秸秆热解气化技术

节能减排Energy reduction 2 0 0 8 0 3 Ne w E n e r g y I n d u s t r y 23 秸秆热解气化技术是近年来发展的一项较新 的秸秆利用技术 即将秸秆转化为气体燃料的热 化学过程 秸秆在气化反应器中氧气不足的条件 下发生部分燃烧 以提供气化吸热反应所需的热 量 使秸秆在 7 0 0 8 5 0 左右的气化温度下发生 热解气化反应 转化为含 H 2 C O和低分子烃类的 可燃气体 秸秆热解气化得到的可燃气体既可以 直接作为锅炉燃料供热 又可以经过除尘 除焦 冷却等净化处理后 为燃气用户集中供气 或者驱 动燃气轮发电机或燃气内燃发电机发电 一 我国技术研发现状 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 秸杆气化供热 秸秆气化供热是指秸秆经过气化炉气化后 生成的燃气送入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 秸杆气化供气 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2 0世纪 9 0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 通过输气管网输送和分配到 秸秆热解气化技术 用户 系统规模一般为数十户至数百户 目前 我 国己广泛推广利用生物质气化技术建设集中供气 系统 以满足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 1 0 0 0户 则使用流化床气化炉更好 秸杆燃 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 效果也较好 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 气直接接入炉灶使用 系统具有体积小 投资少的 优点 但也有显著的缺点 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 2 0世纪 6 0年代初就开展了这方 面的研究工作 近 2 0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 原料适应性强和规模灵活性好等 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 5 0 0 0千瓦 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 5 0 0 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 面取得了较大进展 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 技 术 篇 节能减排 Energy reduction 新能源产业 Ne w E n e r g y I n d u s t r y 24 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 4 0兆瓦以上 成为国际上应用最多 的中小型生物质气化发电系统 我国的生物质 I G C C示范系统正在建设之中 装机容量为 4 6兆瓦 该技术与国外先进的同类 技术相当 而设备已全部实现国产化 投资不到国 外的 2 3 运行成本比国外低 5 0 左右 而目前已 有应用的秸秆直燃发电要求生物质资源集中 数 量巨大 在大规模利用下才有明显的经济效益 以 前我国该技术应用发展较少 国内近期开始从发 达国家引进该技术 但项目投资成本高 进口技术 的投资成本在 1 1万元 千瓦以上 是我国气化发 电的 1 5 倍以上 4 秸杆气化合成化学品 目前 通过使用催化 剂将 C O和 H2合成为甲醇 二甲醚的技术已经比 较成熟 生物质气化得到的气体中含有 C O和 H2 成分 所以 在一定条件下用生物质气化得到的 气体作为合成气原料生产甲醇 二甲醚 为运输业 提供代用燃料是可行的 而且这已成为目前研究 的重点 美国国家可再生能源实验室正研究用此 法合成甲醇 目标是使合成的甲醇成本低于车用 汽油 我国在利用生物质气化合成气制甲醇 二甲 醚方面也进行了探索性实验研究 二 工艺流程 1 秸秆气化供热 秸秆气化供热系统包括气化炉 滤清器 燃烧 器 混合换热器及终端装置 该系统的特点是经过 气化炉产生的可燃气可在下一级燃气锅炉等燃烧 器中直接燃烧 因而通常不需要高质量的气体净 化和冷却系统 系统相对简单 热利用率高 以 上 吸式气化炉为主 见图 1 2 秸秆气化供气 1 秸杆气化集中供气 生物质气化集中供气 的基本模式如图 2 所示 整个系统由燃气发生系 统 燃气输配系统和用户燃气系统组成 2 户用秸杆气化供气 该系统 见图 3 产 气量为8 1 0 立方米 时 热量4 1 9 5 0 2 兆焦 时 燃气热值 4 6兆焦 立方米 系统总效率可达 3 0 4 0 3 秸秆气化发电 1 小规模秸杆气化发电系统 小规模气化发 电系统功率在 2 1 6 0千瓦之间 气化炉几乎都是 下吸式固定床气化炉 因为这种炉具产出燃气焦 油含量较低 净化系统相对简单 对环境造成的危 害较小 采用内燃发电机组 设备紧凑 运行方便 适合照明或小型电机拖动 见图 4 1 滤清器 2 膨胀沉降池 3 燃烧室 4 配风道 5 气化炉 6 鼓风机 至混合换热器及终端装置 图 1 秸秤气化炉燃气干燥木材及农副产品系统 1 进料器 2 气化炉 3 净化器 4 风机 5 过滤器 6 水封 7 气柜 8 输气管网 图 2 秸秤气化集中供气系统 1 气化炉 2 连接管 3 隔墙 4 贮气室 5 炉灶 6 连接管 7 取暖炉 8 出水管 9 进水管 图 3 户用秸秆气化炉连灶系统 1 层式下吸式气化炉 2 冷却器 3 过滤器 4 发电机 图 4 小规模秸秆气化发电系统 节能减排Energy reduction 2 0 0 8 0 3 Ne w E n e r g y I n d u s t r y 25 2 中型秸杆气化发电系统 目前系统功率一 般在 5 0 0 2 0 0 0 千瓦 由于气化容量较大 气化炉 采用流化床或循环流化床形式 冷却过滤系统比 小型系统完善 采用催化裂解的方法使 9 0 以上 的焦油裂解成永久性气体 发电设备为内燃机发 电机组 用于并网发电或小工业用电 也适合秸秆 较多的区域进行发电自供 见图 5 3 大型秸杆气化发电系统 气化炉为循环流 化床或加压流化床 净化方式采用陶瓷滤芯的过 滤器 焦油裂解炉及焦油水洗塔 原料处理量大 自动化程度高 系统效率高 适合工业化生产 见 图 4 秸秆气化合成化学品 以氧气或水蒸气为气化剂 气化炉中产生的 中热值可燃气 除去其中的木焦油等有机物 压缩 除去 C O2 N2 C H4及其他碳氢化合物 再在一定 压力下 使 C O与 H2O 反应生成 H2 调整 C O和 H2比例为 1 2混合气 导人合成反应器 经特定催 化剂催化合成甲醇或二甲 M I醚 见图 7 三 发展潜力及趋势 利用生物质气化技术将生物质原料转化为洁 净且便于输送 利用的高品位能源是利用生物质 能源的一种有效途径 也是替代常规能源的有效 方法 据统计 大部分生物质作为能源利用 基本 上还是直接获取热能的粗放型燃烧 由于生物质 的燃烧特性较差 有效热利用率很低 污染严重 大力推广生物质热解气化技术 提高能源综合利 用效率 减少污染 对新农村建设 构建节约型社 会 保障能源供应 提高农民生活质量 健康水平 和文明程度 具有重要的现实意义 并且可操作性 强 我国已经开发出多种固定床和流化床气化炉 以秸秆 木屑 稻壳 树枝为原料生产燃气 用于 木材和农副产品烘干的有 8 0 0余台 村镇集中供气 系统年产生物质燃气 2 0 0 0万立方米 兆瓦级生物 质气化发电系统已推广 2 0余套 四 效益分析 秸秆热解气化项目的应用和实施 符合我国 高速发展的经济形势 大大降低煤 天然气等化石 能源的使用量 减少环境危害 从长远的能源发展 战略角度出发 是改变我国能源结构 实现科学用 能的重大举措 对拓展生物质能利用技术的应用 范围和领域 推动可再生能源行业的技术进步具 有重要战略意义 同时 生物质气化项目的实施 也具有显著的社会 环境 经济 能源效益 1 集中供气 该系统建设以自然村为单位 选择较典型的 2 0 0户规模为例进行系统经济性分析 设计每户每 天消费 5立方米燃气 峰荷时要保证供应每户每小 时不低于 2立方米的气 并要求能 2 4小时稳定供 气 系统选用 X F F 2 0 0 0 型气化机组和 2 5 0 立方 米容积的气柜 2 秸秆气化发电 由于秸