第七章 生物质气化原理与技术.doc

第7章 生物质气化技术 7.1 生物质气化技术的发展 气化是指将固体或液体燃料转化为气体燃料的热化学过程。生物质气化就是利用空气中的氧气或含氧物质作气化剂，将固体燃料中的碳氧化生成可燃气体的过程。在此过程中，还伴随有碳与水蒸气的反应及碳与氢的反应。气态燃料比固态燃料在使用上具有许多优良性能：燃烧过程易于控制，不需要大的过量空气，燃烧器具比较简单，燃烧时没有颗粒物排放和仅有较小的气体污染。因此，生物质气化可将低品位的困态生物质转换成高品位的可燃气体，广泛应用于工农业生产的各个领域，如集中供气、供热、发电等。 早在18世纪末期人们就开始了解生物质气化的基本原理，而有记载的商业应用是在1830年。到了1850年，伦敦的大部分地方都有了气灯，建立了以煤和生物质为原料的燃气生产工业。使用气化燃气来驱动内燃机的首次尝试大约在1881年到1920年，在欧洲可将气化燃气用于驱动卡车和拖拉机。但由于技术的制约，气化系统尚不完善，工作可靠性差，并且使用不方便，因而没有被广泛接受。再后来生物质气化便被大规模的石油开发与利用所替代。 第二次世界大战期间，在欧洲、亚洲、拉丁美洲和澳洲，由于石油燃料的匮乏，生物质气化技术重新兴起。仅在欧洲，就有超过100万辆自气化燃气驱动的汽车维持了战争中的运输系统。当时大多数情况下，气化的生物质燃料主要是木材和木炭。二战以后，中东地区廉价的石油开采利用使得生物质气化系统被逐步放弃，处于停顿状态。 20世纪70年代的石油危机使得西方发达国家经济受挫，同时认识到常规的化石能源的不可再生性和分布不均匀，使得不得不调整能源战略，生物质气化重新得到关注。在发展中国家，由于受到过高的石油价格影响，而本身又有充足的可再生的生物质资源，生物质气化技术被认为是可为小型工业和设施提供电力的相对廉价的技术选择。到20世纪80年代初期有超过15个生产厂商(主要在欧洲和北美)提供以木材和木炭为原料的小型气化发电系统(小于250kW) 。此外，许多发展中国家(如中国、菲律宾、巴西、印度尼西亚和印度等)也开始了自有技术的气化项目的实施，同时通过捐赠项目在发展中国家建立了大量的生物质气化试验和示范装置。随着生物质气化技术研究的进一步深入和发展，使得生物质气化技术发展更加受到重视，目前的主流技术为固定床和流化床气化器，主要以农林业各种废弃物为原料，生产的可燃气体主要用于发电。目前，在该领域具有领先水平的国家有瑞典、美国、意大利、德国等。国外生物质气化装置一般规模较大，自动化程度高，工艺较复杂，以发电和供热为主，如，加拿大摩尔公司(Moore Canada ltd. )设计和发展的固定床湿式上吸式气化装置、加拿大通用燃料气化装置有限公司(Omnifuel gasification system limited) 设计制造的流化床气化装置、美国标准固体燃料公司(Standard solid fuels inc. )设计制造的炭化气化系统、德国茵贝尔特能源公司(Imbert energietechnik GMBH) 设计制造的下吸式气化器内燃机发电机组系统等，气化效率可达60%~90%，可燃气热值为(1.7~2.5)X104kJ/m3。 气化技术在我国曾经发挥了重要的作用，早在20世纪40年代，用木炭气化器发生气驱动的汽车在我国许多城市使用。50年代初期，在粮食加工厂发展了具有我国特色的一种”层式下吸式气化器”，它大大简化了欧洲发明的下吸式气化器，利用稻壳气化发电为加工厂提供电力，但只运行了大约10年。直到20世纪70年代，对气化器的研究与发展才重新兴起，80年代以后得到了较快发展。80年代初，我国研制了由固定床气化器和内燃机组成的稻壳发电机组，形成了200kW稻壳气化发电机组的产品并得到推广。同期，中国农业机械化科学研究院、中国林业科学院进行了用固定床木材气化器烘干茶叶，为采暖锅炉供应燃气做了尝试。中国农业机械化科学研究院研制成的ND系列生物质气化器，先后在福建、湖南、北京等地应用，以锯屑、果壳、玉米芯、树枝等为原料，用于烘干茶叶和木材及驱动锅炉。其中ND- 600型气化器已进行较长时期的生产运行并取得了较好效益，现已形成批量生产和销售。江苏省吴江县生产的稻壳气化器，利用碾米厂的下脚料驱动发电机组发电，功率达160kW，已达到实用阶段。中科院广州能源所研制的固定床和流化床生物质气化器对气化原理、物料反应性能做了大量试验，开展了1MW生物质气化发电系统的研究，目标在于中等规模的生物质利用技术。在1998年，广州能源研究所设计建造的使用木屑的1MW循环流化床(Circulating fluidized bed ，缩写CFB)生物质气化发电系统已经投入商业运行并取得了较好的效益。 山东省科学院能源研究所在”七五”期间提出了生物质气化集中供气的设想，得到了农业部、