主题：【原创】生物质 十二 燃烧 -- 橡树村

把生物制气化以后再利用的方法，叫做气化，是一种非常重要的方法。

气化本身，在化工上说的是把含有碳的资源，固体的，液体的，广义上还包括气体的，经过转化形成合成气的过程，这个气体是很好的化学原料，也是燃料。

气化的历史很悠久，几百年了，所以方法也非常多，总共有两百多种。方法多了就要分类，常压气化就是一个大类。常压气化，就是说这个气化过程是在常压进行的，一般来讲是1-1.2个大气压的压力下，与加压气化相对应的。

除了按照工艺的压力分类，还可以按照气化温度分类，比如低温气化（700度以下），高温气化（700度以上），高温熔融气化（一般1200以上，超过固体的灰熔点）。按照气化剂的不同，有空气气化，氧气气化，水蒸气气化，甚至二氧化碳气化，以及这些方法的组合。按照加热方式呢，又可以分成直接气化，间接气化。按照气化炉本身的形式呢，又有固定床，流化床，循环流化床，喷流床，移动床，搅拌床，扶轮窑，二塔式，熔融炉等等。所谓的两百多种气化方法，就是上面这些方法排列组合起来的。

气化本身的东西够写几本书的，这里只是个简单介绍，就不深入了。

生物质气化的过程，有这么几个阶段。生物质进入到气化炉内，首先表面的水分开始蒸发，随着温度升高，超过沸点10-20度的时候，生物质内部的水也开始蒸发，然后，温度达到200-300度，就是容易挥发的组分气化，生物质就开始热分解了。分解得到的是气体小分子，这些小分子性质还不稳定，如果能够及时与气化剂反应，就可以得到小分子物质，生成小分子的地方如果缺乏气化剂，小分子之间就会有反应，得到焦油之类的物质。由于焦油不方便利用，也比较脏，目前的工艺要求得到的焦油要尽可能的少。

挥发性的组分气化结束之后，生物质很多已经分解，剩下了很多的炭，这些炭在更高的温度与气化剂反应，得到一氧化碳，二氧化碳，如果条件适合，使用水蒸汽为气化剂，还会得到氢气。

能气化的都气化完了，最后剩下的是灰分，还有一些没反应的炭。好的气化炉，生物的灰份里面，要求碳含量尽可能的少。

与燃烧相比，气化的时候虽然有气化剂，但是氧的含量不足，所以虽然温度很高，但是不能完全燃烧，产物里面也就有大量的还原性的气体存在。气化所得到的气体也就还有除了温度之外的利用价值。这个气体一般含有大量的一氧化碳，氢气，二氧化碳，甲烷等等，可以用于化工，也可以作为煤气使用。

常压气化在生物质气化里面应用非常广泛，超过一半的生物质气化都使用常压气化。这个原因也不难理解。生物质原料基本上都是固体，固体进行加压进料比较麻烦，特别是生物质的固体颗粒小，密度低，加压进料装置就非常复杂。而且呢，生物质气化装置的规模普遍比较小，每天处理200-300吨就是很大的装置了，这个规模太小，上昂贵的加压气化不合适。不过在一些大规模利用生物质的场合，加压气化就有优势了。如果下游的工艺需要压力的话，那么就可以节省很多能量，并且反应的压力高，同等生产规模所需要的装置就要小，也能省一些钱。加压气化一般在5-25个大气压。

气化一般要求温度在800度以上，所以需要燃烧一部分的生物质来提供能量，这样就需要使用空气甚至氧气作为气化剂，同时根据气化目的的不同混入水蒸汽。不同的气化剂得到的气体的热值就不一样，分成低热值气体（每立方米4-12MJ），中热值气体(12-28MJ/cum)，高热值气体（每立方米28MJ以上）。不过对于生物质气化，得到的基本上都是低热值气体。不过这个热值和燃烧性质没有多大的关系，低热值的氢气含量在10%的话就可以同于汽轮机和气体引擎之类的装置了。

气化炉里面最简单的就是固定床，构造简单，费用低。固定床气化炉大部分使用木材碎片作为原料，从顶部供料，气化剂从底部进入。木料在下降的过程中逐渐升温，气化，最终燃烧来提供能量，灰分在底部排出。

流动床气化炉要复杂一些，气化剂从底部进入吹着上面的生物质，形成流化状态，同时搅拌，这样的热效率有很大的提高，床温一般在800-1000度，也有在600度运行的。灰分和没有完全气化的生物质会被气体夹带离开气化炉，然后经过旋风分离实现气固分离，再返回气化炉提高利用效率。灰分最终在流化床的底部分离。

喷流床使用的方法是气体夹带着固体细粉进入气化炉，立刻进入高温区气化。由于颗粒很小，气化速度就很快，效率高。气化温度高于灰熔点，灰融化以后最终会附在炉壁上，需要间歇清除。

常见的常压气化，加压气化，提供能量的燃烧过程与气化本身的气化过程是在一起的。把这两个过程分开，气化的能量不由自己提供，就是间接气化，比如气化通过外面的热源加热等等。这方面应用还比较少，不过由于可以得到比较高质量的气体，所以是个发展方向。

一个比较好的间接气化例子，是双流动床式，一个流动床进行燃烧，另外一个进行气化。生物质先在气化炉里面进行热分解，生成的气体热值比较高，然后仍然含有大量可燃物质的固体进入燃烧炉与空气混合燃烧，提供的能量供气化炉使用。

气化的能量效率一般使用冷煤气效率来评价，这个效率的定义，是得到的气体的高位发热量，与原料的高位发热量的比值。直接气化一般冷煤气效率在60-80%，间接气化的冷煤气效率可以在100%以上，达到125%。能超过100%，是因为有外部功能，不过一般来讲，间接气化的能量效率的确要好一些。