生物质气化的特点范文

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我国目前生物质气化应用最广泛的领域是集中供气以及中小型气化发电，少量用于工业锅炉供热。农村集中供气工程解决了农作物秸秆的焚烧和炊事用能问题，而生物质气化发电主要针对具有大量生物质废弃物的木材加工厂、碾米厂等工业企业。我国的秸秆气化主要用于供热、供气、发电及化学品合成。

（1）秸秆气化供热。秸秆气化供热是指秸秆经过气化炉气化后，生成的燃气送人下一级燃烧器中燃烧，为终端用户提供热能。秸秆气化供热技术广泛应用于区域供热和木材、谷物等农副产品的烘干等，与常规木材烘干技术相比具有升温快、火力强、干燥质量好的优点，并能缩短烘干周期，降低成本。

（2）秸秆气化供气。秸秆气化供气是指气化炉产生的生物质燃气通过相应的配套设备为居民提供炊事用气。秸秆气化供气又分为集中供气和单独供气两种类型。

①秸秆气化集中供气。生物质气化集中供气系统是20世纪90年代以来在我国发展起来的一项新的生物质能源利用技术。它是在农村的一个村或组，建立一个生物质气化站，将生物质经气化炉气化后转变成燃气，通过输气管网输送、分配到用户，系统规模一般为数十户至数百户供气。目前，我国已广泛推广利用生物质气化技术建设集中供气系统，以供农村居民炊事和采暖用气。

在秸秆气化集中供气系统中，气化炉的选用是根据不同的用气规模来确定的，如果供气户数较少，选用固定床气化炉；如果供气户数多(一般多于1000户)，则使用流化床气化炉更好。秸秆燃气的炉具与普通的城市煤气炉具有所区别，国内此类炉具的生产厂家也较多，效果较好，可以满足用户要求。

②户用秸秆气化供气。该种方式为一家一户的农村居民使用，户用小型秸秆气化炉，产生的燃气直接接人炉灶使用，系统具有体积小、投资少的优点。但也有明显的缺点：由于气化炉与灶直接相连，生物质燃气未得到任何净化处理，因而灶具上连接管及气化炉都有焦油渗出，卫生很差，且易堵塞连接管及灶具；因气化炉较小，气化条件不易控制，产出气体中可燃气成分质量不稳，并且不连续，影响燃用，甚至有安全问题；从点火至产气需要有一定的启动时间，增加了劳动时间，而且该段时间内烟气排放也是个问题。

③秸秆气化发电。我国在生物质气化方面有一定的基础。早在20世纪60年代初就开展了这方面的研究工作，近20年来加快了生物质气化发电技术的进一步研究。开发的中小规模气化发电系统具有投资少、原料适应性和规模灵活性好等特点，已研制成功的中小型生物质气化发电设备功率从几千瓦到5000千瓦。

气化炉的结构有层式下吸式、开心式、下吸式和常压循环流化床气化炉等，采用单燃料气体内燃机和双燃料内燃机，单机最大功率已达500千瓦。

农业废弃物气化发电技术经过近年来的研究、探索，分别解决了流化床气化、焦油裂解、低热值燃气机组改造、焦油污水处理和系统控制及优化等各种核心技术，在技术的产品化和标准化研究、提高农业废弃物气化发电站的成套性和实用性方面取得较大进展，形成了具有我国特色的农业废弃物能源利用方式。我国的生物质气化发电正在向产业规模化方向发展，在国内推广很快，而且设备还出口到泰国、缅甸、老挝等东南亚国家和地区。目前已签订的中小型农业废弃物气化发电项目总装机容量40兆瓦以上，成为国际上应用最多的中小型生物质气化发电系统。

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［关键词］生物质能源；秸秆气；沼气池；经济效益

［中图分类号］F323.2 ［文献标识码］A ［文章编号］1005-6432（2011）28-0155-02

我国正处于工业化和城镇化高速发展时期,能源需求仍处于快速增长阶段。据有关数据显示,2010年我国能源消费结构中,煤炭占到了69.5%,非化石能源仅占7%左右。以煤为主的能源生产和消费结构在低碳时代已越来越显示出其不可持续性,发展低碳、清洁、高效的非化石能源已引起世界各国的广泛关注。

生物质气化技术是一种生物质热解气化技术,是将农作物秸秆作为主要原料,在缺氧状态下使秸秆不充分燃烧,产生大量的氢气、甲烷和一氧化碳等可燃气体,再将燃气进行冷却、除杂、去焦处理,送进储气柜,然后经过管网输给农户。秸秆热值约为15000千焦/千克,相当于民用煤炭的70%,且其平均含硫量只有3.8‰,而煤的平均含硫量约达10‰。

生物质能以其清洁性和可再生性在我国农村得到广泛使用。与使用煤炭相比,按煤炭市场均价500元计算,农村每户使用煤炭一个月的消耗大约是30元,而使用秸秆气,有玉米等原料的家庭不需要花费,没有原料的家庭每月只需交9元的使用费,对老百姓是实实在在的实惠。而生产剩余的木炭市场价格达到1800多元,每年剩余的木炭经过加工对外销售,还可以为民谋得利益。因此无论从经济上还是环境上,秸秆气化工程都是利国利民的工程。

山西阳城县西河乡秸秆气化和沼气池工程通过近几年的建设,取得了明显的效果。为了对这项技术及使用有更全面的了解,课题组于2010年7~8月走访了山西阳城县西河乡,重点对A村的秸秆气化利用情况进行了调研。本论文对山西省农村使用秸秆气和沼气的现状和问题进行分析,并提出我国农村发展生物质能源的措施建议,以期对我国发展生物质能源提供一些参考。

1 山西阳城县西河乡生物质能农村发展现状

西河乡位于山西省阳城县,其秸秆气化工程经过几年的建设,取得了较好效果。西河乡的特点是村落分布不均、人口居住分散,主要形成了人口居住较集中。近年来,A村通过建造秸秆气化站集中供气,取得了良好的经济效益和社会效益。

秸秆气化站的修建成本相对较高。一是秸秆气化站需要一定的装备和设施,二是秸秆气不能以液态形式输送,必须铺设管道。二者费用下来使得秸秆气化站成本大大提高,A村引进了国家先进的秸秆气转化装置,并花费几十万元铺设村里秸秆气输送管道,把秸秆气化站的秸秆气送到家家户户,修建秸秆气化站总投资200多万元。

秸秆气化站的加工主要有两种：一种是把玉米芯等原料通过机器直接进行加工,产出秸秆气；另一种是把农村的树枝木柴收集起来,通过特定的机器设备粉成碎末,再经过定型做成碳棒,在碳棒加工的时候会产生一种废气,剩下的是木炭,木炭是一种吸附材料。最后通过过滤装置将秸秆气过滤,得到纯净的气体,并且储存于相应的设备中。

由于当地的作物是以玉米和高粱为主,所以气化站每年收购农民的玉米残物等作物残料,然后将生产出的秸秆气输送给村民使用。没有作物的村民每天只需缴纳0.3元即可用上秸秆气。这种物质循环利用的模式,使农村的作物残料得到了有效利用,避免了由于焚烧而造成的环境污染。

2 经济效益分析

(1)农民使用秸秆气费用分析。农户炊事如果完全依赖于秸秆气,一天用气约5立方米,燃气价格0.25元/立方米,假设有400户,共计用气2000立方米,则秸秆气化站日产值Q=2000×0.25=500元,农民每日每户花费1.25元,月费用37.5元。与使用煤炭相比,按每户每月用煤0.5吨、煤炭价格500元/吨计算,则每月用煤花费约250元。所以,使用秸秆气每户农民每月可以节省212.5元。

(2)秸秆气化站成本收益分析。成本为：可变成本2574元/月,其中,原料120元/月,电费54元/月,人工1500元/月(3人),日常维护600元/月,日常管理300元/月；固定成本3800元/月(设备48万元,设备折旧年限10年,按财政部规定固定资产净值按固定资产原值的5%确定,平均年限法计算得)。则秸秆气化站每月成本6374元,实际产值15000元/月(如上文所述,秸秆气化站日产值500元),共收益8626元/月。

综上,秸秆气化方案可以使农民每户每月节省212.5元/月•户,而秸秆气化站月赢利近9000元,是一个利国利民的工程。

3 生物质能利用中存在的主要问题

我国作为一个农业大国,每年的粮食产量呈递增速度增长,所以生物质能对于解决农作物残料和环境污染问题具有重要意义,但是这项技术在未来的推广使用仍然存在不少问题。

(1)规模生产易造成原料短缺。秸秆气规模生产的副产品对秸秆气化站而言经济利益十分可观,因此一旦将此项目商业化,容易造成原料木柴的短缺,继而给农村的绿化带来威胁,从而使节能工程变成耗材工程。

(2)持续性评价。生物质能秸秆气的使用不当会产生环境和社会问题。如秸秆气原料的利用可能会造成土壤肥力逐渐降低、土壤质量不断退化,从而对农田产生不利影响。而对于社会问题,则需要在开发的同时及时发现和解决。

(3)开发力度。我国在生物质能技术开发方面已经取得一系列成果,但将其市场化还需要加大研究力度。同时我国地区性差异也要求对不同地区采取不同的生物质能开发策略。

(4)修建秸秆气化站的成本较高。修建一个秸秆气化站需要200多万,如果村落不集中,管道铺设费用还会增加,目前秸秆气化较适合于经济能力强的村。进一步降低秸秆气的利用成本是此项技术推广的关键。

(5)部分农民难以改变传统的生活习惯。农民习惯了以煤炭为燃料的生活方式,由于不理解生物质能源的生态效益和经济效益,部分农民无法接受这一改变,仍需要加大生物质能源的宣传力度。

4 对策建议

(1)将生物质能源的生产与种植业、养殖业、工业相结合。目前农村秸秆气生产是以农作物作为主要原料,建议将秸秆气化站与种植业、养殖业、工业废水、垃圾的处理相结合,以解决原料短缺的问题。一是种植业和养殖业中包含了大量的秸秆气生产原料,与秸秆气化站相结合,将会部分解决原料供应不足的问题。二是由于工业废水、生活用垃圾都是富含碳的有机物,可以模仿沼气的生产,将工业能源二次利用,政府可将其制度化,从而使环境和企业达到双赢。

(2)因地制宜,多策出击。结合不同地域优势给予一定的政策和资金支持。秸秆气化站在农村的利用处于博弈的状态。农村非常适合发展秸秆气和沼气池,但又面临着修建秸秆气站和沼气池的大量的资金需求。决策时就需要充分考虑成本和效益间的关系。除考虑地理人口上的分布特点,更需要将整体进行划分,跨越村落之别,因地制宜地发展秸秆气和沼气。

(3)加大政策扶植力度。使用秸秆气和沼气能够给农民带来真正的实惠,但有些农户因为不愿意出钱购买秸秆气气表和沼气炉,所以并非所有居民都用上了沼气灶,造成了秸秆气的浪费。因此建议政府给予一定的财政扶植,如对困难家庭进行生活补助,免收其原料费等。

(4)形成可持续的经济发展模式。为避免农村因推广和发展生物质能源而造成的生态破坏和环境污染,建议政府统筹考虑全面规划,形成循环经济的发展模式,使农村、农民和企业三者的利益都得到有效保障。

5 结 论

生物质能具有清洁、安全、可持续等特点,开发和利用生物质能,符合可持续的科学发展观和循环经济理念。针对低碳和减排的双重约束,生物质能源的开发和利用,虽然会遇到一些困难,但利大于弊。发展生物质能源,既是实行能源战略多元化、解决我国能源问题的有效途径,也是解决农村劳动力就业、促进农民增收的重要渠道。

参考文献:

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近年来，世界各国对资源丰富，可再生性强、有利于改善环境和可持续发展的生物质资源均予以高度关注。在生物质资源的利用过程中，生物质发电技术成为研究和利用的热点。生物质能是重要的洁净可再生能源。在中国农村，特别是以粮食和棉花为主产区的地区，存在着大量农作物秸秆，除少量农民自用为燃料和牲畜饲料外，大部分都被无序地焚烧，不仅浪费了资源，也给环境保护带来了巨大的压力。同时，使农户的利益无形中损失，不利于环境保护且降低了农户种植的附加值。

从可持续发展的角度讲，生物吸收空气中的二氧化碳，利用阳光光合作用生长，是太阳能利用的一种有效方式。不同于化石能源，生物质能利用过程中不会产生碳排放。因此，大力发展生物质能是经济发展和环境保护的双重需要，也是落实科学发展观，践行低碳发展的具体措施。另一方面，随着我国经济的快速发展，我国的城市生活垃圾产量日益增加，我国每年产生近1.5亿吨的城市垃圾，且垃圾增长率达10%以上。中国城市生活垃圾累积堆存量已达70亿吨。在全国，有超过三分之一的城市，正深陷垃圾围城的困局。城市垃圾经过简单的处理，可以利用生物质发电的技术平台将垃圾综合利用，可同时解决环境和能源问题。

但是，目前生物质能发电技术并不成熟，直接气化驱动燃气机或燃气轮机，能得到30%以上的系统效率，但气化炉产生的气量少、气体热值低，产生的气体含焦油量高，存在燃气内燃发电机组难以正常发电，设备腐蚀严重等问题。与城市生活垃圾焚烧类似，生物质在锅炉中燃烧产生蒸汽，推动蒸汽轮机发电。但由于秸秆采购半径过大导致运输成本过高，加上储存难和防火难，导致发电规模较小，蒸汽循环效率低下，一吨秸秆只能发几百度电，系统效率20%左右，经济效益很低。加上农民惜售、提价和掺假等原因，使各地建设的蒸汽轮机秸秆发电项目均处在谁投资谁亏本的局面。而在城市垃圾处理领域，由于目前的焚烧方法不能确保彻底摧毁以二恶英为代表的各种二次污染物，使垃圾焚烧利用的方式饱受诟病。

所以，要实现节能减排，也要保障焚烧不会造成二次污染，需要发展新的技术。目前国际上极环保的技术有等离子体气化技术，但由于投资高，技术复杂等因素困扰，推广起来都被商业的门槛拒之门外。因此，发展廉价、高效、环保、符合国情的生物质发电和垃圾处理技术，才是我国和大多数发展中国家的需要。目前，在各种鱼龙混杂的气化技术中，采用外热源热解气化技术成了气化领域的亮点。外热源热解气化技术具有气化温度高，合成气热值高，焦油含量低的特点，最重要的是能彻底破坏其中以二恶英类污染物为代表的各种有机二次污染物。产生这项技术的义乌发电设备有限公司是长期致力于发电技术研究和创新的专业技术企业。该企业研发的外热源热解气化技术与国内各种传统气化设备相比，具有设备结构简单，运行可靠，可连续性大规模生产的优点。除此之外，还具有以下特点：设备密闭，在负压（负压200—1200 Pa）高温（1000摄氏度）下工作，无焦油问题，不会产生二恶英、多环芳烃、醛类、呋喃等污染物；每吨含水率30%的城市生活垃圾筛上物可产热值为2700kcal/Nm3的可燃气体1000 立方标米，可发电1100kW-h。如以秸秆为原料，每吨干燥的秸秆加20%左右的水份可产生1200立方标米可燃气，可发电1400—1500kW-h，扣除自用电，外供电效率远高于传统方式；得到的合成气热值高，成份接近采用等离子体法，能合成甲醇和其他液体燃料，在特定的工艺下，氢气含量达60%。

由此可见，城市生活垃圾及农林废弃物热解生产的合成气，可用于燃气机发电或生产液体化工产品。固体副产物还可生产炭黑、有机肥料等物质资源，真正实现城市垃圾及农林废弃物被完全利用，达到零排放和效益最大化。

义乌发电设备有限公司先后投入上亿元资金，研发了以燃用“二高二低”气体技术为代表的13大类燃气内燃发电机组。“二高”是氢气和一氧化碳含量高达80%，以及国内单机最高功率3200kW，“二低”是热值低到667kcal/Nm3（2790 kJ/Nm3），以及低浓度低到4.6%甲烷含量。而在目前，行业里能燃用如此“二高二低”合成气的技术凤毛麟角。从这方面看，不仅彰显了该公司的技术实力，也填补了国内外该领域的空白。“二高二低”技术的特点使产品对燃气气质的要求相对较低，对燃气的适应能力较强，可燃用的燃气种类比国外名牌产品多得多，加上在价格上不到国外同类机组价格的三分之一等优势，并在此基础上研发了与外热源无氧高温热解气化炉相配套的燃气发电机组，使其形成完整的配套而颇受市场青睐。

该公司采用较先进的增压技术，同机型同排量产品的功率较国内行业一般高50—100％，单机最大功率可达3200kW，发动机热效率、热负荷及排放指标也在国内领先，整机性能指标可与美国卡特彼勒、通用电气颜巴赫、康明斯等世界名牌产品相比。

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0 引言

随着中国经济与社会发展的持续加速,能源资源短缺和环境污染问题日益突出。加快生物质能开发利用,开辟新型能源供应,对于缓解国家能源供需矛盾,减少化石能源消耗,有效保护生态环境,促进农村经济和社会可持续发展具有积极的推动作用。提高资源利用效率,发展可再生能源资源,加快发展循环经济,保障国家能源安全,将成为我国经济发展的一项重要战略任务。

1 生物质能利用现状及发展目标

1.1生物质能利用现状

截至2006年10月,黑龙江垦区应用新型专利技术,建设了7处秸秆气化集中供气工程、3处大中型沼气工程、3700户户用沼气池、6套秸秆固化成型燃料机组、15套稻壳发电机组,建设总投资28400万元。秸秆气化工程年利用作物秸秆5800t,可节约常规能源折合标准煤900t,直接受益农户2196户。大中型及户用沼气工程年可处理畜禽粪便6万t,节约常规能源折合标准煤2200t,直接受益农户5100户。利用秸秆固化成型技术生产秸秆固化燃料年可替代原煤4200t。稻壳发电机组总装机容量达24800kW,年可利用稻壳21万t,年发电量4590万kW。应用生物质气化、固化及稻壳发电技术,提供新型清洁能源,改善了传统用能方式,提高了生活质量和用能品位,降低了生产和生活成本,防止了畜禽粪便污染,既取得了较好的经济效益,也带来了减少二氧化碳、二氧化硫、废弃物等污染物排放的环境效益,为垦区节约能源、保护生态环境走出了一条新路。

目前存在的主要问题,一是受传统观念影响,农村能源开发利用与垦区经济社会总体发展水平差距较大,资源潜力没有得到有效开发,现代农业循环经济产业链还没有形成。二是生物质能源技术及装备处于较低水平,其可靠性和稳定性有待进一步提高。三是生物质能源项目初始投资较大,比较效益低下,难以实现市场化、商业化运作。

1.2发展目标

“十一五”期间,黑龙江垦区大力推进以生物质为原料的气化、固化、液化及发电工程建设,计划建设40个生物质气化站,生物质固化燃料年生产能力达到20万t、液化燃料5万t,装备20台套稻壳发电机组,装机容量4万kWh,建设2座生物质直燃发电、热电联产装置,装机容量5万kWh。生物质年利用量占一次能源消费总量的8,发电装机容量占全国的2。

2 开发利用生物质能的优势与潜力

黑龙江垦区地处东北三江平原,总面积5.62万km2。其中,耕地面积220万km2,农业机械总动力433.6万kW,总人口158.6万人,年粮食生产能力达1000万t,已成为国家重点商品粮基地和现代农业示范基地,因此,发展生物质能源具有独特优势与潜力。

一是资源优势。黑龙江垦区年可利用作物秸秆量达800多万t。2005年末,大牲畜存栏80.5万头,生猪存栏174万头,年畜禽粪便量达622万t。集约化、规模化生产为生物质能利用提供了基础保证。有效利用作物秸秆及畜禽粪便等生物质能,可进一步调整生产用能结构、提高生活用能质量、改善当地生态环境、促进农民增收、实现农业和畜牧业可持续发展。

二是机械化优势。现代农机装备作业区已达到160个,大马力作业覆盖面积约900万亩,农业综合机械化率达到93,农机化总水平居国内领先,机械化作业为生物质收集利用提供了先决条件。

三是农垦小城镇建设优势。按照垦区“十一五”规划,计划将原有2000多个生产队合并建成660个管理区,农业职工全部集中居住,住宅全部实现砖瓦化。利用小城镇基础设施完善、服务功能齐全、信息便捷的优势,使更多的农业富余劳动力向小城镇转移,壮大城镇经济规模和人口规模,为生物质利用提供了发展空间。四是典型示范优势。在国家和省有关部门积极支持下,已建成多处大中型沼气、秸秆气化、秸秆固化、稻壳发电等生物质能源示范工程项目,积累了丰富的建设经验,为生物质利用提供了技术支撑。

3生物质能工程技术方案及可行性

3.1大中型沼气工程

3.1.1工艺方案

综合考虑大中型养殖场物料特点及北方地区气候寒冷等因素,适宜采用底物浓度高、加热量小、运行费用低和沼液量少的“能源生态型”卧式池中温发酵工艺。工艺流程示意图如下(见图1)。

3.1.2可行性

发展大型沼气工程及沼气综合利用,是解决垦区规模化养殖粪便处理、发展生态有机农业的最有效途径。充分利用畜牧业废弃物生产清洁能源,可进一步改善农场职工生活条件,减少环境污染,探索和形成垦区“粮-畜-沼-肥-粮”的资源良性循环生态农业新模式。

实践证明该工艺在北方地区运行稳定,产气效率平均高达0.6m3/(m3.d),沼气、沼渣、沼液应用前景广阔,具有较好的经济和社会效益,适宜在6000头猪以上的规模化养殖场及集中居民区附近建设。

3.2秸秆气化集中供气工程

3.2.1工艺方案

推广使用下吸式固定床气化炉技术。下吸式固定床气化炉具有以下优点:(1)操作简便,运行可靠;(2)原料适应性强;(3)气化效率高;(4)热裂解充分,焦油含量低。工艺流程示意图如下(见图2)。

3.2.2可行性

以往农作物收获以后,除少量的秸秆粉碎后还田用于饲料及烧柴外,其余全部在田间烧掉,造成资源极大浪费,也给环境带来了污染。同时,随着煤炭、液化石油燃气价格不断上涨,居民生活用能成本不断增加。充分利用秸秆燃气,则可以更好地满足人们的生活需要,提高生活用能品位,带来良好的经济效益和社会效益。

3.3生物质液化燃

料工程 3.3.1工艺方案

根据黑龙江垦区地域及气候特点,重点发展甜高粱秸秆制取燃料乙醇。工艺流程示意图如下(见图3)。

发展燃料乙醇有利于中国能源多元化、减少环境污染、发展畜牧养殖、增加农民收入。黑龙江垦区土地资源丰富,种植甜高粱产量高,成本低。生产甜高粱乙醇,可替代石油资源,减少车辆尾气污染,废渣废液可作优质饲料和液体肥料综合利用,是一项从种植到加工、从农业到能源的新型能源农业工程。

目前,黑龙江垦区在已建成甜高粱良种繁育基地的基础上,又扩大试种面积3000km2,为生产燃料乙醇提供了原料保证。

3.4生物质发电工程

秸秆发电是一项新兴能源产业。据调查,黑龙江垦区粮食作物区25km半径内,大豆、玉米、水稻等秸秆剩余量达58万t。随着农业生产科学技术不断发展,粮食单产进一步提高,秸秆剩余量将进一步增加。发展秸秆发电,一是可以加快秸秆转化步伐,增加农民收入,实现经济协调发展;二是可以增加电力供应,拉动工业经济增长;三是可以提高资源利用效率,改善生态环境;四是可以拉动农区运输服务等相关产业发展。

项目采用具有国际先进水平的生物质直燃发电技术,工艺系统主要包括机组、电气

、热力、燃烧、燃料输送、水处理、除灰、采暖、通风、除尘、消防等装置。黑龙江农垦所属宝泉岭、红兴隆、建三江、牡丹江、九三等地区地质条件良好,水源充足,交通方便,电力接口便捷,可充分利用发电余热等优势,适宜建设25~50MW秸秆热电联产发电项目。

4 发展生物质能源的对策措/！/施

(1)进一步加大《可再生能源法》的宣传力度。通过典型示范,提高开发生物质能源的认识,加快农村能源项目的推进和落实,形成全社会支持生物质能发展的良好氛围。

(2)全面开展生物质能资源评价。制定农业生物质资源评价技术规范,调查生物质资源量、能源作物适宜土地资源量,选育能源作物优良品种。

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1　引言

气化技术是将农林废弃物在缺氧或厌氧条件下，经过热化学反应，生成CH4、CO、H2等可燃气体，用于农村居民的炊事及采暖，亦可用于发电。

该技术使秸秆在作为燃料使用时的热效率大大提高，使能量得到更充分地利用，并减少了环境污染，对开展节能减排具有重要的意义。

上世纪90年代，在国家支持下曾在山东和河南两省进行了“秸秆气化集中供气工程”试点建设，但终因技术、系统配置等问题曾一度中断。

随着新农村建设，以村为单元的秸秆气化集中供气工程近年来在全国相继展开。

截至2007年底，全国已建设了秸秆集中供气站886处。其中辽宁省累计建264处。

根据农业部《农业生物质能产业发展规划》(2007～2015)；到2010年，结合解决农村基本能源需要和改变农村用能方式，全国建成1000处左右秸秆气化集中供气站，年产秸秆燃气3.65亿m3；到2015年，建成2000处左右秸秆气化集中供气站，年产秸秆燃气7.3亿m3。

2　技术原理

3　工艺流程

系统组成：切碎机、上料装置、气化炉、旋风分离器、冷却器、过滤器、风机、水封器、贮气罐等。(图5)生物质气化系统的工艺流程，图6。

4　存在问题

(1)燃气热值低

《2)焦油含量高：焦油会堵塞、污染和腐蚀燃气管道、燃气灶具。

5　焦油去除技术简介

(1)焦油产生原因

在气化过程中，随着热量的投入，生物质温度不断升高。当温度升到200℃时，生物质开始热解，并有焦油产生。随着温度的升高，热解产物的焦油增加，当温度达到500℃时，焦油的含量达到最高。温度继续升高伴随着停留时间的增长，当温度达到600℃以后，焦油会从液态转化为气态，并发生热解，焦油的含量呈下降趋势。

在秸秆气化过程中，焦油的最终含量与气化炉结构和气体后期处理工艺有关。

在逆流式气化工艺中，即气化原料由气化炉上部加入，气化剂由下部送风口进入。热解过程中生成的含

有焦油的挥发分未经过高温区发生裂解，燃气中的焦油含量较高。在顺流式工艺中气化原料和气化剂均由气化炉上部送入，燃气从下部引出，燃气中的干馏产物在经过高温燃烧区时会发生裂解，故燃气中焦油含量较低。

总的看来，最终还是由于温度的影响，导致焦油的含量不同。

(2)焦油去除技术

秸秆气化焦油去除技术主要可分为：湿式除焦法、干式除焦法、催化裂解法、热裂解法

①湿式除焦法

湿式除焦法又称为水洗法，是秸秆气化燃气净化技术中最普遍的方法。

湿式除焦法会产生大量的废水(包括大量的有机不溶物、无机酸、NH3和金属等)，不能随意排放，而且其后续处理过程非常繁琐，操作费用也较高。

②干式除焦法

干式除焦法利用过滤原理，也称为过滤法。是将吸附性强的材料(活性炭、滤纸、陶瓷芯、粉碎的玉米芯等)装在容器中，当燃气穿过吸附材料，把其中的焦油过滤出来。利用精密过滤材料分离可将0.1～1μm的微粒有效捕集下来。除焦油效率高(94.9％～98％)，但其成本高，维护困难。

③热裂解法

由于焦油在较高的温度下会发生深度裂解。高温下，大分子化合物转化成小分子气态化合物。这种处理方法对焦油的去除效果很好。但是由于热裂解一般在温度大于1100℃以上，对设备材质的要求很高，且裂解能耗

大、费用高。因此，单独用热裂解去除焦油不现实。而且还容易生成焦炭。

在实际生产中常通过加入水蒸气和氧化性物质来降低焦油含量。其原理是利用水蒸气或氧化性物质与焦油中的某些组分反应生成CO、H2和CH4等可燃气体，从而减少焦炭的生成。

④催化裂解法

由于热裂解需要较高的温度，在实际生产中很难达到，采用添加催化剂的方法来降低焦油转化所需活化能，从而使焦油在较低的温度(700～900℃)下就能去除。催化裂解焦油去除效率可以达到90％以上，因此是目前最有潜力一种焦油脱除方法，已经成为该领域中研究的重点。

6　焦油回收利用

焦油经过提炼，得到焦油沥青，可以用作沥青油漆、吸附剂、防腐涂料等；焦油中还可以提取萘、炭黑等；焦油可用作防水材料或化工原料。

二　项目情况介绍

1　项目来源

近年来，随着技术的不断完善和市场的广，焦油除去技术已得到了进一步提高。为更好地推广秸秆气化工程，掌握现有的气化设备焦油去除效果以及焦油去除技术的应用现状，并对该技术进行评估和筛选，为政府有关部门制定发展规划和相关政策提供参考依据，为此沈阳农业大学工程学院承担了2008年农村能源综合建设项目“秸秆气化工程焦油去除技术评估”(农财发[2008]55号文，项目编号2008011)。

2　项目的主要内容

(1)对目前技术上具有代表性的秸秆气化设备生产厂家、相关的科研院所调研。目的在于考察秸秆气化设备的生产技术水平，比较分析各种焦油去除技术特点，评价秸秆气化设备焦油去除技术水平。

(2)针对秸秆气化工程应用比较集中的辽宁、山西、北京、天津、江苏、黑龙江、山东、河南等8个省区不同焦油去除技术的秸秆气化站进行现场考察。评价其应用效果，找出建设中存在的问题。

3　项目实施方案

目前全国有一定规模的秸秆气化设备生产厂家约有100余家。截至2007年底，全国已建设了秸秆集中供气站886处，主要分布在辽宁、山西、北京、天津、江苏、黑龙江、山东、河南等省市。考虑到秸秆气化设备生产企业不同的地域分布和工艺类型特点，选择了有代表性的10家秸秆气化设备生产企业和12个秸秆气化站进行调研。同时组织了中国科学院广州能源研究所和辽宁省能源研究所的有关专家进行了研讨。

(1)调查样本的选择原则

企业的专业性：设计能力、生产能力、施工能力。

气化工艺特点：有代表性的工艺类型。

(2)技术指标确定

系统的技术指标包括户用规模、技术类型、技术特点、额定产气量、气化效率、燃气低位热值、气化温度、产物成分、技术的更新情况、焦油的含量等。

气化效率、燃气的低位热值按NY／T12―1985和GB12206-1990规定进行测定：氧、硫化氢、一氧化碳的含量按GB／T12205-1990和GB／T12211―1990规定进行测定：焦油含量按GB12208-1990规定进行测定。

三　项目结果分析

1　气化工艺选择

由于下吸式固定床气化过程可以二次裂解焦油，可有效地降低产物中焦油的含量。因此目前应用的工艺以 下吸式固定床式发生器为主。

2　气化效率

气化效率均达到70％以上，符合NY／T12-1985和GB12206-1990的规定，其中气化设备气化效率最高可达(87.2％)。(图7)

3　气化介质及原料

介质：主要有空气和水蒸气两种，以空气介质为主。

原料：秸秆气化技术使用的原料比较广泛，主要以农作物秸秆和林业废弃物为主。原料除稻壳、木屑外大都采用了粉碎或成型等工艺，以粉碎为主，粒径在5mm～30mm之间。原料预处理对秸秆燃气中的焦油含量影响较小，主要影响气化效率。

4　焦油去除工艺选择

目前秸秆气化焦油去除工艺大都采用传统方式，其中以混合工艺为主。但在干式过滤工艺中有较大的改进。尤其是过滤材料的选择上。催化裂解工艺尚不成熟，有待进一步开发。(图8)

5　炉体出口焦油含量

由于气化工艺的选择不同，气化炉出口处的焦油含量差别很大，提高反应温度或进行二次裂解处理的气化炉焦油含量显著降低。炉体出口焦油含量最低达到25rag／Nm3。(图9)

6　灶前焦油含量

灶前燃气中焦油含量最大为15mg／Nm3，70％系统灶前燃气中焦油的含量等于或低于10mg／Nm3。(图10)

7　焦油去除率

采用干式、湿式及热裂解相结合的去除方式可达焦油去除率80％以上，大都在70％以上。(图11)

8　焦油回收情况

除干馏气化工艺以焦油做副产品回收外，焦油目前存放的方式为自然堆放；未经无害化处理直接填埋；焦油水，未经处理采用渗漏补水的方式较多，有处理设备较少(用处理设备更少)。

四　项目效益分析(表1)

1　经济效益

运行成本，燃气按成本费0.26元／m3。如以成本价出售，每户每年需支出燃气开支468元，每月平均39.0元。但考虑到气站所用原料均由各户收取。各户出售秸秆的收入应折抵部分燃气费，平均每户交售秸秆收入为54元，因此平均每户每年实际燃气支出为414元，平均每月34.5元。相比之下：使用液化气时，每户每月50元(按一瓶用两个月计算)。

2　社会和环境效益

生物质直接燃烧应用的热能利用率在10％左右，而秸秆气化可将能量利用率提高到20％～35％：按每立方米秸秆燃气替代0.25Kg标煤计算，每年每户用气2190m3，可替代547.5kg标煤，200户一年可减少煤炭消耗近109.5吨标煤，对于二氧化硫和二氧化碳的减排的环境效益具有更重要的意义。

五　存在的问题及建议

1　秸秆气化设备生产、工程建设等环节缺少标准规范

(1)目前关于秸秆气化的现行标准中只有：《NY／T443-2001秸秆气化供气系统技术条件及验收规范》，“焦油含量不大于50mg／Nm3”的标准焦油含量明显偏大。《NYT1017-2006秸秆气化装置和系统测试方法》涉及焦油含量。而《GB12208-1990城市燃气中焦油和灰尘含量的测定方法》规定的焦油测定方法，由于秸秆燃气受取样地点《炉体出口、气柜前、气柜后、灶前)及取样时间(运行中还是停炉后)都有很大的不同，不适合秸秆气化。

(2)缺乏相关的设备生产标准，导致气化设备良莠不齐。存在质量和安全方面隐患。

(3)缺乏相应的施工规范，导致建设质量的控制。

2　焦油及其废水排放引起的环境污染问题

由于焦油收集、处理方式目前存在一定的困难，随着技术的推广应用对环境必将产生新的污染。

3　秸秆气化的安全问题

秸秆燃气是易燃易爆气，需要采取避雷、防爆等措施，特别是秸秆气化站目前不纳入消防管理范围内，给秸秆气化站的消防安全带来很大困难。

CO中毒：CO是一种无色无味的气体，不易察觉，极易使人中毒，空气中含量0.1％时，一小时就会觉头痛，呕吐：含量达到0.5％时，30分钟就会造成人员死亡，含量达到1％时。两分钟就会致人死亡。

4　秸秆气化工艺形式单一

秸秆气化技术工艺仍以下吸式固定床为主，比较单一。介质主要是空气，秸秆气化燃气热值较低(6000kJ／m3左右)。

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【关键词】二次能源；生物质能；开发战略

1 生物质能源的应用现状

目前，国内外对生物质能发展主要集中在寻找生物质资源、研发生物质转化技术、探讨生物质能的生态环境效益3个方面，生物能技术主要应用于生物乙醇燃料、生物质气体燃料、生物制氢、生物柴油四方面。

1.1 生物乙醇燃料

生物乙醇研究的重点主要集中于能源转化效率和温室气体排放两个方面。 以秸秆为原料生产燃料酒精的工艺中存在若干亟待解决的技术难题， 纤维素酶的生产是其中难点之一。目前提倡固体发醇， 但固体发酵不可能像液体发酵那样随着规模的扩大而大幅度下降成本。故从长远发展角度来看， 应选用液体发酵技术[1]。

1.2 生物质气体燃料

生物质气化技术是一种热化学处理技术，通过气化炉将固态生物质转换为使用方便而且清洁的可燃气体，用作燃料或生产动力。

德国沼气工程普遍采用产气率高专用的青贮玉米作为主要发酵原料，产气率是鸡粪的2.5倍，猪粪的3.4倍，牛粪4.5倍。[2]

我国生物燃料可持续发展的外部机遇较好，内部因素中环保指标及可再生性优势明显，所以要依靠内部优势抓住外部发展机遇在最优SWOT战略组合选择上，应侧重SO战略（ 即增长型战略），同时兼顾ST战略（ 即特色经营战略），突出生物燃料的特色，努力打造我国生物燃料种植生产和销售的产业集群。

1.3 生物制氢

生物制氢过程可以在常温常压下进行， 且不需要消耗很多能量。生物制氢过程不仅对环境友好， 而且开辟了一条利用可再生资源的新道路。此外， 生物制氢过程可以和废物回收利用过程耦合。

生物制氢过程可以分为 5 类：

1）利用藻类或者青蓝菌的生物光解水法；

2）有 机 化 合 物 的 光 合 细 菌 （ P SB ） 光 分解法；

3）有机化合物的发酵制氢；

4）光合细菌和发酵细菌的耦合法；

5）酶法制氢。[3]

1.4 生物柴油

所谓生物柴油，是指利用各类动植物油脂为原料，与甲醇或乙醇等醇类物质经过交脂化反应改性，使其最终变成可供内燃机使用的一种燃料。生物柴油来自于植物油 （ 玉米、棉籽、海甘蓝、花生、油菜籽、大豆、向日葵） 或动物脂肪。

生物柴油的主要优点在于其环境友好性， 大气污染小， 尤其是硫含量低， 是一种优良的清洁可再生燃料。

生物柴油的制造方法有以下 4 种：

（1）直接使用和混合；（2）微乳法；（3）热解；（4）酯交换。[4]

生物柴油的生产在技术上已经基本成熟， 主要生产工艺分为化学法、生物酶法和超临界法化。生物柴油生产的主要问题是成本高， 制备成本的 75 % 是原料成本。降低成本是生物柴油能否实用化的关键， 目前仍处于试验研究及小规模生产与应用阶段。

1.5 其他典型技术的例子

奶牛-沼气-牧草0循环型农业生产模式， 即： 奶牛场排出的粪水经沼气池发酵， 产生的沼气用于牧场锅炉燃烧， 沼液、 沼渣用于浇灌狼尾草草地， 收获的牧草为奶牛提供青饲料。以期通过该循环利用模式， 增强系统的自净化能力， 实现资源的高效、 持续利用[5]。

DPSIR模型是由欧洲环境局（ EEA） 提出的，内容涵盖资源 环境与经济社会等多个领域，可以较为准确地描述系统的复杂性和相互之间的因果关系，广泛用于资源可持续利用评价 城市化与资源环境相互关系分析水资源承载力评价等研究中，其科学性、应用性已得到学术界普遍认可[6]。

在能值理论的这一特点，Brown和Ulgiati 提出了能值可持续指标ESI，将其定义为系统能值产出率与环境负载率之比[7]。

生物质直燃发电作为 CDM 项目， 引入发达国家资金和关键技术，不仅可有效增大系统的能值产出率，降低环境负荷，使生物质直燃发电系统更具有竞争力，还能使系统能值可持续指标提高，使之富有活力和发展潜力，可维持较长时间内的可持续发展[8]。

2 面向未来的生物能源开发战略

2.1 可持续发展

实行清洁生产， 实现综合利用、循环利用、尽量减少排放和能耗； 将能源开发与废物处理结合起来， 在整体、协调、再生、循环的前提下合理建设以生物能源为纽带的生态产业园， 如沼气工程。

2.2 因地制宜

开发生物能源一定要因地制宜， 不可盲目上马。除了上述的 3 种有前景的生物能源产品， 沼气、生物质气化技 术等都值得好好推广应用。

2.3 前瞻性

开发中国的生物能源需要做到以下的政策和软件支持：（1）加大宣传。有必要通过舆论宣传加强人们对生物能源的认识。（2）加大政府投资和扶持。在新的生物能源初始商业化阶段要进行减免税等优惠政策。（3）借鉴国外经验， 充分调动地方和工业界的积极性。（4）加强高校对于生物能源的教育及研究。[9]

2.4 以生物质能高效利用为核心构建农村循环经济系统

（1）对农林生物质能开发利用应充分考虑资源的有限性和利用方式的平衡。

（2）坚持以沼气为主以太阳能和风能等新能源综合利用系统构建能满足农村基本用能需求的供应体系。

（3）高度关注农村能源加大政策扶持力度。

（4）创新机制推动农村新能源市场发展。

（5）创建示范工程为生物质资源有效利用不断探索新的途径。[10]

3 结语

开发利用生物质能， 既是我国缓解能源供需矛盾的战略措施， 保证社会经济持续发展的重要任务。随着国际原油价格的持续攀升和资源的日渐趋紧， 石油供给压力增大， 生物能源产业、生物质材料产业的经济性和环保意义日渐显现， 生物质能源在不远的将来一定会得到大力推广。

【参考文献】

[1]王建楠，胡志超，彭宝良，王海鸥，曹士峰.我国生物质气化技术概况与发展[J].农机化研究，2010，1.

[2]刘瑾，邬建国.生物燃料的发展现状与前景[J].生态学报，2008，4，28（4）.

[3-4].王建楠，胡志超，彭宝良，王海鸥，曹士峰.我国生物质气化技术概况与发展[J].农机化研究，2010，1（1）.

[5]奶牛-沼气-牧草，循环型农业系统的能值分析[J].生态与农村环境学报，2 010，26（2）：120-125.

[6]孙剑萍，汤兆平.基于DPSIR模型的生物燃料-可持续发展量化评价研究：以江西省为例[J].科技管理研究，2013（4）.

[7]杨谨，陈彬，刘耕源.基于能值的沼气农业生态系统-可持续发展水平综合评价（以恭城县为例）[J].生态学报，2012，7，32（13）.

[8]罗玉和，丁力行.生物质直燃发电 CDM 项目可持续性的能值评价[J].农业工程学报，2009，12.

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【关键词】可再生能源；存在问题；解决措施

1.能源资源状况

（1）小水电：全县有大小河流7条，大多数属平原季节性人工河流，主要作用是抗旱排渍，自然落差不大，水能理论蕴藏量不大，只有2100kw，可开发量1700kw。

（2）太阳能：全县年日照1995小时左右，日照率为46%，太阳能年总辐射量0.45MJ/cm

（3）风能：年平均风速2.3米/秒，相当于2级风，开发利用价值不高。

（4）生物质能：农作物秸秆仍是吉水县农民生活用能的主要来源，每年用作生活用能的农作物秸秆16.8万t，占总量的68.7%，返田作肥料占31.3%；薪柴是农村广泛使用的传统生物质能，薪柴资源包括薪炭林、防护林、速生用材林、灌木林、疏林和“四旁”树等，全县薪柴开发总量为3.99万t，随着国家封山育林及林业加工业的发展，薪柴可用作农村生活用能量日趋减少；全县生猪存栏9.35万头，鸡10.6万羽，年产生畜禽粪便9.1万t，可利用量为15.1万t。

从以上可以看出，吉水县能源资源构成特点是：煤炭等化石能源极度缺乏，生物质能、太阳能等可再生能源资源丰富，新能源开发潜力大。

2.农村能源消费特点

生活用能的需求与生活水平密切相关，长期以来，农村地区生活用能主要靠当地秸秆和薪柴，采取直接燃烧方式，能源有效转换率仅有10～30%，造成能源利用的低效和浪费，能源缺乏与浪费之间矛盾突出。随着农村社会经济发展，吉水县农村生活能源使用出现了新趋势，呈现出“三减三增”特点：一是自及自足能源消费减少，商品能源消费增加；二是秸秆能源消费比例减少，液化气、煤等化石能源消费比例增加；三是高能耗用能方式逐步减少，可再生能源利用不断增加。

3.可再生能源开发利用现状

我国农村地区生物质能、太阳能资源丰富，蕴含着发展新能源的巨大潜力。经过多年发展，可再生能源开发利用已经取得了很大的进展，太阳能和沼气等可再生能源在吉水县农村已经得到广泛应用。

3.1生物质能开发

（1）沼气。沼气是我国广大农村地区开发应用的一种技术成熟的可再生能源，到2010年底，全国已经累计建成户用沼气超过4000万户，受益人口达1.55亿人。沼气是有机物在缺氧条件下通过厌氧微生物的发酵作用产生的混合气体，其中甲烷约占55～75%，1m3沼气相当于0.7～0.8kg标煤，热值较高，燃烧后只产生和CO2和H2O，是一种高品位的清洁能源。

二氧化碳和甲烷是产生温室效应的主要气体，每年可减少二氧化碳排放1.07万t，甲烷0.102万t。

沼渣中含有丰富的有机质、腐殖酸和矿物质灰分，改良土壤功效十分明显，其中有机质含量36.9%～49.9%，腐殖酸10%～24%，粗蛋白5%～9%，全N0.8%～1.5%，全P0.4%～0.6%，全K0.5%～1.2%；沼液含有多种速效营养成分。

沼渣沼液可广泛用于作物浸种、叶面喷肥、基肥或用于防治作物病虫害，也可作为家畜添加剂和鱼铒料，具有较高经济价值。用沼液浸种，水稻增产9.4%，玉米增产9.35%；沼液作叶面喷肥，密柑单株增产20.2公斤，茶叶喷施沼液能够促进茶叶株高增长，增加茶叶的百芽重和单叶重，促进茶树增产，增产率为9.0%。沼液、沼渣综合利用已成为农业增收、农民增效的一个新亮点。

（2）农作物秸秆及薪柴。

秸秆及薪柴具有体积大、密度小、热值不高的缺点，远距离输运成本大，堆放在房前屋后影响村容村貌，将其进行气化或压缩处理做为燃料是提高利用效率可行办法。

①秸秆气化。秸秆气化是采用一种生物质热解技术，先将农作物秸秆等生物质原料切碎，在缺氧条件下，使秸秆不充分燃烧，产生大量的氢气、甲烷和一氧化碳等可燃气体。一个4口之家每月需要燃烧秸秆130kg，每100kg燃料费用为13～15元，每农户月燃料费16.9～19.5元，秸秆气化成本明显低于其他常规燃料。秸秆的平均含硫量只有0.38%，远低于煤的含硫量（约1%），秸秆气化使用方便，清洁卫生，可以部分代替高品位商品能源。

②固化成型。将秸秆或薪柴干燥粉碎后，经过成型机械挤压成密度为0.8～1.2t的柱状或颗粒状燃料，1t成型燃料相当于0.429～0.571t标煤。是一种能代替燃煤的新型低碳、节能、环保燃料，具有燃烧热效率高、使用安全、清洁环保、节省空间等优点。

3.2太阳能利用

①太阳能热水器。在太阳能利用方面，应用最广泛、技术最成熟的是太阳能热水器，已经实现了产业化和市场化。每平方米太阳能热水器年可替代标煤150～180kg，2009年全国农村太阳能热水器保有量2955.56万台，面积已达4997.06万m2， 嘉鱼县农村太阳能热水器普 及率已达11%。一台太阳能热水器全年可节电1.8GJ（约512kwh），按本地农村电价0.6元/度计，每台热水器全年可节约307.2元，农户6～7年就可收回投资，而太阳能热水器使用寿命可达15a。

②太阳能路灯。太阳能路灯主要是通过太阳能板的光生伏特效应原理，白天吸收太阳能光子能量产生电能储存，夜幕降临时产生照明。太阳能路灯不需要架设输电线路，不用专人管理和控制，技术和经济效益上可行，一次性成本回收较快，节能效果显著。

③太阳能温室大棚。不仅在瓜果蔬菜、花木苗圃等种植业上广为应用，在水产养殖、畜禽饲养等方面的应用也不断扩大，对提高农牧业产量、增加农民收入起了很大作用。

4.新农村发展可再生能源的现实意义

在新农村建设中，因地制宜，合理开发利用农村可再生能源，对促进农村经济社会发展有重要意义。

4.1有利于构建资源节约型环境友好型社会，促进生态文明建设

以沼气为纽带的农业生态建设，使农业废弃物得到循环利用，延长了农业生态链，既生产了清洁能源，又提高了农业经济效益；开发利用太阳能，既能有效提供安全、无污染的清洁能源，又能促进农业生产，改善生态环境，因此发展包括太阳能、生物质能等在内的可再生能源，不仅使农村资源得到有效利用，而且促进了生产、生活、生态协调发展。

4.2有利于优化农村用能结构，促进节能减排

农村广泛使用沼气、秸秆气、太阳能等清洁能源，是农民现代文明生活的一个缩影。目前形势下，越来越多的国家面临着减排问题，逐步会将减排成本纳入考量的范畴，传统能源的成本将显著上升，发展可再生能源，符合减排趋势。

4.3有利于发展农业循环经济，转变农业增长方式

大力推广猪—沼—菜（粮、鱼、果）生态利用模式，以沼气为纽带，把养殖业和种植业有机结合起来，把养殖业产生的废弃物转换成清洁能源和高效有机肥料，既解决农村燃料问题，又减少了农药使用，培肥了地力，还提高了农产品品质，增加了农民收入。

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【关键词】秸秆；能源化利用；农民增收

中图分类号：F32文献标识码A文章编号1006-0278（2015）08-149-01

一、引言

我国是农业大国，农作物秸秆年产量为7亿吨左右，列世界之首，合标准煤量约3.53亿吨。据测算，每2吨秸秆的热值相当于1吨煤，其能量密度为13～15MJ/kg，且秸秆平均含硫量只有0.38%，远低于煤的平均含硫量1%。另外秸秆中还富含钾、镁、磷、钙等成分，可用作高效肥料。因此农作物秸秆是一种极具潜力的可再生资源，具有较高的利用价值。但目前我国秸秆处理的主要方式是直接焚烧和还田，不仅造成了资源的浪费，同时燃烧还释放出PM2.5、NOx、SOx等有毒有害物质，对环境造成重大影响，同时还可能危害公共安全，引发火灾、威胁人民生命财产安全等。因此秸秆的高效清洁利用，不仅可以降低对环境的危害，同时还可以实现一定的经济效益，为当地农民增收，促进地域经济的发展。

农作物秸秆综合利用的主要形式有秸秆制肥、能源利用、畜禽饲料、食用菌种植和作为工业原料等，其中秸秆的能源化利用是现阶段研究重点。为了鼓励农作物秸秆的能源化利用，近年来我国颁布了许多相关政策法规来鼓励秸秆的高效清洁利用，如《中华人民共和国可再生能源法》《可再生能源发展“十二五”规划》等。随着相关政策的逐渐完善和技术的完备，秸秆资源的高效清洁利用越来越成熟。

二、能源化利用技术

秸秆能源化利用包括发酵沼气、液化制油、燃烧发电、成型燃料，另外还有气化燃气、选择性热解制备化学品等。由于政策扶持和产业技术的逐渐成熟，这些技术近些年来在我国取得了较快的发展，并且已初具规模。

（一）发酵沼气

秸秆发酵产沼气是秸秆生化转换技术的一种，同时也是秸秆能源化利用的重要途径。常采用的是湿发酵技术，另外近年来提出了干发酵是技术。秸秆发酵产生的沼气热值较高，品质好，具有广泛的用途。但由于技术和经济原因，我国现阶段采用的主要是分散式小型沼气设备，沼气产率低，维护工作量大，且产生的沼气主要用于农户炊事取暖，使用途径单一，同时还存在二次污染等问题。因此秸秆发酵技术有待进一步完善，同时应加大规模化发酵设施的建设。

（二）液化制油

秸秆液化制备生物油、生物乙醇等是秸秆能源化利用的重要途径，可以实现秸秆的高效率、高价值利用。该技术是在改进传统利用方式的基础上研发出来的新技术，主要包括生物化学法生产燃料乙醇和热化学法生产生物油，而液化制取生物油将具有很强的市场竞争力，尤其是通过选择性热解液化制备高价值化学品可以替代部分石油制品，从而降低对化石能源的依赖。

（三）燃烧发电

秸秆发电技术是近年来规模化利用秸秆的主要方法，是符合我国可再生能源发展政策的一种方式，可分为直燃发电、混燃发电和气化发电三种方式。该种利用方式，秸秆利用效率高，转化彻底，基本无二次污染。我国生物质发电起步较晚，2006年国能生物质发电有限公司在山东单县建成我国第一个生物质直燃发电厂，之后我国有关政策法规的出台促使生物质发电厂如雨后春笋般迅速发展起来。由于秸秆收购处理工作还需要大量的劳动力，因此还可以促进当地就业，同时农民还可以通过售卖秸秆而获取一定经济收入，从而促进区域经济的发展。但秸秆燃烧发电过程中原料的收储运问题严重，这也是我国秸秆发电技术的瓶颈，亟需解决。

（四）成型燃料

稻秆固化成型是在机械设备的压力作用下，将稻秆压缩为成型燃料，可以代替木柴、原煤、燃气等燃料，广泛用于取暖、生活炉灶、锅炉、生物质发电厂等，是高效利用稻秆资源的有效途径。将秸秆制备成成型燃料，不仅解决了秸秆本身能量密度小的问题，同时还可提高秸秆的燃烧效率。另外，相比于生物质发电厂，秸秆成型设备体积小、易操作、燃料用量小，因此便于分散布置，具有广泛的应用可能性。

（五）其他利用

除了上述技术外，秸秆气化、炭化等技术也在近年取得了较快发展，比如秸秆气化可用来生产燃气，用于供热、发电、生产液体运输燃料，但目前技术尚未成熟，产业化运行过程中存在的问题颇多，因此还需要进一步完善。

三、结果与展望

在秸秆的诸多利用途径中，能源化利用具有应用范围广、适应能力强的特点，可实现秸秆高效清洁利用，具有良好的环保效益和经济效益，同时还可以带动区域经济发展，促进农民增收。

现有能源利用技术都可提高秸秆能源的利用效率，但由于受技术、环境等因素的制约，各种技术的发展都存在弊端。针对秸秆能源化转化的现状，首先应加大科研技术和人才培养投入，深化“产学研”体系建设，加快技术产业化应用；其次，针对现在的原料短缺、收集困难等问题，企业应当与政府及农户签订收购协议，跳过中间商，降低燃料成本；此外，国家层面应当进一步完善生物质能利用的政策法规，加大对生物质能利用技术的扶持；最后，要加大宣传、推广的力度，使生物质能源被人们熟知并使用。相信随着技术不断发展和政策的完善及能源化转化各环节的逐步正规，生物质秸秆的能源化利用技术将发展的越来越好。

参考文献：

[1]曹稳根，高贵珍，等.我国农作物秸秆资源及其利用现状[J].宿州学院学报，2007（12）：110-112.

[2]刘渊，闫立衡.浅谈秸秆气化供气技术[J].现代化农业，2009（9）： 34-35.

[3]赵富兴.我国农村秸秆资源炭化技术的可行性分析[J].魅力中国，2010：387-388.

[4]杨海玉.沼气与秸秆气化集中供气综合评价[J].中国沼气， 2007，25（2）：41-42.

篇9

关键词：煤化工；煤气水；废水；处理技术

中图分类号：X703 文献标识码：A

煤化工生产是以煤为原料进行的一系列的化学加工，所以在生产的过程中会产生大量的化学物质，在煤气化废水中的污染物浓度较高，成分比较复杂，所以加大了处理的难度。我国的煤化工企业大部分分布在煤炭资源比较丰富的中西部地区，但是这些地区的水资源相对比较匮乏，并且生态环境比较脆弱，一旦煤气水废水外排，不仅会造成水资源的严重浪费，同时还会对生态环境造成严重的影响。针对这种现象，我国对煤化工企业下达了相应的政策，对于煤气水废水的排放需要达到规定的标准，尽量减少对生态环境的破坏。但是由于中西部地区的生态环境比较脆弱，自我恢复能力较低，所以即使是经过处理的煤气水废水外排，也不利于当地的生态环境保护。所以无论是从节约水资源的角度出发，还是从保护生态环境的角度出发，一般都要求煤化工企业对煤气水废水进行深度处理并且回收利用，争取达到“零排放”的标准，从而实现我国煤化工行业可持续发展的目的。

1.煤气化废水的特点

煤气化废水主要来源于气化过程的洗涤、冷凝和分馏工段。在气化过程中产生的有害物质大部分溶解于洗气水、洗涤水、贮罐排水和蒸汽分流后的分离水中，形成了煤气化废水。

煤气化废水的成分比较复杂，在外观上一般呈现为深褐色，是一种比较典型的难以进行生物降解的废水。水质的黏度较大，有很多的泡沫，并且伴有强烈的刺激性气味。在煤气水废水中含有大量的有毒有害固体悬浮颗粒和溶解性化学物，比如氰化物、硫化物、重金属等，这些物质的可生化性较差，种类繁多，所以化学成分比较复杂。此外，废水中还有很多无机污染物，比如氨氮、硫化物、无机盐等。煤气化废水中的物质成分会随着原料煤种以及煤气化工艺的不同，而存在较大的差异。所以为煤气水废水处理技术的选择提出了较大的难度，面对不同的煤种以及生产工艺而产生的差异较大的水质，需要提出一种适应于大多数煤气水废水处理的技术方案，从而提高煤气水废水处理效率，这是我国煤化工企业面临的重要难题。

2.煤气水废水处理技术

由于煤气水废水中的成分比较复杂，其中含有大量的油类、酚类以及氨等物质，无法直接进行深度处理，所以需要经过预处理和生化处理工艺环节，初步去除其中高浓度的污染物，对水质进行初步净化，从而为后期的深度处理做好充分的准备工作。所以煤气水废水处理一般会经过3个环节，预处理、生化处理以及深度处理，其中的预处理和生化处理是进行深度处理的必要环节，直接经过预处理和生化处理，才能够使用深度处理技术对废水进行净化，最终提高水质质量，确保水质满足排放或者回收利用的标准要求，下面对这3个环节的处理技术进行分析。

2.1 预处理

预处理也是煤气水废水处理的首要环节，也称为一级处理，主要是通过除油、蒸氨、脱酚等过程，去除废水中的油类、酚类和氨，为下一环节的生化处理创造有利的条件，提高可生化性，从而减轻生化处理的负荷。

在煤气水废水中的油类物质因为黏度较大，所以比较容易吸附在生产装置的内壁上，不仅会降低传热的效率，同时还对后续的脱酚脱氨环节造成一定的影响。去除废水中的油类物质主要是通过油水分离的方式进行除油，一般有隔油和气浮两种方式。隔油是煤化工企业中比较常用的除油方式，其主要是利用重力分离的原理，占地面积小，除油效率高。但是如果煤气水废水中的乳化油含量较高的情况下，因为油水界面不清晰，所以单纯地使用隔油技术，除油效果不高，不利于后续的生化处理。气浮除油主要是利用曝气或者溶气的方法，在废水中形成比较分散的微小气泡，会将废水中的油类物质聚集到一起，然后悬浮在废水表面，将浮渣刮除即可达到除油的目的。如果在气浮除油工艺中，加入混凝剂，将废水中的油类物质凝集成絮状网络，则会提高与气泡的结合程度，从而提高除油的效率。

在煤气水废水的脱酚技术方面，目前已经有了比较成熟的处理技术，并且逐渐向低成本、高效率方向发展。目前在脱酚处理技术方面主要采用萃取工艺，利用萃取剂进行脱酚并且回收利用。萃取剂可以循环利用，并且在处理的过程中，不会产生二次污染。现阶段，利用萃取脱酚处理技术中，存在的问题主要是溶剂对酚类化合物的反应种类受限，中油夹带量较大，对于多种酚类物质的萃取处理效率较低。而有些萃取剂具有很强的溶水性，所以在进行萃取处理技术时，会消耗大量的水资源。所以目前对于脱酚萃取处理技术而言，主要是对萃取剂的选择与改进方面，以提高萃取的效率。

在脱氨脱酸方面，国内传统工艺一般采用双塔加压汽提脱氨脱酸，先脱除酸性气体，最后进行脱氨，然而废水中浓度较高的二氧化碳会与氨反应生成铵盐结晶，造成设备结垢、堵塞。单塔加压侧线抽提工艺，实现了煤气化废水中酸性气、游离氨和固定氨在汽提单塔中的同时脱除，不易结垢，该技术已经成功应用在多家煤气化废水处理过程。

2.2 生化处理

生化处理是煤气水废水处理环节中的二级处理，主要是通过人工曝气为微生物供氧，利用微生物去除废水中的可溶性有机物以及部分不溶性有机物，是废水处理的常用技术之一，从而为深度处理基础提供有利的条件。但是由于煤气水废水中的成分比较复杂，有些污染物的生物可降解性较差，所以如果使用传统的厌氧和好氧工艺都无法达到有效的处理标准。传统的厌氧-好氧处理技术中，设备的占地面积较大，处理效率较低、生物死亡率较高，所以处理效率较差，不利于后续的深度处理。针对这种情况，需要对厌氧和好氧工艺进行优化处理，以提高生化处理的效率。

2.3 深度处理

经过预处理以及生化处理环节后，煤气水废水还无法达到排放的标准要求，因为其中还存在大量的难降解有机物，并且这两种处理工艺都没有对无机盐进行处理，所以在经过生化处理后，废水的色度仍然较高，盐含量、COD以及氨氮的含量都无法达到规范的标准要求。所以说在经过预处理以及生化处理后，还应该对煤气水废水进行深度处理，最终达到排放或者回收再利用的标准。

传统深度处理单元一般针对生化出水中的氨氮及难降解有机物，采用混凝沉淀、高级氧化等技术，最终使出水达标排放。混凝沉淀技术能够捕获水体中的胶体悬浮物、有机物、重金属离子等有害物质，形成絮体而分离，从而有效去除水中的悬浮物、色度以及COD，已经广泛应用于煤气化废水的深度处理。

2.4 脱盐深度处理与回用

煤气化废水中除了氨氮、有机物之外，还含有一定量的无机盐。传统的深度处理工艺（混凝、高级氧化等）对于无机盐没有去除作用，产水直接回用会造成无机盐在系统中的累积，对设备造成损害。因此，一般采用脱盐技术进行深度处理，才能满足工业循环冷却水回用要求。目前常用的脱盐技术包括离子交换、膜分离技术、蒸发技术等。离子交换技术在脱盐方面的应用已经相对成熟，但是水中残留的有机物会污染离子交换树脂，而且树脂再生过程会产生酸、碱废水。而蒸发技术设备占地面积大、能耗高，不适合直接大规模处理生化出水。相对而言，以反渗透（RO）为核心的膜分离技术具有分离效率高、能耗相对较低、设备紧凑、操作简便、绿色无污染等优点，已经广泛应用于海水淡化、苦咸水淡化及各类含盐污水回用系统。

结语

煤化工行业为我国的经济发展提供了重要的能源保障，但是在我国建设社会主义和谐社会的时代背景下，对于煤化工行业的生产标准有了更高的要求。因为煤化工企业生产的特殊性，在生产的过程中会产生大量的煤气水废水，如果不经过处理就排放到外界，会对生态环境造成严重的破坏，所以对煤气水废水进行处理是煤化工企业的重要任务。在我国水资源日益匮乏的形势下，在煤气水废水处理技术中，逐渐向废水回收再利用的方向发展，不仅能够避免对生态环境造成污染，同时还能够有效的降低生产成本，节约水资源，提高煤化工企业的经济效益、社会效益以及生态效益。随着我国科学技术的快速发展，在对煤气水废水处理技术方面会不断的发展以及完善，为实现煤化工企业的可持续发展创造有利的条件。

参考文献

[1]蒋芹，郑彭生，张显景，郭中权.煤气化废水处理技术现状及发展趋势[J].能源环境保护，2014（10）：15.

篇10

关键词:工业炉 节能减排

中图分类号:TB4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0086-01

随着能源形势和环境污染状况日趋严峻,节能减排越来越成为当前我国工业所面临的重要问题。目前,我国工业炉存在技术水平低、装备落后、能耗高、污染严重等主要问题,本文就针对性地在替代燃料、燃烧系统改造和余热余压利用等方面提出一些节能减排的措施。

1 替代燃料

中国工业炉一直以煤炭为主要能源,其污染环境严重,所以寻找理想替代燃料是我国工业炉节能环保发展的战略性方向。利用柴油和天然气替代煤,可以减少对环境的污染,但其经济成本较高,属于不可再生能源,故没有大规模利用。生物质作为一种能同时提供固体、液体和气体燃料的可再生新能源,能够减缓温室效应的产生,环境友好,故利用生物质代替煤是我国工业炉节能发展的理想途径。

以生物质为原料的工业替代燃料利用技术主要包括生物质成型燃料技术、生物质气化技术和生物质裂解油技术。

生物质成型燃料技术是指在一定温度和压力作用下,将各类分散的、没有一定形状的生物质压制成一定形状的、密度较大的各种成型燃料的技术。生物质成型燃料多用在一些中小型的工业蒸汽锅炉、有机热载体锅炉和商业蒸汽锅炉上。

生物质气化技术是指在高温缺氧的条件下,生物质原料经过简单的破碎处理后送入气化炉中进行裂解,得到可燃气的一种热化学反应技术。生物质气化得到的可燃气可以直接通过管道输送应用在轧钢加热炉、炼铜反射炉、坩锅炉、工业锅炉及水泥回转炉和耐火材料隧道窑等燃料品质要求较低的工业窑炉上,而经过除尘除焦等净化工序后,其应用范围可推广到陶瓷窑炉、玻璃窑炉、热风炉和电厂等燃料品质要求较高的工业窑炉上。

生物质裂解油技术是指将秸秆、木屑、甘蔗渣等农业废弃物通过高温快速加热分解为挥发性气体,再经冷却后提炼出的一种液体。生物质裂解油的热值一般为16～18MJ/kg,产油率可达70%,它可直接用作锅炉和窑炉的燃料,也可进一步加工转换成化工产品。

2 燃烧系统

在工业炉的系统里,燃烧是燃料的化学能释放的过程,在这个过程里既要考虑降低气体和固体的不完全燃烧损失,又要考虑过量空气造成的排烟损失,还要兼顾降低二氧化硫和氮氧化物等污染物的浓度的问题,因此寻找一种合适的燃烧技术是实现工业炉节能减排的重要措施。现阶段应用较为广泛的节能燃烧技术包括高温空气燃烧技术、脉冲燃烧技术、富氧燃烧技术和分级燃烧技术。

高温空气燃烧技术也叫蓄热式燃烧技术,它不仅是一项高效的废热回收节能技术,而且能提高产品的品质。蓄热燃烧技术是指交替切换空气或气体燃料与烟气,使之流经蓄热体,能够在最大程度上回收高温烟气的显热,排烟温度可降到180℃以下,可将助燃介质或气体燃料预热到1000℃以上,形成与传统火焰不同的新型火焰类型,并换向燃烧使炉内温度分布更趋均匀。目前,我国已在轧钢加热炉、玻璃窑炉、熔铝炉、锻造炉和钢包烘烤器等工业窑炉上成功应用蓄热式燃烧技术。

脉冲燃烧技术是一种间断燃烧的方式,使用脉宽调制技术,通过调节燃烧时间的通断比实现窑炉的温度控制[1]。这种技术对加热炉的炉温控制较为容易,所以炉内的温度场均匀且温度波动极小,而且还能节约燃料。近年来,该技术在冶金、陶瓷等工业窑炉燃烧系统控制方面得到逐步推广应用,效果良好。

富氧燃烧技术是以助燃空气中氧含量超过常规值得一种高效强化燃烧技术。富氧燃烧技术能够降低燃料的燃点,加快燃烧反应速度,促进燃烧完全,降低过量空气系数,减少燃烧后的烟气量,从而提高热量的利用效率。富氧燃烧技术比较适合应用在高温工业炉,如金属加热炉和玻璃溶化炉等等,有资料表明锻造加热炉若采用23%～25%的富氧空气助燃,可节省1/4的燃料。

分级燃烧技术是指通过改变送风方式将不足量的空气送入主燃烧区,形成缺氧的燃料过剩燃烧,然后剩余的空气在第二级燃烧区加入,形成燃料稀薄燃烧区,完成整个燃烧过程。分级燃烧可减少氮氧化物的排放,据项目运行结果表明,采用分级送风燃烧技术后,尾气中的氮氧化物排放量降低35%左右。

3 余热余压利用

工业炉余热主要是指排出的燃烧产物的显热与加热制品带走的显热。这些显热所带走的热量数量较大,如果能很好地加以利用,其经济效益和社会效益都是显著的。目前我国工业炉的余热资源回收率仅为34.9%,回收潜力巨大[2],下面就介绍几种常用的余热余压利用技术。

中高温烟气余热主要利用方式包括:利用余热锅炉产蒸汽或者加热导热油直接利用,利用换热器预热助燃空气,还有通过余热锅炉产蒸汽并利用蒸汽汽轮机发电。以轧钢加热炉为例,轧钢加热炉的出炉烟温1000℃左右,在烟道内设置高效空气和煤气预热器对助燃空气和煤气进行预热,可将空气预热到600℃,煤气预热到300℃,吨钢燃耗可降低0.3GJ。

低温烟气余热一般是指温度低于400℃的烟气的余热,这种余热虽然品位低,但余热数量很大,现在一般采用纯低温余热发电技术来进行节能降耗并产生经济效益。例如,水泥厂将400℃以下低温废气余热转换成电能并用于生产,可使水泥熟料生产综合电耗降低约60%或水泥生产综合电耗降低约33%。

干熄焦技术是一项成熟而先进的技术,它利用冷的惰性气体逆流冷却熄灭红焦,然后被加热的气体经过除尘后进入蒸汽锅炉将能量回收利用或供热发电,同时消除湿法熄焦的严重污染,以一台140t/h的焦炉改造为例,其年产电量可达4000万度。

余压回收发电技术是指利用工业窑炉产生的废气余压直接用来发电。例如,钢铁厂高炉炉顶煤气余压透平发电装置(TRT),是利用高炉炉顶煤气具有的压力能,经透平膨胀做功,驱动发电机进行发电的装置。

4 结语

当前,应对能源危机、气候变化和资源环境约束已成为全球的共同行动,我国“十二五”节能规划也提出要继续贯彻实施20%左右的能源强度下降目标和18%的碳强度下降的目标,加快节能减排技术开发和推广应用。由于我国工业炉类型繁多,应用领域广泛,因此我们在实际应用中,要根据各种炉型的特点和具体工艺要求,采用合理的节能技术方案,才能取得良好的节能效果。

参考文献