生物質氣化機組生產工藝與應用

李冀 李修春

生物質能是一種清潔可再生能源，我國生物質資源十分豐富，研發、推廣符合我國生物質資源分布特點的生物質氣化機組生產工藝，有效解決農林廢棄物亂堆亂放、環境污染問題，實現農林廢棄物的綜合利用，對改善能源結構，發展清潔綠色能源具有重要意義。

一、生物質氣化機組的構成及工作原理

（一）生物質氣化機組的構成

生物質氣化機組主要由：上料系統、爐頂料斗、出灰系統、主機反應倉、供風系統、壓料系統、凈化器構成。

（二）生物質氣化機組的工作原理

在一定的熱力學條件下，農作物秸稈、林產廢棄物等生物質原料在生物質氣化機組內借助于氣體介質，發生干燥熱解、氣化劑燃燒還原，氣態混合物氣體重整反應，產生一氧化碳（CO）、氫氣（H2）、甲烷（CH4）等高品質生物質燃氣的過程。原料由上而下移動，氣化劑由下而上移動，原料與氣化劑逆向移動分層進行物理化學反應，反應過程分為5個層次，炭灰層、氧化層、還原層、裂解層、干燥層。

二、生物質氣化機組生產工藝

生物質氣化機組由上料系統的刮板上料機將3～10cm的生物質原料（農作物秸稈、林產廢棄物等）送至爐頂料斗內，螺旋給料機把爐頂料斗的原料輸送到主機反應倉內，壓料系統把主機反應倉原料壓縮到最佳產氣密度。

主機水夾套吸收反應層的熱量產出的水汽進入供風綜合罐，與供氧風機吹入的空氣混合作為氣化劑進入主機反應層，在一定的溫度、厭氧的條件下，生成以CO和H2為有效成分的可燃氣。可燃氣經過主機反應倉的反應層向上，進入到前端噴淋裝置，經前端噴淋裝置降溫、脫水脫焦后，由增壓風機送至旋風凈化器，經過旋風凈化器進一步凈化后進入末端綜合罐，燃氣由末端綜合罐分配，為用能設備供能。

原料經過氣化機組氣化裂解后的形成的炭灰由濕式出灰系統排出裝包運至料場，由凈化器收集的木醋液、木焦油經回水管道進入木醋液池，木醋液由噴淋系統循環使用，木焦油在木醋液池沉淀后，由有回收資質的廠家回收加工使用。

三、生物質氣化機組使用

（一）原料的備料

木材加工下腳料、枝椏柴、秸稈等收集后經晾曬、破碎、烘干處理后儲存于料倉中，其中秸稈還需進行壓塊處理。木片、木塊含水率≤20%，熱值≥3600kcal/kg（木片、木塊等原料的水分可放寬至40%）；秸稈壓塊、枝椏柴含水率≤20%，熱值≥3000kcal/kg，無雜物。

（二）原料的熱解氣化反應

農作物秸稈、林產廢棄物等生物質原料由上料系統送入氣化反應倉內，與底部加入的氣體介質發生熱解和氣化反應，通過合理設計氣化爐爐膛直徑、高度及氣化反應器的附屬設備，保證爐內優良的氣化條件及原料在爐內的停留時間，實現原料高效轉化，生成一氧化碳（CO）、氫氣（H2）、甲烷（CH4）等高品質生物質燃氣。

（三）生物質炭的利用

生物質炭通過反應倉底部的出灰裝置排出反應倉，可用于土壤修復或制備炭基肥，市場價格高，應用前景廣。

（四）燃氣燃燒

氣化機組產生的燃氣采用的低氮燃燒器燃燒方式，燃氣在引風機負壓抽吸作用下以經過低氮燃燒器在鍋爐爐膛內燃燒，通過合理控制燃燒機一次風和二次風配比控制絕熱燃燒室溫度，使絕熱燃燒室始終處于還原性氛圍，抑制氮氧化物的生成。

四、生物質氣化機組應用場景

（一）園區小型熱力中心

適用蒸汽量6～30噸每小時的企業（化工、醫藥、紡織、印染、食品、木業等），工業窯爐、軋鋼廠等缺乏能源的工業園及企業。

（二）生物質發電

生物質汽化后清潔燃氣可用于燃氣發電，享受國家生物質發電補貼，適用電力負荷和電費高的企業。

（三）清潔能源供暖

生物質氣化機組技術符合我國生物質資源分布在農村，分散的地域性特點，技術應用規模靈活，特別適合村鎮規模的分布式生物質氣化多聯供產業，既滿足生活用氣，又提供冬季供暖需要，多余的燃氣可以發電，增加村集體收入，為國家新型城鎮化發展提供技術支撐。

五、氣化機組的負荷調整

根據設備用氣要求，當設備增加或減少用氣時，氣化機組的產氣量也相應調整，通過調節供氧風機的頻率可以改變機組的產氣量的變化，調節增壓風機來平衡爐頂的壓力以及保證末端燃燒機的用氣壓力。調節供氧風機時，注意爐頂壓力的變化控制在0～200pa的范圍內，爐底壓力的變化控制在0～5000pa。根據末端凈化器的壓力來調節增壓風機的頻率，保證末端燃氣的壓力能滿足燃燒機的用氣壓力要求。調節負荷的過程中，要注意增壓風機與供氧風機的配合，保證各壓力檢測在允許的范圍內。

（作者單位：臨沂科技職業學院）