付榮贊(麗水學(xué)院化學(xué)化工系 浙江 麗水 323000）

一、前言

當(dāng)前，再生能源的開(kāi)發(fā)與利用已經(jīng)成為各國(guó)越來(lái)越關(guān)注的課題，主要是隨著科技的發(fā)展，各國(guó)對(duì)能源的需求越來(lái)越多，而化石燃料的總量逐年減少，同時(shí)，化石燃料還帶來(lái)越來(lái)越嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，因此再生能源替代傳統(tǒng)化石燃料已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。生物質(zhì)能是存在相當(dāng)廣泛的一種潔凈的可再生能源并逐漸成為人們研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。地球上的植物在光合作用之下，每年能生成總量約為1440億噸至1800億噸的生物質(zhì)能，相當(dāng)于3×1021kJ的能量，約為現(xiàn)在世界能源總耗的十倍左右。因此，生物質(zhì)能源具有取之不盡、用之不竭的物質(zhì)基礎(chǔ)。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，因此我國(guó)的生物質(zhì)能源相當(dāng)豐富，單農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量每年就有7億噸。隨著我國(guó)環(huán)境越來(lái)越惡劣，能源越來(lái)越緊張，生物質(zhì)氣化技術(shù)的出現(xiàn)為我國(guó)解決能源問(wèn)題開(kāi)辟了一條新的道路，顯示出了十分廣闊的應(yīng)用前景。本文就生物質(zhì)氣化工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)其應(yīng)用和進(jìn)展進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述。

二、生物質(zhì)氣化工藝

1.原理

生物質(zhì)在氧氣或者含氧物做氣化劑的條件下經(jīng)過(guò)高溫發(fā)生可燃反應(yīng)，從而部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?，例如一氧化碳、氫氣、甲烷等，這個(gè)過(guò)程就是生物質(zhì)氣化的原理。生物質(zhì)氣化過(guò)程包括干燥、熱解、氧化和還原幾個(gè)步驟。干燥的目的是去除對(duì)生物質(zhì)中的水分，熱解指固體燃料在加熱初始階段脫去揮發(fā)分或者發(fā)生熱分解的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程僅僅需要數(shù)秒就能完成，高溫下所需時(shí)間會(huì)更短，其中在300-400℃的溫度范圍內(nèi)熱解最劇烈。解析出來(lái)的氣體有二氧化碳、一氧化碳、焦油、氫氣等等。氧化反應(yīng)主要是生物質(zhì)中的碳與介質(zhì)中的氧發(fā)生的反應(yīng)，該過(guò)程有大量的熱量產(chǎn)生，溫度可高達(dá)1000-1200℃。還原過(guò)程中沒(méi)有氧的參與，主要是生產(chǎn)的二氧化碳同水蒸氣發(fā)生還原反應(yīng)，該過(guò)程會(huì)吸收大量的熱量，因此溫度一般在700-900℃。

2.生物質(zhì)氣化工藝流程

生物質(zhì)氣化工藝有許多種形式。按照氣化形式生物質(zhì)氣化工藝可以分為兩大類，即流化床氣化和固定床氣化。目前，固定床氣化已經(jīng)生產(chǎn)出具有代表性的產(chǎn)品。固定床氣化工藝的技術(shù)并不復(fù)雜，操作和維護(hù)方面也十分方便，但是存在處理量小，無(wú)法進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，因此較適合小規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。而流化床氣化還能夠劃分為鼓泡床氣化、循環(huán)流化床氣化以及雙流化床氣化三類，其中循環(huán)流化床氣化發(fā)電系統(tǒng)的研究和應(yīng)用最為廣泛，因?yàn)樗诤狭斯呐輾饣癄t的流化速度較慢，反應(yīng)時(shí)間充分等一些特點(diǎn)，并且使炭進(jìn)行循環(huán)使用，并且能夠進(jìn)行能量回收，增加了反應(yīng)的溫度，并對(duì)傳熱傳質(zhì)過(guò)程有所強(qiáng)化，也提高了燃燒速率。流化床技術(shù)先進(jìn)、適用性廣，產(chǎn)量大，能夠連續(xù)生產(chǎn)，因此比較適合中型或者中型以上規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

三、生物質(zhì)氣化技術(shù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

在生物質(zhì)氣化技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，在技術(shù)、設(shè)備等方面還存在一定的問(wèn)題。首先，焦油含量過(guò)多是生物質(zhì)氣化汽存在的一個(gè)主要問(wèn)題，容易導(dǎo)致氣化機(jī)組中設(shè)備冷凝管或用氣灶具的堵塞，羅茨風(fēng)機(jī)葉輪被焦油黏住等現(xiàn)象，從而對(duì)氣化系統(tǒng)的安全性以及可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響，也帶來(lái)了額外的能源浪費(fèi)。遼寧能源研究所研制的下吸式固定床生物質(zhì)氣化爐采用了特殊的噴嘴設(shè)計(jì)，因此降低了一定的焦油含量，取得比較理想的效果。其次就是儲(chǔ)氣柜的越冬問(wèn)題。在我國(guó)北方地區(qū)，冬季時(shí)間比較長(zhǎng)，因此要想保證氣化站冬季運(yùn)行，就必須解決儲(chǔ)氣柜越冬的問(wèn)題。傳統(tǒng)的干式儲(chǔ)氣柜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)也高；新出現(xiàn)的氣囊式和簡(jiǎn)易式儲(chǔ)氣柜還需要進(jìn)一步的考察。目前，鐘罩式的濕法儲(chǔ)氣柜的應(yīng)用最為廣泛，但是抗凍性不好。本溪某市將濕法儲(chǔ)氣柜設(shè)置了透明保溫罩，并且放置在一定深度的地下，既能夠充分利用陽(yáng)光，同時(shí)能夠保溫，取得了非常明顯的越冬效果。

四、生物質(zhì)氣化的影響因素

影響生物質(zhì)氣化工藝的因素有很多。首先，氣化介質(zhì)是影響生物質(zhì)氣化的主要因素。目前使用的氣化介質(zhì)主要有空氣氣化、空氣-水蒸氣氣化、富氧氣化以及水蒸氣氣化。其中，空氣氣化所需的設(shè)備比較簡(jiǎn)單，操作和維護(hù)比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本較低。而富氧氣化大大的增加了運(yùn)行成本。其次是粒徑大小的影響。有學(xué)者對(duì)流化床中松樹(shù)鋸末空氣-水蒸氣氣化中不同粒徑下氣體組分的變化進(jìn)行了研究，表明甲烷、一氧化碳、乙烯、乙烷的體積隨著粒徑減小而增加，二氧化碳則相反。因?yàn)殡S著粒徑的增加，氣體擴(kuò)散過(guò)程的影響也增加，所以生物質(zhì)氣化需要根據(jù)氣化方式選擇合適的粒徑。另外，溫度、壓力、空氣當(dāng)量比也對(duì)生物質(zhì)氣化工藝有很大的影響。

結(jié)束語(yǔ)

生物質(zhì)氣化技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此有著十分廣闊的市場(chǎng)前景。當(dāng)前,我國(guó)已經(jīng)完成了五個(gè)以上的生物質(zhì)氣化應(yīng)用工程的建設(shè),實(shí)踐表明,生物質(zhì)氣化技術(shù)對(duì)處理大量的農(nóng)作物廢棄物、減輕環(huán)境污染、提高人民生活水平等多方面都發(fā)揮著積極的作用。

[1]陳蔚萍,陳迎偉,劉振峰.生物質(zhì)氣化工藝技術(shù)應(yīng)用與進(jìn)展[J].河南大學(xué)學(xué)報(bào)，2007,37（1）：35-41.

[2]宋秋，任永志，孫波.生物質(zhì)氣化技術(shù)應(yīng)用的問(wèn)題及對(duì)策[J].新能源及工藝,2001,6:28-29.

[3]寇偉，宋哲.生物質(zhì)氣化技術(shù)應(yīng)用淺談[J].林業(yè)科技情報(bào)，2010,42（3）：92-93.