生物质气化技术范文

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篇1

关键词 高含水率；生物质；成浆；气化

中图分类号：TQ511 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）17-0143-01

工业进程的加快和水环境的污染，导致高含水率生物质不断增加。如果酿酒业产生的酒糟废液、水体富营养化滋生的藻类，以及污水处理厂产生的生物污泥。这些高含水率有机生物质具有共同的特点：1）高水率高，甚至达到95%以上；2）含有一定的热值；3）难处理，处理不当引起不同程度的二次污染；4）脱水能耗高，而且需要专门的设备。如何对这些高含水率生物质，引起了越来越多学者的关注。

水煤浆是20世纪70年代石油危机中发展起来的一种新型低污染代油燃料。它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有石油一样的流动性和稳定性，可以泵送、雾化、贮存与稳定着火燃烧。高含水率生物质一方面含水率高，多数为高浓度悬浮体系，另一方面含有一定热值，作为能源时与水煤浆具有相似性。将高含水率生物质与煤混合，通过一定的处理工艺制备生物质水煤浆，依托成熟的气流床气化技术，实现其与煤的共气化，不仅能很好地解决高含水率生物质的资源化难题，又能简化它们的处理与处置流程。生物质水煤浆气化使企业、工业园区或城镇社区变污染负效益为资源正效益，充分体现了其在能源结构调整，资源合理利用及清洁生产等方面的综合作用。本文以蓝藻、水葫芦和污泥等高含水率生物质为例，探讨其与煤共气化的工艺的可行性。

1 物性分析

按照国家煤质分析标准（GB/T 212-2001）对神府煤进行工业、元素及热值分析。由于污泥、蓝藻和水葫芦是作为能源物质与煤成浆共气化，所以采用与煤相同的处理方法，也按国家煤质分析标准对污泥、蓝藻和水葫芦进行相关分析，分析结果列于表1。

从表1可以看出，污泥的含水率超过80%，蓝藻和水葫芦达到94%以上，因此把他们定义为高含水率生物质。将高含水率生物质直接与煤制备水煤浆，用生物质所含的水代替部分制浆用水，省去了高能耗的干燥过程。这3种生物质中都具有高含水率、高灰分、高挥发分、高氮含量和低碳含量的特点。高含水率生物质单独气化需要干燥，且能量密度低，与煤制浆共气化可以有效地克服这些缺点。蓝藻中氮含量接近煤的10倍，水煤浆气化炉内部是弱还原的气氛，燃料中的氮以还原态的形式存在，不会生成氮氧化物，消除了引起二次污染的隐患。另一方面，污泥、蓝藻和水葫芦的高位热值都在10 MJ·kg-1以上，蓝藻甚至接近20 MJ·kg-1。这些生物质与煤一起作为燃料进入气化炉，对所含热值进行了充分利用，变废为宝。

2 成浆性

高含水率生物质制备浆体，是实现高含水率生物质与煤气流床共气化的关键。笔者以污泥、蓝藻、水葫芦为例，研究了其与煤的成浆性。

1）当萘磺酸钠作为分散剂时，煤的单独成浆浓度为62.5%。污泥加入降低了水煤浆的成浆浓度，污泥在浆体中的质量百分比越高，污泥煤浆的成浆浓度越低。通过对污泥进行预处理，能有效地提高污泥煤浆的成浆浓度，当污泥占神府煤质量的10%时，污泥煤浆的成浆浓度为60%。

2）蓝藻自身粘度的大小对蓝藻煤浆的成浆浓度有着重要的影响。添加药剂、高速搅拌、加热和厌氧消化等方法能降低含水蓝藻的粘度，有利于蓝藻煤浆成浆浓度的提高。当蓝藻与添加水的质量比为1：1时，蓝藻煤浆的成浆浓度可以达到62.5%。

3）通过粉碎、球磨使水葫芦变成浆状体，粘度降低。水葫芦粘度降低有利于水葫芦煤浆成浆浓度的提高。当水葫芦与煤的质量比为23.9/100时，水葫芦煤浆的成浆浓度为60%。

高含水率生物质本身粘度的大小对生物质煤浆的成浆浓度有着重要的影响，有效的降粘处理对提高成浆浓度有利。当高含水率生物质添加合适的比例时，能制备出满足工业要求的高含水率生物质煤浆。

3 气化活性

采用高温热天平分别对污泥、蓝藻和水葫芦与神府煤CO2气化反应速度进行了实验，并采用动力学模型进行了活化能的计算。污泥加入后降低了煤与CO2气化反应时的活化能，起到了催化作用。随着污泥添加量的增大，混合物的活化能降低。神府煤与CO2气化时的活化能为178 kJ/mol，污泥的加入使煤气化活化能降低了50 kJ/mol，有利于气化反应。蓝藻中含有大量的K、Ca、Fe和Mg等金属离子，这些金属离子对煤的气化具有催化作用。水葫芦能提高煤的反应速率，添加的Fe3+离子对煤的CO2气化具有催化作用。

依托成熟的气流床气化技术，实现高含水率生物质与煤的共气化具有可行性。高含水率生物质与煤制浆共气化时，一个显著的优势是“大规模”，此工艺具有其他工艺无法比拟的处理量，一旦实现工业化，将对高含水率生物质的处理作出巨大贡献。

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篇2

关键词：涝渍胁迫；植物；生长；代谢；化学调控；内源激素

中图分类号：S422；S181.3；S312 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）01-0009-04

涝渍包括涝和渍，前者是地面积水淹没了作物的基部或全部造成的危害，后者指土壤水分达到饱和时对植物的危害。涝渍胁迫影响全球大约10%的耕地面积，是影响农作物产量的最重要限制因子之一[1]。农业生产中，在某些排水不良或地下水位过高的土壤和低洼、沼泽地带发生洪水或暴雨之后，常会出现水分过多造成对作物的危害。根据作物种类、土壤类型及胁迫持续时间的不同，涝渍胁迫可以导致15%～80%的产量损失，甚至造成颗粒无收。植物在漫长的进化过程中形成了一系列抗涝渍胁迫的生理生化及分子机制。因此，深入认识植物的抗涝性及适应机理可为通过化学调控提高植物抗涝性提供理论依据，也可为遭受涝渍灾害的地区提供农业增产增收的理论指导。

1 涝渍胁迫对植物生长形态的影响

植物受涝渍胁迫后形态会发生明显的变化。其中最直观的表现就是生长受到抑制，生物量累计减少。由涝渍胁迫引起的缺氧对根系产生最直接的影响。在缺氧或无氧条件下，根的呼吸速率和代谢受到一定的影响。缺氧条件下，根系有氧呼吸受阻，ATP缺乏，从而驱动一个基础代谢过程。液泡中的质子逐渐渗漏到胞质，进一步增加乳酸开始发酵时的酸性，造成胞质酸中毒[2]。所以在涝渍胁迫下植物根系生长及发生受到抑制；初生根数量减少，但不定根增生，根系总量减少，根系体积变小；根系活力下降；根尖变成褐色，进而发生程序性细胞死亡（Programmed cell death，PCD）[3-6]。涝渍胁迫下新形成的根或不定根可以代替淹水期间死亡的根，并且具有较高的吸收率。因此淹水环境下不定根的形成被认为是植物耐淹的重要特性。

植物在涝渍胁迫下叶片相对含水量减少，叶片气孔阻力增加，使得气孔导度下降，不同程度地造成叶片萎蔫，而且根系缺氧也会影响叶片的光合作用。缺氧首先导致叶片气孔关闭，增大CO2向叶片扩散的阻力，进而影响光合相关酶类的活性。与此同时，叶绿素合成能力下降，含量随之减少，最后导致绿色面积减少，直至植物死亡[7]。而一些耐涝渍的植物在长期的进化过程中形成了一种适应性保护机制来维持较高的光合能力[8，9]。另外，由于根部组织缺氧而加速乙烯合成。植物叶柄表面具有响应乙烯的细胞，当乙烯浓度升高时，它们将快速扩展，这种扩展将导致叶柄的偏上性生长和叶片的偏下性生长。

2 涝渍胁迫对植物生理代谢的影响

涝渍胁迫不但使1，5-二磷酸核酮糖羧化酶（Rubisco）蛋白含量降低，而且也使酶活性大大降低[10]。而Rubisco的活性与光合作用呈正相关，加之此时叶片水势下降，气孔导度下降，气孔阻力增加，所以涝渍胁迫条件下的光合碳同化能力大大降低。同时，由于光合产物的运输受阻，蔗糖装载的需求降低，导致叶绿体内淀粉积累。叶绿体内淀粉的积累又对光合作用起到反馈抑制作用[11]。

涝渍胁迫诱导植物体内产生大量的厌氧多肽（Anaerobic polypeptides，ANPs），绝大多数的ANPs是参与糖酵解过程的酶[12]。无氧发酵取代了线粒体中的光合磷酸化以满足细胞的能量需求，此时乙醇脱氢酶（Alcohol dehydrogenase，ADH）及其同工酶的数量也大大增加，ADH是促进糖酵解过程的关键调控因子[13]。Vartapetian[14，15]指出，植物细胞可以通过增加乙醇的产量来提高对缺氧的抵抗力。从三羧酸循环到乙醇发酵和乳酸发酵的转变过程中，由于ATP水解酶和乳酸的积累造成了pH的下降[16，17]，pH的下降又反过来降低了乳酸合成的速率，并且激活了丙酮酸脱羧酶，从而使糖酵解过程的碳分流至乙醇发酵过程中。

植物为了适应各种逆境胁迫，细胞能主动积累一些渗透调节物质，如脯氨酸、可溶性糖及游离氨基酸等。大多数研究发现，在涝渍胁迫初期，植物体内的脯氨酸和可溶性糖含量随着淹水胁迫时间的延长均呈上升趋势。但是超过一定的时间后，随着体内可溶性糖、氨基酸等有机物合成能力的下降，细胞液中的渗透调节物质浓度也开始下降。另外，涝渍胁迫条件下一些参与植物次生代谢的酶基因（如苯丙氨酸转氨酶等）表达上调，导致植物的次生代谢增加[18，19]。同时，酚类和单羧基硬脂酸含量增加激活了质膜上的K+/H+反向运输器，造成钾离子的持续外流，并且伴随着质子的内流[20]。

在涝渍胁迫环境下，由于代谢紊乱及电子渗漏，植物体内产生了大量的活性氧（包括O2-、 H2O2、OH-及NO等）。多余的活性氧会造成细胞内核酸、蛋白质、膜脂等过氧化，造成生理功能紊乱，严重时可导致程序性细胞死亡（PCD）的发生[21，22]。同时，植物也具有清除活性氧的保护系统，包括还原性谷胱甘肽、抗坏血酸等非酶促保护系统以及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等酶促保护系统[23]。涝渍胁迫条件下植物通过提高还原性保护物质含量以及抗氧化酶活性，可有效清除活性氧自由基，减轻其对细胞膜的伤害。植物水淹后体内的SOD、POD、CAT 常发生相应变化，使自由基维持在较低的水平。

3 涝渍胁迫对植物内源激素的影响

淹水胁迫下，植物体内乙烯受刺激后会成倍增加，其前体1-氨基环丙烷-1-羧酸（1-Aminocyclopropane-1-carboxylic acid， ACC）是缺氧条件下最早在根部形成并运输到地上部的原初信号物质，并在提高植物对缺氧逆境的抗性上起到关键性的作用。乙烯的大量生成可以刺激通气组织的发生和发展，刺激不定根的生成等，从而提高植物对涝渍胁迫的适应性[24]。有研究指出，淹水条件下乙烯可以与生长素相互作用促进水稻植株茎叶的快速伸长以获取氧气[25，26]，并且这种相互作用对于诱导不定根的形成也有重要的作用[27]。

细胞分裂素在植物根的顶端分生组织合成，涝渍胁迫条件下的植物根部比其他组织更容易受到伤害，所以，涝渍胁迫条件下也对细胞分裂素的合成产生较大的影响。Huynh等[28]的研究表明，在涝渍胁迫处理的1 d内，植物细胞内的细胞分裂素含量急剧下降到一个非常低的水平。通过转基因技术，过量表达细胞分裂素的转基因株系都在一定程度上提高了对涝渍胁迫的抵抗能力[29，30]，暗示细胞分裂素可能通过延缓植物衰老来提高对涝渍胁迫的抗性。

淹水引起水稻体内ABA的降解，而作为GA的拮抗剂，ABA的降解导致水稻对GA的响应增强，从而促进水稻茎秆的伸长生长[31，32]。研究发现GA处理的水稻在茎秆伸长的同时，其成活率下降；用多效唑处理对淹水敏感性强的水稻品种，结果发现多效唑在抑制伸长生长的同时增加了淹水胁迫下的成活率[33，34]。这种对GA介导的伸长生长的抑制对于提高植物的抗淹性具有积极的意义，因为这种抑制作用延缓了碳水化合物及ATP的消耗，最大程度地维持了细胞的活性。

作为新型的信号分子，NO几年来被发现在低浓度下参与植物多种生命过程的调控，如种子萌发、防御反应、气孔开放及细胞凋亡等[35-38]。最近研究发现，NO可能在淹水条件下通气组织形成过程中的信号传导和PCD过程起到关键性的作用[39]。另外，笔者所在的实验室最近研究发现，适宜浓度的NO前体（SNP）处理可以提高玉米抵抗淹水胁迫的能力[40]。

4 涝渍胁迫条件下的植物化学调控

植物的抗涝性是随着生长发育的进程与环境条件而变化的，不同植物的抗涝能力是有差别的，而作物不同生育期的抗涝性也不同。目前生产上主要有两类减轻涝害的技术措施：一是通过良种选育，在易涝地区种植耐涝的品种；二是在涝害发生之后采取合理的挽救措施，如合理的水肥调控、化学调节剂的应用等。

有研究表明，最适的氮肥供应可以在一定程度上延缓涝渍胁迫对植物生长的抑制作用。因此涝渍胁迫发生后施用氮肥可以显著降低涝渍胁迫给植物带来的伤害[41，42]。进一步的研究发现，涝渍胁迫条件下加倍施用氮肥可以增强植物的光合速率和延缓叶绿素含量下降、增加不定根数量、增加植物体内的氮含量及地上部分的生长[43]。Singh等[44]发现，施用绿肥及农家肥可以成倍地提高涝渍胁迫条件下Fe和Mn的肥效。另外，有机肥也可以提高土壤的活性因子、降低土壤的板结程度、增加植物不定根数量，从而减轻对产量形成因子的不利影响。

张恩让等[45]的研究表明，外源Ca2+可通过调节辣椒幼苗根系内呼吸代谢来缓解淹水胁迫对植株的伤害。胡晓辉等[46]研究发现，低氧胁迫下营养液加钙处理能够提高黄瓜幼苗根系乙醇的发酵能力，避免乳酸和乙醛的积累，从而提高黄瓜幼苗耐低氧的能力。Thomson等[47]研究发现，用过氧化钙处理种子可以减轻涝渍胁迫对种子萌发期及早期幼苗生长的伤害。

植物受到涝渍胁迫后，因缺氧而导致细胞代谢混乱、结构损伤、内部激素比例失调。因此，有目标地施用化学调控剂是提高耐淹涝能力、加快受淹涝后植株尽快恢复正常生长的重要措施之一。通常生长素和细胞分裂素均有不同程度地增强植株抗涝渍能力和减少产量损失的作用，且涝前喷施效果优于涝后，涝前预防与涝后补救相结合效果最佳[48]。陈大清等[49]研究发现，不同的化学调节剂浸种处理后使小麦苗期耐涝渍生理特性均得到一定程度的增强；另外，喷施不同的化学调节剂对改善和提高小麦抗涝和耐涝渍能力亦有一定的作用，比较不同化学调节剂的作用效应依次是多效唑>芸苔素内酯>乙酰水杨酸。2010年，王晓冬等[50]报道，在小麦幼苗期间进行涝害胁迫试验，结果发现外源γ-氨基丁酸可以通过调节光合叶绿素系统和抗氧化酶系统来减少涝害胁迫引起的生长受到抑制的现象，从而增强小麦的抗涝性。Yiu等[51]用外源多胺处理涝渍胁迫条件下的大葱，发现腐胺和精胺在提高植物体内保护酶活性的同时降低了MDA、超氧自由基等有害物质的含量，从而提高了大葱的抗涝渍能力。

5 结语

涝渍胁迫是农业生产中的主要非生物胁迫因子之一，经过多年的研究，对涝渍胁迫给作物带来的形态学影响及生理伤害已经有了较为深入的了解。同时，人们关于植物对涝渍胁迫响应的形态解剖机制、生理生化机制及分子机制也有了比较明确的认识。基于此，一方面可以利用转基因技术培育抗涝性植物材料；另一方面也可以通过水肥管理、化学调控等措施调节植物的抗涝性。但是对于化学调控来讲，目前存在3个方面的问题：一是研究不够深入，对于其提高抗涝性的机制没有阐述清楚；二是所应用的化学调节物质单一，例如不同的化学调节物质进行复配，可能会起到更好的效果；三是由于研究的局限性，以上研究都没有形成完整的技术体系应用于农业生产实践当中。因此，化学调节剂在作物抗涝渍方面的应用有着广泛的研究空间及应用前景。

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Abstract： Based on the existing literature， this paper analyzes the influence of production capacity constraints on quality differentiated motivation of service enterprises， when the production capacity restriction affects the motive of service enterprises， the production capacity constraints weakened the quality differentiated motivation of service enterprises， there is less difference between service enterprises' products quality. At the same time， it reveals the deeper reason of service enterprises providing homogeneity products in China.

关键词： 生产能力约束；质量差异化动机；服务业

Key words： production capacity constraints；quality differentiated motivation；service enterprises

中图分类号：F224.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）35-0152-02

0 引言

产品质量差异化是企业缓解价格竞争的重要策略，但是我国服务企业却缺乏质量差异化的动机。通过观察可以发现很多服务企业的产品质量趋同化严重。2010年“海底捞”曝出其汤底系勾兑而成，随后又曝出勾兑火锅汤底在火锅业内非常普遍。火锅汤底相似的制作工艺使产品质量表现出同质化特征。无独有偶，在其他服务企业同样可以发现类似现象：服务企业数量众多，但服务产品种类与服务产品内容差别不够明显。

对于影响产品质量差异化的因素，现有研究较少，主要集中分析产品质量差异化与产品创新的关系。但是仇恒喜与范叙春（2009）认为企业横向差异化策略的存在增强了企业的市场力量，使得企业通过实施纵向差异化战略以缓和价格竞争而带来的收益有所减少，从而弱化了企业在纵向差异产品空间上实施质量差异化战略的动机。侯晓丽与李耀（2011）从企业内部因素的角度进一步揭示了质量差异化战略被弱化的动机。质量成本的存在影响企业进行产品质量差异化，只有当质量差距的扩大能够抵消成本的增加时，企业才会提供高产品质量，大多数企业选择提供低质量产品反而是最优的选择。但是以上研究均未对服务产品出现同质的深层次原因做出相应解释。

1 生产能力约束与服务企业的性质

服务业的特点包括：一是“无形性”，即服务过程不产生有形结果；二是“生产与消费的同步性”，即服务生产和服务消费同时同地发生，生产完成时服务已经提供给了消费者；三是“不可储存性”，由于必须同步，服务无法储存，服务业缺乏库存能力；四是“不可贸易”，同步和不可储存的特点，使服务无法在一地生产而在另一地消费；五是所有权不能完全让渡。商品交易的是商品所有权，服务是人力资本从事经济活动的过程，不存在所有权的交易，服务只是让渡人力资本使用权。

上述性质使传统服务业具有以下经济学意义上的重要特征。第一，没有规模经济。由于服务生产和消费不可分离而是同时同步进行，消费需求又高度个性化，因此“批量”、“标准化”“劳动分工”等导致规模经济生产的基本要求不能满足。第二，技术含量低。制造业的进步主要体现在高效率机器设备上，多数传统服务业是直接的劳务活动，机器设备难以普遍应用，从而劳动生产率提高缓慢。

由于服务企业的上述性质，服务企业受到时间、人员、设备与设施等因素的影响，经常出现生产能力限制。服务业自身的性质决定了相较于其他行业，服务企业更容易出现生产能力约束，这也是服务业存在生产能力约束的根本原因。

2 生产能力约束对服务业质量差异化的影响

可以看到，现有文献对产品质量差异化影响因素的分析主要集中于外部因素方面，都没有考虑生产能力约束对产品质量差异化的影响。而事实上，生产能力约束也可以降低价格竞争强度。Kreps和Scheinkman（1983）研究在价格竞争中生产能力约束维持古诺竞争所起的作用。后续的研究都集中于“生产能力约束在重复价格竞争中所起的作用”（Brock， Scheinkman1985；Lambson1994；Compte et al.2002）。Allen et al（2000）证明当出现新的企业进入市场时，生产能力约束可以成为其他企业的进入的壁垒。Moreno 与 Ubeda（2005）比Kreps和Scheinkman更进一步研究多个市场价格竞争下生产能力约束如何维持古诺竞争。José Luis Ferreira（2011）在Moreno与Ubeda研究的基础上分析期货市场价格竞争下生产能力约束是否可以维持古诺竞争。

产品质量差异化与生产能力约束都可以降低价格竞争的强度，对于最初使用质量差异化的服务企业来说，当出现生产能力约束时，与制定其他经营策略一样，服务企业是否继续实施产品质量差异化策略的最根本目的是获取利润。只有当产品质量差异化能继续增加利润时，服务企业才会使用。生产能力约束直接影响服务企业使用质量差异化策略获取收益的大小，最终将决定服务企业是否采用质量差异化策略。而事实上在双寡头垄断市场，当存在生产能力约束时，质量差异化的服务企业在市场上进行的伯特兰竞争结果为古诺均衡，生产能力约束完全代替质量差异化，服务企业之间产品价格竞争变成产品数量竞争；并且当市场均衡时，选择质量差异化则使服务企业的收入减少，服务企业的产品质量存在较小的差异化。如果质量成本足够低，服务企业在市场上未进行伯特兰竞争之前，存在的生产能力约束将削弱服务企业质量差异化的动机，市场均衡时服务企业销售同质产品。

3 结论

将上述结论与我国的现实结合起来，就能发现我国服务企业产品质量同质的原因所在。在一定程度上，这一问题可归结于服务企业自身性质所产生的生产能力约束，其使企业决策的重点变为确定生产的产品数量。我国服务企业如零售、餐饮、住宿、交通运输等行业需求波动幅度大，需求经常超过服务业的供给能力，如何利用服务企业现有资源生产更多的产品是服务企业的经营决策重点，质量差异化并不是企业考虑的问题，从而弱化了服务企业进行差异化动机。因此服务企业的产品在目标顾客群、服务产品种类等方面定位雷同，推出的服务产品功能、服务内容相差并不明显，创新产品短缺、服务产品质量趋同化严重。

综上所述，服务企业的自身性质决定服务业的产能出现生产能力约束，从而一定程度上导致我国服务企业产品趋于同质。“产品同质”所引出的问题是服务内容单一，服务质量低下，消费者满意度低。为了改变这种现状，必须促进服务企业的优化与升级。首先对服务企业尤其是商业网点的空间布局进行更合理、更细致的研究与规划；其次，进一步优化市场结构，通过发展大型商贸企业集团等方式，提高限额以上批发零售企业、住宿餐饮企业在社会消费品零售和其它商品销售中的市场份额，以此进一步提高城市流通服务能力和企业现代化管理水平；最后注重在商贸服务业、住宿餐饮业、物流服务业引进连锁经营方式，提高各行业的连锁经营率，同时积极引入电子商务模式，实现经营方式的创新。借助这些措施以提高服务产能，有效管理波动的市场需求，从而在一定程度上规避生产能力约束的影响，促进服务企业质量差异化，满足消费者多样化的需求，提高顾客的满意度。

参考文献：

[1]Kreps D.， J.Scheinkman. 1983. _Quantity precommitment and Bertrand competition yield Cournot outcomes，_ Bell Journal of Economics 14：326-337.

[2]Moreno D.， L. Ubeda. 2006.. _Capacity precommitment and price competition yield the Cournot outcome，_ Games and Economic Behavior 56：323-332.

[3]瓦拉瑞尔·A·泽丝曼尔，玛丽·乔·比特纳.服务营销[M].机械工业出版社（第5版），2012.

[4]江小涓：服务业增长：真实含义、多重影响和发展趋势[J].经济研究，2011（4）.

篇4

据估计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍；而作为能源利用量还不到其总量的l%。高效利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭，石油和天然气等燃料，生产电力。而减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。专家认为，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。

生物质能采用高新技术将秸秆、禽畜粪便和有机废水等生物质转化为高品位能源，开发生物质能源将涉及农村发展、能源开发、环境保护、资源保护、国家安全和生态平衡等诸多利益。发展生物能源的初衷就是保护生态环境，在实际应用中也是以此为基点。这也是我国超前发展的一次很好机会，发展生物质能是一件利国利民的好事情。

生物质能源不仅是安全、稳定的能源，而且通过一系列转换技术，可以生产出不同品种的能源，如固化和炭化可以生产因体燃料，气化可以生产气体燃料，液化和植物油可以获得液体燃料，如果需要还可以生产电力等。

目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。

6MW生物质颗粒与煤混烧发电技术

成果简介：该项目是通对不同比例的生物质成型颗粒与煤在循环流化床中进行混合燃烧，混合后的燃料可大大改变原煤的燃烧特性，包括降低着火温度、改善着火性能、提高了循环流化床锅炉的热利用率等。生物质原料与煤之间燃烧特性的优势互补。该技术可用于电厂、工业锅炉等各种利用循环流化床锅炉的行业。该技术对生物质的燃烧特性，燃烧过程以及其结渣特性、碱金属腐蚀、气体燃烧不完全等难题进行了研究，并找出了解决方案。生物质颗粒混烧量可达到80%，在此工况下热效率可提高15%以上，二氧化硫排放量减少50%。氮的氧化物排放量可减少30%；完成了由输送带、给料仓、给料绞龙组成的颗粒燃料输送给料系统；为适应生物质燃料高挥发分的特性，在生物质颗粒燃料进料口上方1.2m处增设了一个二次风进口；可根据生物质颗粒与煤的不同混烧比例，自动调整一、二次进风量。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

生物质气化燃气中焦油催化转化研究

成果简介：该项目研究采用在生物质气化装置的出口处，建一催化净化装置有催化保护床和催化转化床构成，直接处理热的生物质气体，保护床吸收粗燃气中的硫化氢等有毒物质及催化裂化脱除部分重焦油；第二催化反应床催化转化剩余的焦油。碳氢化合物的焦油被催化转化为小分子气体如CO等，增加燃气热值。结果表明，对空气流化床气化的粗燃气的催化干法除焦油，实验方案是行之有效的和成功的。筛选出工业镍基蒸汽转化催化剂和氧化铈添加的镁橄榄石负载型镍基催化剂可作为焦油的催化转化催化剂，氧化铈可促进催化剂的活性和提高抗积炭能力，对气化燃气的重焦油的去除率达99%，按干气计算燃气中氢气的浓度增加6～11%。通过催化净化系统直接处理气化燃气，一方面焦油的催化转化增加了气化气中有价值的气体成分；另一方面又克服了湿法除焦油所带来的不易解决的环境污染问题。

所处阶段：成熟应用阶段

2Kg/hr生物质流化床气化/热解实验装置研制

成果简介：气化是缺氧的反应过程，热解是隔绝氧气的反应过程；气化的反应温度为750-850℃，而热解的反应温度为400-700℃；热解必须采用快速进料，气化对供料速度则无严格要求；两者产物的净化处理过程则基本相同。分析两者的相同点及不同点，该课题组认为建一套气化及热解的双功能系统是可行的。为此该课题组采用了以下特殊设计：独立的氧气及氮气供入系统，共用一套流量计量及预热装置；流化段及悬浮段分别采用独立的电加热及控制装置；流化段及悬浮段分别采用独立的电加热及控制装置用双级供料系统，且均可无级调速；共用一套旋风分离、冷凝、过滤、排气及计量系统。运行及试验结果表明：该系统可分别进行气化及热解试验，且运行良好，达到了设计要求。

所处阶段：初期阶段

生物质经催化热分解技术

成果简介：该研究是以植物系生物质为原料通过催化热解的方法生产高附加值的轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品以及合成燃料。使用了热解温度控制容易，升温速度快，焦炭便于回收，且可连续操作的双颗粒流化床，建立了一套可以定量操作的热解反应系统，开发了连续催化热解过程。充分利用生物质热解温度低挥发物多的特性，选择合适的催化剂，控制生物质热解过程的二次气相反应，使产物向有利于轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品转化，在CoMo-B催化剂的作用下，863K时可得到6.29wt%的收率。这一收率在同类研究中，是常压下热解过程中得到的最高收率。在实验研究过程中还可发现，NiMo类催化剂有利于生物质低温制氢，为生物质低温制氢提出了新的研究课题。生物质连续催化热解装置的研发，实现了连续化操作的热解过程，为未来大规模的工业化生产提供了必要的前期研究成果。

所处阶段：初期阶段

锥形流化床生物质气化技术

成果简介：该专题针对目前国内生物质气化发电、供热、供气存在的原料适应范围窄、燃气焦油含量高、自动化程度低、适用松散型物料的气化发电设备和系统等问题，开发锥形流化床生物质气化发电供热、供气机技术产业化为目标，研制生物质气化装置与气体发电机组成的系列生物质气化发电系统；降低燃气中的焦油含量；生物质气化系统的操作弹性试验；提高生物质气燃气热值。

所处阶段：成熟应用阶段

利用藻类热解制备生物质液体燃料

成果简介：该课题应用能源科学、环境科学和生命科学等交叉学科的理论和技术，以藻类为原料，通过细胞工程和生物质转化等技术，产生生物油和烃类等可再生生物能源，为开发新能源提供新的生物技术途径。用异养转化技术和基因改造技术获得高脂肪含量的藻细胞来热解制备液体燃料，实现异养转化技术、细胞培养技术、基因改造技术与热解技术的整合集成，获得原创性、新颖性的研究成果；同时为后继能源的开发应用提供技术储备；并且通过最前沿的生物技术与能源技术相互结合、交叉与渗透，推动学科的发展。该研究成果应用前景良好。

生物质气气化合成二甲醚液体燃料

成果简介：在固定床或循环流化床中将生物质气化，变成H2, CO, CO2等组分，然后经过气体净化，在重整反应器中和沼气一起在催化剂的作用下进行重整来调整H2和 CO的比例，同时降低二氧化碳的比例，使之适合于合成二甲醚。然后气体经过压缩进入二甲醚反应器。在催化剂的作用下合成二甲醚。该套技术已经申请了国家发明专利。

二甲醚（简称DME,CH3OCH3）是一种清洁的燃料与化工产品，有很大的市场。液化二甲醚可以完全替代液化石油气（LPG），与LPG相比具有无毒无臭、不易爆炸、热效率高、燃烧彻底、无污染等特点，因此，DME作为LPG的替代品在中国特别是农村有巨大的潜在市场。作为清洁燃料DME可以替代柴油用作发动机燃料，十六烷值达55，与柴油热效率相同，DME不会产生黑烟和固体颗粒，NOx排出量大大减少，是很有前途的绿色环保型发动机燃料。

该项目采用的以生物质废弃物（包括木粉、秸秆、谷壳等）作为原料，通过催化裂解造气作为气头的新工艺，目前还未见报道。DME的合成也采用先进的一步法合成工艺，该方法作为应用基础研究最近几年才在国际上展开。广州能源研究所在世界上首先实现了在小型装置上由生物质一步法合成绿色燃料二甲醚的连续运行。将该技术进行产业化推广可以解决缓解广东省液化气日益紧张的形势。

适用范围和条件：适用于生物质资源丰富的地区

3MW生物质气化高效发电系统关键技术

成果简介：该项目发展了6MW生物质气化及余热蒸汽联合发电系统、500kW生物质燃气发电机组和焦油污水生化处理新工艺等关键技术，在江苏兴化建立的示范电站装机容量为6MW，气化效率最高达78%，燃气机组发电效率为29.8%，系统发电效率27.8%，电站总投资约3200万元，系统运行成本0.40元/kw，具有较高的性价比和显著的社会效益。示范电站建设严格按国家电力行业的规范进行，并形成了市场化运作机制，为生物质气化发电技术的产业化积累了有益的经验。

所处阶段：成熟应用阶段

自热式生物质热解液化装置

成果简介：中国科学技术大学研制的“自热式生物质热解液化装置”通过了安徽省科技厅组织的专家鉴定，达到国际国内先进水平，是生物质洁净能源研究取得的重要进展。该装置是在安徽省“十五”科技攻关计划、教育部“211”工程和中国科学院知识创新工程等项目资助下研制完成的，专家认为：自热式生物质热解液化装置采用两级螺旋进料器有效解决了生物质进料系统的进料速率定量控制、密封和堵塞问题，其中自热式生物质热解液化装置在热解热源供给和生物油冷凝收集等方面具有创新性。

所处阶段：初期阶段

稻壳生物质中型气化发电系统

成果简介：该电技术的基本原理为利用生物质气化高新技术，经中温裂解气化，转换为可燃气体。气化炉内的化学反应过程主要是燃烧反应，热分解反应和还原反应。稻壳进入气化炉后，部分遇氧燃烧，提供热分解所需热量，大部分稻壳在缺氧条件下发生热分解反应，折出挥发份和焦炭，挥发份在中温反应区内发生二次反应，使焦油裂解为气体，同时气体和焦炭之间，气体和气体之间发生还原反应，产生气相焦油和气体。这些气体携带部分细颗粒焦炭、灰尘进入燃气净化系统。部分焦炭通过惯性除尘器回流进入气化炉参加反应，气相焦油冷凝通过水洗除去。燃气经净化后，再送到自吸式燃气内燃机进行热功转换产生动力，带动发电机发电。

所处阶段：成熟应用阶段

JZS家用生物质燃气灶

成果简介：该项目灶具的心脏阀体独创了大铜芯、大阀体，阀芯不凝滞、焦油不堵塞、维修方便，使用寿命特长；面壳采用进口加厚不锈钢板锻压成型，美观大方，优质耐用；高压脉冲点火器，使用寿命达10万次以上，着火率达100%，绝缘性能好；燃烧器炉头选用直径120mm和100mm标准铸铁双管和单管气道炉头；燃烧器火盖选用内旋火条形火孔，火盖材质选用全铜锻压成型，火孔加工精确，热效率高，高温不变型，高效更节能。JZS家用生物质燃气灶是秸秆气化集中供气系统的配套设备，是开发农村绿色能源的新产品。

所处阶段：成熟应用阶段

生物质联产技术及成套设备研究

成果简介：该项技术以干馏炭化工艺为中心，以生产产品为主，实现了炭、气、油联产的工业化生产，大大提高了经济效益；该设备系统热效率高。国内同类技术的设备系统热效率为56%，本项技术的系统热效率达到73.64%，比普通冷煤气发生炉的热效率高出10个百分点左右；生产的生物质炭热值和固定炭含量高，无烟、无味。经深加工可制成橡胶炭黑，优于木炭，木焦油可以提炼出多种化工原料，优于煤焦油，经济效益显著，市场前景很好；生产的生物质燃气热值达到17.7MJ/Nm^3，高于城市煤气的热值，大大超过4.6MJ/Nm^3的行业标准；燃气中焦油和灰尘含量小于10mg/Nm^3，大大低于50mg/Nm^3的行业标准。

所处阶段：成熟应用阶段

生物质气化发电优化系统及其示范工程

成果简介：该成果采用循环流化床气化炉和多级气体净化装置，配置多台500kW的单气体燃料内燃发电机组，发电系统可在2000－6000kW之间根据需要设计，发电原料可用谷壳、木屑、稻草等多种生物质废弃物。气化发电系统发电效率达20%～28%。由于系统设计合理，单位投资约4500～6500元/kW, 运行成本约0.35 ～0.45元/kWh，能满足农村处理农业废弃物的需要，电力符合工厂企业用电或上网要求，有显著的经济和社会效益。

所处阶段：成熟应用阶段

生物质制取合成气技术研究

成果简介：气化炉内的生物质由高温CO_2在水蒸汽氛围下进行碳化直接还原为CO。高温CO_2由助燃的水蒸汽和系统循环的可燃气生成。整个工艺系统实现了热量自给平衡。可获得较高热值的合成气。通过控制CO_2和H_2O的比例和气化温度，在高温常压下，CO_2与碳反应还原为CO，同时H_2O的分解、重整产生H_2，保证了CO+H_2＞50%的出口气浓度及其合适的比例。自主研制的固流复合床生物质气化炉，抑制了焦油的产生，降低气体净化的难度，提高生物质原料的利用率。独特的加料排渣系统，适应多元化原料的处理。本项目研究合成气制取机理及其气化过程有关特性，找出生物质制取合成气工艺中的某些关键参数，作为未来工业化系统优化设计的重要依据。

所处阶段：成熟应用阶段

生物质干馏气炭油联产技术及设备

成果简介：该项目针对不同类型的生物质原料，开发了两种不同的致密成型及干馏工艺，使生物质的热转换具有较高的能源利用率与换率。该项技术以成型后的生物质干馏工艺为中心，燃气中氮气含量低，燃气热值达到15MJ/m^3以上，是较好的化工原料，生物质炭、焦油及木醋液也有较好的市场。设备采用隧道连续干馏工艺，具有创新性，结构合理，操作、维护简单易行。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

生物质颗粒燃料冷态致密成型技术及成套设备

成果简介：该项目通过研究确定不同种类农林废弃物原料的高效粉碎工艺、生物质冷态致密成型机理及不同农林废弃物冷成型条件。建立农林废弃物冷态致密成型过程的数理模型与开发生物质冷态成型过程计算模拟系统。设计出能适用于各类生物质原料的高效粉碎设备、冷态成型模具及成型设备。进而设计出完整的生物质颗粒燃料冷压成型成套设备、生产工艺流程及相关辅助设备，充分保证成套设备运行的稳定性、可靠性和经济性。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

生物质材料甲醛释放量检测环境跟踪控制技术

成果简介：该成果涉及生物质材料（人造板等）挥发物检测环境的动态精确控制方法，应用范围为人造板、建筑材料、化工等产品中含挥发性有害气体的检测，为控制人造板产品及其含甲醛等有害挥发物产品的质量，提供可靠的技术与检测设备。同时为林产工业及全社会的环境保护、安全检测与监测技术、环境工程与技术、环境保护与管理、环境质量评价与环境检测等科学研究提供的新的成果、进展及方法。产品已应用在国家人造板质量监督检验中心、家具质检站、人造板检测机构、理化测试中心、疾病控制中心、大学等单位，负责我国生物质材料甲醛释放量的检测与监督工作。

成果类型：应用技术

所处阶段：成熟应用阶段

SLQ-300型空气鼓风常压流化床生物质气化成套设备

成果简介：该项目研制开发的新型生物质气化系统，即空气鼓风常压流化床生物质气化系统，可生产低热值生物质燃气，用于乡镇居民炊事与生活、工副业生产及发电。技术原理为：鼓入气化器的适量空气经布风系统均匀分布后，将床料流化，合适粒度的生物质原料送入气化器并与高温庆料迅速混合，在布风器以上的一定空间内激烈翻滚，在常压条件下迅速完成干燥、热解、燃烧及气化反应过程，从而生产出低热值燃气。排出气化器的热燃气再依次通过由干式旋负除尘器、冲击式水除尘器、旋风水膜净化器、多级水喷淋净化器、焦油分离器和过滤器等组成的净化系统，被冷却净化为符合使用要求的干净冷燃气以供不同用户使用。

成果类型：应用技术

所处阶段：成熟应用阶段

下吸式固定炉排生物质成型燃料热水锅炉设计与研究

成果简介：该项目属河南省自然科学基金项目（项目编号：0311050400；0411052000）。技术原理：一定粒径生物质成型燃料经上炉门加在炉排上下吸燃烧，上炉排漏下的生物质屑和灰渣到下炉排上继续燃烧和燃烬。生物质成型燃料在上炉排上燃烧后形成的烟气和部分可燃气体透过燃料层、灰渣层进入上、下炉排间的炉膛进行燃烧，并与下炉排上燃料产生的烟气一起，经两炉排间的出烟口流向降尘室和后面的对流受热面。这种燃烧方式，实现了生物质成型燃料的分步燃烧，缓解生物质燃烧速度，达到燃烧需氧与供氧的匹配，使生物质成型燃料稳定持续完全燃烧，起到了消烟除尘作用。

成果类型：应用技术

所处阶段：初期阶段

SMG-3型生物质型煤高压干式成型机研究

成果简介：该产品成型原理是在高压的条件下，经过对滚滚压的工艺方法，将干燥后的煤粉、生物质粉、固硫剂粉等原料压制成长椭球形状型煤的。所生产的生物质型煤具有洁净化、环保化的特点。性能指标：液压系统工作压力：20～25Mpa；对滚转数：0～11r/min；螺旋推进预压机构转数：0～40r/min；成型机产量：3t/h；压制生物质型煤的原料：含水≤3%的煤粉、生物质粉、固硫剂粉；生物质型煤压碎力：300～350N。成型机的特点：高压干式滚压成型；液压、油气系统保压、恒压；园柱型螺旋预压、推进；主机传动为单轴与减速机连接；主传动与推进预压机构实现了无级变速。该产品填补了国内成型机生产的空白，达到了国际当代同类产品的水平。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

生物质经催化热分解向轻质芳烃的转化

成果简介：该研究是以植物系生物质为原料通过催化热解的方法生产高附加值的轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品以及合成燃料。使用了热解温度控制容易，升温速度快，焦炭便于回收，且可连续操作的双颗粒流化床，建立了一套可以定量操作的热解反应系统，开发了连续催化热解过程。充分利用生物质热解温度低挥发物多的特性，选择合适的催化剂，控制生物质热解过程的二次气相反应，使产物向有利于轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品转化，在CoMo-B催化剂的作用下，863K时可得到6.29wt%的收率。这一收率在同类研究中，是常压下热解过程中得到的最高收率。在实验研究过程中还可发现，NiMo类催化剂有利于生物质低温制氢，为生物质低温制氢提出了新的研究课题。生物质连续催化热解装置的研发，实现了连续化操作的热解过程，为未来大规模的工业化生产提供了必要的前期研究成果。

成果类型：应用技术

所处阶段：初期阶段

生物质能开发利用示范工程研究

成果简介：该产品生物质成型燃料以农作物废弃物为原料，供暖、供热，燃烧时无黑烟，几乎没有二氧化硫的排放，氮化物排放极低，二氧化碳排放量接近植物生长所需要量，可以称得上是零排放。原料加工，可以使农业废弃物变废为宝实现增值，所以该项目是有利于社会，有利于农民，有利于消费者的事业，具有一定的推广应用前景。

成果类型：应用技术

所处阶段：成熟应用阶段

生物质复合型煤制备及燃烧性能研究

成果简介：该课题对生物质型煤的制备工艺、燃烧过程、燃烧机理、固硫性能等进行了研究。当生物质添加量为20%、成型压力为40MPa时，生物质型煤的抗压强度可以达到400N/个；生物质型煤的着火温度一般低于350℃，燃烧过程可以分为4个阶段；当Ca/S比为2.0，燃烧温度为900℃时，生物质型煤的固硫率可以达到90%以上，远远高于普通型煤的固硫率，生物质型煤燃烧过程的SO2排放浓度明显低于传统型煤。因此，生物质型煤比普通型煤有更好的燃烧特性，更高的固硫率。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

双循环流化床生物质气化装

成果简介：“双循环流化床生物质气化装置”是在教育部“211”工程和中国科学院知识创新工程等项目资助下研制完成的，主要研究内容包括：（1）掌握了锯末和稻壳等生物质的流化特性。（2）研制了每小时可处理80公斤物料的双循环流化床生物质气化装置。该装置结构简单、设计合理，采用特殊结构的两级螺旋进料器可以实现连续式的密封进料；合理的流化床层和返料结构，可以保证床层温度均匀分布，以及实现焦油蒸汽在炉内二次裂解，从而使气化效率、碳转化率和燃气质量等得到显著提高；采用鼓风运行方式可以实现热煤气的直接利用，从而可以避免高温燃气的显热损失和焦油能量的损失，以及水洗焦油造成的二次污染等。（3）掌握了常见秸秆的气化方法和气化效率、碳转化率和燃气成分及热值等气化参数，对热煤气的燃烧利用进行了试验研究，研发了预混式燃气燃烧器。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

板式生物质干燥机

成果简介：“板式生物质干燥机”是河南省科学院能源研究所研制开发的新产品，本产品能较好地适应粉碎后的蓬松多孔状生物质物料的干燥。在充分研究了生物质物理化学特性的基础上，把空气调节技术与传热学相结合设计出高效节能型干燥机。本产品具有独特的换热排湿结构，热利用率达到60%以上，以无级调速电机为动力，通过链条刮杆等传动机构带动物料在干燥机内移动，通过调节调速电机的转速（0～1440r/min）改变物料的干燥时间， 以适应不同含水率的生物质物料的干燥；圆柱形刮杆带动物料在加热板上移动，同时完成了物料的翻动，使含水物料的不均匀度大大减小；空气调节技术与传热学相结合，通过等压分流的稳压箱和板式射流加热板组成高效的气流组织结构，能使热风等速均匀地射向物料，提高了烘干效率，同时减少了物料中灰分的带出，降低了废气中灰分的含量，减少了环境污染；射流板的上表面为平板，做为物料床，同时进行传导换热，下表面为多孔板，可使热空气等速均匀地射向物料，可完成对流换热与湿气的带出，高温多孔板发射出远红外线，以辐射形式加热了物料，综合利用了传导、对流与辐射三种热的传播形式，热利用率达60%以上；实现了干燥机的模块化设计，每两层为一基本模块，可根据处理量的大小随意增减换热板的数量，从而减少不同型号的干燥机设计工作量。缩短了设计周期，加工更加简单。

成果类型：应用技术

所处阶段：初期阶段

生物质锅炉型煤的开发研究

该项目开发出“水泡-氢氧化钙溶液蒸煮”的生物质型煤粘结剂及生产工艺，“有机-无机复合粘结剂”及型煤生产工艺，该粘结剂及型煤生产工艺可以利用国内现有生产设备进行生产。采用红外光谱分析研究了生物质经“水泡-氢氧化钙溶液蒸煮”处理前后组成变化，证明该处理工艺可以使生物质有效降解。提出了新颖的生物质型煤粘结机理和防水机理。认为生物质中可降解成分降解后的固体纤维素、半纤维素和木质素等在型煤中形成“网络结构”将煤粒包裹起来，液体粘稠物充填于煤粒与生物质固体之间。生物质固体与液体部分共同型煤强度。粘结剂加工中过剩的氢氧化钙在型煤干燥中将转化成碳酸钙，对型煤防水强度具有一定的作用。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

生物质切揉制粉机

成果简介：该成果在充分研究国内外粉碎机的基础上，试验分析了生物质秸秆的粉碎特性，针对生物质秸秆含水率高、具有长纤维的特点，研究设计出适合各种含水率高达25%以下生物质秸秆粉碎的生物质切揉制粉机，采用锤片、刀片相结合的方式，秸秆经高速旋转的刀片切断后，再经锤片击打粉碎，提高了粉碎效率。经河南省节能及燃气具产品质量监督检验站检测，系统的各项技术性能符合河南省科学院能源研究所企业标准Q/HKN001-2005《生物质切揉制粉机》的要求。该机即可用于农村，也可用于工业，即环保又经济，节约能源，具有良好的经济和社会效益。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

低能耗生物质热裂解装置

成果简介：该实用新型的目的是为了能将低品位的生物质能转换成高品位的液体燃料和高附加值产品，提供一种基于流化床的低能耗生物热裂解装置。低能耗生物热裂解采用以下工艺流程：连续送料至反应器，使其在高温下气化，分离，含生物的气体经热交换冷凝成油，升温后的非凝结气体再循环。本实用新型采用流化床作为反应器，由给料器、调速电机及减速器、进料套筒及螺旋进料棒、流化床反应器、螺旋风分离器、作为能源回收的气－气热交换器、气－水热交换器、集油器、茨循环风机、主电加热器、辅助电加热器等组成。主电加热器、辅助电加热器；流化床反应器竖直放置，底部置有多孔板，并放入石英砂作为中间载体；主电加热器置于反应器入口前端，辅助电加热器置于反应器外壁面。

成果类型：应用技术

所处阶段：初期阶段

生物质经催化热分解向轻质芳烃的转化

成果简介：该研究是以植物系生物质为原料通过催化热解的方法生产高附加值的轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品以及合成燃料。使用了热解温度控制容易，升温速度快，焦炭便于回收，且可连续操作的双颗粒流化床，建立了一套可以定量操作的热解反应系统，开发了连续催化热解过程。充分利用生物质热解温度低挥发物多的特性，选择合适的催化剂，控制生物质热解过程的二次气相反应，使产物向有利于轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品转化，在CoMo-B催化剂的作用下，863K时可得到6.29wt%的收率。这一收率在同类研究中，是常压下热解过程中得到的最高收率。在实验研究过程中还可发现，NiMo类催化剂有利于生物质低温制氢，为生物质低温制氢提出了新的研究课题。生物质连续催化热解装置的研发，实现了连续化操作的热解过程，为未来大规模的工业化生产提供了必要的前期研究成果。

成果类型：应用技术

所处阶段：初期阶段

超低焦油秸秆高效制气技术

成果简介：该技术是以秸秆为主要原料，采用先进的低倍率低速循环流化床气化技术和双层催化裂化炉，通过特定的流场组织和多级进料、组合进气方式，在气化介质和特殊催化剂（钙镁复合催化剂）作用下，在特殊的工艺流程内进行催化气化反应制取超低焦油燃气，其净化过程具有用水量极少，并从生活垃圾中获得的高活性焦炭基材料作为过滤干燥介质等特点。该技术在国内处于领先水平，提高了传统气化炉产气效率和燃气品质，大大降低了燃气中焦油含量，减少了废水的排放和焦油对环境的污染，充分利用农村农林废弃物，避免了其露天放置对环境的污染，解决了部分劳动力就业。

成果类型：应用技术

所处阶段：初期阶段

强化热解生物质气化技术的研究

成果简介：该课题研究以各种农作物秸秆为原料的低焦油燃气发生器，及与之配套的燃气净化技术，采用新式强化裂解气化反应器，充分降低燃气中焦油含量，简化净化工艺，保证燃气质量，使秸秆气化机组的各项指标达到或超过国家相关的行业标准，提高已有的生物质气化技术水平和燃气质量，形成配套合理，运行方便，安全可靠的气化机组，实现气化机组的更新换代。应用此技术，将解决目前设备中存在的焦油清理难、劳动强度大的问题，提高使用寿命，实用性更强，不仅可以应用于农村，在工业有机废料处理和燃气发电方面，也将有良好的推广前景。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

生物质锅炉型煤的开发研究

该项目开发出“水泡-氢氧化钙溶液蒸煮”的生物质型煤粘结剂及生产工艺，“有机-无机复合粘结剂”及型煤生产工艺，该粘结剂及型煤生产工艺可以利用国内现有生产设备进行生产。采用红外光谱分析研究了生物质经“水泡-氢氧化钙溶液蒸煮”处理前后组成变化，证明该处理工艺可以使生物质有效降解。提出了新颖的生物质型煤粘结机理和防水机理。认为生物质中可降解成分降解后的固体纤维素、半纤维素和木质素等在型煤中形成“网络结构”将煤粒包裹起来，液体粘稠物充填于煤粒与生物质固体之间。生物质固体与液体部分共同型煤强度。粘结剂加工中过剩的氢氧化钙在型煤干燥中将转化成碳酸钙，对型煤防水强度具有一定的作用。

篇5

关键词 ：生物质气化 焦油 脱除转化

一、了解焦油的基本情况

在我们日常生活中你也许会常常用到焦油的产品，很多人对焦油的了解不多，焦油是有机物经过加热干馏的产物，常见的为煤焦油，木材干馏也产生木焦油，泥炭干馏和石油分馏也产生焦油。焦油产生的途径生物质是一种丰富的资源，它作为可再生能源受到人们的关注，随着能源危机意识的提高人们对其性能的研发不断深入。生物质热化学转化对于产生燃料、化学原料以及生物质的完全燃烧和充分利用都是一种很有效的方法。

煤焦油是焦化工业的重要产品，其组成很复杂，大多情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯并且利用，可分离出多种产品，目前提取的主要产品有：萘、酚、蒽、菲 、咔唑、沥青等几种。目前焦油精制厂家已经可以从焦油中提取230多种产品，并向大型化方向发展。

二、生物质气化及其过程

生物质气化是在一定的热力学下，借助空气、水蒸气的作用，使生物质发生热解、氧化和还原反应，最终转化为一氧化碳、低分子烃类等可燃气体的过程。

中国可用的固体生物质数量巨大，主要以农业和木材废物为主。生物质分布分散，收集和运输困难，在中国目前的条件下，难以采用大规模燃烧技术，所以200―5000kW的中小规模的生物质气化发电技术在中国有独特的优势。由于中国电力供应紧张，而生物质废弃物浪费严重，价格低廉，所以生物质气化发电的成本具备进入市场竞争的条件。中国已完成了多种气化炉的研制，已使用的气化炉有上下吸式、敞口式和流化床等。各种气化炉从原理上讲都可以用于气化发电，但目前研究完成并正常运转的主要有三种，即敞口下吸式，下吸式及循环流化床，发电功率可以从几千瓦到几千千瓦，这为气化发电技术的进一步发展提供了条件。气化发电比较适合中国当前的经济和发展现状。中国的生物质技术基础较好，解决二次污染后就具备与其他常规发电技术竞争的条件。为了发展并尽快推广生物质气化技术，应该研究焦油处理技术，彻底消除二次污染;改进气化发电技术与系统，提高整体效率，进一步降低发电成本;制定保证政策，鼓励生物质气化发电技术的应用，使大众较快得接受生物质气化发电。

三、重点推行热解工艺及影响因素

（一）热解工艺包含的类型

从对生物质的加热速率和完成反应所用时间的角度来看，生物质热解工艺基本上可以分为慢速热解和快速热解（反应时间少于0.5s时称为闪速热解）两种类型。由于工艺操作条件不同，生物质热解工艺又可分为慢速热解、快速热解和反应性热解几种。在慢速热解工艺中又可以分为炭化和常规热解。

慢速热解，传统上称干馏工艺、传统热解工艺，已经具有几千年的历史，是一种以生成木炭为目的的炭化过程，加热温度在500～580℃称为低温干馏，加热温度在660～750℃称为中温干馏，加热温度在900～1100℃称为高温干馏。将木材放在窑内加热，可以得到占原料质量30%～35%的木炭产量。

快速热解是将磨细的生物质原料放在快速热解装置中，严格控制加热速率（10～200℃/s左右）和反应温度（大概500℃左右），在缺氧并且被快速加热到较高温度时引发大分子的分解，产生了小分子气体和可凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体，成为生物油或焦油。快速热解在极短的时间内和强烈的热效应下直接产生热解产物，然后迅速淬冷至350℃以下，最大限度地增加了液态油。

常规热解是将所用原料放在常规的热解装置中，在中等温度及反应速率条件下，经过数小时的热解，得到占原料质量的20%～25%的生物质炭及10%～20%的生物油。

（二）热解影响因素

总的来讲，影响热解的主要因素包括化学和物理两大方面。化学因素包括一系列复杂的一次和二次反应;物理因素主要是反应过程中的传热、传质以及原料的物理特性等。具体的操作条件表现为：温度、物料特性、催化剂、滞留时间、压力和升温速率。

在生物质热解过程中，温度是一个很重要的影响因素， 它对热解产物分布、组分、产率和热解气热值都有很大的影响。生物质热解最终产物中气、油、炭各占比例的多少，随反应温度的高低和加热速度的快慢有很大差异。一般地说，低温、长期滞留的慢速热解主要用于最大限度地增加炭的产量，其质量产率和能量产率分别达到30%和50%。

温度小于600℃的常规热解时，采用中等反应速率，生物油、不可凝气体和炭的产率基本相等;闪速热解温度在500～650℃范围内，主要用来增加生物油的产量，生物油产率可达80%;同样的闪速热解，若温度高于700℃，在非常高的反应速率和极短的气相滞留期下，主要用于生产气体产物，其产率可达80%。当升温速率极快时，半纤维素和纤维素几乎不生成炭。

四、生物质的液化发展

世界石油储量在逐步减少，而经济快速发展对能源得需求越来越多，未来的一定时期内将需要煤炭和生物质液化等代替性液体燃料。煤炭丰富、石油缺乏、燃气匮乏是我国能源结构的基本特点，2000 年左右，我国探明可采石油储量可供开采二十年。我国煤炭占终端能源消费的比例高、煤炭消费方式落后、原煤转化利用程度低，因此，我国煤炭资源利用效率低，生态环境污染严重。煤炭是最主要的一次能源，世界各国越来越重视高效洁净能源的使用。煤液化技术是煤综合利用的一种有效途径，可以将煤炭转化成洁净高热值的燃料油，减轻污染，还可以得到珍贵的化工产品。我国是生物质资源丰富的农业大国，每年农作物秸秆、禽畜粪便总资源干物质、全国城市生活垃圾产量、林业废弃物和可资源利用的柴薪等生物质能资源约为五十亿吨标煤，充分利用生物质能是解决石油资源不足的重要途径。我国在生物质资源的利用方式主要通过直接燃烧来获得能量，效率低下，资源浪费，环境污染严重。因此，对煤和生物质的高效利用技术的开发与研究在中国显得迫切和重要。煤和生物质的液化技术在理论方面和一些工艺技术上没有得到很好的解决，主要包括：煤结构的研究及其与液化反应性的关系，催化剂的中毒、催化剂的研发、固固和固液分离及如何使反应条件温和化和产品的高附加值化。解决这些问题对发展煤化学理论、开发高效的煤液化工艺有重要的指导意义。

比如在不同的反应条件下，进行稻草的加氢液化，考察了催化剂、压力等因素对生物质加氢液化的影响。在反应温度为300℃的条件下，随着催化剂的量的增加转化率、油气收率显著增加而焦渣的产率下降，可知加入的催化剂有助于稻草的加氢液化。在氢压5.0Mp加入相同的催化剂的条件下，转化率和油气收率有所降低，焦渣和沥青烯的收率上升而前里清晰的收率下降表示温度的上升对稻草的加氢液化是不利的，由300℃和350℃的比较可知：此时温度对于稻草加氢液化的影响不大。在同一温度下、加入相同的催化剂条件下，在5%催化剂250℃条件下，转化和油气收率显著提高而焦渣收率降低。可知压力的上升对于稻草的加氢液化有着显著的提高，有利于稻草的加氢液化，而且沥青烯和前沥青烯的收率无明显的差别。。

参考文献：

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关键词：生物质气化；制氢；产氢率；影响因素

中图分类号：X382.1；TQ116.2+9 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2012）23-5442-03

Research on Influencing Factors of Hydrogen Yield of Biomass Gasification

ZHANG Qing-ye，LI Hao-xue

（Henan Mechanical and Electrical Engineering College， Xinxiang 453003，Henan，China）

Abstract： The mechanism of hydrogen production from biomass gasification was introduced； and factors influencing hydrogen yield， such as material properties of biomass， gasification temperature， water vapor content and catalysts were analyzed. Measures for improving the hydrogen yield including increasing reaction temperature， augmenting water vapor content， using catalysts and adopting CO2 absorbent were pointed out so as to provide theoretical guidance for designing of biomass gasifier.

Key words： biomass gasification； hydrogen production； hydrogen yield； influencing factors

氢气具有高热值、高清洁性、可再生性等特性，开发氢能是解决全球性能源危机和大气污染问题的重要途径。目前应用最广泛的制氢方法有化石燃料制氢、电解水制氢等[1]。使用化石燃料制氢不仅消耗不可再生能源，且在制氢过程中产生大量的温室气体及硫、氮污染物；电解水制氢消耗电能且制氢效率不高[2]。因此要实现氢能清洁高效的优点，就必须采用清洁的、可再生的能源来生产氢，生物质制氢方法因此受到了更多研究者的重视。生物质制氢方法主要有两种：生物法制氢和热化学法制氢。生物法制氢前景广阔，但目前还只限于实验室研究。试验数据也为短期的试验结果，连续稳定运行期超过40 d的研究实例很少[3]。生物质热化学气化或热解制氢，是在一定的热力学条件下将组成生物质的碳氢化合物转化成为含特定比例的CO和H2等可燃气体，并且将伴生的焦油经过催化裂化进一步转化为小分子气体，同时将CO通过蒸汽重整（水煤气反应）转换为CO2和H2等的过程。

常压下生物质气化制氢是一种简便有效的制氢方法，但目前存在着气化效率不高等问题。本研究在介绍生物质气化制氢机理的基础上，对影响产氢效率的因素作了详细分析，并指出了在实施过程中要注意的问题，为生物质气化器的设计提供理论指导。

1 生物质气化产氢机理

生物质气化制氢目前最常用的气化剂是空气（或者氧气）和水蒸气的混合气体[4]。其中氧气作为氧化剂在高温条件下与部分生物质发生氧化反应，为产氢反应提供热量，反应器可设计为自供热反应器。反应总方程如下[5]：

生物质+O2+H2O+热H2+CO+CO2+CH4+光和重烃

生物质气化过程主要分为4个反应阶段：生物质干燥、生物质热解、焦油二次分解、固定碳非均相气化反应和产物气二次均相反应[5]。

在干燥阶段，生物质吸收热量后温度升高，水分蒸发。生物质热解阶段生成不凝性气体、大分子的碳氢化合物和焦炭，不凝性气体主要包括小分子的CO、CO2、H2、CH4、C2H6，大分子的碳氢化合物主要是单环到5环的芳香族化合物，其在产物气温度降低时凝结为液态的焦油。第三阶段一般发生在温度较高区域，焦油在高温下发生裂解，在有水蒸气的情况下焦油也会与水蒸气发生反应产生小分子气体包括H2、CH4、C2H6、CO等。第四阶段为部分焦炭在有氧环境中燃烧产生热量，同时焦炭与水蒸气反应产生氢气。氢气的产生主要是生物质热解过程中产生的氢气和水蒸气的还原反应产生的氢气，主要反应见表1[6]。

2 影响生物质气化产氢效率的因素

2.1 生物质材料特性

生物质主要由纤维素、半纤维素、木质素以及少量的矿物质等组成，各组分在气化时反应特性不同，导致不同种类的生物质在气化过程中挥发物含量以及产物气成分不同。另外有些矿物质在生物质气化过程中能充当催化剂，促使生物质气化产氢，导致产氢率的变化[7]。另外生物质粒径大小也对产氢率有很大影响。研究了60～100目、100～180目和大于180目3种不同粒径的生物质气化实验。结果表明小粒径产生更多的H2、CO、CO2、CH4和CmHn等小分子气体。随着粒径的减小，H2浓度及产量逐渐增大[6]。

2.2 气化温度

从表1可以看出，生物质气化主要反应中正向产生氢气的反应有4、5、6、7，其中反应4、5、7均为吸热反应，因此提高气化温度将使这3个反应正向进行，有助于提高产氢率。正向消耗氢气的反应为8，此反应为放热反应，根据反应平衡移动原理可以得知，提高反应温度将使平衡向左进行，减少H2的消耗。正向产氢反应中只有反应6为放热反应，在高温条件下平衡将向逆反应方向移动，因此这个反应在高温条件下是一个消耗氢气的反应，对制氢不利。但反应6总体影响较小，仅在产物气中CO2和H2含量很高时才作用。故在总化学平衡中，升高温度能提高产氢率，与颜涌捷等[8]的结论一致。

另外提高气化温度还会影响气化产物焦油的生成量。在气化第三阶段，焦油在高温下发生裂解，在有水蒸气情况下会与水蒸气反应生成H2、CO、CO2、CH4等小分子气体及相对分子质量较小的碳氢化合物，也会提高产氢率。当气化温度提高到1 273 K以上时焦油可以进行热力分解，焦油含量大大降低，同时提高气化率和产氢率。

生物质热解气化制氢反应多为吸热反应，要提高反应温度，关键问题是其中的热量供应问题。在实验室条件下容易通过外在热源获得气化所需高温，然而在工业应用中，一方面能量消耗较大，另外需较好的供热方式才能达到气化所需的条件。目前主要采用自供热方式，即将生物质热解后产生的残炭氧化燃烧来产生热量，然后将热量传递到热解区域。由于碳燃烧与生物质热解在时间和空间上不同步，故合理组织燃烧、高效传递热量是气化反应炉设计的关键。目前应用中的热量回收方式有固定床中产物气热量回收、流化床中蓄热床料传热、热管传热技术等。

2.3 水蒸气含量

气化介质的类型与分布是影响气化过程的重要因素之一。目前主要采用的气化介质为空气与水蒸气的混合气体。因此生物质气化过程中的水蒸气包括两部分：一部分是生物质本身所含水分和反应生成水分，另一部分则是气化剂中的水蒸气。从表1来看，水蒸气含量将影响产氢反应4、5、6、7，水蒸气含量升高将使平衡向右移动，有利于提高产氢率。从理论上来说，在同等温度和相同生物质反应条件下，水蒸气含量越高产氢率越高。然而产生高温水蒸气需要消耗大量能量，因此实际应用中水蒸气含量不宜太高，尤其是对自供热反应器中靠自身氧化来提供热量的生物质气化制氢来说，产生水蒸气需要大量生物质被氧化以提供足够热量，这样就会降低产气品质[8]。另外产生水蒸气还可能造成反应温度下降，产氢能力也会因此下降。因此实际生产中应保证既有足够的水蒸气参与反应，反应区域也能有足够高的反应温度，即要确定最佳的生物质、水蒸气和氧气之间的比例，以得到较高的产氢率。

2.4 催化剂

在生物质气化制氢反应过程中，催化剂可起到两方面的作用，一方面催化剂的存在可有效降低气化反应活化能，使反应能在较低的温度下进行；另一方面会促进气化产物如CO、CH4、焦炭等进一步反应生成氢气，从而提高总体的产氢率。合适的催化剂可提高生物质气化率并最终提高生物质产氢率。目前应用较多的催化剂是矿物盐类催化剂和金属及其金属氧化物[9]。具体应用方法如在生物质中混合碱金属盐类（白云石）或镍基金属矿物等催化剂；在流化床气化器中，床料可采用具有催化效果的矿物质如白云石。需注意的问题是由于催化剂用量大，要求其必须价廉易得。此外，在产物的催化重整反应，如CO/H2O重整反应（反应6）中，铂基催化剂和铷基催化剂等能提高产氢率，因此可将催化剂布置在气化器出口，或使产物气再通过一个填充了催化剂的重整器，产物气通过催化剂层时可促使放热反应6在较低温度下也能反应，增加氢气产量。同时，合适的催化剂还能有效降低生物质气化过程中产生的焦油，Domine等[10]研究证实了催化剂可催化焦油裂解，降低甲烷和一氧化碳含量并提高气化过程中的产氢率。重整器中催化剂用量少一些，可采用贵金属等催化材料，但需防止催化剂中毒、积碳等不利因素。

2.5 产物气浓度

降低产物气的浓度将促进反应正向移动。在生物质气化反应中，主要反应产物为氢气和二氧化碳，如能将它们分离或者吸收，都可以有效促进产氢反应平衡向正方向移动，有效提高产氢率。目前主要方法是用氧化钙作二氧化碳吸收剂，在气化器中将生石灰和生物质混合进料或将产物气通过有生石灰的反应器进行反应，吸收其中的二氧化碳，在循环流化床中，则是将生石灰代替部分床料[11]。吸收反应如下：

CaO+CO2CaCO3+Q（热量）

反应为放热反应，在大气压及中温条件下（450～750 ℃），氧化钙吸收性能较好且为气化反应提供热量。吸收剂吸收二氧化碳后，反应5平衡将向右移动，反应6由于二氧化碳浓度降低，在高温下能有效降低氢气的消耗，降低产物气体中CO的含量。要注意的是在较高温度下，氧化钙的吸收效率降低，同时氧化钙再生后存在吸收效率降低的问题。

还有一种方法是采用分离方法，利用膜对氢气的渗透性，通过膜技术从气化器中直接分离出氢气，促进反应向产氢方向进行。目前在气化炉中分离氢气的膜主要是钯等金属膜和陶瓷膜，但都还停留在实验室阶段，未进入工业应用。

比较两种方法，CaO吸收CO2法比膜分离法成熟，可与常规气化器相结合，在强化传热的同时促进气化向产氢方向进行，能有效提高产氢率。但CO2吸收剂法增加设备多，还存在吸收剂再生后效率降低的问题。膜分离方法也可与多种气化器组合，在气化器内安装膜分离装置可直接分离出纯净的氢气，但如何降低膜成本以及提高膜的分离效率，如何防止膜的污染堵塞等仍是需要解决的问题，目前应用还较少。

3 结语

目前我国生物质能源利用程度不高，大多数没有得到利用而直接回田，生物质在厌氧条件下发酵会产生大量的温室气体甲烷。少部分得到利用的生物质能也是采用热效率低的燃烧方式。采用生物质制氢方法，可以在不打破自然碳循环的情况下得到清洁的氢能源，从而实现环境和能源的双赢。

从生物质气化产氢率影响因素的分析可看出，提高气化温度、保持适宜的水蒸气含量、添加催化剂、降低产物气浓度等均能有效提高气化产氢率。反应温度、水蒸气含量和吸收剂的应用都涉及到反应炉的能量供应，因此热量供应是气化反应炉设计时需要重点考虑的因素，良好的供热方式可提高反应温度，并且能在有较高水蒸气含量和吸收剂的情况下运行，实现高效产氢。

参考文献：

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[3] 袁传敏，颜涌捷.生物质制氢气的研究[J].煤炭转化，2008， 25（1）：18-22.

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[9] UDDIN A， TSUDA H，WU S， et al. Catalytic decomposition of biomass tars with iron oxide catalysts[J]. Fuel，2008，87（4-5）：451-459.

篇7

一、浙江省生物质能资源及应用技术概述

(一)资源量及其分布

浙江省生物质能资源丰富，按照来源的不同，主要分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废弃物和畜禽粪便等五大类。

林业资源：浙江省地处亚热带季风湿润气候区，降水充沛，森林资源较为丰富。全省现有林地面积664.46万公顷，森林覆盖率为58.31％，位居全国前列。浙江省林业废弃物约4820万吨，折标准煤2700万吨，主要分布于丽水、临安等地。

农作物秸秆：农作物秸秆的可用资源量主要取决于农作物产量及其他用途。浙江省年秸秆产量约700万吨，折标准煤350万吨。

畜禽粪便：浙江省畜牧业产生的畜禽粪便产量约1690万吨，折标准煤169万吨(通过厌氧工艺)。

生活垃圾：城镇生活垃圾主要是居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物。浙江省每日生产生活垃圾约5万吨，每年产生生活垃圾超过1800万吨，相当于257万吨标准煤。

由上可知，浙江省可开发利用的生物质能资源种类多、数量大，若能有效利用，将对浙江省能源供应短缺，特别是农村能源短缺起到重要作用。

(二)应用技术的种类及特点

生物质能技术主要可分为四大类：生物转换、物化转换、直接燃烧和生物燃料。

生化转换技术：主要是厌氧消化和特种酶技术。在这类技术中，厌氧发酵即沼气技术已较为成熟并具有相当的竞争力。沼气技术是指通过厌氧发酵工艺将人畜禽粪便和有机废水等富含的有机物转化为以甲烷气为主的沼气。其特点是既资源化地利用了生产和生活中排放的废水，又能有效地保护环境，特别是自然水体。

物化转换技术：包括干馏技术、气化制生物质燃气、热解制生物质油。在这类技术中，农业废弃物的气化近年来发展最快。该技术的基本工作原理是在缺氧状态下，将稻壳、秸秆等农业废弃物气化形成可燃气体，用于农村居民生活燃气供应。目前，在实际应用中，主要存在的技术问题是焦油的处理。

盲接燃烧技术：主要指炉锅燃烧和垃圾焚烧。生物质直接燃烧发电技术是指在常规的活力发电系统中，将以秸秆替代锅炉燃烧所需煤进行发电，而垃圾焚烧则是以垃圾为主掺入其他燃料替代锅炉燃烧所需燃料进行发电。其特点是前者将农业废弃物资源化利用发电，同时保护了环境，而后者不仅解决了固体垃圾处理问题，而且物尽其用。

生物燃料技术：主要是指生物乙醇、生物柴油。生物乙醇是通过微生物发酵将各种生物质转化为燃料酒精，而生物柴油则是利用植物油、动物油等原料油提取的清洁燃料，两者都具有可再生、低排放的特点。但是前者以粮食作物作为原料，会对我国的粮食安全产生影响；而后者则需要发展油料作物或油料经济林所需的土地资源。因此，粮食供应安全与生物乙醇、生物柴油的发展协调问题是亟需解决的。

二、浙江省生物质能的应用现状

改革开放以来，在浙江省政府和相关部门的高度重视下，浙江省的生物质能应用有了很大发展，从上世纪80年代初的节柴灶、户用沼气池为主的生物质能技术到现在的大型沼气工程、集中气化发电和直接燃烧发电等，无论是技术发展还是应用规模，都有了长足的进步。

迄今为止，浙江省沼气技术发展已具有一定的规模，技术的可靠性也在不断的提高。据统计，截至2009年6月底，浙江省已累计建成户用沼气15.3万户，大中型沼气工程4438处、68.5万立方米，生活污水净化沼气池170.64万立方米。据粗略估计，这些沼气工程每年可产沼气1.37亿立方米，减排30余万吨二氧化碳，而且这些厌氧污水每年处理了生活污水1.96亿立方米，减排6.3万吨COD，受益面超过200万农户。基于厌氧发酵的沼气工程和生活污水工程均具有技术可靠性高、运行成本低、可适量替代常规能源，减少二氧化碳排放量等优点。

浙江省在生物质气化方面同样有了一定的成就。生物质气化可分为大规模燃烧技术和中小规模生物质气化技术，浙江省结合自身实际情况，主要发展生物质气化炉技术。磐安县于2006年引进户用生物质气化炉技术后，生物质气化炉开始慢慢普及，迄今为止，已经在全省的各个农村地区广泛使用。生物质气化有效地利用了农业废弃物，减少了焚烧或丢弃农业废弃物造成的环境污染，同时，它燃烧稳定、热效率高，适用于炊事、取暖、锅炉等，在农村的应用前景极其广阔。

生物质直燃发电近年来也有一定的发展，浙江省首家生物质能热电厂已于2009年在龙游建立，年燃烧谷壳、木屑、秸秆、废木料、竹子废弃19.24万吨，设计年发电能力1.08亿千瓦时。按同等规模燃煤热电厂计算，全年可节约标准煤8.27万吨，每年可减少二氧化硫排放291吨、烟尘排放425吨、二氧化碳排放15.3万吨，并可给周边农户带来约6000万元的秸秆等燃料收入。该项目采用了国际上较为成熟的秸秆生物燃烧发电技术，做到秸秆的充分利用，燃烧后产生的灰渣也被回收。采用直接燃烧技术将生物质能转化为电能，既能代替常规能源发电，又能避免秸秆腐烂而释放温室气体，同时也为农村创造了大量的劳动力就业岗位。

此外，浙江省垃圾焚烧发电走在全国前列。截至2005年底，浙江省投入商业营运的垃圾发电厂有12家，日处理垃圾总能力约为401G吨，总装机容量达11.6万千瓦，垃圾发电占垃圾处理量的27％。按此估计，浙江省年垃圾发电总量可达0.98亿千瓦时，可节约标准煤2.89万吨，年可减少氮氧化合物排放288.7吨、二氧化硫461.96吨。垃圾焚烧发电不仅解决了城镇垃圾堆积问题，有利于环境保护和城镇的发展，同时也缓解了浙江省用电紧张问题。

三、浙江省生物质能发展存在的主要问题和障碍

浙江省生物质能虽然在过去的几年问有了长足发展，但在进一步的技术应用推广中仍存在一些问题和障碍：

(一)资源量及其分布信息量不充分，不利于总体规划

迄今，浙江省生物质资源的信息主要建立在估算的基础上，而这些粗略的估算数据并不足以为总体的规划提供可靠的数据基础，资源的种类、资源的总体数量、资源的分布特别是其密度分布是进行总体规划的基础。没有详尽的数据作支持，对政府而言，就无法对生物质规模的应用做出具有可操作性的总体规划，也

就不可能提出行之有效的政策和措施支持。

(二)技术、经济竞争力不足

生物质能的技术可靠性、经济竞争力是产业化发展和规模化应用的根本。目前，浙江省生物质能的技术可靠性、经济竞争力仍然不足。前者反映在技术的先进性和成熟度上，与常规能源相比，浙江省生物质能的开发利用仍处于初步阶段，技术可靠和完善、运行操作的便捷尚有待提高。除了大中型沼气工程和户用沼气技术已具有较高的技术可靠性，其他生物质能技术距市场规模应用尚有差距；而后者则主要是指与常规能源相比，经济上没有竞争优势。生物质能的前期投入较大，运行成本较高，投资风险较大，经济效益较低，而政府还没有切实可行的价格政策和经济政策激励、支持生物质能的发展，企业难以负担高成本、高风险的生物质投资，消费者也不愿意花更多的钱消费其产品。

(三)规模发展缺乏政策的支持导向

美国生物质能发展经验表明，生物质能的发展离不开政府的支持，生物质能要规模化生产，政府的资金、政策支持是不可或缺的。浙江省因为没有规模应用的总体规划，也就不可能给出清晰可列的政府支持和导向，特别是对于不同的技术、规模所需要政府支持力度和支持政策也未说明。

目前，浙江省虽然在财政上对生物质能技术应用有一定的支持，但迄今没有建立一套透明、公平、有章可依的政府财政补贴或税收优惠的措施和细则，也就不可能形成明确和有力的导向和动力。

四、生物质能发展对策分析及建议

为了积极推动浙江省生物质能技术的推广应用，特别是在生物质能规模化应用有较大的发展，应该将关注点放在以下几个方面：

(一)普查资源，收集信息，制定总体规划

政府部门应当组织具有丰富的生物质资源调查和评估工作经验的专家，成立调查小组，在全省范围内开展全面、详细和实用的各生物质资源的调查评估工作，确切掌握生物质资源的种类、分布、密度以及资源的利用价值等信息，并对各地区所适合的生物质能发展技术与规模提出合理的建议，在此基础上对生物质资源的发展潜力进行科学的估计，为生物质能的规模化利用打下坚实的基础，也为生物质能的整体发展规划提供可靠的依据，明确短期、中期与长期国家生物质能发展的目标、原则、技术路线图及应采取的政策与措施。

(二)加强技术研发，拓展融资渠道

加强对生物质能技术研发和装备保障的支持力度，抓紧具有知识产权的新能源技术开发，形成具有原创性的自主知识产权群，提高其技术竞争能力。设立专项科研资金，攻克生物质固化成型装备以及生物质热解液化技术设备存在的问题；成立生物质能研究机构，研究生物质气化等技术存在的二次污染、自动化程度低等问题，不断改进技术；引进国外先进技术、借鉴国外经验，对农作物秸秆的高能效低能耗转化、第二代生物质原料等开展研究，推进生物质能稳定、高速发展。

在投融资上，一方面加大对生物质能的投资力度，设立专项资金，促进生物质能的规模化生产，特别是对技术要求高、投机成本大的技术，加强其财政支持力度，如对生物质能发电技术、沼气技术给予补贴，可以带动民间资本的流入，增加就业和农民收入；另一方面，创造良好的投资环境，建立服务机构、中介机构，开辟国际融资渠道，帮助国外投资者选择更好的项目，吸引国际组织和发达国家参与我国的生物质能产业建设，促进生物质能源的产业化。

(三)完善政府政策，促进生物质能发展

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关键词:玉米芯;生物质灰;灰化温度;热解气化;灰特性

中图分类号:TK6文献标志码:A文章编号:1005－3026(2016)01－0100－05

生物质能是一种可再生的清洁能源，生物质经过热化学转化技术可获得气、液和固态的多种能源产物，经热化学转换利用后，残留的无机物质就是生物质灰，生物质灰是生物质热解气化的副产物，对生物质能利用过程产生重要影响．例如，常见生物质燃料灰的软化温度都非常低，生物质灰中的Na，K，Ca等碱金属和含氯成分，很容易对锅炉造成积灰、磨损、腐蚀、结渣等危害［1］．目前，国内外学者在生物质灰方面的研究取得了一定的成果，Scala等［2］利用SEM－EDX方法研究了生物质在流化床燃烧后的飞灰形貌及灰分组成;Labbe等［3］利用近红外光谱分析对红橡木、黄杨木和胡桃木的灰分和含碳量进行了快速测定;Teixeira等［4］研究了秸秆、橄榄枝和木材等与煤共燃飞灰的结渣特性;Vassilev等［5］对多种生物质灰的矿物组成进行了分析．米铁等［6］采用灰成分分析及X射线衍射对甘蔗渣、松木屑、花生壳等生物质灰特性进行了研究;欧阳东等［7］对稻壳灰的显微结构及形态进行了研究．玉米是中国主要的农作物之一．在以玉米芯为燃料的生物质气化系统中，玉米芯气化灰很容易与焦油黏结，造成生物质气化设备堵塞，腐蚀管道，可能引起燃气泄漏，进而引发火灾、爆炸和中毒等．本研究以玉米芯气化灰为例，研究玉米芯灰的理化特性，以期为优化除灰降尘技术、提高燃气净化率和设备利用率奠定基础，也为热化学转化后的玉米芯灰的综合利用提供指导．

1实验部分

1.1实验原料

选用沈阳辽中县黄土坎村生物质气化站的玉米芯为原料制取生物质灰，并于生物质气化站现场旋风除尘器底部采得玉米芯气化灰．为了确定不同灰化温度对生物质灰理化特性的影响，参照国家煤灰分量分析标准(GB/T212—2001)和美国ASTM制定的生物质灰分标准中的规定温度，将玉米芯置于马弗炉中，分别在600℃和815℃下制取玉米芯灰，保温时间对应相应标准要求的时间．试样的工业和元素分析如表1所示．

1.2实验设备和实验内容

采用德国蔡司公司的UltraPlus型场发射扫描电镜和X射线能谱仪分析灰形态和元素组成;采用济南微纳公司的Winner99显微颗粒图像分析仪分析灰粒度;采用日本理学公司的ZSX100e型X射线荧光谱仪进行成分分析;采用荷兰帕纳科公司的X’PertPro型X射线衍射仪研究灰的微晶结构;利用江台市双宇电炉厂的SX2－15－12型马弗炉灼烧制灰．

2结果及讨论

2.1气化站玉米芯飞灰的微观形态及能谱分析

利用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDX)联用技术直观地观察了气化站玉米芯飞灰微观形态特征，分析了其主要组成元素及其质量分数，所测得谱图如图1所示，元素分析结果见表2．结合图1和表2得出以下结果:1)玉米芯在气化炉内经热解气化后的飞灰样品中的主要元素为K和Cl，其余为C，O，Na，Mg，Si和P．由此推测玉米芯飞灰表面可能含有大量KCl，玉米芯飞灰中含较多的K元素，因而可以考虑其灰分的综合利用，如制作肥料，玉米芯灰中含量较高的氯元素还可以促进含钾化合物的流动性．2)碱金属元素Na的含量远低于K的含量，这与Wigmans等［8］研究碱金属固留问题时得出的结论一致．这可能是因为在焦炭燃烧过程中，大量的K和C相结合，造成K元素较难挥发，而Na2O，NaCl等含Na的化合物则较易挥发．3)玉米芯灰中含有大量的碱金属和氯元素，而碱金属含量和氯含量越高，其生物质灰熔点越低，致使燃料更易积灰结渣．通过实验观察了玉米芯灰粒的表面扫描电镜图像，如图2所示．从图2看出，玉米芯灰粒的形态各异，以不规则形态居多，而且电镜扫描图像显示，玉米芯灰中存在明显的大颗粒渣块，说明部分玉米芯燃烧不充分，灰中仍有少量可燃物成分，如未燃尽的炭粒等，这在能谱分析玉米芯灰元素组成时也检测到了部分碳元素的存在．

2.2灰化温度和保温时间对灰分量的影响

为了研究不同灰化温度和灼烧时间对灰分量造成的影响，将适量玉米芯试样分别在600℃下灼烧2和4h，在815℃下灼烧2，4和6h，灼烧完毕后取出称重，并对其进行拍照观察，得到不同灰化温度和保温时间下的灰分量，见表3．由表3可知，相同保温时间下，600℃的灰分量明显比815℃时高，这是因为600℃的灰化温度太低导致生物质燃烧不充分，灰中还含有一定量的可燃物成分;而且相同灰化温度下，保温时间越久，生物质燃烧越充分，并且许多以有机物形式存在的无机元素更容易挥发，说明灰化温度越高，保温时间越久，玉米芯灰的灰分量越低．不同条件下玉米芯灼烧后的形貌对比如图3所示．从图3看出，在815℃下灼烧2h的玉米芯灰的结渣现象比600℃下灼烧2h得到的玉米芯灰的结渣现象明显，而且随着保温时间的增加，灰分越来越少，这可能是高温下无机盐蒸发所致．2.3灰化温度对玉米芯飞灰粒度的影响先将玉米芯置于马弗炉中，分别在600℃和815℃下制取玉米芯灰，保温时间对应相应标准要求的时间．将灰样经0.174mm筛子过筛，利用Winner99显微颗粒图像分析仪分别对600℃和815℃玉米芯灰进行粒度分析，结果如表4所示．分析表4可知，815℃的玉米芯灰的中位径为8.2μm，而600℃灰的中位径为14.3μm，且815℃灰总体的比表面积远大于600℃灰，这说明灰化温度越高，颗粒的粒度越小，在气化设备中越容易积灰，对于除灰降尘工作更难．

2.4灰化温度对灰分组成的影响

利用X射线荧光谱仪分别对600℃灰和815℃灰进行成分分析，结果见表5．由表5可知，不同温度下的玉米芯灰的无机物质的含量不同．600℃灰和815℃灰成分中主要的碱金属元素是钾和钠，热解过程中钾和钠都具有很高的移动性。进一步分析表5得出:1)碱金属K和Na的含量随着灰化温度的升高而降低，且815℃灰化温度下K的蒸发量高于Na，这是由于Na可与SiO2反应生成Na2SiO4，降低了Na元素的蒸发量．2)灰化温度升高，氯元素含量明显降低，这与Scott等［9］得出的结论一致．氯在植物生长中主要以氯离子形式存在，具有高度挥发性，热解过程中，氯会优先与钾、钠等构成活泼的碱金属氯化物，如氯化钾、氯化钠等．3)Ca，Si的含量在不同灰化温度下未见明显变化，这是因为生物质中的含钙化合物具有很高的稳定性，在热解过程中不易挥发，而硅为惰性元素，经过热解几乎全部在残留物质中．

2.5灰化温度对灰晶相结构的影响

采用荷兰帕纳科公司生产的X’PertPro多晶X射线衍射仪对灰样进行测试，衍射参数如下:Cu靶Kα射线源，Ni滤波，衍射波长λ=0.1540598nm，扫描角度2θ=5°～90°，扫描步长0.033°，工作电压40kV，电流40mA，扫描速度4°/min．X射线衍射分析结果如图4所示．从图4看出，在玉米芯灰的XRD图中主要存在如下结晶相:KCl(2θ=28.32°，38.67°，40.46°，43.28°，50.16°，66.36°);K2SO4(2θ=29.12°，30.88°，32.65°);KHCO3(2θ=29.58°，34.32°，58.77°);Na2CO3(2θ=50.20°，54.87°);KAlSiO4(2θ=15.37°，36.89°);SiO2(2θ=22.36°，27.45°，60.02°，68.20°);KAlSi2O6(2θ=24.56°，33.67°);CaCO3(2θ=21.30°)．对于600℃的灰，815℃灰的XRD形状与其基本相同，但结晶相的强度减弱，说明灰化温度不同，物相转移对于灰中矿物质组分性质的影响也不同．KCl的衍射峰强度明显减弱，说明600℃以上，玉米芯气化过程中排放K的主要形式是KCl，高温蒸汽压升高是造成KCl进入气相的主要途径，这对设备造成的腐蚀不容忽视．

2.6玉米芯灰的结渣特性研究

基于灰成分的灰结渣特性的判别指标主要有碱酸比、硅铝比(m(SiO2)/m(Al2O3))、硅比和碱性指数等［10］，这些判别指标在一定程度上预示了灰的结渣倾向．参照文献［10］中的积灰、结渣特性判别指标的计算公式，基于灰成分对600℃和815℃的玉米芯灰的结渣特性进行研究，判别结果见表6．从硅比判别指标来看，600℃灰大于66.1且小于78.8，属于中等结渣，815℃灰小于66.1，结渣程度严重;而从碱金属含量、碱酸比、硅铝比和灰玷污指数Hw指标来看，600℃和815℃下的灰的结渣特性相似，这说明灰化温度对玉米芯灰的结渣特性影响不明显．

2.7不同灰化温度下玉米芯灰的灰形态分析

利用UltraPlus型场发射扫描电镜对灰的形态进行观察，结果如图5所示．对比观察图5a和图5b得出:1)不同灰化温度下玉米芯灰的表面形态存在显著差异．灰形态各异反映出生物质中无机元素存在形式的复杂性．从图5a看出，玉米芯灰中有许多凸起，这主要是因为组成生物质灰的硅铝元素主要以玻璃体形式存在生成石英结构．2)玉米芯在600℃低温灰化时，灰表面存在大量熔点较低的碱金属盐，使灰表面易发生黏结，吸附小颗粒，形成一些较大的团聚体或絮状物，而观察图5b发现，在815℃时玉米芯灰发生软化变形，絮状物减少，冷却后的灰粒表面呈现许多规则的近似圆球状的熔融小颗粒．

3结论

1)生物质气化站玉米芯飞灰中存在明显的大颗粒渣块，说明玉米芯气化燃烧不充分，灰中仍有少量可燃物成分，如未燃尽的炭粒等．2)灰化温度越高，保温时间越长，灰分量越低;815℃和600℃灰的中位径分别为8.2μm和14.3μm，且815℃灰的比表面积远大于600℃灰，说明灰化温度越高，灰粒的粒度越小．3)灰化温度升高，碱金属和氯含量明显降低．X射线衍射谱图表明，815℃玉米芯灰的KCl的衍射峰强度明显减弱;灰化温度对玉米芯灰的积灰、结渣特性的影响规律不明显．4)600℃玉米芯灰的表面存在较多凸起，而815℃时灰表面发生软化熔融，絮状物减少，呈现许多形状规则的近似圆球状的熔融小颗粒．

参考文献:

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［9］TurnSQ，KinoshitaCM，IshimuraDM，etal．Thefateinorganicconstituentsofbiomassinfluidizedbedgasification［J］．Fuel，1998，77(3):135－146．

篇9

简而言之模糊神经网络就是具有模糊权值和输入信号的神经网络。模糊神经网络是自动化控制领域内一门新兴技术，其本质上是将常规的神经网络输入模糊信号，因而模糊神经网络具备了模糊系统和神经网络的优势，集逻辑推理、语言计算等能力于一身，具有学习、联想、模糊信息处理等功能。模糊神经网络是智能控制和自动化不断发展的产物，在充分利用神经网络的并行处理能力的基础上，大大提高了模糊系统的推理能力。模糊神经网络是科技发展的产物，有效吸收了神经网络系统和模糊系统的优点，在智能控制和自动化发展等方面有着重要的作用，能够有效地处理非线性、模糊性等诸多问题，在处理智能信息方面能够发挥巨大潜力。模糊神经网络形式多种多样，主要包括逻辑模糊神经网络、算术模糊神经网络、混合模糊神经网络等多种类型，被广泛的运用于模糊回归、模糊控制器、模糊谱系分析、通用逼近器等方面的研究中，随着智能控制和自动化领域的不断发展，模糊神经网络广泛应用于智能控制领域。

2基于模糊神经网络的生物质气化炉的智能控制系统

2.1温度智能控制系统

生物质热值、给料理以及一次风量等因素变化能够影响到生物质气化炉的炉温，但是最重要的影响因素是在气化炉工作过程中物料物理和化学反应的放热和吸热。由于生物质气化工作过程中的生物质热值的变化范围较小，在实际运行中很难测量与控制，有时可以忽略不计，同时，该工作过程中存在非线性和大滞后等问题，采用传统的数学模型达不到预期测量效果，因此需要利用模糊神经网络设计气化炉炉温控制系统，不断的提高温度的控制效果。模糊神经网络首先根据当前温度以及设定温度设，主控制器对最优的生物质物料添加量进行预测，然后由副控制根据该添加量，全面跟踪控制送料速度，从而能够进行精确上料和控制炉温。模糊神经网络系统十分庞大复，其中包含了大量错综复杂的神经元，蕴含对非线性的可微分函数训练权值的基本理念。模糊神经网络具有正向传递和反向传播两个不同的功能，在信息的正向传递中，采用逐步运算的方式对输入的数据信息进行处理，信息依次进入输入层、隐含层最终到达输出层。假如在输出层获得的输出信息没达到预期效果时，就会在计算输出层的偏差变化值后通过网络将偏差信号按原路反向传回，与此同时各层神经元的权值也会随之进行改变，直到符合预期的控制效果。

2.2含氧量智能控制系统

在生物质气化工作过程中，可燃气体的含氧量是衡量其生产质量的重要依据，能够严重影响气化产物的安全使用，因此，通过模糊神经网络实现生物质气化炉含氧量的智能控制十分重要。其含氧量智能控制系统的目的是为了合理控制可燃气体的含氧量，从而稳定气化炉的温度。但是，一次风进风量是影响可燃气体的含氧量的重要因素，所以可以把控制一次风量作为主要调节手段，有效地解决含氧量控制和炉温控制之间的矛盾，在控制炉温的前提条件下，最大程度地降低可燃气体含氧量，进而有效控制气化产物含氧量的。生物质气化炉含氧量的智能控制系统是严格运用模糊神经网络控制原理，主控制器采用温度模糊免疫PID控制，根据炉内含氧量和温度的偏差进行推算，查找出鼓风机转速的最优状态，副控制则以此为根据，全面跟随与控制鼓风机的速度，确保鼓风机转速。生物质气化炉工作过程中的不同阶段和部件具有不同的控制要求，模糊神经网络就要充分发挥被控对象的优良性能，根据不同的控制要求，合理运用模糊神经网络控制原理对PID参数模型中的数据信息进行在线修改，从而达到预期的控制效果。

3基于模糊神经网络的生物质气化炉智能控制系统的仿真实验

为了验证运用模糊神经网络进行生物质气化炉的智能控制的真实效果，对生物质气化炉的温度智能控制系统进行仿真实验，并进行详细地分析。为了保证生物质气化炉能够在条件大体一致的状态下进行运行状况，仿真实验可以采用组合预测算法。首先要到某厂气化炉现场采集2000组干燥层温度数据，并且从中选取连续1500组作为仿真实验样本数据，然后对剩余500组实验样本数据进行研究，通过两组数据的分析建立预测模型。然后采用模糊神经网络对生物质气化炉的温度控制系统进行三次模拟化实验，三种不同情况下的仿真试验结果为：在无外界任何干扰的情况下，模糊神经网络控制无论在超调量还是其他方面，都比单纯的模糊控制效果好；在生物质给料量扰动的情况下，模糊神经网络控制要比单纯的模糊控制所受的影响要小很多；在发生一次风量搅动的情况下，模糊神经网络控制仍受到极小的影响。从三种不同情况下的仿真试验中可以看出基于模糊神经网络的生物质气化炉的炉温智能控制系统效果较好，具有极强的抗干扰性，能够有效地预测气化炉温度实时值，把平均误差控制在很小范围内，并且智能控制系统能实时跟踪实际温度的变化，根据实际温度的变化做出相应的变化，从而能够有效地控制气化炉温度和可燃气体含氧量。

4结束语

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关键词：生物质气化；固定床气化炉；出渣系统，干式出渣；出渣方式

【分类号】TK6

生物能源属于新能源和可再生能源，也是一种清洁能源，生物能源的发展可降低对石油、天然气和煤炭等传统能源的依赖，对改善环境及实现可持续发展战略目标具有重大意义，是国家大力扶持的行业。生物质气化是获取生物质能源的利用方式之一，固定床气化炉是生物质气化最常用的炉型之一，出渣系统作为生物质气化主要系统之一，出渣系统是否有效可靠直接制约着生物质气化的规模化和产业化。所以，一种经济可靠的出渣系统显得尤为重要。

1 固定床气化炉排渣的基本要求

固定床气化是在完全或部分缺氧条件下，借助于部分空气（或氧气）、水蒸气的作用，使生物质挥发分中的高聚物发生热解、氧化、还原、重整反应，热裂化或催化裂化为小分子化合物，获得含CO、H2和CH4等可燃气体的过程。生物质气化后产生的灰渣主要有大量木炭和少量炉渣，出渣温度在200℃-300℃间，高温灰渣遇到空气即会马上剧烈燃烧，多余的氧气跟燃气接触会产生爆炸，所以固定床气化炉出渣在隔绝空气的情况下进行的，在排渣过程中不允许有大量空气进入固定床气化炉。

2 传统排渣方式原理及特点

在煤气化中常采用链条刮渣机出渣方式，固定床气化炉出渣斗直接伸到链条刮渣机箱体，箱体内充满水，通过水来冷却灰渣和密封。链条刮渣机由电机带动，通过底下链条上刮板将灰渣刮出后在通过输渣皮带输送到料坑储存。链条式刮渣机驱动采用标准金属滚子链，其抗拉强度和耐磨性强，在链节上焊接刮板支架，不必用刮板专用链节，增减刮板自如，灰渣密度必须是比水重，刮板能有效的与灰渣接触。

3 传统排渣方式存在的问题

链条式刮渣机在生物质固定床气化炉中应用时出现很多问题，刮渣机在运行过程中因设计、制造等原因，经常出现传动链卡链、跳链、绷断，两套圆环链因受力不均而出现不等长，刮板和壳体的刮、卡、碰等现象。主要表现在如下方面：

1）生物质气化后的灰渣主要是木炭，密度比水小，在采用水封式密封时，下渣斗水面往上段长期有大量木炭漂浮，导致水面上大量碳渣堆积，使下渣斗变形。

2）在刮渣机运行时，在上部的刮板往后运动时会把漂浮的木炭刮后部，在刮板挤压的作用下，后部木炭堆积密实，引起刮渣机卡死，在刮渣机运行过程中，由于链条的跑偏又会引起单位时间内捞出的渣偏少，导致两次排出的渣在时间间隔内不能全部捞出。随着碳渣的逐渐积累，导致刮渣机的负荷越来越大，特别是在刚排渣结束时，随着捞渣机内的渣沉积在底部，对刮板的阻力逐渐增大，导致驱动电机超电流而跳车。此外，每次排的渣都或多或少地含有一些细渣，这些细渣很容易粘在刮板上，并且在捞渣机上部脱落积累，会增加捞渣机的负荷，使捞渣机在运行过程中电流增大和链条受的力增大，导致捞渣机跳车和链条出现断裂现象。

3）随着刮渣机运行时间的延长，主链轮在和链条咬合的部位会逐渐出现磨损，在链条的强度不够时，链条也会变长。当磨损增加到一定程度时，主链轮和链条咬合后会脱不开，造成捞渣机跳车，甚至带来刮板脱落和变形，给检修工作带来很大的被动，甚至会影响生产。

4）固定床气化炉排渣过程中为保证水封效果，需不停补水和排水，产生的废水PH值在8-10之间，一来对链条式刮渣机连接处腐蚀严重，容易造成漏水，二来废水不能直接排放，需处理排放或者处理回用，这无疑增加了生产成本。

5）输渣皮带存在着回程渣量大、托辊磨损严重、皮带易跑偏、检修任务重和需要专人清渣维护等问题。存在上面问题的主要原因是因为碳渣中含有细渣，这些较细的固体会在皮带表面粘上一层，不易清除，导致回程的渣量较大，这些细渣夹杂在皮带和托辊之间，由于细渣较硬加剧了托辊的磨损和皮带跑偏。

4 改进措施

针对排渣系统存在的问题和原因，结合项目工艺特点和生产条件，考虑到固定床气化炉出渣大量木炭可以回收利用或者销售，最终提出如下改进方案：

4.1.1干式排渣系统排渣原理

固定床气化炉下安装一个高温锁气器，当排渣时，将锁气器打开，让碳渣落到灰渣仓，排完渣后，将锁气器关闭，然后启动排渣螺旋，排渣螺旋工作时，打开排渣螺旋上方的喷头，水雾和碳渣接触降温，排渣螺旋出来的碳渣通过链条刮板机输送到灰渣池。

4.1.2 干式排渣系统排渣优点

1）干式出渣系统的水消耗量为零，10台3000Nm?固定床气化炉每年节约水量为2600吨，节约水资源，无污水的排放 。

2）干式出渣系统的碳渣含水量能满足用户的要求，不需要再进行后处理即可直接销售，大大节约后续处理的费用，降低生产成本，也避免了后续处理带来的环境污染问题。

3）系统自动运行时，与水力出渣系统和传统机械出渣系统相比，系统的操作费用是可以忽略的。自动控制只需要操作人员的监督和少量维护。系统可实现连续或非连续操作，灰渣仓的存储空间足够存储固定床气化炉8小时的出渣。

4.1.3 改造费用和效益计算

根据安装公司给出的材料清单及报价，以及我们所需要配备的材料与设备，每台固定床气化炉技改的花费大约在2万元左右，十台造气炉总共的花费在20万元左右，投运后一年年可收回成本，具体效益如下：

4.1.3.1 效益计算

相对于链条式刮渣机出渣系统：每台刮渣机每天产生的废水大概是1吨，每吨废水处理费用需要3元，一年废水处理费用为7920元。因气化炉的碳渣中木炭占80%以上，故刮渣机出渣时容易堵渣，链条和刮板容易变形卡死，需经常更换维修，按运行一个月统计，平均每天需要通渣检修3次，算上人工费和维修费每年每台超1万元，十台共10万元，10台固定床气化炉整体改造完成，每年可以节省至少10万元，另外需增加一套碳渣干燥设备，花费大概在15万元。

相对于链条式刮渣机出渣系统：水力输渣系统中碳渣每年需带走约2600吨循环水，约5200元，碳渣干燥设备每年的运行费用约20万。

5 结论和建议

目前国内的水资源比较紧张，尤其是在我国的西北部地区，固定床气化炉传统链条刮渣机排渣系统和水力排渣系统的高耗水量已经严重限制了生物质气化的经济性。

与传统链条刮渣机排渣系统和水力排渣系统相比，干式出渣系统具有系统更简单、占地面积小、节约用水、无废水排放、对环境污染小、自动化程度高、运行维护费用低、碳渣综合利用范围广等特点，特别是手动炉排的固定床气化炉，因其碳渣含碳量高达80%，具有很高的经济利用价值，市场需求量大。所以，不管从改造成本还是运行成本上，干式出渣系统在固定床气化系统中更具优势，选择干式出渣系统也将成为一种趋势。

参考文献：

[1] 刘振峰 李 磊. 壳牌煤气化装置排渣系统改造[J]. 中国高新技术企业， 2013，4（247）：103-105

[2] 石文秀. 壳牌和德士古煤气化排渣系统[J]. 当代化工，2009，38（4）：426-428，438