生物质气化机组生产工艺与应用

李冀 李修春

生物质能是一种清洁可再生能源，我国生物质资源十分丰富，研发、推广符合我国生物质资源分布特点的生物质气化机组生产工艺，有效解决农林废弃物乱堆乱放、环境污染问题，实现农林废弃物的综合利用，对改善能源结构，发展清洁绿色能源具有重要意义。

一、生物质气化机组的构成及工作原理

（一）生物质气化机组的构成

生物质气化机组主要由：上料系统、炉顶料斗、出灰系统、主机反应仓、供风系统、压料系统、净化器构成。

（二）生物质气化机组的工作原理

在一定的热力学条件下，农作物秸秆、林产废弃物等生物质原料在生物质气化机组内借助于气体介质，发生干燥热解、气化剂燃烧还原，气态混合物气体重整反应，产生一氧化碳（CO）、氫气（H2）、甲烷（CH4）等高品质生物质燃气的过程。原料由上而下移动，气化剂由下而上移动，原料与气化剂逆向移动分层进行物理化学反应，反应过程分为5个层次，炭灰层、氧化层、还原层、裂解层、干燥层。

二、生物质气化机组生产工艺

生物质气化机组由上料系统的刮板上料机将3～10cm的生物质原料（农作物秸秆、林产废弃物等）送至炉顶料斗内，螺旋给料机把炉顶料斗的原料输送到主机反应仓内，压料系统把主机反应仓原料压缩到最佳产气密度。

主机水夹套吸收反应层的热量产出的水汽进入供风综合罐，与供氧风机吹入的空气混合作为气化剂进入主机反应层，在一定的温度、厌氧的条件下，生成以CO和H2为有效成分的可燃气。可燃气经过主机反应仓的反应层向上，进入到前端喷淋装置，经前端喷淋装置降温、脱水脱焦后，由增压风机送至旋风净化器，经过旋风净化器进一步净化后进入末端综合罐，燃气由末端综合罐分配，为用能设备供能。

原料经过气化机组气化裂解后的形成的炭灰由湿式出灰系统排出装包运至料场，由净化器收集的木醋液、木焦油经回水管道进入木醋液池，木醋液由喷淋系统循环使用，木焦油在木醋液池沉淀后，由有回收资质的厂家回收加工使用。

三、生物质气化机组使用

（一）原料的备料

木材加工下脚料、枝桠柴、秸秆等收集后经晾晒、破碎、烘干处理后储存于料仓中，其中秸秆还需进行压块处理。木片、木块含水率≤20%，热值≥3600kcal/kg（木片、木块等原料的水分可放宽至40%）；秸秆压块、枝桠柴含水率≤20%，热值≥3000kcal/kg，无杂物。

（二）原料的热解气化反应

农作物秸秆、林产废弃物等生物质原料由上料系统送入气化反应仓内，与底部加入的气体介质发生热解和气化反应，通过合理设计气化炉炉膛直径、高度及气化反应器的附属设备，保证炉内优良的气化条件及原料在炉内的停留时间，实现原料高效转化，生成一氧化碳（CO）、氢气（H2）、甲烷（CH4）等高品质生物质燃气。

（三）生物质炭的利用

生物质炭通过反应仓底部的出灰装置排出反应仓，可用于土壤修复或制备炭基肥，市场价格高，应用前景广。

（四）燃气燃烧

气化机组产生的燃气采用的低氮燃烧器燃烧方式，燃气在引风机负压抽吸作用下以经过低氮燃烧器在锅炉炉膛内燃烧，通过合理控制燃烧机一次风和二次风配比控制绝热燃烧室温度，使绝热燃烧室始终处于还原性氛围，抑制氮氧化物的生成。

四、生物质气化机组应用场景

（一）园区小型热力中心

适用蒸汽量6～30吨每小时的企业（化工、医药、纺织、印染、食品、木业等），工业窑炉、轧钢厂等缺乏能源的工业园及企业。

（二）生物质发电

生物质汽化后清洁燃气可用于燃气发电，享受国家生物质发电补贴，适用电力负荷和电费高的企业。

（三）清洁能源供暖

生物质气化机组技术符合我国生物质资源分布在农村，分散的地域性特点，技术应用规模灵活，特别适合村镇规模的分布式生物质气化多联供产业，既满足生活用气，又提供冬季供暖需要，多余的燃气可以发电，增加村集体收入，为国家新型城镇化发展提供技术支撑。

五、气化机组的负荷调整

根据设备用气要求，当设备增加或减少用气时，气化机组的产气量也相应调整，通过调节供氧风机的频率可以改变机组的产气量的变化，调节增压风机来平衡炉顶的压力以及保证末端燃烧机的用气压力。调节供氧风机时，注意炉顶压力的变化控制在0～200pa的范围内，炉底压力的变化控制在0～5000pa。根据末端净化器的压力来调节增压风机的频率，保证末端燃气的压力能满足燃烧机的用气压力要求。调节负荷的过程中，要注意增压风机与供氧风机的配合，保证各压力检测在允许的范围内。

（作者单位：临沂科技职业学院）