产物，其中包括二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、颗粒物等。
这些燃烧产物对于环境和人体健康都有着一定的影响，因此需要对生物质燃烧产物进行有效的监测和控制。
2. 生物质气化的特性生物质气化是指将生物质燃料在氧气缺乏的情况下进行燃烧反应，生成气体燃料的过程。
生物质气化的基本反应式为：生物质 + 气化剂→ 一氧化碳 + 氢气 + 二氧化碳 + 热能。
生物质气化的特性主要包括：气化产物、气化速率、产物热值等。
（1）气化产物。
生物质气化过程中会产生一氧化碳、氢气、二氧化碳、甲烷等气体，其中一氧化碳和氢气是主要的可燃气体成分。
（2）气化速率。
生物质气化的速率受到气化温度、气化剂、燃料质量等多种因素的影响。
通常情况下，生物质气化的速率较燃烧速率慢，需要一定的时间才能完全气化。
（3）产物热值。
生物质气化产生的气体燃料具有较高的热值，可以作为热能和动力能源的供应。
生物质能利用技术的研究和应用
生物质能利用技术的研究和应用生物质能是一种非常重要的清洁能源，它不仅可以替代传统的化石燃料，而且还能够减少环境污染和碳排放。
自20世纪80年代以来，生物质能利用技术一直受到广泛的关注和研究，不断涌现出新的解决方案和应用。
本文将介绍一些最新的研究成果以及生物质能利用技术在不同领域中的应用。
一、生物质能的来源和特点生物质能是一种由植物、动物、微生物等生物体生产的有机物质，如木材、秸秆、麦草、压缩木块等。
生物质能利用技术就是将这些生物质能源转化为可用的能量，以满足人们的能源需求。
与传统的化石能源相比，生物质能有以下几个特点：1. 可再生性：生物质能是一种可再生的能源，可以不断地生产和使用，不会造成资源枯竭。
2. 低碳排放：生物质能的燃烧过程中会产生CO2，但这些CO2来自于植物在生长过程中吸收的空气中的CO2，与使用化石能源所产生的CO2相比，生物质能的碳排放量要低得多。
3. 适用范围广：生物质能可以用于发电、加热、热水供应、燃料等多种场合，而且可以与传统的能源相互补充，以提高能源的利用效率。
二、生物质能利用技术的研究进展1. 生物质能的化学转化：生物质能的化学转化是将生物质能源通过化学反应转化为燃料和化学原料的过程。
目前，生物质能的化学转化主要有生物质热解、生物质气化、生物质液化、生物质发酵等几种方法。
其中，生物质热解是将生物质在高温下分解为固体炭、液体物质和气态物质的过程；生物质气化是将生物质在高温下与氧气和水蒸气反应，产生一种称为合成气的可燃性气体；生物质液化是将生物质在高温下与液体催化剂反应，生成一种称为生物质液体的燃料；而生物质发酵则是将生物质通过微生物的作用转化为乙醇、丁醇等发酵产物。
2. 生物质能的热力学转化：生物质能的热力学转化是将生物质能源通过燃烧转化为热能的过程。
目前，生物质能的热力学转化主要有生物质直接燃烧、生物质间接燃烧、生物质混燃等几种方式。
其中，生物质直接燃烧是将生物质直接用作燃料进行燃烧，产生热能；生物质间接燃烧是将生物质通过热力学转化后再燃烧，如将生物质热解生成的液体燃料用作燃料；而生物质混燃则是将生物质与传统的燃料混合使用，以提高燃烧效率和减少环境污染。
生物质的快速热解及热解机理研究
生物质的快速热解及热解机理研究生物质是一种可再生的能源资源，其快速热解技术在能源利用和环境保护方面具有重要意义。
本文将探讨生物质的快速热解及其热解机理研究。
快速热解是一种高温、短时间内对生物质进行加热分解的过程，通过这一过程可以得到液体燃料、气体燃料和固体炭等有用的产物。
快速热解技术在能源转化和减少碳排放方面具有重要的应用价值。
生物质的热解机理是指生物质在高温下发生化学和物理反应的过程。
热解过程中，生物质中的纤维素、半纤维素和木质素等主要成分会发生热解反应，产生液体、气体和固体产物。
热解反应主要包括干馏、裂解、气化和炭化等过程。
干馏是指在缺氧或低氧条件下，生物质中的挥发性物质被释放出来。
这些挥发性物质主要包括水、酸、醛、酮等。
干馏是生物质热解的第一步，对于液体和气体产物的生成具有重要影响。
裂解是指在高温下，生物质中的高分子化合物被断裂为低分子化合物。
裂解过程中，纤维素和半纤维素会分解为糖类、酚类和醇类等低分子化合物。
木质素则会分解为苯酚类和芳香烃类化合物。
裂解反应是生物质热解的关键步骤，对于液体和气体产物的生成具有重要影响。
气化是指生物质在高温下与气体反应生成气体的过程。
气化过程中，生物质中的碳水化合物被分解为一氧化碳和氢气等气体产物。
气化反应是生物质热解的重要环节，产生的气体可用于发电、供热和合成化学品等领域。
炭化是指生物质在高温下失去挥发性物质，生成固体炭的过程。
炭化过程中，生物质中的无机物质也会得以保留，形成矿物质残留物。
炭化反应是生物质热解的最终阶段，产生的固体炭可以用作燃料或其他工业用途。
研究生物质的快速热解及热解机理对于提高生物质能源的利用效率和减少环境污染具有重要意义。
研究人员通过实验和数值模拟等手段，探索不同反应条件下生物质热解的机理和影响因素。
研究结果表明，反应温度、反应时间、生物质种类和粒径等因素对于热解产物的种类和产率有重要影响。
在实际应用中，快速热解技术可以将农林废弃物、城市固体废弃物和能源作物等生物质资源转化为有用的能源产品。
生物质气化技术在能源转换中的应用优化
生物质气化技术在能源转换中的应用优化生物质气化技术在当前的能源转换领域中正逐渐成为备受关注的研究热点。
作为一种可再生的能源形式，生物质气化技术具有潜在的巨大市场价值和环境利益，因此其在能源转换中的应用优化备受关注。
一、生物质气化技术的基本原理生物质气化是通过在高温、高压和缺氧环境下将生物质转化为可燃性气体的一种技术。
生物质气化过程主要包括干馏、热解和气固两相反应，其中干馏主要指在400-500摄氏度的温度下，生物质中的挥发性成分被释放出来，生成液体和气体产物，而热解则是指在600-800摄氏度的温度下，生物质中的碳成分被分解生成固体碳和气态产物。
二、生物质气化技术在能源转换中的应用现状目前，生物质气化技术已经在各个领域得到广泛应用，比如在电力生产、热能生产和生产化学品等方面。
以电力生产为例，生物质气化技术可以将生物质转化为合成气体，再通过气体轮机或内燃机发电，实现了能源的高效利用。
在热能生产方面，生物质气化技术可以将生物质转化为燃气或燃油，用于供热或供暖。
此外，生物质气化技术还可以生产生物质液体燃料、化学品等，为替代石油提供了可行的途径。
三、为了进一步提高生物质气化技术在能源转换中的效率和环境友好性，需要从技术、经济和环境等方面进行优化。
首先，在技术方面，可以通过设计和改进气化炉、改进气化剂配比、优化生物质预处理等手段，提高生物质气化的产气率和气质量，降低气化过程中的能耗和反应时间。
此外，还可以引入新型反应器、提高反应温度和压力等技术手段，进一步提高生物质气化技术的效率。
其次，在经济方面，可以优化生产成本、提高投资回报率，以提高生物质气化技术的市场竞争力。
通过合理设计生产工艺、降低生产能耗、提高产物利用率等手段，可以降低生物质气化技术的生产成本，提高其经济效益。
再次，在环境方面，可以减少气化过程中的污染物排放，提高生物质气化技术的环境友好性。
通过配备燃烧控制系统、进行废气处理等措施，可以有效降低生物质气化过程中的氮氧化物、二氧化碳等温室气体排放，减少对环境的影响。
生物油的制备及其应用研究
生物油的制备及其应用研究一、引言生物油指的是通过生物质材料转化而成的液态燃料，具有低排放、可再生、替代化石能源等优点，因此受到广泛关注。
本文将在介绍生物油的制备方法的同时，探讨其在能源、化工、农业、医药等领域的应用研究。
二、生物油的制备方法1. 热解法热解法是指将生物质材料在高温下加热，使其分解成为可燃性气体和液态燃料。
目前最主要的热解方法是快速热解（pyrolysis），其特点是反应时间短、产物分布广、适用范围广。
优点在于生产设备简单、产品分布可控、产物质量稳定，但对原材料要求高。
2. 生物质气化法气化法是指利用空气、氮气或蒸气将生物质材料分解成一系列气体和液态燃料。
该方法最为广泛使用的是空气气化法（air gasification），该方法易于操作，实施成本低，但产物中含有大量氮气，使燃烧效率低。
3. 生物质液化法液化法是指将生物质材料溶解在溶剂中，形成含有大量氢气的混合物。
常用的液化剂有水、生物质油和有机溶剂。
该方法适用范围广，能使材料得到高度利用，但存在成本高的问题。
三、生物油的应用研究1. 能源领域生物油因其可再生、低排放、代替化石能源等优秀的性能，在能源领域的应用研究十分广泛。
生物油可以用来代替化石油，用于发电、工业蒸汽锅炉燃料、船舶燃料、温室暖气等领域。
根据研究显示，生物油的热值和燃烧效率与石油类似，同时具有更低的硫含量和碳排放量，对环境污染更少。
2. 化工领域生物油在化工领域的应用主要体现在生产润滑油、塑料、化妆品等方面。
研究发现，生物油可以用来生产生物基润滑油，具有可再生性和低污染性，同时可以降低石油对环境的影响。
生物油还可以被用来替代石油在合成塑料的生产中。
由于生物油的含氧量高，故可以在合成过程中减少酸值，并且生物塑料的在环保方面具有优势。
3. 农业领域生物油在农业领域的应用主要体现在作为农业燃料和农业化肥等方面。
生物油可以应用于农业种植中，作为农业燃料可以代替柴油，减少大气污染；作为生物肥料，生物油的氮素和磷酸盐成分可以为作物提供良好的养分，对于农作物的生长有积极的作用。
生物质热解气化技术应用领域
生物质热解气化技术应用领域生物质热解气化技术是一种将生物质原料转化为可再生能源的技术。
它通过加热生物质，在无氧或低氧条件下使其分解产生可燃气体，如合成气和油烟等。
这项技术具有广泛的应用领域，下面将从能源领域、环境保护和农业利用等方面进行介绍。
在能源领域，生物质热解气化技术可以用于生产可再生能源，如生物质气体和生物燃料。
生物质气体可以作为替代天然气的能源供应，广泛应用于发电、供暖和工业生产等领域。
生物燃料可以用作替代传统石油燃料的能源，用于汽车和船舶等交通工具，减少对化石能源的依赖，降低碳排放。
在环境保护方面，生物质热解气化技术可以有效处理生物质废弃物，如农作物秸秆、木屑和食品残渣等。
这些废弃物通常会被焚烧或填埋，造成环境污染和资源浪费。
通过热解气化技术，这些废弃物可以被转化为有用的能源，减少对自然资源的开采，同时还能减少二氧化碳等有害气体的排放，有利于环境保护。
在农业利用方面，生物质热解气化技术可以将农作物秸秆等农业废弃物转化为有机肥料。
传统的农作物秸秆通常会被焚烧或直接丢弃，造成了资源的浪费。
而通过热解气化技术，这些废弃物可以被转化为有机肥料，用于土壤改良和农作物生长，提高农田的产量和质量。
生物质热解气化技术还可以应用于木材加工、生物医药和生物化工等领域。
在木材加工方面，生物质热解气化技术可以将木材废弃物转化为有用的能源和化工原料。
在生物医药和生物化工领域，生物质热解气化技术可以利用生物质原料提取药物和生物活性物质，开发新型的生物医药和化工产品。
生物质热解气化技术具有广泛的应用领域。
它可以为能源领域提供可持续发展的能源供应，同时也可以解决环境污染和资源浪费等问题。
随着技术的进一步发展和创新，相信生物质热解气化技术将在更多领域发挥重要作用。
生物质热解气化技术研究与设备进展
技术简介
(CO2)
O2
吸收二氧化碳（CO2）
光合作用
气 化
释 放
设
二
备
氧 化
释
灰（做肥料）
碳
放
出
高品质能源
氧 气
（电、热、气等）
（
二氧化碳零排放
有效避免碱金属对锅炉等设备的腐蚀
）
用 户
气化原理 气化过程 工艺过程 燃气用途
干燥
热解
氧化
还原
技术简介
气化原理
(CO2)
O2
吸收二氧化碳（CO2）
光合作用
已经初步形成了气 化基础理论系统。
生物质燃气与终端利用设备耦合
生物质燃气与终端利用设备耦合是生 物质气化燃气利用的关键技术，主要原因 是生物质气体的品质难以满足相关设备的 运行要求。
相关技术尚存在许多不足之处。
12
技术研究
2.2前沿研发与技术创新
前沿研发领域
技术创新
生物质气化系统中焦油的净化 如何提高生物质气化燃气的品质 如何提高生物质气化燃气的热值
生物质气化制取清洁的可燃气体 替代燃油、天然气等化石能源 用于供气、供热、发电、工业供能等。
技术简介
分类
运行方式
固定床 流化床
气化炉类型
原料种类 粒度/mm 气化温度/℃ 气化效率％ 气化强度/[kg/m2.h]
应用领域
上吸式 下吸式 横流式 开心式 单流化床 双流化床 循环流化床 携带床
上吸式固定床
用炉灶燃烧技术 锅炉燃烧技术 生物质与煤的混合燃烧技术等
热热化化学学转转化化
生物生质物气质化气化 干馏干馏 快速快热速解热液解化液技化术技术
燃气√
生物质气化技术的研究现状
生物质气化技术的研究现状生物质气化技术是一种利用生物质原料，通过热解或部分氧化反应，将生物质转化为可燃气体的技术。
这种技术具有环保、可再生等优点，因此在能源领域备受关注。
本文将对生物质气化技术的研究现状进行介绍，并探讨其在能源领域的应用前景。
目前，生物质气化技术的研究已经取得了一定的进展。
在气化原理方面，学者们对生物质气化的反应机理进行了深入研究，揭示了生物质气化过程中的热解、部分氧化和还原反应等基本原理。
在反应设备方面，已经开发出了多种不同类型的生物质气化装置，包括固定床气化炉、流化床气化炉、旋转窑气化炉等。
这些设备在实验室和工业中得到了广泛应用，为生物质气化技术的研究和开发提供了技术支持。
与此生物质气化技术在能源领域的应用也逐渐得到了重视。
生物质气化可以生产出一种称为生物质气的可燃气体，其中主要成分为一氧化碳、氢气和甲烷等，可以作为燃料直接供给燃气锅炉、内燃机等能源设备使用。
生物质气化还可以通过一系列气体净化和转化工艺，生产出合成天然气（SNG）、合成液体燃料（GTL）等产品，用于替代传统石油天然气产品。
生物质气化技术仍然面临一些挑战和问题。
生物质气化过程中产生的气体含有一定量的杂质和灰分，需要进行气体净化和除灰处理，以满足燃气的质量要求。
生物质气化装置的设计和运行参数对气化产物的组成和产量有着重要影响，需要进一步优化和改进。
生物质气化技术的经济性和可持续性也需要进一步研究和评估。
为了进一步推动生物质气化技术的发展，未来的研究方向可以从以下几个方面展开。
需要进一步深入了解生物质气化的反应机理和气化产物的特性，为气化过程的优化设计提供科学依据。
可以通过改进气化反应设备和工艺参数，提高气化产物的质量和产量，降低气化过程的能耗和成本。
还可以结合生物质气化技术与其他能源利用技术，如焚烧、气体化和发酵等，形成多能互补的能源利用系统，提高生物质资源的综合利用效率。
生物质气化技术是一种具有广阔应用前景的能源转化技术，通过不断的研究和改进，相信生物质气化技术将能够更好地为我国的能源结构调整和节能减排工作做出贡献。
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江 西 师 范 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Jo u rn a l of Jia n g xi N o rm a l U n iv e rs ity (N a tu ra l Science)
V o l.41 N o .5 S e p .2017
气 化 剂 ，通 过 热 化 学 反 应 （热 解 、氧 化 、还 原 等 反 应 ）， 将 生 物 质 燃 料 转 化 为 可 燃 气 的 过 程 [5]. 堆 积 密 度 对 生 物 质 燃 料 的 热 解 气 化 过 程 有 很 大 影 响 [79]，未 成 型 的 生 物 质 燃 料 由 于 本 身 的 密 度 小 ，在 热 解 气 化 过 程 中 挥 发 分 迅 速 析 出 ，难 以 形 成 稳 定 的 物 料 反 应 层 . 生 物 质 成 型 燃 料 经 高 压 形 成 ，其 密 度 远 大 于 原 生 物 质 ， 挥 发 分 的 溢 出 速 度 与 传 热 速 度 均 有 所 降 低 ，易 形 成 稳 定 的 气 化 层 ，有 利 于 热 解 气 化 过 程 的 完 全 进 行 .
文 章 编 号 ：100()-5862 (2017)05-0441 -06
生物质成型燃料热解气化在锅炉中的应用研究
简 弃 非 ，魏 炫 坤 ( 华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510640)
摘 要 ：研 究 了 供 热 锅 炉 专 用 的 生 物 质 成 型 燃 料 3 室 热 解 气 化 炉 运 行 和 输 出 功 率 特 性 .3 室 气 化 炉 底 部 进 气 炉 排 设 置 有 左 、中 、右 3 个 不 同 方 向 的 气 流 通 道 ，气 化 剂 经 过 炉 排 喷 向 燃 料 时 形 成 3 向 进 风 ，对 燃 料 形 成 扰 动 避 免 堆 积 . 以 空 气 - 水 蒸 气 （体 积 比 7 3 ) 为 气 化 剂 ，热 解 可 燃 气 中 的 氢 气 含 量 较 空 气 气 化 方 式 得 到 了 提 升 ，对 试 验 用 6 t 供 热 锅 炉 系 统 采 用 S N C R 进 行 N ( \ 脱 除 ，喷 入 质 量 分 数 为 1 5 % 的 尿 素 溶 液 ，N (:\脱 除 效 率 达 8 5 % ，排 放 烟 气 中 N ( \ 含 量 1 1 1 m g - m - 3 ,满 足 排 放 要 求 . 关 键 词 ：生 物 质 成 型 燃 料 ；热 解 气 化 ； 向 进 风 ；S N C R ; N ( \ 脱除 中 图 分 类 号 ：T K 6 文 献 标 志 码 ： A DOI：10.1 6357/ki.issnl000-5862.2017.05.01
2 热解气化炉的结构
1 生物质成型燃料热解气化
生 物 质 燃 料 的 热 解 气 化 通 常 以 空 气 、水 蒸 气 为
3 室 热 解 气 化 炉 的 进 料 室 、热 解 气 化 室 、热 解 气 与 2 次风混合室按功能不同分别布置在3 个区域. 图 1 为 3 室 生 物 质 气 化 炉 的 结 构 及 外 观 示 意 图 ，图
当 以 空 气 为 气 化 剂 时 ，由 于 N 2 不 参 与 热 解 气 化 ，使 产 气 中 含 有 5 0 % 左 右 的 N 2,对 产 气 热 值 造 成 影 响 . 产 气 热 值 约 为 5 M j •m 3[8]. 3 室 热 解 气 化 炉 气 化 过 程 中 加 人 一 部 分 水 蒸 气 ，体 积 比 例 为 空 气 7 0 % 、水 蒸 气 3 0 % . 水 蒸 气 在 气 化 过 程 中 可 以 释 放 出 一 部 分 氧 气 ，减 少 了 空 气 消 耗 量 ，一 定 程 度 上 减 少 N 2所 占 的 比 例 ，同 时 水 蒸 气 与 生 物 质 反 应 ，提 高 了 产气中氢气含量.水蒸气进人热解气化室中处于热 解 气 化 产 生 的 细 小 颗 粒 物 黏 结 成 较 大 颗 粒 物 ，可 减 少 进 人 炉 膛 燃 烧 的颗粒物含量.
0 引言
生物质热解气化是一种合理利用生物质能源的 有 效 方 法 ，从 热 解 气 化 炉 的 研 究 现 状 来 看 ，改 进 气 化 炉 的 结 构 和 气 化 工 艺 ，提 高 产 气 热 值 与 清 洁 度 ，一直 是 国 内 外 关 注 的 焦 点 [-4].
传 统 生 物 质 热 解 气 化 炉 ，例 如 上 吸 式 气 化 炉 在 气 化 生 成 气 中 直 接 混 人 挥 发 分 中 析 出 的 焦 油 ，使产 气中焦油含量较高.下吸式气化炉较上吸式产生的 焦 油 含 量 低 ，但 炉 内 微 负 压 设 计 导 致 连 续 排 灰 困 难 ， 难 以 保 证 气 化 过 程 的 稳 定 ，且 炉 排 处 于 高 温 区 ，熔融 的 灰 渣 粘 连 在 炉 排 上 对 炉 排 的 寿 命 有 较 大 影 响 [56].
收 稿 日 期 =2017-05-15 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （2 1 7 7 60 9 5)和 广 州 市 2 0 1 7 年 产 学 研 协 同 创 新 重 大 专 项 （2016 0 4 0 16090)资 助 项 目 . 作 者 简 介 ：简 弃 非 （1963-) ，男 ，湖 南 邵 阳 人 ，教 授 ，博 士 生 导 师 ，主 要 从 事 动 力 机 械 、新 能 源 等 方 向 的 研 究 . E-mail: t Cq f @
本 文 对 蒸 气 产 量 为 6 t •h 1的 供 热 锅 炉 及 配 套 的新型3 室结构生物质成型燃料热解气化炉进行分 析 研 究 ，该 3 室 热 解 气 化 炉 具 有 容 量 大 （可 匹 配 8 t 锅 炉 的 需 求 ）、效 率 高 等 特 点 .由 于 生 物 质 燃 料 中 只 有 很 少 量 的 硫 ，气 化 炉 热 解 气 化 产 生 的 可 燃 气 在 送 人 锅 炉 炉 膛 内 燃 烧 后 ，几 乎 不 存 在 硫 氧 化 物 ，烟 气经 布 袋 除 尘 ，颗 粒 物 的 含 量 非 常 少 ，故 主 要 考 虑 烟 气 中 氮氧化物N C h的脱除.