低品位生物质复合气化调控机理及方法

本项目提出利用高灰分、高水分和高碱金属含量的低品位生物质资源为原料，通过反应器优化将生物质气化所涉及的热解、气化、焦油裂解等反应在同一反应器复合，达到提高燃气质量、调变气体组分的目的。本项目拟采用实验与热力学计算的手段探索低品位生物质特殊组分在热解-气化过程中的赋存规律；探索上述组分对热解-气化过程的影响机理以及低焦油和燃气组分调控机理；获得生物质复合气化过程的耦合机理及参数分区控制机制；构建生物质热解、半焦气化和焦油重组分气化分区控制的生物质复合工艺；实现生物质复合气化过程的耦合；为探索新型的低品位生物质气化技术进行前期实验及基础理论研究。该项目的实施具有较强的理论意义和潜在的应用价值。

本研究针对低品位生物质气化过程存在的结焦、腐蚀和产物品质较差等问题，以实现低品位生物质高值化利用为目标，在基础物化特性的分析基础上，详细研究了其热解失重过程和产物特性。提出了一种利用电容实时监测灰渣熔融状态的方法。通过分析生物质灰在高温下随温度和加热时间变化而发生失重、形貌改变、元素含量变化的过程，根据灰样的成分拟合得到一定条件下灰样烧结和熔融的经验公式，解释其物理意义，并分析生物质灰渣的结渣过程和影响因素。. 以稻壳和秸秆成型颗粒为原料，在中试流化床气化装置，通过不同当量比和水蒸气配比等工况下的运行过程和结果研究生物质气化特性，包括气化炉的温度分布特性、燃气特性及气化过程稳定性。以木片、棕榈壳和秸秆颗粒为原料，分析了混流式气化炉的基本运行特性，包括燃气组成、焦油及飞灰含量、气化效率等参数；建立动力学模型进行了模拟，与现场试验结果进行对比。对实际运行的固定床气化炉的多种灰渣样品的形貌和组分进行了分析和表征，探讨了固定床气化炉内底灰结渣形成的过程和规律，分析了生物质灰渣的组成和变化情况。研究结果期望为低品位生物质在混流式气化炉的改进和操作提供优化建议，同时可为其他气化工艺设计提供参考依据。. 另外，采用溶胶凝胶法制备出硅锆复合膜改性的多孔陶瓷纤维除尘管，从而实现了生物质粗燃气中固相杂质的高效分离和较长时间的稳定运行。在 100h 的连续高温除尘净化实验中，系统研究了生物质粗燃气中的飞灰、焦油和操作条件对其高温净化效果的影响规律。实验表明，生物质燃气的过滤阻力主要受焦油含量影响，当焦油< 0.5 g/Nm3时，在飞灰< 20 g/Nm3的条件下稳定运行；当焦油>5.0 g/Nm3时，须采用高温 N2气反吹；当飞灰<1.5 g/Nm3时，在较长时间内无需反吹。