生物質(zhì)氣化技術(shù)應(yīng)用淺談

寇偉 宋哲

(黑龍江省林業(yè)設(shè)計(jì)研究院)

　　[摘要]介紹了生物質(zhì)氣化技術(shù)應(yīng)用的原理和意義及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并重點(diǎn)分析了其在黑龍江省的適用性、優(yōu)越性和發(fā)展前景；最后得出了在黑龍江省應(yīng)用生物質(zhì)能技術(shù)具有重大的環(huán)境意義和經(jīng)濟(jì)效益。

　　0引言

　　隨著人類對(duì)能源的需求量逐漸增加，化石燃料的逐漸減少以及應(yīng)用化石燃料帶來的日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題，各國(guó)越來越重視可再生能源的開發(fā)與應(yīng)用，其中生物質(zhì)能是地球上幾乎到處都有的一種潔凈的可再生能源并日益成為人們利用和研究的焦點(diǎn)。生物質(zhì)氣化能量轉(zhuǎn)換效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，易操作，不受地區(qū)、燃料種類和氣候的限制，為畜牧業(yè)提供飼料，為工業(yè)企業(yè)提供原材料，以達(dá)到保護(hù)資源與環(huán)境，發(fā)展經(jīng)濟(jì)，為子孫后代造福，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目的。

　　1生物質(zhì)氣化技術(shù)的概念與原理

　　生物質(zhì)氣化是生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換的一種技術(shù)，通過熱化學(xué)過程裂解氣化為氣體燃料，俗稱“水煤氣”?；驹硎窃诓煌耆紵龡l件下，將生物質(zhì)原料加熱，使高分子量的有機(jī)碳?xì)浠衔镦溋呀猓兂奢^低分子量的CO，H2，CH4等可燃?xì)怏w，在轉(zhuǎn)換過程中需要加空氣、氧氣或水蒸氣等氣化劑，其產(chǎn)品主要指可燃性氣體N2的混合氣體，稱為“生物質(zhì)燃?xì)?rdquo;。

　　生物質(zhì)燃?xì)饪捎糜诖妒?、采暖和作物烘干，還可用于內(nèi)燃機(jī)、熱氣機(jī)等動(dòng)力裝置的燃料，輸出電力及動(dòng)力，提高生物質(zhì)的能源品位和利用效率。生物質(zhì)燃?xì)庵饕猛居校孩俟┟裼么妒潞腿∨?；②烘干谷物、木材、果品、炒茶等；③發(fā)電；④區(qū)域供熱；⑤工業(yè)企業(yè)用蒸汽等。在生物質(zhì)能開發(fā)水平比較高的國(guó)家，還用生物質(zhì)燃?xì)庾骰ぴ?，如合成甲醇、氨等，甚至考慮著做燃料電池的燃料。

　　生物質(zhì)氣化所用的原料主要是原木生產(chǎn)及木材加工的殘余物、薪柴、農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物等，包括板皮、木屑、枝杈、秸稈、稻殼、玉米芯等，原料來源廣泛，價(jià)廉易取。

　　生物質(zhì)氣化都要通過氣化爐完成，其反應(yīng)過程很復(fù)雜。隨著氣化爐的類型、工藝流程、反應(yīng)條件、氣化劑的種類、原料的性質(zhì)和粉碎粒度等條件的不同，其反應(yīng)過程也不相同。但不同條件下物質(zhì)氣化過程基本包括下列反應(yīng)：

　　工作中，原料燃燒分為四個(gè)層：氧化層、還原層、熱分解層和干燥層。其中，還原層是影響燃?xì)馄焚|(zhì)和產(chǎn)量最重要的地區(qū)。

　　生物質(zhì)氣化的核心設(shè)備是氣化爐。在這里，生物質(zhì)經(jīng)燃燒、氣化轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?。氣化爐大體上可分為：固定床氣化爐和流化床氣化爐。其中，固定床氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，運(yùn)行可靠，操作比較容易，對(duì)原料種類和粒度要求不高，但通常產(chǎn)氣量較小，多用于小型氣化站內(nèi)或戶用，只有上流式固定氣化爐可用于較大規(guī)模的生物場(chǎng)合；流化床氣化爐傳熱強(qiáng)烈、氣化強(qiáng)度大、產(chǎn)氣率高，適于大、中規(guī)模生產(chǎn)，是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)大規(guī)模氣化-燃?xì)廨啓C(jī)民電機(jī)組-汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的有效途徑，但其加料、過濾困難，設(shè)備復(fù)雜成本高。

　　2生物質(zhì)氣化技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用

　　2.1應(yīng)用概況

　　近年來，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究十分重視，有許多單位在進(jìn)行此項(xiàng)技術(shù)的研究，并達(dá)到了較高的水平。

　　我國(guó)一些研究單位也在進(jìn)行生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究，開發(fā)了一批適合我國(guó)國(guó)情的技術(shù)和產(chǎn)品，已經(jīng)達(dá)到實(shí)用程度并且已進(jìn)行示范推廣的技術(shù)主要有： (1)秸稈氣化集中 供氣技術(shù)，即山東省科學(xué)院能源研究所經(jīng)“七五”、“八五”、“九五”期間的研究形成的技術(shù)，已形成可供100~1000戶居民炊事用能的供氣系統(tǒng)。(2)氣化發(fā)電機(jī)組：原商業(yè)部科研所和紅巖機(jī)器廠研制的稻殼發(fā)電系統(tǒng)，已有一定程度的推廣，中科院廣州能源所研制的1MW流化床氣化發(fā)電系統(tǒng)代表了我國(guó)目前氣化發(fā)電技術(shù)的水平； (3)木 材加工廢棄物氣化后直接利用，如中國(guó)農(nóng)機(jī)院研制的木材氣化烘干設(shè)備等。這些技術(shù)展示了生物質(zhì)氣化技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性和發(fā)展趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)生物質(zhì)氣化技術(shù)主要應(yīng)用在供熱和發(fā)電兩個(gè)方面。生物質(zhì)集中供氣系統(tǒng)已在我國(guó)許多省份得到推廣應(yīng)用，估計(jì)到2010年，全國(guó)有可能建生物質(zhì)氣化站2500~3000個(gè)。

　　2.2工程介紹

　　目前國(guó)內(nèi)生物質(zhì)氣化技術(shù)較成熟的研究機(jī)構(gòu)主要有廣州能源所，山東能源所和遼寧能源所等。其中廣州能源所承擔(dān)了“九五”期間“1MW生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)”的研究，在福建莆田建立的首個(gè)1MW的生物質(zhì)氣化發(fā)電站已投入運(yùn)行使用，取得顯著的效益。此外，還包括海南三亞1MW木粉氣化發(fā)電系統(tǒng)，河北邯鄲600kW秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)和泰國(guó)1.2MW谷殼氣化發(fā)電站等多個(gè)大型發(fā)電站。

　　山東省科學(xué)院能源研究所正在開展秸稈循環(huán)流化床技術(shù)的推廣工作，研制了實(shí)用型流化床氣化爐。遼寧省能源研究所采用玉米秸稈等原料，承擔(dān)了多個(gè)國(guó)家重點(diǎn)科技項(xiàng)目，建立了固定床生物質(zhì)氣化系統(tǒng)，流化床、固定床生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)線，應(yīng)用在大連、本溪、鐵嶺等地區(qū)，提供居民炊事及采暖用氣，安全可靠，運(yùn)行至今。其中，生物質(zhì)氣化供熱系統(tǒng)產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)居國(guó)際先進(jìn)水平。據(jù)遼寧省能源研究所投資概算：農(nóng)村集中供氣系統(tǒng)總投資包括氣化站土建部分、氣化機(jī)組以及管網(wǎng)(室內(nèi)、室外)、氣柜和用氣設(shè)備的投資組成。

　　3生物質(zhì)氣化技術(shù)在黑龍江省的應(yīng)用

　　3.1概況介紹

　　黑龍江省生物質(zhì)資源極為豐富，目前在農(nóng)村到處可見堆積如山的秸稈垛。由于黑龍江省低溫寒冷時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半年之久，廣大農(nóng)民生產(chǎn)生活能耗高、能源需求量大。黑龍江非常重視以生物質(zhì)為主要燃料的農(nóng)村能源工作，借助生態(tài)省建設(shè)和實(shí)施“生態(tài)家園富民計(jì)劃”的有利契機(jī)，積極發(fā)展秸稈氣化示范工程，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　3.2案例分析

　　目前，生物質(zhì)氣化技術(shù)在黑龍江省得到了長(zhǎng)足、穩(wěn)定的發(fā)展，具有很多正常運(yùn)行多年的生物質(zhì)氣化工程案例。

　　黑龍江省北大荒米業(yè)在全國(guó)最早利用稻殼在墾區(qū)發(fā)電，建設(shè)了9座、總裝機(jī)容量6000千瓦的稻殼發(fā)電廠，一年可吃進(jìn)稻殼10萬噸，發(fā)電量達(dá)700萬千瓦時(shí)，年創(chuàng)效益1800多萬元。北大荒米業(yè)在291稻米加工廠建起了第一家稻殼發(fā)電廠，是省內(nèi)最大的單體稻殼發(fā)電廠。他們又相繼在普陽、八五七、青龍山等8家稻米加工廠建起稻殼發(fā)電廠，形成了全國(guó)規(guī)模最大的稻殼發(fā)電機(jī)群。目前北大荒米業(yè)的稻殼發(fā)電技術(shù)居國(guó)際領(lǐng)先水平，北大荒米業(yè)建設(shè)稻殼發(fā)電廠，解決了資源浪費(fèi)、環(huán)境污染問題，也實(shí)現(xiàn)了增產(chǎn)節(jié)約。

　　4結(jié)論與展望

　　黑龍江省具有豐富的生物質(zhì)能原料，在國(guó)家大力扶持和鼓勵(lì)可再生能源利用的政策下，利用生物質(zhì)氣化技術(shù)進(jìn)行供熱、發(fā)電等工業(yè)項(xiàng)目，政府將在稅收、電費(fèi)、貸款利率等方面進(jìn)行優(yōu)惠與補(bǔ)償。這將使投資方和使用方節(jié)省很大的成本，獲得更大的利潤(rùn)。

　　生物質(zhì)氣化技術(shù)具有能量轉(zhuǎn)換效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，易操作等特點(diǎn)。

　　生物質(zhì)氣化技術(shù)具有很好的環(huán)境效益。這對(duì)環(huán)境污染比較嚴(yán)重的黑龍江省來說具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的重大意義。目前，生物質(zhì)氣化機(jī)組的容量區(qū)域大型化，設(shè)備趨于智能可控化。這將更利于該技術(shù)在省內(nèi)安全、廣泛的推廣。相信，生物質(zhì)氣化技術(shù)必將隨著社會(huì)文明和科技的發(fā)展在黑龍江省得天獨(dú)厚的條件下得到更廣泛的應(yīng)用。