تحليل مبدأ ومعدات تغويز الكتلة الحيوية

ملخص: كطاقة نظيفة متجددة، تم تطوير تكنولوجيا تغويز الكتلة الحيوية بقوة.تقدم هذه الورقة بإيجاز المبادئ الأساسية لتغويز الكتلة الحيوية وأنواع عمليات التغويز، وتشرح مبادئ العمل ومزايا وعيوب الأنواع الرئيسية من أجهزة تحويل الغاز إلى غاز.كفاءة التغويز عالية ولكن الهيكل معقد.إن تحليل خصائص جهاز التغويز له أهمية توجيهية لتصميم وتشغيل مشروع تغويز الكتلة الحيوية.

مقدمة

ومع تزايد خطورة أزمة الطاقة العالمية وتدمير البيئة الإيكولوجية، أصبحت الكتلة الحيوية، باعتبارها طاقة نظيفة متجددة، رابع أكبر مورد بعد النفط والفحم والغاز الطبيعي، وقد اجتذبت اهتماما كبيرا.لا يمكن لتكنولوجيا تغويز الكتلة الحيوية توفير الغاز وتوليد الطاقة فحسب، بل يمكن استخدامها أيضًا لتصنيع الميثانول والأمونيا.تتمتع بالمرونة التقنية الكافية والنظافة الجيدة والاقتصاد العالي والكفاءة العالية.تعمل البلدان في جميع أنحاء العالم بنشاط على تعزيز البحوث المتعلقة بتكنولوجيا تغويز الكتلة الحيوية.

1 مبدأ تغويز الكتلة الحيوية

تغويز الكتلة الحيوية عبارة عن مجموعة من التفاعلات الأكثر تعقيدًا.من منظور كلي، يمكن تقسيمها إلى أربع مراحل تفاعل: التجفيف، والانحلال الحراري، والأكسدة (الاحتراق) والاختزال.

التجفيف هو عملية فيزيائية بسيطة، تحدث بشكل رئيسي بين 100 و150 درجة مئوية، وتحتاج العملية برمتها إلى امتصاص الكثير من الحرارة.عندما تصل درجة الحرارة إلى ما فوق 15 درجة مئوية، تبدأ الكتلة الحيوية في الخضوع للانحلال الحراري، وتترسب المواد المتطايرة، ويُترك الفحم لتكوين قاعدة لمزيد من التفاعلات.تشتمل المنتجات الغازية للانحلال الحراري للكتلة الحيوية على ثاني أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون، والميثان، والهيدروجين، وما إلى ذلك، والتي ستخضع لتفاعل الأكسدة (الاحتراق) مع الأكسجين، وتنبعث منها الكثير من الحرارة، مما يوفر حرارة كافية للتجفيف والتحلل الحراري وتفاعلات الاختزال، والحفاظ على عملية التغويز بأكملها.مثابر.سوف يتفاعل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون الناتج عن تفاعل الأكسدة (الاحتراق) مع الكربون لينتج الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون، وبذلك يكتمل تحويل الوقود الصلب إلى وقود الغاز.هذه العملية عبارة عن تفاعل اختزال (تفاعل ماص للحرارة).كلما ارتفعت درجة الحرارة، كلما كان رد الفعل أكثر شدة.عندما تكون درجة الحرارة أقل من 800 درجة مئوية، يكون التفاعل بشكل أساسي في حالة ركود.

2 أجهزة تغويز ذات سرير ثابت

في جهاز تغويز القاعدة الثابتة، يخضع وقود الكتلة الحيوية للتجفيف والانحلال الحراري والأكسدة (الاحتراق) والاختزال ويتم تحويله إلى غاز قابل للاحتراق.وفقًا لموضع إمداد عامل التغويز وتسلسل التدفق عبر طبقة الوقود، هناك نوع الشفط العلوي، ونوع الشفط السفلي، ونوع الشفط المتقاطع، والنوع المفتوح، ويتم استخدام النوعين الأولين من أجهزة تحويل الغاز بشكل أساسي.

2.1 تغويز التيار الصاعد

تكون طبقة التفاعل لجهاز تغويز الشفط العلوي، من أعلى إلى أسفل، طبقة تجفيف، وطبقة انحلال حراري، وطبقة اختزال، وطبقة أكسيد.يتم تغذية الكتلة الحيوية إلى جهاز التغويز من الأعلى، ويتم تسخينها وتجفيفها أولاً بواسطة الغاز، ثم يتم تحليلها حرارياً بواسطة الحرارة، ويتم ترسيب كمية كبيرة من المواد المتطايرة، ويدخل الكربون الصلب إلى طبقة الاختزال وطبقة الأكسيد الموجودة بالأسفل بدورها. .يتم توفير عامل التغويز من الجزء السفلي ويخضع أولاً لتفاعل الأكسدة مع الكربون الصلب، مما يؤدي إلى إطلاق الحرارة لزيادة درجة حرارة تيار الغاز والطبقة بسرعة، ويكون تيار الغاز مليئًا بمنتجات الاحتراق.بعد دخول طبقة الاختزال، يخضع منتج الاحتراق والكربون لتفاعل اختزال، ويقوم الماص للحرارة بخفض درجة الحرارة.عندما تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من 800 درجة مئوية، يصبح معدل التفاعل بطيئًا وحتى يتوقف.يستمر تدفق الهواء إلى الأعلى، مما يوفر الحرارة اللازمة للانحلال الحراري للوقود والتجفيف.

2.2 جهاز تغويز السحب السفلي

تكون طبقة التفاعل الخاصة بجهاز تغويز السحب السفلي، من أعلى إلى أسفل، طبقة تجفيف، وطبقة انحلال حراري، وطبقة أكسيد، وطبقة اختزال.هناك نوعان من أجهزة تغويز السحب السفلي اعتمادًا على الموقع الذي يتم توفير عامل التغويز فيه: أحدهما هو جهاز تغويز ذو تيار هابط مع قسم عنق متوسط، ويتم توفير عامل التغويز من الجزء العلوي من قسم العنق الأوسط.;والثاني عبارة عن جهاز تغويز ذو تيار سفلي بدون قسم عنق متوسط، ويتم توفير عامل التغويز من الجزء العلوي.مبدأ العمل لجهاز تغويز السحب السفلي هو بشكل أساسي نفس مبدأ تشغيل جهاز تحويل الهواء الصاعد، باستثناء أن الحرارة المطلوبة لتجفيف الوقود والتحلل الحراري تأتي من طبقة الأكسيد السفلية.

3 جهاز تغويز السرير المميع

آلية تفاعل التغويز الرئيسية للطبقة المميعة والطبقة الثابتة هي نفسها بشكل أساسي، ولكن لا يوجد طبقة ثابتة واضحة.في الوقت الحاضر، هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الطبقة المميعة: الطبقة المميعة الفقاعية، الطبقة المميعة الدائرية، والطبقة المميعة المزدوجة.

3.1 جهاز تغويز الطبقة المميعة الفقاعية (BFB)

في طبقة مميعة فقاعية، عندما تتجاوز سرعة الغاز سرعة غاز التميع الحرجة، تبدأ المواد الصلبة في التميع، وتظهر الفقاعات في الطبقة، وتظهر منطقة الطور الكثيفة حيث تتجمع الجزيئات ومنطقة الطور المخفف التي تهيمن عليها الفقاعات.

جسم الفرن سميك ودسم نسبيًا، والجزء السفلي عبارة عن منطقة الطور الكثيفة مع طبقة سرير واضحة.يحدث تفاعل التغويز بشكل رئيسي في منطقة الطور الكثيف.من أجل منع نقل وقود الجسيمات الدقيقة من منطقة الطور الكثيف بواسطة تدفق الهواء، تم تصميم الجزء العلوي من الفرن بقسم تمدد لتقليل سرعة الغاز.، مما يؤدي أيضًا إلى إطالة زمن تفاعل الوقود في منطقة الطور المخفف.

3.2 جهاز تغويز الطبقة المميعة المتداولة (CFB)

جسم الفرن لجهاز تغويز CFB نحيف ونحيل، ويتم تركيب فاصل إعصاري عند المخرج العلوي للفرن لفصل وجمع الجزيئات الصلبة ذات درجة الحرارة العالية وإرسالها مرة أخرى إلى الفرن.

يملأ سرير CFB مساحة الحاوية بأكملها، ولا توجد منطقة طور كثيفة ومنطقة طور مخففة.الشرط الضروري للحفاظ على تركيز الجسيمات في السرير هو وجود كمية عالية من الجسيمات الصلبة المتداولة.بمجرد أن لا تكون الدورة الدموية جيدة، قد تتطاير جميع الجزيئات الموجودة في السرير.نظرًا لخصائص التميع الضعيفة لوقود الكتلة الحيوية، تستخدم أجهزة تغويز CFB الرمل بشكل أساسي كوسيلة تميع مساعدة.

يتميز جهاز تحويل الغاز CFB بخاصيتين: معدل تدفق الغاز مرتفع، بشكل عام بين 4~7m/s، ويعمل السرير في منطقة التميع السريع؛يتراوح معدل الدوران العالي للجسيمات الثابتة بين 10 إلى 20.

3.3 جهاز تغويز ذو طبقة مميعة مزدوجة (DFB)

يستخدم جهاز تغويز الطبقة المميعة المزدوجة فرنين ذو طبقة مميعة، أحدهما عبارة عن جهاز تغويز والآخر عبارة عن فرن احتراق.تتم إضافة وقود الكتلة الحيوية إلى جهاز التغويز مع الرمل الساخن كمادة للطبقة، ويتم امتصاص كمية الرمل، ويتم تنفيذ تفاعل الانحلال الحراري.ويحمل منتج الغاز الكربون والرمل المتبقي ويتم فصلهما في جهاز الفصل.يتم حرق بقايا الكربون والرمل المنفصلين مع الهواء في فرن الاحتراق لتسخين الرمال، ويتم حمل الرمال الساخنة بواسطة غاز المداخن وفصلها بواسطة الفاصل، ويتم إرجاع الرمال الساخنة إلى جهاز التغويز.الميزة البارزة لجهاز تغويز DFB هي أن جزيئات الوقود يتم نقلها في فرني الطبقة المميعة من خلال الاستفادة من قدرة النقل القوية للطبقة المميعة.

4 خصائص الأنواع المختلفة من أجهزة التغويز

يتميز جهاز تغويز الطبقة الثابتة بهيكل بسيط، وقدرة واسعة على التكيف مع المواد الخام، وحجم جسيمات يصل إلى 100 مم، وحساسية منخفضة للخبث، ومحتوى منخفض من رماد الغاز المتطاير، ولكنه مناسب فقط لعمليات التغويز صغيرة الحجم ومن الصعب توسيع نطاقه. .

يتميز جهاز تغويز الطبقة المميعة بكفاءة تغويز عالية وقيمة حرارية عالية، لكن هيكله معقد نسبيًا.لديها متطلبات معينة بشأن حجم الجسيمات والتوحيد ومحتوى الماء وزاوية التراكم الطبيعية للوقود.إنها حساسة للخبث، ومحتوى الرماد المتطاير للغاز، إذا كان هناك الكثير، فيجب أن تكون مجهزة بنظام إزالة الغبار وتنقيته.في الوقت الحاضر، تعتمد مشاريع تغويز الكتلة الحيوية واسعة النطاق تدريجيًا تقنية تغويز الطبقة المميعة المضغوطة.

5. الخلاصة

في الوقت الحاضر، أصبحت متطلبات انبعاثات الكربون العالمية أكثر صرامة، وأصبحت أهمية الكتلة الحيوية ذات خصائص "انبعاث الكربون الصفري" أكثر وضوحًا.تقدم هذه الورقة باختصار مبدأ تغويز الكتلة الحيوية وتقارن وتحلل أنواعًا مختلفة من أجهزة تحويل الغاز إلى غاز.يمكن ملاحظة أن السرير الثابت والسرير المميع لهما مزايا خاصة بهما، ولكن السرير المميع أكثر ملاءمة للاستخدام على نطاق واسع وهو اتجاه التطوير المستقبلي، وذلك لإضفاء بعض الأهمية التوجيهية على تصميم وتشغيل مشاريع تغويز الكتلة الحيوية.