生物质气化技术面临的挑战及技术选择-第2页-undefined

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②规模小。目前固定床单台产能一般都集中在200～500kW，不易放大规模，规模效益不佳。

③机械化、自动化程度较低。如某些固定床气化炉容易架桥烧结，运行时需要耗费大量人力在炉顶操作，威胁到操作人员安全。

④发电效率低。气化发电所用的内燃机一般都由低转速的柴油发电机改装而成，电转化效率只有30%，固定床气化发电效率为10%～15%。

尽管国内外大量研究者对如何处理生成的焦油进行了不少研究，但由于固定床气化技术焦油处理难度大、成本高，且难以根治，加之不适应规模化发展的要求而不具有竞争力。

2.2流化床气化技术

流化床气化炉的优点是传热传质均匀，气化反应速度快，碳转化率高，易放大设计;缺点是可燃气中灰分含量高，设备结构复杂，原料需粉碎细化。

流化床气化技术分为鼓泡流化床型、循环流化床型和双床型等。鼓泡流化床气化技术主要有华北电力大学、河南科学院和浙江大学等进行了研究和小试。德国、瑞典、芬兰、澳大利亚、美国、加拿大等国已将循环流化床气化技术工业化应用，另外上海发电设备成套设计研究院、中科院广州能源所、中国科技大学、中国石油大学、山东科技大学、哈尔滨工业大学、华南理工大学、伊朗科技大学、美国西弗吉尼亚大学、埃及米尼亚大学、意大利拉奎拉大学等也对该技术进行了研究和中试。笔者在循环流化床气化的基础上，将流化床半焦气化和生物质提升管临氢热解耦合，开发了生物质循环流化床分级热解气化技术，裂解焦油，富产甲烷，提高了燃气热值，从源头上消除了含酚废水的污染。

流化床气化技术针对的是中等及以上规模应用，急需解决的问题包括：

①气化气中仍存在焦油，使气化发电及供气系统无法长期稳定运行，还会引起二次废水污染。

②高温粗燃气和发电机尾气的余热未加以利用，热效率低，发电效率低，流化床气化发电效率只有15%～25%，而气化-燃气轮机联合循环发电技术(BIGCC)的发电效率也只能达到35%。

③需要开发高气化效率和无焦油的燃气型气化炉，提高燃气热值，便于采用BIGCC热电联供。

④采用BIGCC技术需要开发结构简单、运行成本低的低热值燃气轮机和高效燃气净化系统。

⑤BIGCC技术需要规模化开发应用，解决气化气成本问题。

生物质循环流化床气化，未完全反应的碳粒可通过返料器返回气化炉进一步反应，以提高气化效率，提高燃气热值，燃气热值可达到5～8MJ/m3(标准状态)。有床料的循环流化床原料适应性强，可将较长的秸秆打碎(一般5cm以下的秸秆都可以充分反应)，床料可使加入的生物质料迅速升温，减少气化反应时间，生成更多可燃成分。热燃气直接利用，可以避免焦油冷凝对管道设备的污染，这将是下一步生物质规模化完全气化技术的主要发展方向。

3生物质部分气化技术面临的挑战

生物质部分气化是生物质隔绝空气，在生物酶或高温高压条件下，通过生化反应或热化学反应将部分生物质转化为燃气，部分转化为燃油-半焦或沼液-沼渣的过程，是生物质能高效梯级利用的多联产工艺。基于综合效益和发展趋势，本文以沼气技术和快速热解液化技术为例进行分析。

3.1沼气技术

人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧(没有氧气)条件下发酵，经微生物分解转化产生沼气。沼气是一种混合气体，由50%～80%的甲烷、20%～40%的二氧化碳、0～5%的氮气、小于1%的氢气、小于0.4%的氧气和0.1%～3%的硫化氢等气体组成，除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等以外，还可用作内燃机的燃料，沼气发电还可作为分布广泛且价廉的分布式能源。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。另外，由于腐熟程度高使肥效更高，粪便等沼气原料经发酵后，绝大部分寄生虫卵被杀死，可以改善农村卫生条件，减少疾病的传染。因此，沼气技术是适合三农的一项生物质综合高效清洁利用的多联产工艺。目前急需解决的问题包括：

①急需开发高效高浓度厌氧消化的沼气发酵工艺和配套的高效集成式设备，既要保持厌氧污泥菌群有足够长的停留时间(污泥龄)，又要保证进入池内的污水与厌氧污泥有充分的亲密接触，还要保证池体介质温度在20℃以上且不用耗能加温，而且不能发生固体物堵塞问题，使单位设备容积产气量(即产气率)在中温下提高到10m3沼气/(m3˙d)以上，滞留时间缩短到几天甚至几小时。

②培育和筛选发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌、食乙酸产甲烷菌等各种微生物协同作用的高效沼气发酵微生物菌群，提高生物质的利用率和沼气产量。

③提高机械化、自动化程度，降低发酵操作能耗，简化操作工序。

④简化净化工序，提高甲烷纯度和清洁度。

⑤开发适合沼气特点的甲烷压缩、发电和热电冷多联供的小微型高效设备，扩大沼气的利用途径，提高附加值。

⑥需要解决大中型沼气工程的沼液和沼渣利用难题。

大中型沼气工程效率高，产气量大，规模集中便于管理、净化和高效利用，符合农村集约化和城镇化发展的需求，是今后沼气技术发展的方向。

3.2生物质快速热解技术

生物质快速热解是一种高温处理过程，生物质在隔绝空气条件下快速加热，通过热化学方法将原料直接裂解为粗油，反应速度快、处理量大。生物油为主要产品，干基产率在70%左右，副产物为半焦、灰渣和气体，整个系统无废气排出，处理过程几乎无污染。气体热值高达5000kcal/m3(1kcal=4.186kJ)，除直接燃烧用于炊事，还可用作发电和热电冷多联供等;半焦可用作固体燃料、土壤改良剂、肥料缓释增效的载体以及高性能活性炭的原料等;灰渣富含钾、硅、镁、铁等作物所需元素，可用于肥料。生物质快速热解液化的最大优点，在于其产物生物油易于储存、运输，为工农业大宗消耗品，不存在产品规模和消费的地域限制问题。生物油不但可以简单替代传统燃料，还可以从中提取许多附加值较高的化学品。通过分散热解、集中发电的方式，热解生物油可通过内燃机、燃气涡轮机、蒸汽涡轮机完成发电，这些系统可产生热和能，能够达到更高的系统效率，一般为35%～45%，并大大降低了农林废弃物的运输和储存成本以及场地费用等。

原标题：生物质气化技术面临的挑战及技术选择

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