生物质气化技术的研究现状

摘 要：生物质气化技术是将固体生物质放入气化炉中进行加热从而转换可燃性气体，以此用作燃料，它是一种热化学处理技术。其基本原理是将固体生物质原料进行不完全燃烧，在转换过程中需要加入氧气或水蒸汽等气化剂，使其发生氧化反应并燃烧。由于固体生物质原料具有特殊物理性质，在进入气化炉进行气化前需对固体生物质原料进行破碎和增添介质等预处理。通过预处理的原料在气化炉中进行燃烧，其产生的热量用于维持热解和还原反应，最终得到可燃性混合气体，对该气体过滤除去焦油及杂质后，即可用于燃烧供暖或发电。

关键词：生物质气化技术;研究现状;发展趋势

1 我国生物质气化技术的研究现状

在我国，科研单位利用生物质气化技术不仅在集中供气方面有着较广泛的应用，更是将生物质气化技术进行发电并取得了较大的经济效益和社会效益。气化发电过程主要有3个方面：

①在气化炉中把固体生物质转化为气体燃料;②将产生的气体燃料进行净化从而保证燃气发电设备的正常运行;③利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电，提高了发电效率。

其中广州能源所将木质废弃物作为原料开发循环流化床气化技术，该气化发电技术的有效开发可以完成4MW的发电能力。生物质气化合成液体燃料通过热化学方法将生物质气化产生高质量的合成气，进而采用催化合成技术合成液体燃料，是一种间接液化技术。在家用、集中供热和供气方面，中国农业机械化研究院研制的ND系列和锥形流化床、江苏金江生物能源科技有限公司研制的固体有机废弃物规模化分区式气化炉都取得了较大的环保和经济效益。

2 气化炉的研究现状

近年来，随着国家环保形势的日益严峻，燃煤排放所产生的氮氧化物、二氧化硫、粉尘等大气污染物对环境造成严重的污染，中小型燃煤锅炉、窑炉的淘汰已经成为趋势。生物质气化炉可将秸秆、稻草、木屑、木片、玉米芯、稻壳等多种生物质原料气化产生生物质燃气，燃气再通入锅炉或者窑炉进行燃烧。通过严格的原料控制和合理的气化工艺，生物质燃气燃烧产物中氮氧化物和二氧化硫含量可以降至极低的水平，可以达到天然气排放标准。作为一种燃气发生设备，气化炉设备本身具有独立性，对其进行独立的能源平衡分析和热工性能试验具有其必要性。2006年，农业部发布了《秸秆气化装置和系统测试方法》（NY/T 1017-2006），该标准规定了以秸秆为原料（木质、稻壳等原料参照执行）的气化装置和系统的主要性能试验方法。该标准操作简单，试验数据量少，可操作性强，可用于快速判断生物质气化系统的主要性能参数。其局限性在于：

①试验仅考虑了冷燃气效率，不够全面;②对于试验工况的限制条件少，操作简便但结果重复性较差、准确度较低。

3 生物质气化发电技术

生物质气化发电是指将利用空气中的氧或者含氧物质作为气化剂，通过热化学转化技术，将生物质燃料转化为可燃气体（主要为氢气、一氧化碳和甲烷等），再把燃气输送到燃气发电装置进行发电。与其他生物质能利用方式相比，其具有以下显著特点：

一是清洁生产，能够实现CO2“零”排放，有效减少SO2和粉尘等污染物排放;二是技术灵活，气化可以根据需求满足不同燃气组分配比，发电可以采用内燃机、燃气轮机以及燃料电池等，生产产品可以实现多联产;三是经济效益良好，发电规模较小时燃料消耗少、运营成本低。

可以看出，生物质气化发电技术非常适合燃料资源较少的偏远地区，对于农村地区能源供应具有良好补充。生物质气化联合循环发电技术是通过采用燃气-蒸汽联合循环发电的方式实现，是一种先进的生物质气化发电技术，具有较高的发电效率且可实现较大规模的商业发电应用。该系统在燃气装置发电的基础上加入了余热蒸汽联合循环系统，提高了发电效率，其综合系统效率可以达到40%以上，并可以实现冷、热、电、气多联供，已经成为了该领域未来研究发展的方向。

4 我国生物质气化技术发展趋势

①研发自动化和智能化程度高的气化炉，加强原料的预处理是气化炉在推广和应用过程中非常重要的组成部分;②燃煤耦合生物质气化发电技术是现有技术下实现碳减排最有效的途径之一，具有节约项目用地、对燃煤锅炉影响小、发电量便于计量等优点，符合我国的能源发展战略，是一种颇具前景的生物质能应用技术。该技术已经成熟，并已应用于示范项目，项目投运后每年可节约折合标煤4.7万吨，降低CO2排放12.3万吨，社会经济效益可观。但生物质燃料成本过高是主要限制因素，该技术的发展仍有待相关补贴政策的落实;③关注气化技术发展，拓展产业化方向在开展生物质气化发电的同时，时刻关注气化最新技术的发展和气化设备国产化。拓展热电冷气多联供技术、气化制氢技术、气化合成液体燃料技术等，积极开拓其他产业方向，保障运营项目多元化。

5 结语

总之，目前各地区的环境污染较为严重，已经成为国家重点关注的問题，这就使得环保要求逐步提高，在这种状况下必须优化能源结构，有效控制污染物的排放量，要想达到此目的，就必须高效利用生物质能，实现生物质能发电。

参考文献：

[1]孟凡彬，王贵路，李晓伟，等.高当量比生物质氧气气化试验研究[J].太阳能学报，2013（3）：377-381.

[2]张齐生.生物质气化技术的再认识[J].南京林业大学学报，2013（01）：1-10.

[3]关海滨，张卫杰.生物质气化技术的研究进展[J].生物质能源，2017（8）：59-61.

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