【正文】 大顆粒原料。固定床 氣化爐和流化床氣化爐又有多種不同的形式，其各種類型見圖 22。按氣化爐的運行方式不同，可以分為固定床、流化床和旋轉(zhuǎn)床三種類型。 表 2— 1 為不同氣化技術(shù)的氣化特性 氣化裝置類型 空氣氣化爐 氧氣氣化爐 水蒸氣氣化爐 氫氣氣化爐 氣化劑 空氣 氧氣 水蒸氣 氫氣 熱值 /(kj/m3) 4200~7560 10920~18900 22260~26040 用途 鍋爐、干燥、動力 區(qū)域管網(wǎng)、合成燃料、氨 工藝熱源、管網(wǎng) 第 節(jié) 生物質(zhì)氣化的主要設(shè)備 氣化爐的定義：用來氣化固體燃料的設(shè)備叫做氣化爐。 （ 6）氫氣氣化 氫氣氣化是使氫氣同碳及水發(fā)生反應(yīng)生成大量的甲烷的過程，其反應(yīng)條件苛刻，需在高溫高壓且具有氫源的條件下進(jìn)行。從理論上分析，空氣 (或氧氣 )— 水蒸氣氣化是比單用空氣或單用水蒸氣都優(yōu)越的氣化方法。水蒸氣氣化的熱源來自外部熱源及蒸汽本身熱源，但反應(yīng)溫度不能過高，該技術(shù)較復(fù)雜，不宜控制和操作。 (4)水蒸氣氣化 水蒸氣氣化是指水蒸氣同高溫下的生物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，它不 僅包括水蒸氣與碳的還原反應(yīng)。在該反應(yīng)中應(yīng)控制氧氣供給量，既保證生物質(zhì)全部反應(yīng)所需要的熱量，又不能使生物質(zhì)同過量的氧反應(yīng)生成過多的二氧化碳。在與空氣氣化相同反應(yīng)溫度下，耗氧量減少，當(dāng)量比降低，因而也提高了氣體質(zhì)量。由于空氣可以任意取得，空氣氣化過程又不需要外供熱源，所以，空氣氣化是所有氣化過程中最簡單也最易實現(xiàn)的形式，因而這種氣化技術(shù)應(yīng)用較普遍?？諝庵械难鯕馀c生物質(zhì)中的可燃組分進(jìn)行氧化反應(yīng)，產(chǎn)生可燃?xì)猓磻?yīng)過程中放出的熱量為氣化反應(yīng)的其他過程即熱分解與還原過程提供所需的熱量，整個氣化過程是一個自供熱系統(tǒng)。由于干餾氣化是吸熱反應(yīng)，應(yīng)在工藝中提供外部熱源以使反應(yīng)進(jìn)行。它是在完全無氧或只提供極有限的氧使氣化不至于大量發(fā)生情況下進(jìn)行的生物質(zhì)熱解，也可描述 成生物質(zhì)的部分氣化。 （ 7） 生產(chǎn)強(qiáng)度 生產(chǎn)強(qiáng)度指單位時間內(nèi)每單位反應(yīng)爐截面積處理原料的能力。 （ 6） 碳轉(zhuǎn)換率 碳轉(zhuǎn)換率是指生物質(zhì)燃料中的碳轉(zhuǎn)換為氣體燃料中的碳的份額，即氣體中含碳量與原料中含碳量之比。它是衡量氣化過程的主要指標(biāo)。 氣體燃料的低值簡化計算公式為： Qv=126CO+108H2+359CH4+665CnHm (21) Qv— 氣體熱值， KJ/m3， CnHm— 不飽和碳?xì)浠衔?C2 與 C3 的總和。 （ 2） 氣體 產(chǎn)率 氣體產(chǎn)率是指單位質(zhì)量的原料氣化后所產(chǎn)生氣體燃料在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積。是氣化過程的重要的控制參數(shù)。這些 氣體和揮發(fā)份組成了可燃?xì)怏w，完成了固體生物質(zhì)向氣體燃料 的轉(zhuǎn)化過程。 （ 3）氧化反應(yīng) 熱解的剩余木炭與引入的空氣發(fā)生反應(yīng)，同時釋放大量的熱以支持生物干燥、熱解和后續(xù)的還原反應(yīng)，溫度可達(dá)到 1000~1200℃ 。在 300~400℃ 時，生物質(zhì)就可以釋放出 70%左右的揮發(fā)組份，而煤要到 800℃ 才能釋放出大約 30%的揮發(fā)份。在 200~300℃時為主要干燥階段。整個過程可分為：干燥、熱解、氧化和還原。 第 節(jié) 生物質(zhì)氣化的基本原理 生物質(zhì)氣化是利用空氣中的氧氣或含氧物做氣化劑，在高溫條件下將生物質(zhì)燃料中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)? (主要是氫氣、 一氧化碳和甲烷 )的熱化學(xué)反應(yīng)。在這個過程中，在氣化裝置里，游離氧或結(jié)合氧與燃料中的碳進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)，生成可燃?xì)怏w。 2040 年以后，伴隨著化石能源資源的不斷減少，可再生能源利用比例將不斷提高，將有望發(fā)揮主體能源的作用。根據(jù)我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢、能源供需形勢、國內(nèi)外發(fā)展背景、可再生能源資源和技術(shù)條件，我們可以對未來幾十年我國可再生能源開發(fā)利用前景做出初步判斷： 2020 年前，可再生能源還不能起到替代作用，但可以起到一定的補充作用。同時，在投資生物質(zhì)能的同時也要注意把握其發(fā)展方向和趨勢，以爭取最大的投資回報率。投資生物質(zhì)能的風(fēng)險主要在于技術(shù)、政策、原料來源、資金及行業(yè)競爭。盡管人們目前仍在探討石油開始匱乏的時間，如表 11 所示，但無論如何，不可再生的化石燃料終將耗盡卻是無可爭辯的事實，居安思危．開發(fā)替代能源非常必要和迫切。 可以想象未來的能源結(jié)構(gòu)將與過去不同，多種能源并 存的能源體系將成為新世紀(jì)能源結(jié)構(gòu)的特征，生物質(zhì)能源也將成為 2l世紀(jì)的主要能源之一?？v觀人類幾千年的文明史，能源結(jié)構(gòu)的重大變革導(dǎo)致了人類社會的巨大進(jìn)步．國民生產(chǎn)總值的增長始終與能源消費同步增長。 （ 2）發(fā)酵乙醇工藝技術(shù) 生產(chǎn)乙醇的發(fā)酵工藝依據(jù)原料的 不同分為兩類：一類是富含糖類的作物直接發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乙醇，另一類是以含纖維素的生物質(zhì)原料做發(fā)酵物，必須先將經(jīng)過酸解轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖分，再經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。 生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化 生物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化是利用生物化學(xué)過程將生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)和液態(tài)燃料的過程，通常分為厭氧消化技術(shù)和發(fā)酵生產(chǎn)乙醇工藝技術(shù)。生物柴油可以單獨使用以替代柴油． 又可以一定的比例與柴油混合使用。間接液化是指將生物質(zhì)氣化得到的合成氣（ CO+H2），經(jīng)催化合成為液體燃料（甲醇或二甲醚等）。根據(jù)化學(xué)加工過程的不同技術(shù)路線，液化又可以分為直接液化和間接液化。生物質(zhì)液化是將固態(tài)的大分子有機(jī)聚合物轉(zhuǎn)化為液態(tài)的小分子有機(jī)物的過程。氣化技水是目前生物質(zhì)能 轉(zhuǎn)化利用技術(shù)研究的重要方向之一。 （ 3）生物質(zhì)的氣化 氣化是以氧氣 (空氣、富氧或純氧 )、水蒸氣或氫氣作為氣化劑，在高溫下通過熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)猓ㄖ饕獮橐谎趸?、氫氣和甲烷以及富氫化合物的混合物，還含有少量的二氧化碳和氮氣）。由于液體產(chǎn)品容易運輸和貯存，國際上近來很重視這類技術(shù)。熱解技術(shù)很早就為人們所掌握，人們通過這一方法將木材轉(zhuǎn)化為高熱值的木炭和其它有 用的產(chǎn)物。 （ 2）生物質(zhì)的熱解 熱解是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為更為有用的燃料，是熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法之一。 ③ 生物質(zhì)燃料可與礦 物質(zhì)燃料混合燃燒，可降低運行成本，提高燃燒效率，又可以 減少有毒氣體的排放度。 生物質(zhì)直接燃燒具有如下特點： ① 生物質(zhì)燃燒所釋放的 CO2 近似相當(dāng)于其生長所吸收的 CO2，因此可緩解溫室效應(yīng)。利用生物質(zhì)原料生 產(chǎn)熱能的傳統(tǒng)辦法是直接燃 燒，燃燒過程中產(chǎn)生的能量可被用來產(chǎn)生電能或供熱。 生物質(zhì)化學(xué)轉(zhuǎn)化 生物質(zhì)化學(xué)轉(zhuǎn)化主要包括以下幾個方面：直接燃燒、 液化、氣化、熱解、酯交換等。物理轉(zhuǎn)化解決了生物質(zhì)形狀各異、堆積密度小且較松散、運輸和儲存使用不方便等問題，提高了生物質(zhì)的使用的效率，但固體在運輸方面不如氣體、液體方便。生物質(zhì)固化 就是將生物質(zhì)粉碎至 — 定的平均粒徑，不添加粘結(jié)劑，在高壓條件下，擠壓成 一定形狀。圖 11 為目前生物質(zhì)的主要轉(zhuǎn)化方式。 （ 6）水生植物 同薪柴一樣，水生植物也可轉(zhuǎn)化成燃料。將城市垃圾直接燃燒可產(chǎn)生熱能，或經(jīng)過熱分解處理制成燃料使用。 （ 3）制糖作物 制糖作物可經(jīng)發(fā)酵轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖肌? （ 2）牲畜糞便 牲畜的糞便，經(jīng)干燥可直接燃燒供應(yīng)熱能。 （ 6）生物質(zhì)通過植物的光合作用可以再生，與風(fēng)能、太陽能同屬可再生能源，資源豐富，可保證能源的永續(xù)利用。 （ 4）生物質(zhì)單位質(zhì)量熱值較低，而且一般生物質(zhì)中水分含量大而影響了生物質(zhì)的燃燒和熱裂解特性。 （ 2）生物質(zhì)含硫、含氮都較低，灰分含量也很少，燃燒后 SOx、 NOx 和灰塵排放量比化石燃料小很多，是一種清潔的燃料。 生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式蘊藏在生物質(zhì)中的一種能量形式，它直接或間接地來源于植物的光合作用，是以生物質(zhì)為載體的能量，其作用過程如下： 22x22 )( xOOHCOyHx CO y ????? ??? 植物光合作用 (11) 生物質(zhì)能的特點 煤、石油、天然氣等化石能源也是由生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化而來的。狹義地說，生物質(zhì)是指來源于草本植物、藻類、樹木和農(nóng)作物的有機(jī)物質(zhì)。