農林生物質氣化多聯產技術的集成與應用

張齊生

所謂生物質，就是指利用太陽、土地、水等而產生的可以持續再生長的含有碳元素、氫元素、氧元素的物質，包括動物、植物和微生物。農作物及其廢棄物、木材、木材廢棄物和動物糞便都是極具代表性的生物質。生物質能源是地球上最古老的能源，跟煤炭、石油相比，其能源密度很低，即材料中碳元素含量不多，所以運輸、儲存、使用都很不方便。但是，可再生性、低碳環保的優點，以及廣泛分布的特點，使得它在能源資源日趨枯竭的今天，成為了一個全世界都高度關注的領域。

氣化技術是生物質能源的一種利用方式，是指生物質在高溫、無氧或缺氧條件下加熱產生可燃氣的過程。氣化技術是一項古老的技術，早在1883年就問世于歐洲。但是，在長達一個多世紀的歲月中，氣化技術并沒有很好地被人類加以利用。究其原因，不僅在于氣化技術問世以來便是便捷的油、氣年代，更在于這項技術本身存在的一些缺陷。氣化技術僅產生可燃氣這一單一產品，經濟效益不顯著。更致命的是可燃氣中焦油的含量高，污染機具，影響設備正常運行，并且在凈化可燃氣過程中，產生的生物質提取液未能很好利用，造成環境污染。同時，氣化設備產能太小（一般為200～300kw的發電量），也是它未能引起工業界關注的一個重要因素。

生物質氣化多聯產技術正是針對生物質氣化技術的提質與升級，它是指利用氣化成套設備將農林生物質熱解生成燃氣、生物質提取液和生物質炭、熱能的技術。它可獲得多種產品，可以解決因單一產品造成的效益低下問題，提高生物質氣化的綜合效益；它采用科學、高效的氣液分離技術，使可燃氣中焦油含量滿足用氣設備的要求，解決了污染問題，確保發電機長期穩定運行。在創新應用中，生物質多聯產技術可以開發出1MW大功率的燃氣發電機和配套的氣化爐。同時，生物質氣化多聯產技術可以解決工業化規模問題，并利用可燃氣、生物質炭、生物質提取液、焦油的多種應用途徑和余熱的回收利用技術，建設綜合的電、熱、炭聯合工廠。

應用生物質氣化多聯產技術，可同時獲得氣、炭、液、熱，它們各有特性、各有用途、各具效益。

可燃氣。不同的生物質原料，可燃氣的成分有差別，熱值也有差別。1Kg生物質燃料，可以產生2.5～3m3可燃氣。可燃氣可用于發電。1kg木片產生的可燃氣可發電0.9～1.0度、1.5kg稻殼產生的可燃氣可發電1.0度。可燃氣也可用于鍋爐燃料，1500m3可燃氣每小時可產生2噸中低壓飽和蒸汽。

生物質炭。炭是地球上化學成分最穩定的物質，用途非常廣泛。木炭含碳量高、灰分少，可制成活性炭，作為優良的吸附、凈化材料，也可作為催化劑或催化劑載體，是工業、農業、國防、交通、醫藥衛生、環保事業和尖端科學不可或缺的重要材料。每噸活性炭可售價6000～8000元，經濟效益非常可觀。秸稈炭含有鉀、氮、磷、鎂、銅、鐵、鋅等礦物質，因灰分含量高，不適宜用來制活性炭，主要用于改良土壤和制作炭基復合肥。秸稈中的鉀、硅、鎂等多種大量、中量、微量元素可回田，其中鉀元素約為5%，硅為3～10%。硅的回田對農作物抗倒伏意義非凡，水稻吸收硅以后，秸稈的強度就會得到提高，谷穗也會長得飽滿。炭回田可以增加土壤的孔隙度，改善土壤的通氣、透水狀況；抑制土壤對磷的吸附，改善作物對磷的吸收；修復被重金屬污染的土壤；提高土壤地溫1～3℃，使作物成熟期提前3～5天；提高土壤的持水能力，對土壤中的肥料和農藥均有緩釋作用，使肥料成為緩釋肥。

生物質提取液。生物質材料熱解氣化時產生的液體成分經冷凝、分離可得到含有酸類、醇類、酯類、酮類、酚類等多種有機化學成分的生物質提取液。生物質提取液中許多有機化合物都具有生物活性，可以促進作物生長，并起到抑菌、殺菌的作用。如生物質稻殼提取液對白色念珠菌、大腸桿菌的抑菌率可達90%以上。此外，生物質提取液可以作為基質，加上農作物生長必需的一定數量的大量元素、中量元素、微量元素，制成活性有機葉面肥，顯著提高作物的產量和品質。

熱能。氣化過程中，為凈化可燃氣，獲取生物質提取液，冷凝器需使用冷卻水；發電機高速運行需使用冷卻水冷卻電機；為使氣化爐保持適當爐溫，并使生物質炭冷卻，需對氣化爐進行冷卻。這幾個過程的冷卻水出來都是具有溫度的。1MW功率的氣化爐每小時可產生10T60～80度熱水；發電機尾氣達600℃高溫，每小時可產生1T余熱蒸汽。蒸汽和熱水都是很重要的有價值的資源，1T蒸汽約250元，1T熱水約80元。一座5MW的電廠，每小時可產生5噸蒸汽和50T的熱水，其一天產生的蒸汽和熱水達12萬多元。

除了獲取各種具有效益的產品外，生物質多聯產技術的應用還可以起到很好的節能減排效果。一個5MW的生物質多聯產電廠，與傳統煤發電相比，每年節約標準煤12600T，減排SO2300T，NOX66T，CO232760T。

2002年，我們開啟了“生物質氣化多聯產”技術的研究。經過10多年的實驗、研究、示范，該技術于2012年正式進入工業化示范階段。目前的技術及機械化水平完全可以支撐生物質氣化多聯產技術進入產業化階段。未來，將在現有500kw氣化爐成功運行多年的基礎上，集成與提升單爐單機轉化成多爐多機，并提高單爐單機的生產能力，建設5MW生物質電廠與炭基復合肥、生物質電廠與活性炭等聯合企業。我們期待并相信生物質能源多聯產技術為生活帶來更多美好！endprint