A گازساز زیست توده راکتوری است که مواد آلی جامد مانند خرده‌های چوب، پوسته برنج یا ضایعات کشاورزی را از طریق احتراق جزئی در محیطی با اکسیژن کم به یک مخلوط گاز قابل احتراق به نام گاز تولید کننده (یا گاز سنتز) تبدیل می‌کند. به جای سوزاندن کامل زیست توده، گازیفایر عرضه اکسیژن را تقریباً محدود می کند 20-40 درصد احتراق کامل نیاز دارد که باعث می شود مواد به مونوکسید کربن، هیدروژن، متان و گازهای دیگر تجزیه شوند که می توانند در موتور، توربین یا مشعل سوزانده شوند.
این عملاً اهمیت دارد زیرا به صنایع و تأسیسات روستایی اجازه می‌دهد مواد زایدی را که در غیر این صورت دفع می‌شوند، مانند بقایای محصول یا ضایعات چوب، به گرما یا برق قابل استفاده تبدیل کنند. یک گازیفایر رو به پایین با طراحی خوب که روی تراشه های چوب خشک کار می کند می تواند به یک نتیجه برسد راندمان گاز سرد 70-85٪ ، به این معنی که بیشتر محتوای انرژی اولیه زیست توده به جای از دست دادن گرما در طول تبدیل، در گاز خروجی قابل استفاده است.
در داخل یک گازساز، زیست توده هنگام پایین آمدن یا عبور از راکتور از طریق چهار ناحیه ترموشیمیایی مجزا حرکت می کند. درک این مراحل توضیح می دهد که چرا رطوبت مواد اولیه و اندازه ذرات برای عملکرد کلی اهمیت زیادی دارد.
در دمای 100-200 درجه سانتیگراد، رطوبت محبوس شده در زیست توده قبل از شروع هر گونه تجزیه شیمیایی تبخیر می شود. مواد اولیه با رطوبت بیش از 25 درصد، گازیفایر را مجبور می کند که سهم نامتناسبی از گرمای خود را صرف خشک کردن مواد کند، که باعث کاهش خروجی گاز قابل استفاده می شود.
بین 200 تا 600 درجه سانتیگراد، زیست توده خشک شده به صورت حرارتی بدون اکسیژن تجزیه می شود، گازهای فرار آزاد می شود و زغال سنگ باقی می ماند. این مرحله بیشتر ترکیبات قیر را تولید می کند که بعداً باید در سیستم تمیز کردن گاز مدیریت شوند.
هوای محدودی که در اینجا تزریق می شود، بخشی از ذغال سنگ و مواد فرار را می سوزاند و دمایی را ایجاد می کند. 1000-1200 درجه سانتیگراد که واکنش‌های کاهش گرماگیر را که دقیقاً در زیر اتفاق می‌افتند، هدایت می‌کنند.
در دمای 700-900 درجه سانتی گراد، دی اکسید کربن و بخار آب با زغال باقیمانده واکنش می دهند تا مونوکسید کربن و هیدروژن را تشکیل دهند، دو گازی که بیشتر ارزش سوخت را به گاز تولید کننده می دهند.
گازیفایرها در درجه اول بر اساس نحوه حرکت هوا و سوخت از طریق راکتور نسبت به یکدیگر طبقه بندی می شوند. هر طرح دارای مبادلات متمایز در خروجی قطران، مناسب بودن مقیاس و تحمل مواد اولیه است.
| نوع گازیفایر | خروجی قطران | بهترین مقیاس |
|---|---|---|
| بالارفتن | بالا (10-150 گرم بر نیوتن متر مربع) | حرارت مستقیم، صنعتی بزرگ |
| جریان نزولی | کم (0.1-3 g/Nm³) | تولید برق کوچک و متوسط |
| پیش نویس متقاطع | متوسط (1-3 گرم/Nm³) | مواد اولیه زغال چوب در مقیاس کوچک |
| تخت سیال | متوسط (1-15 گرم/Nm³) | صنعتی بزرگ، خوراک متغیر |
برای تولید برق از طریق موتور، گازیفایرهای رو به پایین بیشترین کاربرد را دارند زیرا خروجی قطران کم آنها بار روی تجهیزات تمیز کننده گاز را کاهش می دهد و از اجزای موتور در برابر رسوب محافظت می کند.
همه زیست توده ها در داخل یک گازساز به یک اندازه عمل نمی کنند. میزان رطوبت، محتوای خاکستر و ارزش حرارتی با هم تعیین می کنند که یک ماده اولیه چقدر گاز قابل استفاده تولید می کند.
| مواد اولیه | محتوای رطوبت | ارزش کالری |
|---|---|---|
| خرده چوب (خشک شده) | 10-20٪ | 15-18 MJ/kg |
| پوسته برنج | 8-12٪ | 13-15 MJ/kg |
| باگاس نیشکر | 15-25٪ | 14-16 MJ/kg |
| پوسته نارگیل | 8-15٪ | 18-20 MJ/kg |
به عنوان یک قانون عملی، مواد اولیه باید تا زیر خشک شوند 20 درصد رطوبت قبل از ورود به اکثر گازیفایرهای رو به پایین، زیرا مواد مرطوب تر ارزش حرارتی گاز را کاهش می دهند و می توانند منطقه احتراق را به طور کامل در حین کار خاموش کنند.
گازی که از یک گازساز زیست توده خارج می شود، مخلوطی از اجزای قابل احتراق و بی اثر است. نسبت دقیق آن به مواد اولیه و طراحی گازفایر بستگی دارد، اما خروجی معمولی جریان رو به پایین در محدوده نسبتاً ثابتی قرار می‌گیرد.
| جزء | اشتراک گذاری معمولی |
|---|---|
| مونوکسید کربن (CO) | 17-22٪ |
| هیدروژن (H2) | 15-20٪ |
| متان (CH4) | 1-3٪ |
| دی اکسید کربن (CO2) | 10-15٪ |
| نیتروژن (N2) | 45-50٪ |
این ترکیب به گاز تولید کننده ارزش حرارتی تقریباً می دهد 4.5-5.5 MJ/Nm³ بسیار پایین‌تر از گاز طبیعی است، اما هنوز برای راه‌اندازی یک موتور جرقه‌زننده در صورت عرضه با نسبت هوا به سوخت مناسب کافی است، که معمولاً موتورها به کاهش 20 تا 30 درصدی در مقایسه با خروجی گاز طبیعی خود نیاز دارند.
بسته به مقیاس و هدف نهایی نصب، گاز تولیدی از یک گازساز زیست توده را می توان به روش های مختلف استفاده کرد.
در این میان، تولید برق پراکنده در محدوده 100 کیلووات تا 1 مگاوات رایج‌ترین استقرار تجاری است، به‌ویژه برای تأسیساتی مانند کارخانه‌های برنج یا کارخانه‌های چوب بری که قبلاً زباله‌های زیست توده را در محل به عنوان محصول جانبی تولید می‌کنند.
هنگام مقایسه سیستم های گازیفایر یا فروشندگان، تعداد انگشت شماری از معیارها نشان می دهد که آیا یک طرح معین در شرایط عملیاتی واقعی به جای اینکه فقط در تنظیمات آزمایشگاهی ایده آل عمل کند، به طور قابل اعتمادی عمل می کند یا خیر.
این درصد محتوای انرژی زیست توده ای را که به گاز تولید کننده خنک و تمیز شده ختم می شود، اندازه گیری می کند. سیستم های نزولی که به خوبی طراحی شده اند می رسند 70-85% ، در حالی که واحدهای با عایق کاری ضعیف یا بزرگ می توانند به زیر 60٪ کاهش پیدا کنند.
بیان شده بر حسب کیلوگرم زیست توده مصرف شده در ساعت در هر متر مربع از سطح مقطع راکتور، تعیین می کند که یک گازیفایر چقدر می تواند برای یک توان خروجی معین، معمولاً بین 100-300 کیلوگرم در ساعت بر متر مربع، فشرده باشد.
این نشان می‌دهد که چقدر می‌توان خروجی را از حداکثر ظرفیت کاهش داد و در عین حال گازی‌سازی پایدار را حفظ کرد، با اکثر طرح‌های بستر ثابت از یک نسبت دور برگشتی 3:1 به 4:1 قبل از کاهش کیفیت گاز
بیشتر عملکرد ضعیف گازسوزها به تعداد انگشت شماری از مسائل عملیاتی تکرارشونده باز می گردد که هر یک از آنها رویکرد کاهش خوبی دارند.
امکاناتی که از قطار تمیزکننده گاز مناسب صرفنظر می کنند، فواصل تعمیر و نگهداری موتور را نسبت به معمول کاهش می دهند 4000-6000 ساعت کار تا کمتر از 1000 ساعت ، سیستم تمیز کردن را به یکی از با ارزش ترین سرمایه گذاری ها در کل راه اندازی تبدیل می کند.
هزینه سرمایه برای یک سیستم برق تبدیل به گاز زیست توده کامل، از جمله گازساز، قطار تمیز کردن گاز و مجموعه موتور ژنراتور، معمولاً از 800 تا 1500 دلار در هر کیلو وات ظرفیت نصب شده، با سیستم های کوچکتر که هزینه هر کیلووات بالاتری را به دلیل سربار تجهیزات ثابت حمل می کنند.
هنگامی که زیست توده ضایعاتی در محل استفاده می شود، هزینه عملیاتی تحت سلطه حمل و آماده سازی مواد اولیه است نه خود مواد اولیه، زیرا این مواد ممکن است به طور موثری در هنگام خشک کردن، خرد کردن، و حمل و نقل هزینه های جاری را تشکیل دهند. برای تسهیلات جایگزین تولید دیزل، دوره بازگشت سرمایه از 2 تا 4 سال معمولاً در مواردی گزارش می شود که هزینه های گازوئیل بیش از 0.80 دلار در هر لیتر است و جریان زباله زیست توده ثابت در حال حاضر در دسترس است.
انتخاب یک سیستم مناسب به جای انتخاب صرفاً بر اساس ظرفیت، به تطبیق طراحی و مقیاس گازیفایر با مواد اولیه موجود و استفاده نهایی مورد نظر بستگی دارد.
سیستم هایی که از ابتدا به درستی با ویژگی های مواد اولیه اندازه گیری شده و مطابقت داده شده اند، به طور مداوم از سیستم هایی که تنها بر اساس تعداد ظرفیت انتخاب شده اند، بهتر عمل می کنند، زیرا عملکرد گازیفایر نسبت به سایر فناوری های تولید انرژی حرارتی به کیفیت سوخت بسیار حساس تر است.
تولید کنندگان تجهیزات احتراق و حرارتی با کارایی بالا OEM/ODM
