8.3.3.1　生物质气化炉的类型

按气化装置的运行方式，生物质气化炉可以分为固定床气化炉、流化床气化炉和旋转床气化炉三种类型，其中，固定床气化炉可分为上吸式、下吸式、横吸式和开心式；流化床气化炉可分为单流化床、循环流化床、双流化床和携带床，如图8.2所示。

图8.2　生物质气化炉的分类

8.3.3.2　固定床气化炉

1.下吸式固定床气化炉

图8.3（a）是下吸式固定床气化炉的基本结构和气化反应示意图，生物质原料由炉顶的加料口进入炉内，炉内的物料自上而下分为干燥区、热分解区、氧化区、还原区。

下吸式气化炉的优点是结构比较简单；工作稳定性好；可随时开盖添料；气体中的焦油在通过下部高温区时，一部分被裂解成小分子永久性气体（再降温时不凝结成液体），所以出炉的可燃气中焦油含量较少。它的缺点是由于炉内的气体流向是自上而下的，而热流的方向是自下而上的，致使引风机从炉栅下抽出可燃气需要较大的功率；出炉的可燃气中含有较多的灰分；出炉的可燃气的温度较高，需用水对其进行冷却。

2.上吸式固定床气化炉

上吸式固定床气化炉的结构和反应过程如图8.3（b）所示。物料自炉顶加料口投入炉内，气化剂由炉体底部进气口进入炉内参与气化反应，反应产生的气化气自下而上流动，由可燃气出口排出。这种炉子的优点是可燃气在经过热分解区和干燥区时，将其携带的热量传递给物料，用于物料的热分解和干燥，同时降低其自身温度，使炉子热效率大大地提高；热分解区和干燥区对可燃气有一定的过滤作用，所以，出炉的可燃气中只含有少量灰分。它的缺点是添料不方便；可燃气中含挥发性物质（如焦油蒸气）较多。

图8.3　下吸式和上吸式固定床气化炉的基本结构和气化反应示意图

（a）下吸式；（b）上吸式

3.横吸式固定床气化炉

如图8.4所示，横吸式固定床气化炉生物质原料从气化炉顶部加入，灰分落入下部的灰室。空气或空气与水蒸气的混合气从位于炉身一定高度处的单管风嘴以高速送入炉内，进风管需要用风或少量的水冷却。所产生的燃气由对面炉栅处被吸到炉外，因燃气呈水平流动，故称作横吸式固定床气化炉。这种炉子所用的原料多为木炭，反应温度很高，该气化炉在南美洲得到了广泛应用。

4.开心式固定床气化炉

开心式固定床气化炉是由我国研制并应用的，它类似于下吸式固定床气化炉，所不同的是，它的炉栅中间向上隆起，如图8.5所示。这种炉子多以稻壳作为气化原料，反应产生灰分较多，在工作过程中，炉栅绕它的中心垂直轴做水平的回转运动，目的在于防止灰分堵塞炉栅，保证气化反应连续进行。

图8.4　横吸式固定床气化炉基本结构图

图8.5　开心式固定床气化炉基本结构图(www.daowen.com)

8.3.3.3　流化床气化炉

流化床气化炉的反应物料中常渗有精选过的惰性材料——砂子，在吹入的气化剂作用下，物料颗粒、砂子、气化剂接触充分，受热均匀，在炉内呈“沸腾”燃烧状态，气化反应速度快，可燃气产率高，炉内温度高而且恒定。焦油在高温下裂解生成气体，因而可燃气中焦油含量小，但出炉的可燃气中含有较多的灰分。

流化床气化炉结构比较复杂，设备投资较多，欧美一些国家应用了这种炉子，我国广州能源研究所在流化床气化炉的研制方面取得了较快的进展。

1.单流化床气化炉

单流化床气化炉的基本结构和工作情况如图8.6所示。生物质原料在分布板上部被直接输送到炽热砂床中热分解生成炭和挥发分，气化剂从底部气体分布板吹入反应器中，使其在流化床上同生物质热分解产物彻底混合，并进行气化反应，大分子的挥发分在炽热的床层中会进一步裂解成小分子气体，生成的气化燃气中焦油含量少。气化燃气直接由气化器出口送入净化系统中，流化床温度可通过调节气化剂的比消耗量而控制在700～900℃。它适用于颗粒较大的生物质原料，但存在着飞灰和炭粒夹带严重、运行费用较大等问题，仅适合于大中型气化。

2.循环流化床气化炉

图8.6　单流化床气化炉的基本结构和工作情况

循环流化床气化炉（图8.7）与单流化床气化炉的主要区别是在可燃气出口处设有旋风分离器或袋式分离器，可将可燃气携带的碳粒和砂子分离出来，返回气化炉中再次参加气化反应。

3.双流化床气化炉

双流化床气化炉（图8.8）分为两个组成部分，一部分是气化炉，另一部分是燃烧炉，气化炉中产出的可燃气经分离后，砂子和炭粒流入燃烧炉中，在这里炭粒燃烧将砂子加热，灼热的砂子再返回到气化炉中，以补充气化炉所需的热量。

图8.7　循环流化床气化炉的基本结构

图8.8　双流化床气化炉的基本结构

4.携带流化床气化炉

携带流化床气化炉是流化床气化炉的一种特例，它不使用惰性材料——砂子，气化剂直接吹动炉中生物质原料，原料入炉前须粉碎成小颗粒，气化温度高达1200℃以上，炭的转化率可达100%，可燃气中焦油含量很低，但由于反应温度高而易烧结。

按供给气化剂的压力大小，流化床气化炉又可分为常压气化炉和加压气化炉两类。常压气化炉气化剂的吹入压力为0.11～0.15MPa；加压气化炉气化剂的吹入压力为1.8～2.2MPa，加压气化炉产出的可燃气不仅温度高，而且压力大。