2010年1月農(nóng)機化研究第1期我國生物質(zhì)氣化技術(shù)概況與發(fā)展王建楠，胡志超，彭寶良，王海鷗，曹士峰(農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，南京210014)商要:介紹了我國生物質(zhì)氣化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及生物質(zhì)氣化供氣、發(fā)電的基本工藝流程。同時,在簡述生物質(zhì)氣化的概念及其轉(zhuǎn)化方式基礎(chǔ)上,著重論述了生物質(zhì)氣化技術(shù)在國內(nèi)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀,并對生物質(zhì)氣化技術(shù)所需要的關(guān)鍵技術(shù)裝備及原理等以圖示出。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)氣化;發(fā)展現(xiàn)狀;關(guān)鍵設(shè)備中圖分類號: S126文獻標識碼: A文章編號: 1003 -188X(2010)01 -0198 -04氣化技術(shù)已成為我國能源及農(nóng)業(yè)研發(fā)領(lǐng)域的一.個熱0引言點內(nèi)容。能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ),是國民經(jīng)濟的1生物質(zhì)氣化原理基本支撐。我國是能源消費大國，當前能源供應(yīng)主要依靠煤炭、石油和天然氣等化石能源，而化石能源資生物質(zhì)氣化技術(shù)是一種熱化學(xué)處理技術(shù),通過氣源的有限性及其開發(fā)利用過程對環(huán)境生態(tài)造成的巨化爐將固態(tài)生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為使用方便而且清潔的可燃大壓力,嚴重制約著經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。同時，氣體 ,用作燃料或生產(chǎn)動力。其基本原理是將生物質(zhì)我國又是一個農(nóng)業(yè)大國，每年有大量的農(nóng)作物秸稈、原料加熱，生物質(zhì)原料進入氣化爐后被干燥，伴隨著畜禽糞便、農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)品和能源作物等植物生物溫度的升高,析出揮發(fā)物,并在高溫下裂解(熱解);熱質(zhì)產(chǎn)生。而生物質(zhì)氣化技術(shù)正是以植物生物質(zhì)為原解后的氣體和炭在氣化爐的氧化區(qū)與供入的氣化介料,采用熱解法及熱化學(xué)氧化法在缺氧條件下加熱，質(zhì)(空氣、氧氣、水蒸氣等)發(fā)生氧化反應(yīng)并燃燒;燃燒使其發(fā)生復(fù)雜的熱化學(xué)反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化過程,在反應(yīng)放出的熱量用于維持 干燥、熱解和還原反應(yīng),最終生條件下按照化學(xué)鍵的成鍵原理，變成-氧化碳、甲烷、成了 含有一定量CO,H2 ,CH, ,C.H.的混合氣體,去除氫氣等可燃性氣體的分子。最終利用這些氣體進行焦油、雜質(zhì)后即可燃用或者發(fā)電"。生物質(zhì)氣化原理集中供氣、發(fā)電,從而可在某些情況下替代現(xiàn)有的煤如圖1所示。電以及天然氣。其不僅減輕了因焚燒秸稈而對環(huán)境H0.cO. co造成的污染,而且提高了秸稈的利用效果,并為能源i，CI.0,的可持續(xù)發(fā)展提出了有效途徑。，大分f介機物、Ho.ou.co農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能不僅具有可永續(xù)利用,具有環(huán)境友質(zhì)↑(經(jīng)、 芳齊化行物》愛解好和可再生雙重屬性，而且發(fā)展農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)，HjO. co, 0,士(心)突破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的局限,利用農(nóng)產(chǎn)品及其廢棄物生產(chǎn)新型能源,拓展了農(nóng)產(chǎn)品的原料用途和加工途徑,提升國心無機物(失分)產(chǎn)品的附加值和市場競爭力,有利于轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)增長方H0, C, 00.式，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟,延伸農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條,提高農(nóng)業(yè)效，，9益,拓展農(nóng)村剩余勞動力轉(zhuǎn)移空間，在促進區(qū)域經(jīng)濟圖1生物質(zhì)氣化原理圖發(fā)展、增加農(nóng)民收人等方面大有可為。因此,生物質(zhì)Fig.1 The chart of biomass gasification theory2我國生物 質(zhì)氣化技術(shù)概況收稿日期: 2009 -02 -28基金項目:國家“+-五"科技支撐計劃項目(2006BAD2806 -02)我國生物質(zhì)氣化技術(shù)研究始于20世紀80年代初作者簡介:王建楠(1983 -).男,河南信陽人,工程師.碩士。通訊作者:胡志超(1963-). 男.陜西藍田人,研究員,博士,(E-期，至今已開展了生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)以及裝置的研究mail) nfzhongzi@ 163. com。和開發(fā),形成了生物質(zhì)氣化集中供氣、燃氣鍋爐供熱、2010年1月農(nóng)機化研究第1期內(nèi)燃機發(fā)電等技術(shù)，把農(nóng)林廢棄物、工業(yè)廢棄物等生生物質(zhì)氣化,在氣化爐中把固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃物質(zhì)能轉(zhuǎn)換為高效能的煤氣、電能或蒸汽，提高生物料;二是氣體凈化,氣化出來的燃氣都含有一定的雜質(zhì)能源的利用效率,實現(xiàn)以生物質(zhì)替代氣、油和煤的質(zhì)，包括灰分、焦炭和焦油等,需經(jīng)過凈化系統(tǒng)把雜質(zhì)新型能源[2]。生物質(zhì)氣化集中供氣即將生物質(zhì)氣化除去,以保證燃氣發(fā)電設(shè)備的正常運行;三是燃氣發(fā)爐產(chǎn)生的氣體通過凈化除焦、除塵后通過用戶管網(wǎng)送電,利用燃氣輪機或燃氣內(nèi)燃機進行發(fā)電,有的工藝至用戶以實現(xiàn)供暖、供熱、供電。生物質(zhì)氣化集中供為了提高發(fā)電效率,發(fā)電過程可以增加余熱鍋爐和蒸氣系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。汽輪機4]，典型的系統(tǒng)如圖3所示。汽配機發(fā)電機0-口-00口0生1物質(zhì)唱出0《化護除1降焦檢備圖3生物質(zhì)氣化發(fā)電工藝流程示意圖1.上料器2. 氣化爐3.凈化器 4. 分離器Fig. 3 The chart of biomass gasifcation power generation procese5.羅茨風(fēng)機6.沉淀器 7安全閥8.貯掘柜9. 用戶管網(wǎng)生物質(zhì)燃燒發(fā)電是將生物質(zhì)與過量的空氣在鍋圖2生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)工藝流程Fg2 Poe od cenme g uply of bona gifietien eoy爐中燃燒 ,產(chǎn)生的熱煙氣和鍋爐的熱交換部件換熱，我國通過消化吸收國外先進技術(shù)與自主創(chuàng)新并產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽在燃氣輪機中膨脹做功發(fā)出電舉,目前已研制出集中供氣和戶用氣化設(shè)備,形成了能。生物質(zhì)燃燒發(fā)電的技術(shù)已基本成熟,已進入推廣多個系列氣化爐產(chǎn)品,已進入實用化試驗及示范階應(yīng)用階段,這種技術(shù)在大規(guī)模下效率較高,單位投資段,可滿足多種物料的氣化要求，在生產(chǎn)、生活用能和也較合理,但它要求生物質(zhì)集中,數(shù)量巨大[5)。發(fā)電、干燥、供暖等領(lǐng)域得到了一定利用。國內(nèi)中科我國有著良好的生物質(zhì)氣化發(fā)電基礎(chǔ)，在20世院廣州能源所、山東能源研究所、大連市環(huán)境科學(xué)設(shè)紀 60年代就開發(fā)了60kW的谷殼氣化發(fā)電系統(tǒng),目前計研究院及中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院作為國內(nèi)的160~200kW的生物質(zhì)氣化發(fā)電設(shè)備在我國已得到小生物質(zhì)氣化早期研究機構(gòu),相繼研發(fā)了以下產(chǎn)品:中規(guī)模應(yīng)用，顯示出- -定的經(jīng)濟效益0。遼寧省能源研科院廣州能源所對上吸式生物質(zhì)氣化爐的氣化原理、究所于2006年6月在意大利建成的流化床生物質(zhì)氣物料反應(yīng)性能進行了大量試驗，研制出GSQ型氣化化發(fā)電 系統(tǒng),采用木屑或稻殼為原料,發(fā)電量160kW;爐;山東能源研究所研制的XFL系列秸稈氣化爐在農(nóng)江蘇吳江縣生產(chǎn)的稻殼氣化爐,利用碾米廠下腳料驅(qū)村集中供氣中得到了一定的應(yīng)用;大連市環(huán)境科學(xué)設(shè)動發(fā)電機組,功率可達160kW ,已進人示范應(yīng)用階段;計研究院研制Lz系列生物質(zhì)餾熱解氣化裝置建成了MW級的中型BGPG系統(tǒng)也已在近些年研究開發(fā)出可供1000戶農(nóng)民生活用燃氣的生物質(zhì)熱解加工廠;來,1998年10月中科院廣州能源所完成1MW級的生中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院研制的ND系列生物質(zhì)氣物質(zhì)循環(huán)流化床氣化一內(nèi)燃機發(fā)電系統(tǒng)(GIEC) ,5臺化爐,其中ND -600型氣化爐已在生產(chǎn)中得到了一定200kW發(fā)電機組并聯(lián)工作,由于受氣化效率與內(nèi)燃機應(yīng)用,并取得了一-定的效益;云南省研制的QL-50和效率限制,效率低于18%，單位電量生物質(zhì)消耗量一QL-60型戶用生物質(zhì)氣化爐已通過技術(shù)鑒定并在農(nóng)般大于112kg/(kW●h)。在此基礎(chǔ)上中國科學(xué)院廣村進行試驗示范。州能源研究所還在海南三亞建成了國內(nèi)首個生物質(zhì)在我國生物質(zhì)氣化技術(shù)不僅在集中供氣方面有木屑氣化發(fā)電廠并于2000年下半年投入運行;中國應(yīng)用,科研單位又將生物質(zhì)氣化技術(shù)進行衍生,利用.林科院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所以稻草、麥草等軟秸稈和生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)電,并且取得了良好的經(jīng)濟效益和稻殼等農(nóng)業(yè)剩余物為原料,并建成生物質(zhì)氣化發(fā)電裝社會效益3)。生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的基本原理,是把:置,已經(jīng)投人運行,具有明顯的直接經(jīng)濟收益。設(shè)備生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃氣,再利用可燃氣推動燃氣發(fā)電設(shè)正常運行時,每年可處理約3萬t多秸稈、稻殼、木屑備進行發(fā)電。氣化發(fā)電過程主要包括3個方面:一是等生物質(zhì)廢料,每年大大減少CO2的排放'”。2010年1月農(nóng)機化研究第1期結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備投資較多,常見的氣化爐類型如圖43生物質(zhì)氣化技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備所示。直接干餾熱解的特點是生物質(zhì)在隔絕空氣條生物質(zhì)氣化是通過氣化裝置的熱化學(xué)反應(yīng)，可將件下進行熱分解,產(chǎn)物為固體炭、液體的木焦油和木低效能的固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成高效能的可燃氣,因此氣醋液、可燃性氣體，生產(chǎn)過程須外加能源!08。各氣化化爐自然是生物質(zhì)氣化過程中的關(guān)鍵設(shè)備之一。我爐的工作原理及氣流走向如圖5所示。國使用的生物質(zhì)熱解氣化技術(shù),主要有固定床流化下吸此(化爐床和直接干餾熱解3種工藝形式。固定床氣化爐工藝-般采用空氣為氣化劑，氣流方式有上吸式、下吸上吸式化爐式或是平吸式,特點是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、可以固體床氣化爐橫吸式固定休氣化爐實現(xiàn)多種生物質(zhì)原料的熱解氣化、投資少等。但是得到的生物質(zhì)燃氣熱值低,通常在4200~7560kJ/m'之開心式固定床氣化爐化間,屬低熱值可燃氣,且生物質(zhì)氣焦油含量高,容易造單流化床’(化爐成管路堵塞。流化床氣化爐的工作特點:氣固接觸混循環(huán)流化床氣化爐合良好,停留時間都較短,床內(nèi)壓力降較高,受熱均波化床氣化爐勻,加熱迅速,氣化反應(yīng)速度快,可燃氣得率高,爐內(nèi)雙源化味氣化護溫度高而且恒定,可燃氣中焦油含量較小，但出爐的流化體"(化爐可燃氣中含有較多的灰分，可頻繁啟停,氣化強度大、圖4氣化爐類型綜合經(jīng)濟性好,非常適合于大型的工業(yè)供氣系統(tǒng),但Fig.4 Types of gasifer物物料JIL可想氣可疆氣可做氣好室a)(b)-可燃氣北化床材科圖鼓風(fēng)機