生物質環保高效利用的實施方案

唐 光

江蘇省宿遷廣播電視總臺，江蘇宿遷 223800

秸稈等生物質的處理，是以科技為本，進行高效綜合利用，并形成產業鏈，使秸稈和廣大農村的有機廢棄物真正地變廢為寶 。使農民及其他相關行業終端產品的各級用戶都受益，這樣才能徹底解決秸稈禁燒問題。屆時，天更藍、水更清，環境更優美，實現經濟與環境比翼齊飛，功在千秋，利在當代。該專利可根據桔桿的量設計五百至3.6萬kw/h以上的生物質或垃圾發電廠。

1 6000kW生物質氣化發電與高效綜合利用項目可行性分析報告

目前，國內生物質發電廠大多采用汽輪發電機組，用直燃式爐或流化床爐的共同缺陷是：秸稈在燃燒氣化過程中產生的秸稈炭粉，醋液和焦油被氧化流失，不僅浪費了資源，在經濟上得不償失，而且對環境會造成嚴重污染。

秸稈等生物質的氣化過程，其實是一個熱化學過程。它是以農作物秸稈等再生可燃物質作為原料，以氧氣（空氣），水蒸氣或氫氣等做氣化劑（或稱氣體介質）在高溫條件下通過熱化學反應將秸稈等可燃部分轉化為氣體燃料的過程。氣化時所得的可燃氣體有效成分包括一氧化碳，氫氣、甲烷等。

氣化爐采用固定床型，原料（經斷碎秸稈等）由爐子頂端加入爐膛，原料層及灰渣由下部爐柵支撐。空氣中通過一定量的水蒸氣，所形成的氣化劑由下部的進風口進入，經爐柵均勻分配，與原料層接觸發生氣化反應，反應生成的可燃氣由原料層上方排出，氣化反應后的殘渣由下部的灰盤排出。

該技術由盛唐科技自主研發，并已獲得多項國家發明專利。秸稈等生物質在氣化(炭化)過程中能同時得到可燃氣體(發電)、生物質炭、醋液、焦油及熱水，一座6 000kW秸稈和稻殼高效綜合利用發電廠，日消耗秸稈和生物質等原料240t，每天生產出的產品：電力160 800kW/h，生物質炭84t，用作固體燃料和保溫材料等，是制作生物質成型燃料的最佳原料，燃燒時無污染，也是典型的清潔可再生能源；生物質醋液60t，生物質焦油11.04t， 80℃以上的熱水2 880t。生物質炭熱值5 500大卡左右，生物質醋液可制作有機肥和有機農藥，還具有明顯的殺菌、消毒、除臭和抗禽流感等作用；生物質焦油用作粘合劑和防腐劑和燃料；熱水直接作生活用水或供暖。建生物質發電廠可以根據各地的生物質原料供應量來選擇建廠的規模。

一噸秸稈和生物質生產出的五種產品的經濟價值達到1 200多元，其中電力670kW/h，每千瓦時0.75元，價值502.5元；生物質炭350kg，每噸1 000元，價值350元；生物質醋液270kg，每噸1 000元，價值270元；生物質焦油46kg，每噸2 800元，價值128.8元；80℃的熱水10t，每噸15元，價值150元。

2 目的和意義

秸稈進氣化爐燃燒，對氣化劑進行適量的控制。秸稈在氣化爐中（固定床），在高溫條件下通過熱化學反應。秸稈可燃部分轉化為氣體燃料。供燃氣發電機組發電。由于氣化劑量的控制得當，使秸稈在氣化過程中并不完全燃燒，在高溫缺氧條件下而被碳化。所得碳粉（或棒、球）在35%左右。碳粉可作無污染的清潔燃料。因它含植物生長必須的氮、磷、鉀等多種元素。因此可來制成有機復合肥料，可提高土壤的肥力和透氣性，增加土壤的含水分。炭還可以作為工業用保溫材料。生物質在熱解氣化過程中產生可燃氣體，有一部分揮發性有機物質，經冷凝器冷卻，以液體形態流出冷卻塔后的液體呈酸性物質，也稱醋液，及電捕焦塔捕獲的焦油兩種產品。生物質醋液是含酸類，脂類、醛類、酚類等百余種有機化學成分。酸性液體可以作為消毒劑、除臭劑或做成防蟲農藥助劑或直接做成農藥。作有機蔬菜、水果等農作物的肥料，對作物生長過程中亦有非常良好的促進作用。

生物質焦油可精制成芳香原料、防腐劑和粘合劑。對氣化爐及發電機組用的冷卻水及發動機廢氣進行余熱加工，可對居民，機關學校醫院等，供應熱水和供暖氣。

3 本項目的特點

目前由于農村中大量的農作物秸稈等生物質被廢棄在農田中。因焚燒及腐爛而造成環境的嚴重污染。

目前，絕大部分地區的地表水源已經不能供人畜飲用。危害人民群眾的身體健康。另一方面，浪費了寶貴的再生能源，在全世界面臨能源危機及生態環境日益嚴重惡化的情況下，開發利用可再生能源，變廢為寶，其經濟效益和社會效益都有著重要意義。

本項目的特點是將本人的發明專利“城市生活垃圾焚燒氣化發電裝置”專利號ZL200710025471.8節能燃氣發生爐專利號ZL2006620125377.0多功能節能燃氣發生爐專利號ZL200620125378.5綜合了上述部分專利技術，設計制造出新一代氣（碳）化爐及燃氣發電系統因而產生較高的經濟效益。

4 生物質發電及綜合利用技術的創新點、特征、投資與收益分析

4.1 技術的創新點與特征

本技術的創新點主要有以下幾個方面：

1）利用的總體思路不僅考慮到農林生物質的無公害化利用，而且更重視把生物質作為一種資源進行固、液、氣三相的綜合利用，因而綜合效益高，真正做到無公害化、資源化；

2）一種能有效控制給氧量的結構科學、合理的農林生物質氣化（炭化）爐；

3）一種能有效收集生物質炭粉的裝置；

4）一種能有效分離、收集生物質醋液的凈化和冷凝裝置；

5）一種能有效分離、收集生物質焦油的凈化和冷凝裝置；

6）一種能有效利用余熱生產熱水的裝置；

7）生物質醋液在農作物防蟲、防病、增產的初步應用研究試驗結果。

本項目的特征是每年利用87 600t農林生物質，通過氣化（炭化）爐產生燃氣，可帶動一套6 000kW的發電設備，全年并網供電5 869.2萬度，同時可產固態產物生物質炭30 660t左右，液態產物生物質醋液23 652t左右，生物質焦油4 029.6t左右，80度以上的熱水約876 000t。通過這種技術和工藝，可將1噸生物質轉化成0.8t標準煤熱值的價值。

4.2 主要設備和系統結構

生物質氣化發電系統包括氣化（炭化）爐、生物質醋液和焦油分離裝置、炭粉收集和冷卻裝置、余熱利用裝置（利用余熱鍋爐產生蒸汽推動發電機200kW/h×2發電）、凈化塔、風機、燃氣發電機、加料器等。

4.3 主要技術指標

4.3.1 氣體成份、熱值和氣化效率(見下表)

表1 820℃條件下的氣體成份、熱值和氣化效率

4.3.1 占地和人工需求

該6 000千瓦的發電廠，整個占地60 000m2。包括：炭(氣)化爐車間：3 000m2，氣體發電機車間：3 000m2，炭粉、醋液堆放車間6 000m2，生物質原料儲料場：30 000m2。因采取自動化控制技術機電系統值班人員較少，需要管理和工人60人。

4.4 經濟效益分析

該6 000千瓦的發電廠，整個工程投資1億元，包括工廠建設、設備和其他相關成本。年收益5 152.2萬元，回收期約3年。

4.5 推廣前景

4.5.1 經濟利益

本項目生產出的產品主要有電力、生物質炭、醋液、焦油和熱水，以當前農林生物質的價格（350元/t）計，該6 000kW電廠的經濟回報為5 152.2萬元/年，回收期大約3年還可為當地農民和企業增加近300萬元的收入，解決就業人員60人。

由于本項目總體思路不僅考慮到農林生物質的無公害化利用，而且更重視把生物質作為一種資源進行固、液、氣三相的綜合利用，因而綜合效益高，真正做到無公害化、資源化，項目風險相對較小。

4.5.2 環境效益

在設計運行條件下，每年可處理生物質87 600t。可有效解決當地因生物質焚燒造成的環境污染和資源流失。由于SO2的零排放，和煤的燃燒相比，可減少煙氣中的NOx和SO2。從長遠看，利用生物質氣（炭）化發電和綜合利用技術的環境利益非常明顯。

4.5.3 社會效益

項目建成后，在開發利用可再生資源、變廢為寶的領域里，將會發揮重要的典范作用，并將產生巨大的社會效益。

[1]煤化工工藝學.郭樹才組編.化學工業出版社.

[2](俄羅斯汽車科學研究院總設計師杰爾吉巴士楊報告文獻（全國農業機械化會議代表大會報告）.

[3]俄羅斯.汽車拖拉機煤氣發動機功率提高.技術科學博士阿爾塔莫諾夫教授論文選.