我国生物质气化技术概况与发展

2010年1月农机化研究第1期我国生物质气化技术概况与发展王建楠，胡志超，彭宝良，王海鸥，曹士峰(农业部南京农业机械化研究所，南京210014)商要:介绍了我国生物质气化技术的发展现状以及生物质气化供气、发电的基本工艺流程。同时,在简述生物质气化的概念及其转化方式基础上,着重论述了生物质气化技术在国内的研究及应用现状,并对生物质气化技术所需要的关键技术装备及原理等以图示出。关键词:生物质气化;发展现状;关键设备中图分类号: S126文献标识码: A文章编号: 1003 -188X(2010)01 -0198 -04气化技术已成为我国能源及农业研发领域的一.个热0引言点内容。能源是人类赖以生存的物质基础,是国民经济的1生物质气化原理基本支撑。我国是能源消费大国，当前能源供应主要依靠煤炭、石油和天然气等化石能源，而化石能源资生物质气化技术是一种热化学处理技术,通过气源的有限性及其开发利用过程对环境生态造成的巨化炉将固态生物质转换为使用方便而且清洁的可燃大压力,严重制约着经济社会的可持续发展。同时，气体 ,用作燃料或生产动力。其基本原理是将生物质我国又是一个农业大国，每年有大量的农作物秸秆、原料加热，生物质原料进入气化炉后被干燥，伴随着畜禽粪便、农产品加工副产品和能源作物等植物生物温度的升高,析出挥发物,并在高温下裂解(热解);热质产生。而生物质气化技术正是以植物生物质为原解后的气体和炭在气化炉的氧化区与供入的气化介料,采用热解法及热化学氧化法在缺氧条件下加热，质(空气、氧气、水蒸气等)发生氧化反应并燃烧;燃烧使其发生复杂的热化学反应的能量转化过程,在反应放出的热量用于维持 干燥、热解和还原反应,最终生条件下按照化学键的成键原理，变成-氧化碳、甲烷、成了 含有一定量CO,H2 ,CH, ,C.H.的混合气体,去除氢气等可燃性气体的分子。最终利用这些气体进行焦油、杂质后即可燃用或者发电"。生物质气化原理集中供气、发电,从而可在某些情况下替代现有的煤如图1所示。电以及天然气。其不仅减轻了因焚烧秸秆而对环境H0.cO. co造成的污染,而且提高了秸秆的利用效果,并为能源i，CI.0,的可持续发展提出了有效途径。，大分f介机物、Ho.ou.co农业生物质能不仅具有可永续利用,具有环境友质↑(经、 芳齐化行物》爱解好和可再生双重属性，而且发展农业生物质能产业，HjO. co, 0,士(心)突破传统农业的局限,利用农产品及其废弃物生产新型能源,拓展了农产品的原料用途和加工途径,提升国心无机物(失分)产品的附加值和市场竞争力,有利于转变农业增长方H0, C, 00.式，发展循环经济,延伸农业产业链条,提高农业效，，9益,拓展农村剩余劳动力转移空间，在促进区域经济图1生物质气化原理图发展、增加农民收人等方面大有可为。因此,生物质Fig.1 The chart of biomass gasification theory2我国生物 质气化技术概况收稿日期: 2009 -02 -28基金项目:国家“+-五"科技支撑计划项目(2006BAD2806 -02)我国生物质气化技术研究始于20世纪80年代初作者简介:王建楠(1983 -).男,河南信阳人,工程师.硕士。通讯作者:胡志超(1963-). 男.陕西蓝田人,研究员,博士,(E-期，至今已开展了生物质能转换技术以及装置的研究mail) nfzhongzi@ 163. com。和开发,形成了生物质气化集中供气、燃气锅炉供热、2010年1月农机化研究第1期内燃机发电等技术，把农林废弃物、工业废弃物等生生物质气化,在气化炉中把固体生物质转化为气体燃物质能转换为高效能的煤气、电能或蒸汽，提高生物料;二是气体净化,气化出来的燃气都含有一定的杂质能源的利用效率,实现以生物质替代气、油和煤的质，包括灰分、焦炭和焦油等,需经过净化系统把杂质新型能源[2]。生物质气化集中供气即将生物质气化除去,以保证燃气发电设备的正常运行;三是燃气发炉产生的气体通过净化除焦、除尘后通过用户管网送电,利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电,有的工艺至用户以实现供暖、供热、供电。生物质气化集中供为了提高发电效率,发电过程可以增加余热锅炉和蒸气系统工艺流程如图2所示。汽轮机4]，典型的系统如图3所示。汽配机发电机0-口-00口0生1物质唱出0《化护除1降焦检备图3生物质气化发电工艺流程示意图1.上料器2. 气化炉3.净化器 4. 分离器Fig. 3 The chart of biomass gasifcation power generation procese5.罗茨风机6.沉淀器 7安全阀8.贮掘柜9. 用户管网生物质燃烧发电是将生物质与过量的空气在锅图2生物质气化集中供气系统工艺流程Fg2 Poe od cenme g uply of bona gifietien eoy炉中燃烧 ,产生的热烟气和锅炉的热交换部件换热，我国通过消化吸收国外先进技术与自主创新并产生的高温高压蒸汽在燃气轮机中膨胀做功发出电举,目前已研制出集中供气和户用气化设备,形成了能。生物质燃烧发电的技术已基本成熟,已进入推广多个系列气化炉产品,已进入实用化试验及示范阶应用阶段,这种技术在大规模下效率较高,单位投资段,可满足多种物料的气化要求，在生产、生活用能和也较合理,但它要求生物质集中,数量巨大[5)。发电、干燥、供暖等领域得到了一定利用。国内中科我国有着良好的生物质气化发电基础，在20世院广州能源所、山东能源研究所、大连市环境科学设纪 60年代就开发了60kW的谷壳气化发电系统,目前计研究院及中国农业机械化科学研究院作为国内的160~200kW的生物质气化发电设备在我国已得到小生物质气化早期研究机构,相继研发了以下产品:中规模应用，显示出- -定的经济效益0。辽宁省能源研科院广州能源所对上吸式生物质气化炉的气化原理、究所于2006年6月在意大利建成的流化床生物质气物料反应性能进行了大量试验，研制出GSQ型气化化发电 系统,采用木屑或稻壳为原料,发电量160kW;炉;山东能源研究所研制的XFL系列秸秆气化炉在农江苏吴江县生产的稻壳气化炉,利用碾米厂下脚料驱村集中供气中得到了一定的应用;大连市环境科学设动发电机组,功率可达160kW ,已进人示范应用阶段;计研究院研制Lz系列生物质馏热解气化装置建成了MW级的中型BGPG系统也已在近些年研究开发出可供1000户农民生活用燃气的生物质热解加工厂;来,1998年10月中科院广州能源所完成1MW级的生中国农业机械化科学研究院研制的ND系列生物质气物质循环流化床气化一内燃机发电系统(GIEC) ,5台化炉,其中ND -600型气化炉已在生产中得到了一定200kW发电机组并联工作,由于受气化效率与内燃机应用,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%，单位电量生物质消耗量一QL-60型户用生物质气化炉已通过技术鉴定并在农般大于112kg/(kW●h)。在此基础上中国科学院广村进行试验示范。州能源研究所还在海南三亚建成了国内首个生物质在我国生物质气化技术不仅在集中供气方面有木屑气化发电厂并于2000年下半年投入运行;中国应用,科研单位又将生物质气化技术进行衍生,利用.林科院林产化学工业研究所以稻草、麦草等软秸秆和生物质气化技术发电,并且取得了良好的经济效益和稻壳等农业剩余物为原料,并建成生物质气化发电装社会效益3)。生物质气化发电技术的基本原理,是把:置,已经投人运行,具有明显的直接经济收益。设备生物质转化为可燃气,再利用可燃气推动燃气发电设正常运行时,每年可处理约3万t多秸秆、稻壳、木屑备进行发电。气化发电过程主要包括3个方面:一是等生物质废料,每年大大减少CO2的排放'”。2010年1月农机化研究第1期结构复杂，设备投资较多,常见的气化炉类型如图43生物质气化技术的关键设备所示。直接干馏热解的特点是生物质在隔绝空气条生物质气化是通过气化装置的热化学反应，可将件下进行热分解,产物为固体炭、液体的木焦油和木低效能的固体生物质转换成高效能的可燃气,因此气醋液、可燃性气体，生产过程须外加能源!08。各气化化炉自然是生物质气化过程中的关键设备之一。我炉的工作原理及气流走向如图5所示。国使用的生物质热解气化技术,主要有固定床流化下吸此(化炉床和直接干馏热解3种工艺形式。固定床气化炉工艺-般采用空气为气化剂，气流方式有上吸式、下吸上吸式化炉式或是平吸式,特点是设备结构简单、易于操作、可以固体床气化炉横吸式固定休气化炉实现多种生物质原料的热解气化、投资少等。但是得到的生物质燃气热值低,通常在4200~7560kJ/m'之开心式固定床气化炉化间,属低热值可燃气,且生物质气焦油含量高,容易造单流化床’(化炉成管路堵塞。流化床气化炉的工作特点:气固接触混循环流化床气化炉合良好,停留时间都较短,床内压力降较高,受热均波化床气化炉匀,加热迅速,气化反应速度快,可燃气得率高,炉内双源化味气化护温度高而且恒定,可燃气中焦油含量较小，但出炉的流化体"(化炉可燃气中含有较多的灰分，可频繁启停,气化强度大、图4气化炉类型综合经济性好,非常适合于大型的工业供气系统,但Fig.4 Types of gasifer物物料JIL可想气可疆气可做气好室a)(b)-可燃气北化床材科图鼓风机