【正文】 因此要對(duì)存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，制定相關(guān)預(yù)警措施，以防范風(fēng)險(xiǎn)。 2030 年左右，盡管化石能源仍可能是能源的主體，但可再生能源已經(jīng)開(kāi)始發(fā)揮明顯的替代作用。 燃料的氣化和燃料的燃燒是不可分割的，固體燃料氣化過(guò)程的基礎(chǔ)是碳的燃燒，這是因?yàn)椋? ① 碳是大多數(shù)固體燃料中有機(jī)物質(zhì)的主要組成都分； ② 碳的燃燒是反應(yīng)過(guò)程中一個(gè)最大的階段，因此，這個(gè)階段決定整個(gè)燃燒氣化過(guò)程； ③ 碳的燃燒是熱的主要來(lái)源，反應(yīng)過(guò)程的其他各個(gè)階段進(jìn)行的質(zhì)量取決于碳燃燒階段中放熱的狀況。 （ 1）干燥過(guò)程 生物質(zhì)進(jìn)入氣化爐后，在熱量的作用下，析出表面水分。熱解反應(yīng)析出揮發(fā)份主要包括水蒸氣、氫氣、一氧化碳、甲烷、焦油及其他碳?xì)浠衔铩? 第 節(jié) 氣化過(guò)程中的幾個(gè)基本參數(shù) （ 1） 當(dāng)量比 當(dāng)量比指自供熱氣化系統(tǒng)中，單位生物質(zhì)在氣化過(guò)程所消耗的空氣 (氧氣 )量與完全燃燒所需要的理論空氣 (氧氣 )量之比。 （ 3） 氣體熱值 氣體熱值是指單位體積氣體燃料所包含的化學(xué)能。 ）原料熱值（ ）干冷氣體率（）冷氣體熱值（）氣化效率（ kgKJ kgKJ / /mm/%33 ?? （ 22） （ 5） 熱效率 熱效率為生成物的總熱量與總耗熱量之比。 GvHCCHCOCO mc )273/298( %%%12 n42 ? ????? （ 23） 第 節(jié) 氣化技術(shù)的分類(lèi) 生物質(zhì)氣化有多種形式，如果按氣化介質(zhì)分，可分為使用氣化介質(zhì)和不使用氣化介質(zhì)兩種，不使用氣化介質(zhì)有干餾氣化；使用氣化介質(zhì)則分為空氣氣化、氧氣氣化、水蒸氣氣化、水蒸氣 — 氧氣混合氣化和氫氣氣化等，如圖 21 所示 圖 21 生物質(zhì)氣化的形式 （ 1）干餾氣化 干餾氣化其實(shí)是熱解氣體的一種特例。 （ 2）空氣氣化 以空氣為氣化介質(zhì)的氣化過(guò)程。 （ 3）氧氣氣化 氧氣氣化是指向生物質(zhì)燃料提供一定氧氣，使之進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生可燃?xì)?，但沒(méi)有情性氣體 N2，在與空氣氣化相同的當(dāng)量比下，反應(yīng)溫度提高，反應(yīng)速率加快，反應(yīng)器容積減小，熱效率提高，氣化氣熱值提高一倍以上。氧氣氣化生成的可燃?xì)怏w的主要成分為一氧化 碳、氫氣及甲烷等，其熱值為 15000KJ／ m3 左右，為中熱值氣體。 （ 5）水蒸氣 — 氧氣混合氣化 水蒸氣 — 氧氣混合氣化是指空氣 (氧氣 )和水蒸氣同時(shí)作為氣化質(zhì)的氣化過(guò)程。其氣化氣熱值可達(dá) 22260— 26040kJ／ m3，屬高熱值氣化氣，此類(lèi)氣化不常應(yīng)用。國(guó)內(nèi)目前生物質(zhì)氣化過(guò)程所采用的氣化爐主要為固定床氣化爐和流化床氣化爐。 固定床氣化爐具有以下優(yōu)點(diǎn)： ① 制造簡(jiǎn)便，有很少的運(yùn)行部件； ② 較高的熱效率。流化床氣化爐具有氣、固接觸，混合均勻的優(yōu)點(diǎn)，是惟一在恒溫床上反應(yīng)的氣化爐，反應(yīng)溫度一般為 750~8500C。按氣化爐結(jié)構(gòu)和氣化過(guò)程，可將流化床氣化爐分為單床氣化爐、雙床氣化爐、循環(huán)流化床氣化爐及攜帶床氣化爐四種類(lèi)型；如按氣化壓力，流化床氣化爐可分為常壓流化床和加壓流化床。儲(chǔ)料區(qū)即是我們前面所說(shuō)的物料預(yù)處理區(qū)，而喉管區(qū)則是氣化反應(yīng)區(qū)，儲(chǔ)料區(qū)的容積及喉管區(qū)直徑及高度是氣 化爐設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，直接影響氣化效果。氣化過(guò)程中氣化劑的供給是靠系統(tǒng)后端的容積式風(fēng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的抽力實(shí)現(xiàn)的，大多數(shù)下吸式氣化爐都是在微負(fù)壓的條件下運(yùn)行，進(jìn)風(fēng)量可以調(diào)解。而生成的炭隨著物料的消耗而繼續(xù)下移落入氧化區(qū)。 圖 24 下吸式氣化爐的工作原理 圖 25 下吸式氣化爐的溫度分布 下吸式氣化爐的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，加料方便，產(chǎn)出氣體中焦油含量少， 由于是微負(fù)壓運(yùn)行，因此，操作方便，運(yùn)行安全可靠。在上吸式氣化爐中，氣流流動(dòng)方向與向下移動(dòng)的物料運(yùn)動(dòng)方向相反，向下流動(dòng)的生物質(zhì)原料被向上流動(dòng)的熱氣體烘干脫去水分，干生物質(zhì)進(jìn)入裂解區(qū)后得到更多的熱量，發(fā)生裂解反應(yīng)，析出揮發(fā)分 。上吸式氣化爐的溫度分布如圖 27 所示，氧化區(qū)的溫度最高，可以達(dá)到 1100℃ 以上。這對(duì)于燃?xì)獾氖褂檬且粋€(gè)很大的問(wèn)題，因?yàn)槔淠蟮慕褂蜁?huì)沉積在管道、閥門(mén)、儀表、燃?xì)庠钌?，破壞系統(tǒng)的正常運(yùn)行。生物質(zhì)原料從氣化爐頂部加入，灰分落入下部的灰室。 （ 1）單流化床氣化爐 單流化床氣化爐是最基本，也是最簡(jiǎn)單的流化床氣化爐，其結(jié)構(gòu)如圖 29 所示。 圖 29 橫吸式固定床氣化爐氣化原理 （ 2）循環(huán)流化床氣化爐 循環(huán)流化床氣化爐的工作原理如圖 210 所示。它適用于較小的生物質(zhì)顆粒，在大部分情況下，它可以不必加流化床熱載體，所以它運(yùn)行最簡(jiǎn)單，但它的炭回流難以控制，在炭回流較少的情況下容易變成低速率的攜帶床。在第 2 級(jí)反應(yīng)器中炭進(jìn)行氧化燃燒反應(yīng)，使床層溫度升高，經(jīng)過(guò)加溫的高溫床層材料，通過(guò)料腳返回第 1 級(jí)反應(yīng)器，從而保證第 1 級(jí)反應(yīng)器的熱源，雙流化床氣化爐碳轉(zhuǎn)化率也較高。因此，在不同的地區(qū)，根據(jù)不同的條件，選用不同的氣化設(shè)備、凈化設(shè)備，不同的工藝路線來(lái)決定如何使用生物質(zhì)燃?xì)馐欠浅Ｖ匾?。氣化爐常以上吸式氣化爐為主，燃料適應(yīng)性較廣。所產(chǎn)生的可燃?xì)怏w，在凈化器中除去灰塵和焦油等雜質(zhì)。 （ 3）生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù) 從燃?xì)獍l(fā)電過(guò)程上看，氣化發(fā)電可分為內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)及燃?xì)?—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，見(jiàn)圖 214 圖 214 生物質(zhì)氣化發(fā)電方式 a . 作為蒸汽鍋爐的燃料燃燒生產(chǎn)蒸汽帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。 b . 在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)燃燒帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種方式應(yīng)用廣泛，效率高?，F(xiàn)已達(dá)到了較高水平，如德國(guó)魯奇公司進(jìn)行 100MW 生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（ BIGCC）的示范工程，美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室和夏威夷大學(xué)研究開(kāi)發(fā)的 Battelle 生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)（ BIGCC）及瑞典開(kāi)發(fā)成功的 TPS 生物質(zhì)的 BIGCC 系統(tǒng)，目前歐美國(guó)家正在致力于生物質(zhì)氣化合成甲醇、制氫燃料的研究。由于運(yùn)行 時(shí)焦炭和熱載體都在高溫下進(jìn)行循環(huán)，難以定量控制，使得難以穩(wěn)定運(yùn)行，目前這種技術(shù)尚無(wú)實(shí)際應(yīng)用。 20 世紀(jì) 90 年代初國(guó)內(nèi)才開(kāi)展生物質(zhì)流化床氣化的研究，中科院廣州能源研究所研究開(kāi)發(fā) 了循環(huán)流化床氣化爐，應(yīng)用于發(fā)電，中國(guó)林科院林化所研究開(kāi)發(fā)的內(nèi)循環(huán)錐形流化床氣化爐，應(yīng)用于燃?xì)馍a(chǎn)。由于生物質(zhì)氣化是新技術(shù)，同時(shí)也是傳統(tǒng)煤氣化技術(shù)基礎(chǔ)上的延伸和嫁接，因此我國(guó)的生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展應(yīng)在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)資源情況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和社會(huì)發(fā)展的需要，創(chuàng)造出適合我國(guó)國(guó)情的生物質(zhì)氣化新技術(shù)。解決焦油問(wèn)題最徹底的方法就是把焦油裂解為永久性氣體。對(duì)于灰污染問(wèn)題處理比較簡(jiǎn)單，只要提高氣化效率，并對(duì)灰進(jìn)行煅燒處理，即可滿足要求。 （ 4）提高氣化技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題 目前已經(jīng)建成運(yùn)行的氣化站，多數(shù)將燃?xì)夤┙o農(nóng)民炊事之用，除極少數(shù)冬季運(yùn)行的氣化站產(chǎn)出氣應(yīng)用于采暖外，其它的應(yīng)用形式很少，這樣就影響了氣化氣的運(yùn)行效果，氣化機(jī)組閑置時(shí)間較長(zhǎng) (一般只運(yùn)行 2～ 3h / d)，售出氣量少，影響了氣化站的經(jīng)濟(jì)效益， 同時(shí)在一定程度上也影響了氣化站建設(shè)單位或個(gè)人的積極性。在經(jīng)濟(jì)條件較發(fā)達(dá)的鄉(xiāng)村地區(qū)，大力推廣木煤氣氣化系統(tǒng)?？?以預(yù)見(jiàn)，隨著農(nóng)村整體經(jīng)濟(jì)實(shí)力增強(qiáng)，對(duì)高效能的潔凈氣化能源的需求增大，生物質(zhì)能必將與太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)?、沼氣等一起被列為農(nóng)村能源開(kāi)發(fā)與利用的重點(diǎn)，而且其市場(chǎng)覆蓋面會(huì)越來(lái)越廣闊。 參考文獻(xiàn) [1] 馬隆龍，吳創(chuàng)之，孫立 .生物質(zhì)氣化技術(shù)及其應(yīng)用 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2020. [2] 宋旭，于欽凱，夏利江 .生物質(zhì)氣化技術(shù)的發(fā)展與研究 [J].科技信息， 2020， （ 33） :250 [3] 梁小平，李欣，王雨，趙欣 .生物質(zhì)氣化技術(shù)及其在西部地區(qū)的應(yīng)用淺析 [J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)， 2020,31（ 10）： 34~38 [4] 鄭昀，邵巖，李斌 .生物質(zhì)氣化技術(shù)原理及應(yīng)用分析 [J].區(qū)域供熱， 2020,(3):39~42 [5] 王建南，胡志超，彭寶良，王海鷗，曹玉峰 .我國(guó)生物質(zhì)氣化技術(shù)概況與發(fā)展 [J].農(nóng)機(jī)化研究， 2020，（ 1）： 198