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秸稈氣化爐（秸稈熱解氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及應用）

秸稈熱解氣化技術(shù)是近年來發(fā)展的一項較新的秸稈利用技術(shù)，即將秸稈轉(zhuǎn)化為氣體燃料的熱化學過程。秸稈在氣化反應器中氧氣不足的條件下發(fā)生部分燃燒，以提供氣化吸熱反應所需的熱量，使秸稈在700—850℃左右的氣化溫度下發(fā)生熱解氣化反應，轉(zhuǎn)化為含H2、CO和低分子烴類的可燃氣體。秸稈熱解氣化得到的可燃氣體既可以直接作為鍋爐燃料供熱，又可以經(jīng)過除塵、除焦、冷卻等凈化處理后，為燃氣用戶集中供氣，或者驅(qū)動燃氣輪發(fā)電機或燃氣內(nèi)燃發(fā)電機發(fā)電。

（一）國內(nèi)外技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀

1.國外技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀 國外生物質(zhì)氣化技術(shù)研究主要集中在氣化發(fā)電、合成甲醇以及熱電聯(lián)產(chǎn)等方面。美國及歐洲等發(fā)達國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以農(nóng)場為主，生物質(zhì)資源集中，合同收購額大，并且由于其森林覆蓋率高，生物質(zhì)資源多為木材以及林業(yè)加工廢棄物，其生物質(zhì)氣化朝著規(guī)模化、自動化、集成化方向發(fā)展，但采取的工藝復雜，造價昂貴。目前應用的主要有生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（B／IGCC）以及熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）等，發(fā)電效率和綜合熱效率都較高。歐美發(fā)達國家對生物質(zhì)氣化技術(shù)也進行了多年的研究，主要將其用于發(fā)電，B／IGCC是應用比較廣泛的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)。目前國際上有很多發(fā)達國家開展這方面研究并建成多個兆瓦級示范工程，如美國Battelle（63兆瓦）和夏威夷（6兆瓦）項目，歐洲英國（8兆瓦）、芬蘭（6兆瓦）以及瑞典Varnamo示范工程等。這些示范工程的原料以木材和經(jīng)過預處理成型后的生物質(zhì)原料為主。采用IGCC技術(shù)的生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)主要問題是系統(tǒng)造價高。以意大利12兆瓦的IGCC示范項目為例，發(fā)電效率約為31.7％，但建設成本高達25 000元／千瓦，發(fā)電成本約1.2元／千瓦時，實用性很差。近年來，發(fā)達國家也研究了其他技術(shù)路線，如比利時和奧地利的生物質(zhì)氣化外燃式燃氣輪機發(fā)電技術(shù)，美國的斯特林發(fā)動機發(fā)電技術(shù)，在提高發(fā)電效率的前提下降低生產(chǎn)成本，但技術(shù)仍未成熟，成本依然很高，尚處于示范階段。

西方國家對基于固定床的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)也進行了研究，但低密度生物質(zhì)的固定床氣化發(fā)電面臨著許多技術(shù)難題。目前，意大利AnticheTerreToscana和芬蘭技術(shù)研究中心正在進行低密度生物質(zhì)固定床氣化技術(shù)的研究，并且已經(jīng)被列入歐盟的JOULE／THERMIE計劃中。在熱電聯(lián)產(chǎn)方面，瑞典、丹麥等北歐國家已成功實施了生物質(zhì)氣化的區(qū)域熱電聯(lián)產(chǎn)計劃，使生物質(zhì)在提供高品位電能的同時滿足供熱的要求。瑞典的地區(qū)供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)，生物質(zhì)能源占到所消耗能源的26％；奧地利建立了燃燒木材剩余物的區(qū)域供電、供熱系統(tǒng)，目前已有容量為1～2兆瓦的區(qū)域供熱站近100個。

2.我國技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀

我國目前生物質(zhì)氣化應用最廣泛的領域是集中供氣以及中小型氣化發(fā)電，少量用于工業(yè)鍋爐供熱。農(nóng)村集中供氣工程解決了農(nóng)作物秸稈的焚燒和炊事用能問題，而生物質(zhì)氣化發(fā)電主要針對具有大量生物質(zhì)廢棄物的木材加工廠、碾米廠等工業(yè)企業(yè)。我國的秸稈氣化主要用于供熱、供氣、發(fā)電及化學品合成。

（1）秸稈氣化供熱。秸稈氣化供熱是指秸稈經(jīng)過氣化爐氣化后，生成的燃氣送人下一級燃燒器中燃燒，為終端用戶提供熱能。秸稈氣化供熱技術(shù)廣泛應用于區(qū)域供熱和木材、谷物等農(nóng)副產(chǎn)品的烘干等，與常規(guī)木材烘干技術(shù)相比具有升溫快、火力強、干燥質(zhì)量好的優(yōu)點，并能縮短烘干周期，降低成本。

（2）秸稈氣化供氣。秸稈氣化供氣是指氣化爐產(chǎn)生的生物質(zhì)燃氣通過相應的配套設備為居民提供炊事用氣。秸稈氣化供氣又分為集中供氣和單獨供氣兩種類型。

①秸稈氣化集中供氣。生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)是20世紀90年代以來在我國發(fā)展起來的一項新的生物質(zhì)能源利用技術(shù)。它是在農(nóng)村的一個村或組建立一個生物質(zhì)氣化站，將生物質(zhì)經(jīng)氣化爐氣化后轉(zhuǎn)變成燃氣，通過輸氣管網(wǎng)輸送和分配到用戶，系統(tǒng)規(guī)模一般為數(shù)十戶至數(shù)百戶。目前，我國已廣泛推廣利用生物質(zhì)氣化技術(shù)建設集中供氣系統(tǒng)，以滿足農(nóng)村居民炊事和采暖用氣。

在秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)中，氣化爐的選用是根據(jù)不同的用氣規(guī)模來確定的，如果供氣戶數(shù)較少，選用固定床氣化爐；如果供氣戶數(shù)多（一般多于1 000戶），則使用流化床氣化爐更好。秸稈燃氣的爐具與普通的城市煤氣爐具有所區(qū)別，國內(nèi)此類爐具的生產(chǎn)廠家也較多，效果也較好，可以滿足用戶要求。

②戶用秸稈氣化供氣。該種方式為一家一戶的農(nóng)村居民使用，戶用小型秸稈氣化爐，產(chǎn)生的燃氣直接接人爐灶使用，系統(tǒng)具有體積小、投資少的優(yōu)點。但也有顯著的缺點：由于氣化爐與灶直接相連，生物質(zhì)燃氣未得到任何凈化處理，因而灶具上連接管及氣化爐都有焦油滲出，衛(wèi)生很差，且易堵塞連接管及灶具；因氣化爐較小，氣化條件不易控制，產(chǎn)出氣體中可燃氣成分質(zhì)量不穩(wěn)，并且不連續(xù)，影響燃用，甚至有安全問題；從點火至產(chǎn)氣需要有一定的啟動時間，增加了勞動時間，而且該段時間內(nèi)煙氣排放也是個問題。

③秸稈氣化發(fā)電。我國在生物質(zhì)氣化方面有一定的基礎。早在20世紀60年代初就開展了這方面的研究工作，近20年來加快了生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的進一步研究，開發(fā)的中小規(guī)模氣化發(fā)電系統(tǒng)具有投資少、原料適應性和規(guī)模靈活性好等特點，已研制成功的中小型生物質(zhì)氣化發(fā)電設備功率從幾千瓦到5 000千瓦。

氣化爐的結(jié)構(gòu)有層式下吸式、開心式、下吸式和常壓循環(huán)流化床氣化爐等，采用單燃料氣體內(nèi)燃機和雙燃料內(nèi)燃機，單機最大功率已達500千瓦。

農(nóng)業(yè)廢棄物氣化發(fā)電技術(shù)經(jīng)過近年來的研究、探索，分別解決了流化床氣化、焦油裂解、低熱值燃氣機組改造、焦油污水處理和系統(tǒng)控制及優(yōu)化等各種核心技術(shù)，在技術(shù)的產(chǎn)品化和標準化研究、提高農(nóng)業(yè)廢棄物氣化發(fā)電站的成套性和實用性方面取得較大進展，形成了具有我國特色的農(nóng)業(yè)廢棄物能源利用方式。我國的生物質(zhì)氣化發(fā)電正在向產(chǎn)業(yè)規(guī)模化方向發(fā)展，在國內(nèi)推廣很快，而且設備還出口到泰國、緬甸、老撾等東南亞國家和地區(qū)。目前已簽訂的中小型農(nóng)業(yè)廢棄物氣化發(fā)電項目總裝機容量40兆瓦以上，成為國際上應用最多的中小型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)。

我國的生物質(zhì)IGCC示范系統(tǒng)正在建設之中，裝機容量為4～6兆瓦。該技術(shù)與國外先進的同類技術(shù)相當，而設備已全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，投資不到國外的2／3，運行成本比國外低50％左右。而目前已有應用的秸稈直燃發(fā)電要求生物質(zhì)資源集中，數(shù)量巨大，在大規(guī)模利用下才有明顯的經(jīng)濟效益。以前我國該技術(shù)應用發(fā)展較少，國內(nèi)近期開始從發(fā)達國家引進該技術(shù)，但項目投資成本高，進口技術(shù)的投資成本在1.1萬元／千瓦以上，是我國氣化發(fā)電的1.5倍以上。

④秸稈氣化合成化學品。目前，通過使用催化劑將CO和H2合成為甲醇、二甲醚的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，生物質(zhì)氣化得到的氣體中含有CO和H2成分，所以，在一定條件下用生物質(zhì)氣化得到的氣體作為合成氣原料生產(chǎn)甲醇、二甲醚，為運輸業(yè)提供代用燃料是可行的，而且這已成為目前研究的重點。美國國家可再生能源實驗室正研究用此法合成甲醇，目標是使合成的甲醇成本低于車用汽油。我國在利用生物質(zhì)氣化合成氣制甲醇、二甲醚方面也進行了探索性實驗研究。