【正文】 ，又改善了農(nóng)民的生活條件。（3）種類集中，水稻、小麥、%。分別占到秸稈總產(chǎn)出量的40%和45%，%[1] 。據(jù)不完全估計，全世界每年可產(chǎn)生近20億噸秸稈，作為農(nóng)業(yè)大國的中國，每年秸稈產(chǎn)量也有近7億噸，其中產(chǎn)量最大的是稻秸，%，主要分布在中南（如湖南、湖北、廣東、廣西）和華東地區(qū)（如江蘇、江西、浙江和安徽）及西南的部分省份（如四川等），其次是玉米秸，%，主要分布在東北和華北（如河北、內(nèi)蒙古等）地區(qū)的各省及華東（如山東）和中南（如河南）的部分省份，%，主要分布在華東（如山東、江蘇、安徽）和中南（如河南）及華北（如河北）等地區(qū)，%，薯秧類占總量的3 .47%，%[1]。盡管煤炭等商品能源在農(nóng)村的使用迅速增加，但生物質(zhì)能仍占有重要地位。生物質(zhì)的利用對我國的發(fā)展有重大的意義：我國是一個人口大國，又是一個經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的國家，21世紀(jì)將面臨著經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力。通過生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)可以高效地利用生物質(zhì)能源，生產(chǎn)各種清潔燃料，替代煤炭，石油和天然氣等燃料和生產(chǎn)電力。這些未加以利用的生物質(zhì)，為完成自然界的碳循環(huán)，其絕大部分由自然腐蝕將能量和碳素釋放回到自然界中。生物質(zhì)秸稈氣化和集中供氣技術(shù)不僅實現(xiàn)了農(nóng)村用能燃?xì)饣?，而且還實現(xiàn)了生物資源的可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的意義。單單依靠這些能源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要。因此，開發(fā)與利用新能源和可再生能源，已經(jīng)成為世界性的能源建設(shè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。同時，將氣化氣罐裝，以便于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，也是一個非常值得研究的課題。H2S：秸稈氣化氣中硫化氫的含量一般為300mg/m3以上，H2S和水反應(yīng)生成弱酸，易對鋼材設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，因此必須脫除秸稈氣中的硫化氫，目前，脫除硫化氫的最簡單方法是采用石灰水噴淋洗滌（須定期補(bǔ)充石灰水）或采用活性碳吸附（須定期對活性碳進(jìn)行脫附）；如用氧化鐵法脫除硫化氫，脫硫時還可消耗秸稈氣中的氧氣；另外，硫化鐵可用來脫除秸稈氣中的NO，減少煤氣膠的生成量，減少了管道的堵塞，有利于供氣和順利進(jìn)行。此時即為“流化床”狀態(tài)，氣化介質(zhì)和顆粒料充分混合，具有流體的性質(zhì) 。其缺點是：由于爐內(nèi)的氣體流向是自上而下的，而熱流的方向是自下而上的，致使引風(fēng)機(jī)從爐柵下抽出可燃?xì)庖馁M(fèi)較大的功率，出爐的燃?xì)庵泻休^多的灰分，出爐的可燃?xì)獾臏囟容^高，須用水對其進(jìn)行冷卻。（其工作原理如下圖所示）圖2 上吸式氣化爐工作原理圖生物質(zhì)原料由爐頂加料口投入料爐內(nèi)，作為氣化劑的空氣也由進(jìn)料口進(jìn)入爐內(nèi)。在大型固定式氣化爐中，蒸汽還靠預(yù)熱的空氣帶入；在小型氣化爐，為了使結(jié)構(gòu)簡單，水蒸氣的加入則是用滴水器來完成。經(jīng)過氣化，每公斤秸稈能產(chǎn)約2m3可燃?xì)?，一?口之家每天需燃?xì)饧s5—6立方米。離開氣柜的燃?xì)馔ㄟ^敷設(shè)在地下圖1 系統(tǒng)工藝流程圖1 螺旋輸送機(jī)； 2 氣化爐 3 旋風(fēng)分離器 4 噴淋凈化器 5 氣水分離器 6過濾器 7鼓風(fēng)機(jī) 8 水封 9 灶具 10 儲氣柜的塑料管網(wǎng)分配到系統(tǒng)中的每一用戶。 3 生物質(zhì)秸稈氣化系統(tǒng)及設(shè)備 秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)介紹秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)基本模式為：以自然村為單元，系統(tǒng)規(guī)模為數(shù)十戶至上千戶，系統(tǒng)由三部分組成：秸稈的氣化機(jī)組，燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)和用戶燃?xì)庀到y(tǒng)。我國是個農(nóng)業(yè)大國，有豐富的農(nóng)業(yè)廢棄資源，但是其利用率卻很低，且因不正當(dāng)處置如焚燒而污染環(huán)境，隨著我國生物質(zhì)能氣化技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用前景越來越廣闊，特別是在氣化發(fā)電和集中供氣方面。生物質(zhì)秸稈氣化技術(shù)是90年代初期在我國發(fā)展起來的，但由于其具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。2 生物質(zhì)氣化技術(shù)利用現(xiàn)狀及發(fā)展前景生物質(zhì)氣化技術(shù)是一種熱化學(xué)處理技術(shù)，通過氣化爐將固態(tài)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為使用方便而且清潔的可燃?xì)怏w，用作燃料或生產(chǎn)動力。該技術(shù)在農(nóng)村的應(yīng)用前途極其廣闊，實現(xiàn)了“一人燒火，全村用氣”的要求。生物質(zhì)氣化技術(shù)主要是以低質(zhì)生物質(zhì)為原料的氣化技術(shù)，使低質(zhì)生物質(zhì)完成從固態(tài)到可燃?xì)怏w的轉(zhuǎn)化。就煤、石油、天然氣、地?zé)崮堋⒑四艿饶茉磥碚f，不僅儲量、開發(fā)量有限，而且是不可再生能源。隨著世界人口的日益增長和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類在經(jīng)歷了以煤為主的第二代能源之后，以石油為主的第三代能源正面臨著枯竭的危險。人類必須尋找到一種可經(jīng)濟(jì)開發(fā)、豐富、清潔的能源。水能、風(fēng)能、潮汐能等可再生能源，雖然理論上是取之不盡，用之不竭的，但可經(jīng)濟(jì)開發(fā)的量并不大。低質(zhì)生物質(zhì)是以農(nóng)作物秸稈為主，還可以使用玉米芯、木屑、柴草等。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年生產(chǎn)的農(nóng)作物秸稈約7億噸，如此之大的資源除了一小部分用于畜牧外，其余的大部分以直接燃燒的方式將其浪費(fèi)，既浪費(fèi)了資源，又污染了環(huán)境。生物質(zhì)氣化技術(shù)，就是生物原料在缺氧狀態(tài)下加熱反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換過程。在短短的十年內(nèi)得到了相當(dāng)大的發(fā)展，目前我國已經(jīng)成功開發(fā)了一些將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w的技術(shù)。目前國內(nèi)已經(jīng)成功開發(fā)了一些將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成可燃?xì)獾募夹g(shù)，采用固定床氣化的，其所產(chǎn)氣體的熱值則可獲得4—5MJ/m3，采用循環(huán)流化床氣化的，其所產(chǎn)生的氣體的熱值則可獲得7MJ/m3左右，而且中熱值氣化技術(shù)的實驗研究在國內(nèi)也已取得了較好效果，如廣州能源研究所采用的氧氣氣化技術(shù)，其氣體熱值在10MJ—12MJ/m3之間。（工藝系統(tǒng)圖如下頁所示）鍘成小段的秸稈送入氣化器中經(jīng)過熱解氣化反應(yīng)轉(zhuǎn)換成為可燃?xì)怏w，在凈化器中除去燃?xì)庵泻械幕覊m和焦油等雜質(zhì)，由風(fēng)機(jī)送至氣柜中。用戶打開燃?xì)庥镁叩拈y門，就可以方便地使用燃?xì)?。氣化爐是秸稈氣化的主要設(shè)備，氣化爐除由于原料不同而氣化產(chǎn)物有差異外，氣化時所吹入的氣體（空氣、氧氣或水蒸氣）的不同，所以產(chǎn)生的可燃?xì)怏w的成分也不同。目前所用的氣化爐有上吸式氣化爐，下吸式氣化爐和流化床式氣化爐物料自爐頂加料口投入爐內(nèi)，氣化劑由爐底部進(jìn)氣口進(jìn)入爐內(nèi)參加反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的氣化氣至下而上流動，由可燃?xì)獬隹谂懦觥t內(nèi)的物料自上而下分為干燥層、熱分解層、氧化層、還原層。（其工作原理如下圖所）圖3 下吸式氣化爐工作原理圖（見上頁） 流化床氣化爐流化床氣化爐結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)備投資較多。（其工作原理如下圖所示）圖4 流化床工作原理圖4 生物質(zhì)可燃?xì)獾膬艋? 氣化氣中雜質(zhì)的組成、危害及去除方法生物質(zhì)氣化燃?xì)庵泻懈鞣N各樣的雜質(zhì)，主要成分及危害如下表所示 表1 氣化燃?xì)庵须s質(zhì)的組成及危害雜質(zhì)成分典型成分可能引起的問題凈化辦法顆?；摇⒔固?、熱質(zhì)顆粒磨損、堵塞氣固分離、過濾、水洗堿金屬鈉、鉀等化合物高溫腐蝕冷凝、吸附、過濾氮化物主要是氨和HCN形成二氧化氮水洗SCR等焦油各種芳香烴等堵塞、難以燃燒裂解、除焦、水洗硫、氯HCL硫化氫腐蝕污染水洗化學(xué)反應(yīng)灰分：在反應(yīng)進(jìn)程中，大部分灰分由爐柵落入灰室，可燃?xì)庵械幕覊m經(jīng)旋風(fēng)分離器被除掉，將收集的灰分進(jìn)一步處理，可以加工成耐熱保溫材料，或是提取高純度的SiO2，當(dāng)然也可以用作肥料。生物質(zhì)氣化燃?xì)庵兴趾突曳值奶幚硎潜容^容易的，而焦油則是生物質(zhì)氣化應(yīng)用中危害最大的，需通過下面幾種方法清除：（1）水洗法；（2）過濾法；（3）催化裂解法；（4）靜電捕捉法；（5）旋風(fēng)分離器脫焦法。1引言 能源是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在某種意義上，人類社會生產(chǎn)的發(fā)展史，就是人類能源開發(fā)利用史。目前，世界能源格局是以石油、天然氣、煤炭等常規(guī)能源為主，包括水能風(fēng)能、太陽能、潮汐能、地?zé)崮?、核能、氫氣能、生物能等能源在?nèi)的多種能源并存的狀況。因此人們預(yù)言能量巨大、分布廣泛、可以再生、污染小的生物質(zhì)能將成為第四代能源的主流能源。本文通過對生物秸稈氣化工程的參觀、研究、結(jié)合國內(nèi)外已發(fā)表的有關(guān)資料比較系統(tǒng)的講解了生物質(zhì)氣化原理、工藝流程、氣化裝置及氣化氣的凈化等問題，并設(shè)計了下吸式氣化爐。事實上，生物質(zhì)能源是人類利用最早、最多、最直接的能源，也是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費(fèi)總量第四位的能源，在整個能源系統(tǒng)中占有重要地位。減少對礦物能源的依賴，保護(hù)國家能源資源，減輕能源消費(fèi)給環(huán)境造成的污染。因此改變能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式，開發(fā)利用生物質(zhì)能等可再生的清潔能源資源對建立可持續(xù)的能源系統(tǒng)，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重大意義。%。在中國農(nóng)村，秸稈被用作重要的生活資源，是一種重要的生物質(zhì)資源。現(xiàn)將1999年中國秸稈農(nóng)作物資源量表（如表2）。農(nóng)作物秸稈是生物質(zhì)的主要組成部分，隨著科技的發(fā)展，秸稈氣化集中供氣為用農(nóng)作物秸稈解決農(nóng)村生產(chǎn)用能開辟了道路。 氣化原理生物質(zhì)氣化的基本原理是將生物質(zhì)原料加熱，生物質(zhì)原料進(jìn)入氣化爐后被干燥，伴隨著溫度的升高，析出揮發(fā)物，并在高溫下熱解，熱解后的氣體和炭，在氣化爐的氧化區(qū)與供入的氣化介質(zhì)（空氣、氧氣、水蒸氣等）發(fā)生氧化反應(yīng)并燃燒，燃燒放出的熱量用于維持干燥、熱解和還原反應(yīng)，最終生成了含有一定量CO、HCHCmHn的混合氣體，去除焦油等雜質(zhì)后即可燃用。燃料的燃燒過程可以分作預(yù)熱、水分蒸發(fā) 、析出揮發(fā)物和焦炭燃燒等幾個階段。這種方法改變了生物質(zhì)原料的形態(tài)，使用更加方便，而且能量轉(zhuǎn)化效率比固態(tài)生物質(zhì)的直接燃燒有較大的提高。 生物質(zhì)氣化工藝生物質(zhì)氣化技術(shù)的一般工藝過程主要有四大組成系統(tǒng)，分別進(jìn)料系統(tǒng)、氣化反應(yīng)器（氣化爐）、氣化氣凈化系統(tǒng)、氣化氣處理系統(tǒng)。3 秸稈氣化的參數(shù)及影響產(chǎn)氣質(zhì)量的因素分析 秸稈氣化參數(shù)及影響因素秸稈氣化氣的主要成分是CO、HCH4等的可燃?xì)怏w。一般灰分含量在5%以內(nèi)，氣化爐就能可靠地運(yùn)行；對于固定床氣化爐來說，降低秸稈燃?xì)獾臍饬魉俣?，從灰渣層上方?cè)壁負(fù)壓吸出燃?xì)舛伎梢詼p少灰分。表5 各種生物質(zhì)原料氣化后氣體的熱值燃 料 品 種氣體低位熱值 kJ/m3玉 米 秸5405棉 秸5790玉 米 芯5351麥 秸3967焦油： 焦油是生物質(zhì)氣化中不可避免的產(chǎn)物，它的生成量與溫度有很大關(guān)系，在500。它與氣化爐種類，氣化原料的種類，以及物料含水量等的直接的關(guān)系，當(dāng)物料含水量低于10%時，H2 的含量將下降。下吸式氣化爐由于具有結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，產(chǎn)出氣的焦油含量低等優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用。氣柜的作用是儲存一定量的燃?xì)庖云胶庀到y(tǒng)燃?xì)庳?fù)荷的波動，并提供一個始終恒定的壓力保證用戶燃?xì)庠罹叩姆€(wěn)定燃燒。生物質(zhì)燃?xì)獾娜紵栌脤Ｓ玫脑罹摺?(3) 燃?xì)獾膬艋? 主要是清除氣體中的焦油和灰份，使之達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)：＜10mg/m3。貯氣柜的結(jié)構(gòu)有外導(dǎo)架直升式、無外導(dǎo)架直升式、螺旋導(dǎo)軌式。氣化爐氣化過程的水蒸氣由燃料中所含的水分產(chǎn)生。其缺點是：由于爐內(nèi)的氣體流向是自上而下的，而熱流的方向是自下而上的，致使引風(fēng)機(jī)從爐柵下抽出可燃?xì)庖馁M(fèi)較大的功率，出爐的燃?xì)庵泻休^多的灰分，出爐的可燃?xì)獾臏囟容^高，須用水對其進(jìn)行冷卻。下吸式氣化爐的熱解產(chǎn)物通過熾熱的氧化層，還原層而得到充分的裂解，因此焦油含量比上吸式低得多，這是下吸式氣化爐最大優(yōu)點，所以下吸式氣化爐在需要使用潔凈燃?xì)獾膱龊系玫搅藦V泛的應(yīng)用；它的另一優(yōu)點是它的加料端與空氣接觸,當(dāng)爐膛內(nèi)為負(fù)壓工況時，加料端不需要嚴(yán)格的密封，使得運(yùn)行中連續(xù)進(jìn)料成為可能，也可以進(jìn)行撥火操作。如果喉口直徑過大或沒有喉口，就會使氧化層反應(yīng)不均勻，易使一部分未參與氧化反應(yīng)，空氣不進(jìn)入還原層，形成所謂的燒穿現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)出氣中可燃成分少、熱值低。燃?xì)庵锌扇汲煞稚?，焦油含量多，還易產(chǎn)生明火、噴火等不利于安全