БИОМАССА Как источник энергии

Газификатор с псевдоожиженным слоем сырья

Типичный реактор с псевдоожиженным слоем сырья представляет со­бой крупную реторту с огнеупорной футеровкой (рис. 3). Псевдоожи - жающим агентом могут быть песок, углистое вещество или золопо- добный инертный материал. Песок или иной инертный материал размещается на перфорированной плите. Равномерное распределение псевдоожижающего агента (песка) достигается с помощью воздуха или кислорода, поступающего через перфорированную плиту снизу. Ско­рость подачи воздуха или кислорода должна быть такой, чтобы песок находился во взвешенном состоянии.

При достижении песчаного, или инертного, слоя псевдоожиженного состояния весь инертный слой становится подобен перемешиваемой жидкой бане: в установившемся состоянии каждая частица псевдоожи­женного слоя будет иметь одинаковую температуру, а при возрастании температуры на каком-то участке псевдоожиженного слоя происходит быстрое выравнивание температуры всего слоя. Поэтому темпера­турный профиль в реакторе с псевдоожиженным слоем однороден. В та­кой постоянной среде псевдоожиженного слоя одновременно происхо­дят окисление и газификация сырья.

При введении сырья в псевдоожиженный слой кажется, что оно по­гружается или плавает в нем в зависимости от размеров частиц и их плотности. При этом сырье приходит в контакт с горячим материалом, благодаря чему происходит его быстрый нагрев и пиролиз. Дополни­тельное тепло, необходимое для пиролиза, обеспечивается за счет окис­ления углеродсодержащего вещества. Газы, образующиеся в результате окислительной реакции, тщательно перемешиваются в псевдоожижен - ном слое, и таким образом улучшается прохождение газов через горя­чую поверхность сырья.

Вследствие высокой степени турбулентности потока производитель­ность реакторов с псевдоожиженным слоем, как правило, зависит от его объема. Обычно отношение высоты к диаметру в реакторах с псевдо­ожиженным слоем составляет 10:1, для других типов газификаторов это отношение колеблется в пределах 3:1 [2].

Основные требования, предъявляемые к газификации в псевдоожи- женном слое,-достаточное диспергирование сырья, что способствует быстрому нагреву в реакционной зоне твердых частиц сырья до темпе­ратуры окисления, и обеспечение подвода тепла, необходимого для пиролиза.

В идеальном случае температура слоя должна быть такой, чтобы ис­ключить шлакообразование зольной части сырья и вместе с тем обеспе­чить достаточное окисление органической части сырья, т. е. ниже 1150°С, но выше 850°С. В нормальных условиях температура газов, выходящих из реактора, примерно такая же, как и температура псевдоожиженного слоя.

Одной из важных особенностей реактора с псевдоожиженным слоем является возможность его использования для переработки сырья с ши­рокими пределами физических свойств: при использовании сырья с большим содержанием золы и влаги не возникает каких-либо особых проблем и, как правило, не требуется дополнительного оборудования. В то же время если такое сырье подвергнуть предварительной обработ­ке, заключающейся в его измельчении и ограниченной сушке, то это. бе­зусловно, повысит эксплуатационную эффективность реактора-увели­чится его производительность и качество получаемого топливного газа.

При переработке сырья без предварительной обработки возможны большие потери углерода с углистым веществом в процессе удаления зольного остатка. В некоторых случаях для окисления непрореагировав - шего углерода может потребоваться вторая камера сгорания. Таким образом, несмотря на то что в реакторах с псевдоожиженным слоем обеспечивается хороший контакт углерода и кислорода, для повышения их эффективности может возникнуть необходимость в предварительной обработке сырья либо в дополнительной газификации остатка. Поэтому широкое внедрение реакторов с псевдоожиженным слоем ограничивает­ся низкой эксплуатационной эффективностью и высокими капитальны­ми расходами. Кроме того, для исключения большого перепада давле­ния (от 0,076 до 0,2 кг/см[12]) в псевдоожиженном слое и в системе распределения воздуха требуются мощные воздуходувки: при перера­ботке сухого сырья или сырья с высокой энергоемкостью для регулиро­вания температуры окисления процесса на таком уровне, чтобы исклю­чить шлакообразование остатка, потребуется большой избыток воздуха. Для обеспечения относительно умеренных скоростей (0,0003-0,006 м/с) прохождения воздуха через псевдоожиженный слой реактор должен иметь большую кислородную камеру. (Для сравнения укажем, что ско­рость прохождения воздуха через камеру сгорания котельной с механи­ческой загрузкой топлива проектируется равной 0,024 м/с.)