秸稈氣化技術(shù)及集中供氣系統(tǒng)

1、秸稈氣化技術(shù)及集中供氣系統(tǒng)秸稈氣化技術(shù)及集中供氣系統(tǒng)（山東省科學(xué)院能源研究所）我國秸稈資源大量消費(fèi)和農(nóng)村商品能源緊張的局面，已引起政府和社會的關(guān)注。這個問題又與農(nóng)民生活質(zhì)量的提高及農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的改善緊密相連。尋求秸稈利用的新模式，改變農(nóng)村燃料結(jié)構(gòu)，改進(jìn)農(nóng)民炊事方式，已成為廣大科技人員研究的重要課題。山東省科學(xué)院能源研究所致力于生物質(zhì)熱解氣化和農(nóng)戶燃料的研究工作，承擔(dān)國家“七五”、“八五”科技攻關(guān)課題，得到了農(nóng)業(yè)部、國家科委的支持。研制成

2、功的ＸＦＦ型生物質(zhì)氣化機(jī)組及集中供氣系統(tǒng)的配套技術(shù)已進(jìn)入商品化階段并被列入山東省“星火”示范工程。從1994年開始，我們已建成桓臺縣陳莊鄉(xiāng)東潘村、章丘市普集鎮(zhèn)普西村等集中供氣試點。連續(xù)運(yùn)行表明，秸稈氣化集中供氣技術(shù)對處理大量的農(nóng)作物秸稈、改善環(huán)境、提高農(nóng)民生活水平、實現(xiàn)低質(zhì)能源的高檔次利用是可行的模式之一，有良好的推廣開發(fā)前景。生物質(zhì)氣化技術(shù)，是生物質(zhì)原料在缺氧狀態(tài)下燃燒和還原反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換過程，它可以將固體生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)換成為使用方便而

3、且清潔的可燃?xì)怏w。生物質(zhì)由碳、氫、氧等元素和灰分組成。當(dāng)它們被點燃，只供應(yīng)少量空氣，并且控制其反應(yīng)過程，使碳、氫元素變成由一氧化碳、氫氣、甲烷等組成的可燃?xì)怏w，秸稈中大部分能量都轉(zhuǎn)移到氣體中，這就是氣化過程。去除可燃?xì)怏w中的灰分、焦油等雜質(zhì)，通過供氣系統(tǒng)將其送入農(nóng)戶家中，用戶打開閥門，點燃燃?xì)庠罹?，就可以燒水做飯了。世界性的能源危機(jī)、環(huán)境污染以及生態(tài)平衡的破壞，使人類認(rèn)識到不能無節(jié)制地向自然界索取能源，而應(yīng)盡快建立能源利用的平衡機(jī)制。在

4、世界范圍內(nèi)，人們已達(dá)成共識：以高新技術(shù)開發(fā)和利用生物質(zhì)能源，代替石油、煤炭等礦物質(zhì)能源，是解決能源與環(huán)境問題的重要途徑之一。所以，生物質(zhì)利用技術(shù)的研究與開發(fā)，受到世界各國政府與科學(xué)家的關(guān)注。近期國內(nèi)外學(xué)者的研究方向主要是利用木材工業(yè)廢棄物，產(chǎn)生可燃?xì)怏w用于加熱、烘干或發(fā)電。我們的研究與其他學(xué)者的不同之處在于：（１）以農(nóng)村量大面廣的各種秸稈為主要氣化原料；（２）以向農(nóng)戶供應(yīng)炊事燃?xì)鉃橹饕康?。通過“八五”期間的工作，在秸稈類低質(zhì)生物質(zhì)原料

5、的熱解氣化技術(shù)方面形成了技術(shù)優(yōu)勢，證明這一研究方向技術(shù)上的可行性，并獲得了進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。１秸稈類低質(zhì)生物原料的熱解氣化秸稈類低質(zhì)生物原料的熱解氣化從化學(xué)性質(zhì)上來說，秸稈的元素組成和木質(zhì)類原料相比，除灰份較高因而熱值稍低外，并無顯著區(qū)別。其主要元素成份：炭、氫、氧含量基本相同，具有相當(dāng)穩(wěn)定的原子量比率。CH14O06，這個式子一般也作為氣化反應(yīng)時的生物質(zhì)分子式。生物質(zhì)熱解氣化包括一系列復(fù)雜的燃燒、還原、裂解乃至聚合反應(yīng)。這些反應(yīng)

6、變化在復(fù)雜的相平衡條件下相互影響，以至尚未有完善的反應(yīng)模型進(jìn)行描述。但在以空氣為介質(zhì)的固定床反應(yīng)器中，其總的反應(yīng)式可寫成：CH14O06＋0.4O2(1.5N2)FONT0.7CO0.3CO20.6H20.1H2O(1.5N2)下吸式固定床反應(yīng)器的燃燒(氧化)反應(yīng)和氣化（還原）反應(yīng)之間，存在著自平衡機(jī)制。即當(dāng)燃燒反應(yīng)強(qiáng)烈時，釋放的熱量提高了反應(yīng)區(qū)溫度，而這正巧提高了吸熱的氣化反應(yīng)的速率，從而維持離開還原區(qū)的氣體成份、溫度基本穩(wěn)定。下吸式

7、反應(yīng)器工藝設(shè)計的關(guān)鍵在于保證燃燒的條件和燃燒層、氣化層的穩(wěn)定。因此，秸稈氣化從理論上說并不困難。過去之所以不能將氣化工藝用于秸稈，主要是因為：（１）秸稈的堆積密度太小，使按體積計算的供料量太大，并使反應(yīng)區(qū)熱容小而且量（0C）天然氣365869.6419703438焦?fàn)t煤氣176154.2119983381混合煤氣138583.1819863315發(fā)生爐煤氣57351.1916002618沼氣212235.563191秸稈煤氣53160.

8、918102798４秸稈資源和農(nóng)村炊事燃料需求秸稈資源和農(nóng)村炊事燃料需求我國每年生產(chǎn)各種秸稈6億噸，農(nóng)林產(chǎn)品及以生物質(zhì)為原料的工業(yè)企業(yè)也產(chǎn)生數(shù)以億噸計的采伐加工殘余物和有機(jī)固體垃圾。這是由太陽能轉(zhuǎn)換而來的巨大的可再生資源，它的利用將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，而不會像礦物燃料的利用那樣帶來日益嚴(yán)重的污染。我國生物質(zhì)能源的利用，主要是以效率較低的直接燃燒方式獲取農(nóng)民和林區(qū)居民的炊事熱能，沼氣技術(shù)則受到原料品種和氣候條件的限制。目前，大

9、量的秸稈和林業(yè)剩余物以及有機(jī)固體垃圾白白浪費(fèi)掉。每到收獲季節(jié)，田間地頭烽煙四起，燒掉了寶貴的資源，造成嚴(yán)重的大氣污染，與此對應(yīng)的是我國農(nóng)村的商品能源依然緊缺而價高，電力供應(yīng)嚴(yán)重不足。隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，農(nóng)民產(chǎn)生了提高生活質(zhì)量的強(qiáng)烈要求。作為生活方式的一個重要方面，燃料結(jié)構(gòu)的改變，用能方式的改進(jìn)，將為他們提供更加方便、文明而舒適的生活，這也是近年來秸稈大量過剩的原因之一。但是，完全由礦物能源解決89億農(nóng)民的生活需求，則是國

10、力和環(huán)境所不能負(fù)擔(dān)的。與其它可再生能源的利用相比，生物質(zhì)能源來源穩(wěn)定可靠，能源密度大，不受地域、氣候的限制。而在各種生物質(zhì)能技術(shù)中，熱解氣化技術(shù)具有效率較高、原料適應(yīng)性好、設(shè)備簡單、投資較低的優(yōu)點，比較適合于我國農(nóng)村現(xiàn)階段的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)水平。５系統(tǒng)投資及燃?xì)忾_支系統(tǒng)投資及燃?xì)忾_支民用燃?xì)夤こ痰膯挝煌顿Y受許多因素的影響，其中的重要因素是燃?xì)鉄嶂?、用氣?fù)荷集中程度和管網(wǎng)規(guī)模。民用燃?xì)庀到y(tǒng)負(fù)荷的集中程度取決于人口居住密度。我國農(nóng)民以自然村的形式

11、集中居住，形成星羅棋布的大小村莊。近年來各地普遍重視新村規(guī)劃工作，整齊劃一的新村開始取代老式村莊，還出現(xiàn)了一批小康型的樓群建筑。除極特殊地形外，居住區(qū)的最大布局尺寸在400米以內(nèi)。與城市燃?xì)夤芫W(wǎng)相比，這已屬于微型管網(wǎng)，或者說它僅相當(dāng)于城市管網(wǎng)中用戶部分，因而省去了造價昂貴的主支干管。而且由于輸送距離短，阻力損耗僅為3000～4000Pa，降低了輸送成本和對管材的要求。根據(jù)試點建設(shè)的經(jīng)驗和投資核算，100戶和200戶規(guī)模的集中供氣系統(tǒng)的投