生物质最适宜的热解温度为 400℃;
3) 氧化反应是指气体介质中的氧气和秸秆中的 C
元素发生反应并释放出大 量的 热 , 该 区温 度可 达到
1000～2000℃,反应式如下 :
C +O2 = CO2 + △H △H = 408. 8kJ
(1)
2C +O2 = 2CO + △H △H = 246. 44kJ (2)
经过十几年来的科技攻关 、试验示范 ,秸秆气化技 术已不断改进 ,设备配套亦日益完善 。山东能源研究 所研制的 XFF系列秸秆气化炉在农村集中供气应用 中 ,获得了一定的社会 、经济效益 。大连环境科学设计 院研制的 LZ系列生物质干馏热解气化装置 ,建成了可 供 1000户农民生活用燃气的生物质热解加工厂 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第 6期 反应过程如图 1所示 。
张文斌 等 : 秸秆气化技术研究现状与对策分析
91
部侧 壁 排 除 。其 基 本 结 构 和 气 化 反 应 过 程 如 图 3 所示 。
我国小型气化炉研制开发工作也正在展开形成多 个系列的炉型 ,可满足多种物料的气化要求 。中国机 械化科学研究院研制的 ND 系列生物质气化炉 ,用气化 产出气烘干农林产品 ,设备简单 ,投资少 ,效率高 。江 苏大丰宝鹿生物科技有限公司生产的 BL % 390A 型气 化炉 ,其性能和整机 质量 均达 到了农 业部 标准 NY / T1417—2007《户用型秸秆气化炉质量评价技术规范 》 现已批量投产 。江苏徐州昊源集团联合江苏大学能源 与动力工程学院研制的 HY—350 型家用秸秆气化炉 具有操作简便 、封火时间长 、产气率和热值高等优点 。 中科院广州能源所 ,对上吸式生物质气化炉的气化原 理 、物料 反应 性 能 做 了 大 量 试 验 , 研 制 出 GSQ 型 气 化炉 。
4) 还原区没有氧气 ,在氧化反应中生成的 CO2 同
这里的碳和水蒸气发生还原反应 ,吸收一部分热量 ,该
区温度为 700～900℃,反应式如下 :
C + CO2 = 2CO + △H
△H = - 162. 41kJ (3)
H2 O + C = CO + H2 + △H △H = - 118. 82kJ (4)
power system )已经投入使用 [ 7 ] 。 5) 日本的 Jun Sakai等人于 20世纪 70 年代设计
了一台小型木炭煤气装置用于开动 4. 4kW 的汽油机 并取得成功 [ 8 ] 。
6) 印度科学研究所研制的 ⅡSC小型气化炉 ,用木 块和团装垃圾作为燃料 ,输出功率 3 ～4kW ,一次加料 在炉内可以连续反应 2h,进一步降低了烟尘排放量 。 2. 2 国内秸秆气化技术研究现状
颗粒状的物料通过输送搅龙进入炉内 ,流化床的 材料为精选过的惰性材料砂子 ,炉底以较大压力通入 气化剂 ,使炉内呈沸腾 、鼓泡等不同状态 。通过物料和 气化剂的充分接触 ,发生气化反应 。
图 4为单流化床气化炉子结构及气化反应示意 图 。流化床气化炉的优点是 :受热均匀 ,气化反应快 ,
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
4) 利用可再生能源是美国的一项重要的政策 ,生 物质能源是美国应用第二广泛的能源 。目前美国有 20 个州及哥伦比亚特区 (D istrict of Columbia)制定了可再 生能源利用标准 。其为农村地区开发的利用秸秆气化 原理设计的小型发电系统 SMB ( small modular biom ass
从 20世纪 80 年代初开始 ,生物质气化技术一直 受到我国政府和科技人员的重视 ,目前我国自行研制 的集中供气系统已进入实用化试验示范阶段 。1994年 山东桓台建成我国第一个秸秆气化炉集中供气试点以 来 ,山东 、江苏 、河南 、河北 、辽宁 、黑龙江 、吉林 、北京 、 天津 、安徽 、山西 、湖北 、云南 、甘肃等省市都陆续推广 应用了秸秆气化技术 [ 9 ] 。
2) 固定床下吸式气化炉 。物料由炉顶加料口加 入炉内 ,气化剂由炉体上部进入炉内 ,部分气化剂也可 随物料一起进入炉膛 ,炉内料层自上而下为 :干燥层 、 热分解层 、氧化层和还原层 ;可燃气体最终通过炉体下
其优点是 :结构比较简单 、工作稳定性好 、可随时 开盖添料 ;气体中的焦油在通过下部高温区时被裂解 , 因此可燃气中焦油的含量较少 。缺点是 :可燃气体的 流向与热流方向相反 ,引风机功耗较大 ;出炉的可燃气 含灰分较多 ; 出炉的可燃气温度很高 ,需进行冷却处 理 ,炉内热效率较低 [ 4 ] 。 1. 2. 2 流化床气化炉
3 秸秆气化技术存在的问题与对策
3. 1 目前秸秆气化技术存在的问题 1) 秸秆气化技术应用中政府职能定位问题 。随
收稿日期 : 2008年 11月 26日 修回日期 : 2009年 2月 11日 3 基金项目 : 2008年江苏省农机化项目 ———秸秆综合利用技术试验示范 张文斌 ,男 , 1983年生 ,山东潍坊人 ,江苏大学硕士生 ,苏州市农业机械技术推广站 ;研究方向为收获机械关键部件的研究与开发及计算机视觉技术 。。 张龙全 ,男 , 1964年生 ,江苏苏州人 ,苏州市农业机械技术推广站高级工程师 ;研究方向为稻麦种植机械研究与开发 。
图 1 秸秆气化反应示意图
1. 2 气化装置 秸秆气化技术的核心是设备 (气化炉 ) ,根据炉型
的不同 ,大致可分为固定床气化炉和流化床气化炉两 大类 。固定床气化炉适用于物料为块状及大颗粒原 料 ,其制造简便 ,运行部件少 ,具有较高的热效率 ,但内 部过程难以控制 ,内部物料容易搭桥形成空腔 ,处理量 小 。流化床气化炉适合含水分大 、热值低 、着火困难的 原料 ,原料适应性广 ,可大规模高效利用 ,且物料反应 温度均匀 、气化反应快 、产气率高 [ 3 ] 。 1. 2. 1 固定床气化炉
燥区 、热分解区 、氧化区和还原区 [ 2 ] :
1) 干燥是指对秸秆等生物质的除湿 ;
2) 秸秆热解是指秸秆在初始的脱挥发分或热分
解 ,一般在几秒钟内完成 ,高温下用时会更短 ,热解反
应从 100℃左右开始 ,在 300 ～400℃时热解反应最为
剧烈 ,解析出焦油 、CO2 、CO、CH4、H2 等大量的气体 ,当 温度达到 400℃以上热解气体流率逐渐减小 ,对秸秆等
2008年 ,《国务院办公厅关于加快推进农作物秸 秆综合利用的意见 》中明确指出 ,要有序发展以秸秆为 原料的生物质能 ,积极利用秸秆生物气化 、热解气化 、 固化成型等发展生物质能 ,逐步改善能源结构 。
秸秆气化技术的研究与推广已成为摆在我们面前 的一项重要的任务 。
1 秸秆气化工作原理及气化装置简介
0 引言
我国是一个农业大国 ,耕地面积约 1. 3 ×108 hm2 , 农作物秸秆资源十分丰富 。据统计 ,我国每年生产的 各类农作物秸秆达 5. 7 ×108 t,占世界秸秆总产量的 20% ～30% ,秸秆是生物质能源的重要原料 [ 1 ] 。
随着农村经济发展和农民生活水平的提高 ,传统 能源利用方式已经难以满足农村现代化发展的需求 , 生物质能优质化转换利用势在必行 。秸秆气化技术对 于缓解当前农村经济发展过程中能源紧缺问题 ,减轻 环境污染和资源浪费具有重要的战略意义 。
92
中国农机化
2009年
产气率高 ;炉内温度高而且稳定 ,焦油在高温下裂解生 成气体 ,因此可燃气中焦油含量较少 。缺点是 :可燃气 中灰分较多 ,结构比较复杂 ,原料需要预处理 。
图 4 流化床气化炉
2 国内外秸秆气化技术的研究现状
2. 1 国外秸秆气化技术研究现状 目前 ,国外生物质气化装置一般规模较大 ,自动化
1. 1 工作原理 秸秆气化技术是将秸秆等固态生物质原料转换成
使用方便而且清洁的可燃气体 ,其利用率是直接燃烧
的 3～5倍 。秸秆气化作为一种高效洁有重要的作用 ,
是生物质热化学能转化中最重要的一种形式 。
秸秆气化过程包括 4 个反应区的工作 ,依次为干
2009年第 6期 总第 226期
中国农机化
Chinese Agricultural M echanization
No. 6, 2009 Total No. 226
秸秆气化技术研究现状与对策分析 3
张文斌 ,张龙全
(苏州市农业机械技术推广站 ,江苏苏州 , 215128)
摘要 :农作物秸秆是农业生产过程中主要副产品之一 ,是一项重要的经济资源 。秸秆气化技术作为秸秆综合利用中 的关键技术 ,对于提高农民生活水平 、改善生态环境 、缓解 国 家 经 济 发 展 对 能 源 需 求 的 压 力 有 着 重 要 的 战 略 意 义 。 文章介绍了秸秆气化装置的工作原理 ,阐述了国内外秸秆气化技术的研究现状及当前研究中存在的问题 ,提出了相 应的发展对策 。 关键词 :秸秆气化技术 ;研究现状 ;发展对策 中图分类号 : S216. 2 文献标识码 : A do i: 10. 3969 / j. issn. 1006 - 7205. 2009. 06. 25
张文斌 , 张龙全 , 秸秆气化技术研究现状与对策分析 [ J ]. 中国农机化 , 2009, (6) : 90～93 ZHANG W en - bin, ZHANG Long - quan. Study on the p resent state of straw gasification and counter measure analysis [ J ]. Chi2 nese Agricultural M echanization, 2009, (6) : 90～93