Газификация биомассы

Процесс газификации чаще называют термической газификацией, так как биомасса нагревается в камере с контролируемой подачей воздуха. Регулировать подачу воздуха очень важно, иначе может произойти полное сгорание без производства газа.

При нагревании биомассы высвобождаются летучие газы, являющиеся основой соломы и древесины. Самые энергоемкие из них — оксид углерода, водород и метан, однако по сравнению с природным газом они дают меньше теплоты.

Состав газа, полученного вследствие газификации древесины: азот — 50-54%, оксид углерода — 20-22%, водород -12-15%, двуоксид углерода — 9-12%о, метан — 2-3%).

Топливо превращается в газ в результате химических процессов: высушивания, пиролиза, сжигания (окисления) и восстановления.

На рис. 1.3 дана схема противопоточного газификатора, где указаны зоны реакций, уровни температур, основные химические реакции и потоки.

В зоне сжигания (окисления) содержащийся в топливе

Рис. 13.14. Схема противопоточного газификатора с зонами реакций

Сжигание биомассы

Большинство видов сухого биотоплива можно сжечь для выработки теплоты, однако по своим характеристикам все они значительно отличаются от условного топлива. Они имеют низкую энергетическую способность, различный химический состав, различные физические характеристики и могут содержать значительное количество несжигаемого материала. Для сжигания такого топлива необходимо модифицировать имеющееся оборудование. Как альтернативное решение топливо можно обработать для производства более гомогенной смеси. Метод выбирается на экономической основе: дополнительные расходы на подготовку топлива против расходов на оборудование для сжигания.

Энергетическое содержание 1 кг достаточно сухих дров составляет приблизительно 5,2 кВт-ч. При влажности 20% энергетическое содержание дров составляет не более 4,5 кВт-ч/кг, т.е. 2 кг дров могут заменить 1 литр жидкого топлива при условии одинаковой эффективности их использования.

Дерево и солома — это виды топлива, которые в процессе горения выделяют газы, содержащие приблизительно 80% теплоты и имеющие различные температуры сгорания. Существует проблема полного сжигания этих газов, поскольку во многих случаях сгорает только их часть, а остальное выделяется в виде дыма.

Полное сгорание газов происходит при трех условиях:

- Высокая температура.

Самые тяжелые газы сгорают первыми — при температуре 900°С. Этой температуры достичь очень трудно, если биотопливо содержит значительное количество влаги или металлическая печь охлаждается воздухом (поэтому печи лучше делать из камня).

Чем больше влаги в дровах (соломе), тем больше расходуется теплоты для ее выпаривания, более низкой становится температура горения, а значит и эффективность сжигания. Если дрова (солома) плохо высушены, быстро появляется сажа (смесь сконденсированной воды и несгоревших газов), поскольку при низкой температуре горения температура будет низкой и в дымовой трубе.

-Эффективное смешивание газов с воздухом.

Поскольку в печи смешивать холодный воздух с очень горячими газами трудно, надо, чтобы воздух предварительно прогрелся или обеспечить его высокую турбулентность.

Подача воздуха в печь должна регулироваться, поскольку слишком большое количество воздуха будет охлаждать газы, а при слишком малом пламя будет неровным,

Если дымовая труба чересчур низкая, имеет трещину или малый внутренний диаметр (например, из-за того, что покрыта слоем сажи), трудно достичь хорошей турбулентности.

- Пространство и время.

Когда с температурой и смешиванием все в порядке, газы горят. Но чтобы они сгорели полностью и температура при этом не снижалась, нужно еще, чтобы было достаточно пространства для сгорающих газов и времени для начала теплообмена.

Бытовые отходы делятся на горючие и органические. Органические отходы не сжигаются непосредственно, а собираются для установок по производству биогаза, который потом используется как топливо.

Котлы для сжигания биомассы имеют различные конструктивные особенности в зависимости от способа сжигания топлива, размера и вида тепловоспринимающих поверхностей, систем подготовки топлива, его сжигания и т.п.

Благодаря технологической простоте и надежности котельные для сжигания биомассы являются перспективным направлением развития энергетики, особенно в странах со значительным объемом сельскохозяйственного производства.