生物質(zhì)鍋爐除塵器焦油煙氣的處理方法

生物質(zhì)能具有豐富、 廉價(jià)、 可再生、 清潔等特點(diǎn)， 隨著2009 年 12 月丹麥哥本哈根全球氣候變化會(huì)議的召開， 地球上礦物質(zhì)能源迅速消耗、需求日益增長(zhǎng)、有限性及其使用中散發(fā)大量的 CO2、SO2、NOx 等氣體而引發(fā)的大氣煙塵、酸雨、全球變暖、臭氧層破壞等環(huán)境問題再次引發(fā)人們深層次的思考，生物質(zhì)能的開發(fā)與應(yīng)用又一次引起人們的廣泛關(guān)注， 而生物質(zhì)氣化是一種常用的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)， 在氣化過程中焦油是不可避免的副產(chǎn)物。焦油在高溫下可以發(fā)生裂解，與氣化氣一起呈氣體狀態(tài)，但在低于 200 ℃的情況下，就開始凝結(jié)為液體，成為黑色黏稠油狀物，影響氣化設(shè)備穩(wěn)定、安全運(yùn)行，造成能量浪費(fèi)，降低氣化效率；而且焦油成分中的多核芳香族在凈化及燃燒時(shí)對(duì)環(huán)境及人類健康構(gòu)成嚴(yán)重危害。 對(duì)氣化氣中焦油采取適宜的處理方法，降低焦油在氣化氣中的組分，提高氣化氣質(zhì)量，是生物質(zhì)氣化技術(shù)的一個(gè)重要研究課題。
1 生物質(zhì)鍋爐除塵器氣化焦油的處理方法
依據(jù)氣化氣焦油產(chǎn)生過程中采取不同焦油處理方法 ，分為物理凈化方法和化學(xué)轉(zhuǎn)化方法。
1.1 物理凈化方法 生物質(zhì)氣化焦油的物理轉(zhuǎn)化方法是對(duì)已經(jīng)生成的焦油從氣相向冷凝相進(jìn)行轉(zhuǎn)移、脫離，進(jìn)而達(dá)到與氣化氣分離，實(shí)現(xiàn)減少氣化氣中焦油的目的，包括旋風(fēng)分離、濕式凈化、干式凈化等方法。1.1.1 旋風(fēng)分離法： 旋風(fēng)分離法是采用旋風(fēng)分離器來脫除氣化氣中焦油， 其原理是氣化氣沿切線方向進(jìn)入旋風(fēng)分離器而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 液態(tài)焦油顆粒在離心力作用下被拋向器壁，與器壁碰撞和摩擦而失去動(dòng)能，在重力作用下沉降下來。 旋風(fēng)分離器的運(yùn)行條件是分離效果的重要影響因素，旋風(fēng)分離法一般用于捕集密度和粒徑大的顆粒， 對(duì)于粒徑為100 μm 左右的顆粒分離效率為 60%~70%。
1.1.2 濕式凈化法：濕式凈化法又稱為水洗法，其凈化焦油的機(jī)理主要是慢碰撞，用水將氣化氣中的部分焦油帶走。 濕法除焦主要用冷卻洗滌塔、文丘里洗滌塔、除霧器、濕靜電除塵器等設(shè)備。 冷卻洗滌塔能將重質(zhì)焦油冷凝下來，液滴在 500~1 000 μm 時(shí)，除焦油效率最高。 文丘里洗滌塔通常連接在冷卻
洗滌塔的后面，可以將氣化氣中較重焦油物質(zhì)除去。 除霧器是根據(jù)離心分離原理從氣流中除去煙霧液滴， 能有效去除經(jīng)文丘里洗滌塔處理后氣化氣中的焦油和水。 濕靜電除塵器的原理是首先對(duì)氣化氣進(jìn)行冷卻，使氣化氣中焦油微粒形成液體顆粒，然后利用高壓電場(chǎng)，使氣化氣中液體顆粒帶負(fù)電，通過一個(gè)帶
有正電荷的極性板，將帶負(fù)電荷的顆粒從氣化氣中除去。
 
1.1.3 干式凈化法：干式凈化法又稱過濾法，其除焦油機(jī)理是將吸附性強(qiáng)的材料（如活性炭等）裝在容器中 ，當(dāng)氣化氣穿過吸附材料，或者穿過裝有濾紙或陶瓷芯的過濾器時(shí)，依靠慣性碰撞、攔截、擴(kuò)散以及靜電力、重力等作用，使懸浮于流體中的焦油顆粒沉積于多孔體表面或容納于多孔體中 ，將氣化氣中的焦油過濾出來。
1.2 生物質(zhì)鍋爐除塵器內(nèi)氣化焦油的化學(xué)轉(zhuǎn)化方法 焦 油 化 學(xué) 轉(zhuǎn) 化 是在氣化過程中，在高溫、加入催化劑等工藝條件下，使氣化氣中焦油再次發(fā)生轉(zhuǎn)化化學(xué)反應(yīng)， 達(dá)到減少氣化氣中焦油的目的，包括化學(xué)高溫?zé)峤廪D(zhuǎn)化和化學(xué)催化裂解轉(zhuǎn)化。
1.2.1 化學(xué)高溫?zé)峤廪D(zhuǎn)化：化學(xué)高溫?zé)峤廪D(zhuǎn)化是在 1 000~1 200 ℃溫度下， 有時(shí)加入水蒸氣和其他一些氧化性物質(zhì)，使焦油中 CnHx 等較大分子化合物通過斷鍵脫氫、脫烷基等進(jìn)行裂解、干轉(zhuǎn)化、積炭和蒸氣轉(zhuǎn)化等反應(yīng)，發(fā)生深度裂化而轉(zhuǎn)變?yōu)?CmHy、CO、H2、CH4 等較小氣態(tài)分子和焦炭等其他產(chǎn)物［11］。
1.2.2 化學(xué)催化裂解轉(zhuǎn)化： 化學(xué)催化裂解轉(zhuǎn)化是在化學(xué)高溫?zé)峤廪D(zhuǎn)化基礎(chǔ)上進(jìn)行的一種焦油化學(xué)轉(zhuǎn)化方法， 其機(jī)理是在焦油化學(xué)高溫?zé)峤廪D(zhuǎn)化中加入催化劑， 降低熱解轉(zhuǎn)化所需要的活化能，使得焦油在 750~900 ℃溫度下進(jìn)行裂化、重整及縮合等反應(yīng)進(jìn)行熱解轉(zhuǎn)化。 焦油催化裂解與反應(yīng)溫度、催化劑種類及形態(tài)尺寸、床高、接觸時(shí)間等密切相關(guān)
2生物質(zhì)鍋爐除塵器焦油處理方法優(yōu)、缺點(diǎn)及工程應(yīng)用
焦油物理凈化方法由于簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在氣化氣技術(shù)發(fā)展初期得以廣泛應(yīng)用。 在焦油化學(xué)轉(zhuǎn)化方面，由于氣化氣焦油的產(chǎn)生受生物質(zhì)原料（種類、大小、濕度）、氣化條件（加熱速率、溫度、壓力、停留時(shí)間）、氣化反應(yīng)器（類型、結(jié)構(gòu)、運(yùn)營(yíng)狀況）、催化劑（種類、添加量、添加方式）等綜合
因素影響 ［11］，一些科研工作者在不同生物質(zhì)原料對(duì)焦油產(chǎn)生影響、提升氣化反應(yīng)溫度、改進(jìn)氣化反應(yīng)器、催化劑的種類及尺寸大小等方面進(jìn)行一定的理論與實(shí)踐探索 ，得出一些科學(xué)結(jié)論： 提高熱解轉(zhuǎn)化中氣化溫度、 增加停留時(shí)間、采取合適的空氣當(dāng)量系數(shù)、增加反應(yīng)器的高度等均利于焦油化學(xué)轉(zhuǎn)化；石灰石、鎳基催化劑、木炭等是有效的催化劑，減小催化劑粒徑有助于焦油裂解轉(zhuǎn)化 。 焦油化學(xué)處理利用技術(shù)，有待在氣化工程中進(jìn)一步應(yīng)用。 焦油處理方法優(yōu)、缺點(diǎn)及工程應(yīng)用情況。
3 結(jié)論
氣化氣焦油處理是否有效是生物質(zhì)氣化氣工程得以正常運(yùn)行的保證。 目前，我國(guó)已經(jīng)建有 500 多處生物質(zhì)氣化氣工程，對(duì)焦油處理多采用物理凈化方法，采取旋風(fēng)分離、濕式凈化、干式凈化等復(fù)合處理，但是由于凈化工藝粗放式管理，凈化效果不是很好。 針對(duì)目前氣化氣工程現(xiàn)狀，優(yōu)化改善焦油的物理凈化方法是暫時(shí)之計(jì)， 對(duì)焦油化學(xué)轉(zhuǎn)化方法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、 有效工程實(shí)踐探索是生物質(zhì)氣化繼續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)對(duì)策。