一、引言

隨著工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，*對能源的需求日益增加，據(jù)報道，到2020年*的能量消耗量將比現(xiàn)在增長一倍。目前，這種能源需求主要通過增加石油、煤炭的消耗量來滿足，這不僅涉及到有限的石油、煤炭資源的維持問題，而且會使危及人類的環(huán)境污染問題變得日趨嚴重，因此，尋求新能源和可再生能源是我們迫切需要解決的重大課題。各類農(nóng)作物秸稈和各種工業(yè)生物質(zhì)垃圾等生物質(zhì)原料一方面是主要的污染源，同時也是極為重要的可再生資源。

僅我國農(nóng)村每年就有各類農(nóng)作物秸稈6億多噸，除用于畜牧飼料、還田肥料、工業(yè)原料及直接燃用秸稈作為農(nóng)民的炊事燃料以外，出現(xiàn)了剩余成災的現(xiàn)象。每到收獲季節(jié)，大量的秸稈在田間地頭被付之一炬，既浪費了寶貴的資源，也嚴重污染了環(huán)境，甚至影響到公路交通及飛機的正常起降。有關(guān)部門曾多次發(fā)文禁止焚燒秸稈，但一直未能杜絕這一現(xiàn)象，而且在一些地區(qū)甚至有愈燒愈烈之勢。同時，農(nóng)村商品能源的短缺已經(jīng)制約了9億農(nóng)民生活方式的進步和農(nóng)村的社會發(fā)展。

許多企業(yè)在生產(chǎn)產(chǎn)品的過程中，也產(chǎn)生了各種大量的生物質(zhì)廢料，如紙廠麥草篩選廢料、中藥渣、蔗渣、糠醛渣、木屑、稻殼等，已成為較難處理的生物質(zhì)垃圾。目前大都采用堆積或挖坑傾倒的方法，既浪費了人力財力，污染了環(huán)境，又占用了大量的有效土地，同時，也使這些低質(zhì)生物質(zhì)能源白白地浪費，而其中多數(shù)企業(yè)還需大量購買商品能源，以滿足生產(chǎn)需要。

生物質(zhì)能是來源于太陽能的一種可再生能源，資源豐富，分布均勻，生物質(zhì)在生長過程中吸收大氣中的CO2而成為碳元素向地表循環(huán)的zui重要途徑。因此利用新技術(shù)開發(fā)利用生物質(zhì)能不僅可以代替部分化石原料，而且有助于減輕溫室效應和使生態(tài)良性循環(huán)，成為解決能源與環(huán)保問題的重要途徑之一。

但是，生物質(zhì)原料也具有松散、密度低、高揮發(fā)分、低熱值等缺點，帶來了收集、貯存和使用的困難。爐灶直接燃燒是主要的傳統(tǒng)生物質(zhì)能利用方法，其能源利用率只有10-15%，用能過程費時費力，并排放出大量煙塵。只有采用新的轉(zhuǎn)換技術(shù)克服這些缺點，才能使生物質(zhì)這種寶貴而豐富的資源在現(xiàn)代能源結(jié)構(gòu)中保持它的地位。生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)可以將固體生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)變成氣體燃料，使其使用更加方便清潔，而且能量轉(zhuǎn)換效率比直接燃燒有較大提高。是一種發(fā)展前途的可再生能源利用方式。

二、國內(nèi)外情況及發(fā)展趨勢

能源是國民經(jīng)濟發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類的進步和社會的發(fā)展與能源的開發(fā)利用和能源科技的發(fā)展緊密相關(guān)，同時能源開發(fā)利用所產(chǎn)生的環(huán)境污染和生態(tài)破壞又影響著人類的生存。在人類歷*，首先被開發(fā)利用的能源是生物質(zhì)能，只是在工業(yè)革命以后，能量密度更高，而開采、運輸、使用更為方便的煤、石油、天然氣等化石能源才逐步取代了生物質(zhì)能的作用，大量用于生產(chǎn)。由于化石能源的大量開采利用帶來了不可逆轉(zhuǎn)的環(huán)境和生態(tài)破壞，更由于七十年代的石油危機使工業(yè)發(fā)達國家認識到化石能源的性和分布不均勻性，世界各國都愈來愈重視包括生物質(zhì)能在內(nèi)的可再生能源技術(shù)的開發(fā)。我國也制定了一系列有關(guān)可再生能源的政策法規(guī)，提出了“因地制宜、多能互補、綜合利用、講求效益”的指導思想。

生物質(zhì)熱解氣化可分為熱解、氣化和快速熱解等技術(shù)，其轉(zhuǎn)換過程和應用過程都可以派生出許多技術(shù)，形成豐富多彩的技術(shù)門類，如：氣化器的形式有固定床、移動床、流化床、氣流床等；氣化介質(zhì)可以是空氣、空氣/水蒸氣、富氧空氣等；而燃氣則可用于炊事、加熱、鍋爐或發(fā)電等。生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)已有100多年的歷史，以木炭為原料的氣化反應器產(chǎn)生于1983年。早期的技術(shù)主要是將木炭氣化后用作內(nèi)燃機燃料。二戰(zhàn)期間，這一技術(shù)在工程上得到了廣泛的應用，我國在石油供應緊張的五十年代，也較多地使用氣化器來解決汽車和農(nóng)田灌溉的動力問題。

七十年代以來，歐美等發(fā)達國家對生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究十分重視，均有許多單位在進行此項技術(shù)的研究，并達到了較高的水平。如德國魯奇公司正在進行100MW生物質(zhì)燃氣聯(lián)合循環(huán)（IGCC）的示范工程，成功后將是一種的發(fā)電系統(tǒng)；美國可再生能源實驗室（NREL）和夏威夷大學也在進行IGCC的蔗渣發(fā)電系統(tǒng)的研究；荷蘭特溫特（Twente）大學進行流化床氣化器和焦油催化裂解裝置的研究，推出了近于實用的無焦油氣化系統(tǒng)。近期的研究主要集中于將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為高氫燃氣、裂解油等高品質(zhì)燃料，并結(jié)合燃氣輪機，斯特林發(fā)動機、燃料電池等轉(zhuǎn)換方式，轉(zhuǎn)換為電能，為21世紀的電力供應作技術(shù)儲備。英國Aston大學和美國的諸多研究單位在生物質(zhì)熱解液化的研究方面也取得了一定的突破。

我國一些研究單位也在進行生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究，開發(fā)了一批適合我國國情的技術(shù)和產(chǎn)品，已經(jīng)達到實用程度并且已進行示范推廣的技術(shù)主要有：（1）秸稈氣化集中供氣技術(shù)，即山東省科學院能源研究所經(jīng)過“七五”、“八五”、“九五”期間的研究形成的技術(shù)，已形成可供100－1000戶居民炊事用能的供氣系統(tǒng)。（2）氣化發(fā)電機組：原商業(yè)部科研所和紅巖機器廠研制的稻殼發(fā)電系統(tǒng)，已有一定程度的推廣，中科院廣州能源所研制的1MW流化床氣化發(fā)電系統(tǒng)代表了我國目前氣化發(fā)電技術(shù)的水平；（3）木材加工廢棄物氣化后直接利用，如中國農(nóng)機院研制的木材氣化烘干設(shè)備等。這些技術(shù)展示了生物質(zhì)氣化技術(shù)的經(jīng)濟可行性和發(fā)展趨勢。

三、本單位工作概況

1、研究與開發(fā)

山東省科學院能源研究所在生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)研究方面，先后承擔了國家“七五”、“八五”、“九五”科技攻關(guān)項目中秸稈氣化集中供氣技術(shù)專題及山東省的科技攻關(guān)課題。經(jīng)過大量實驗研究工作，克服了秸稈物理性質(zhì)方面的缺點，突破原有氣化理論的限制，成功地氣化了秸稈類低質(zhì)生物質(zhì)原料，在*先提出了生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)的技術(shù)路線。該技術(shù)采用熱解氣化的方法將秸稈轉(zhuǎn)換為可燃氣體，以自然村為單元形成集中供氣系統(tǒng)，為農(nóng)民供應炊事燃氣。以秸稈為原料的生物質(zhì)氣化機組，氣化效率達到了72――75％，燃氣熱值達到5MJ/Nm3。開創(chuàng)了我國利用低質(zhì)秸稈原料為農(nóng)民供應高品位生活燃氣的新事業(yè)。在“七五”小試，“八五”研制的單機供應100－220戶居民生活燃氣的基礎(chǔ)上，“九五”期間發(fā)展為單機供應100－500戶，聯(lián)機供應500戶到近千戶居民生活燃氣的供氣系統(tǒng)。并針對系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的問題，對秸稈氣化機組和供氣系統(tǒng)進行了多次改進與完善，在技術(shù)水平，操作工藝，設(shè)備配置等方面都有了較大的進步。截止99年6月份，已在山東、北京、山西、湖北、江西、江蘇、甘肅、黑龍江等近20個?。ㄊ校┙ㄔO(shè)了100多個秸稈氣化示范工程，經(jīng)受了長期運行的考驗，總結(jié)了運行、管理經(jīng)驗。編制了常壓固定床生物質(zhì)氣化機組制造技術(shù)條件，農(nóng)村生物質(zhì)燃氣供應系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、農(nóng)村生物質(zhì)燃氣供應系統(tǒng)施工和驗收規(guī)范，農(nóng)村生物質(zhì)燃氣供應系統(tǒng)運行維護規(guī)范等四項山東省地方標準，于98年5月由山東省技術(shù)監(jiān)督局頒布實施。1997年生物質(zhì)氣化集中供氣技術(shù)榮獲國家發(fā)明四等獎，山東省科技進步一等獎。

2、實驗條件

在多年研究工作的基礎(chǔ)上，我們逐步強化了我們的試驗力量，建成了多個有代表性的試驗臺架，配置了基本的測試、分析儀器，并且在98年我所申報了“山東省生物氣化技術(shù)重點實驗室”，已獲批準，山東省科學院專門為我所建造了1200m2的生物質(zhì)氣化實驗室，已開始啟用,為我們承擔相關(guān)的重點課題、進行生物質(zhì)氣化技術(shù)的深化研究,打下了堅實的試驗基礎(chǔ)。

3、隊伍建設(shè)

在多年的研究過程，我們逐步建立起了專業(yè)從事生物質(zhì)氣化技術(shù)研究開發(fā)的技術(shù)隊伍，并已形成了生物質(zhì)氣化工程設(shè)計服務(wù)的綜合能力和生物質(zhì)氣化設(shè)備制造的產(chǎn)業(yè)能力。人員梯次、年齡結(jié)構(gòu)合理，多人參加過“七五”、“八五”、“九五”課題的研究，具有較強的科研開發(fā)能力。

4、交流與合作

在科研工作中，我們注重對外交流和科技合作，從發(fā)達國家獲取。先后多次組團參加了可再生能源方面的會議，與一些學術(shù)單位建立了和合作關(guān)系，參加了中國農(nóng)業(yè)部和美國能源部的可再生能源項目，與美國可再生能源實驗室進行了交流，與美國BG技術(shù)公司達成了生物質(zhì)氣化技術(shù)合作意向，我們還與美國普林斯頓大學能源環(huán)境中心、瑞典蘭德大學、荷蘭特溫特大學等在生物能專項技術(shù)方面進行著接觸。

5、存在的不足

雖然我們在生物質(zhì)氣化技術(shù)方面已取得了一定的成績，但尚有許多不盡人意之處。首先燃氣中焦油的清除還不*，燃氣中焦油含量偏高，給操作工人和用戶帶來一些麻煩。另外，出于降低初投資的考慮，目前設(shè)備的機械化、自動化程度偏低，有待進一步提高。 同時，燃氣的熱值還偏低，導致系統(tǒng)工程投資較大，影響到推廣的速度，也影響了其應用范圍的拓寬。

四、“十五”工作設(shè)想:

針對目前技術(shù)的不足，結(jié)合國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢，我們將把以下幾個方面作為我們“十五”乃至以后的研究重點。

（一）研制低焦油生物質(zhì)氣化機組

1．關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點：

（1）、研究生物質(zhì)氣化過程中焦油產(chǎn)生的機理，及爐內(nèi)溫度、加熱速度、原料品種、形狀等對焦油產(chǎn)生的影響，通過優(yōu)化爐型結(jié)構(gòu)、加設(shè)內(nèi)部構(gòu)件，實現(xiàn)對氣化爐各反應區(qū)的控制，使之處于*反應狀態(tài)，抑制焦油的產(chǎn)生或?qū)⒔褂土呀?，產(chǎn)生焦油含量較低的燃氣，減輕燃氣后處理的負擔。

（2）、針對秸稈原料密度小，流動性差，易架橋、抽空等特點，研究適宜的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)氣化爐均勻穩(wěn)定的反應，減輕操作工勞動強度，并通過對燃氣成份、溫度、料層高度等參數(shù)的監(jiān)測，實現(xiàn)氣化過程的自動控制。

（3）、研究與之相適應的燃氣凈化裝置，形成配套合理、運行方便、安全可靠的氣化機組，使送到用戶的燃氣中焦油等雜質(zhì)降低到國家有關(guān)城市煤氣的標準以內(nèi)。實現(xiàn)秸稈氣化機組的更新?lián)Q代。

2．預期達到的水平及技術(shù)經(jīng)濟指標

氣化效率≥75％

燃氣熱值≥5MJ/Nm 3

凈化后燃氣中焦油和灰塵含量≤10mg/Nm 3

（二）工業(yè)生物質(zhì)垃圾熱解氣化及利用技術(shù)研究

1．關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)創(chuàng)新點

根據(jù)兩步法氣化原理， 利用熱解技術(shù)燃料適應性廣的優(yōu)點，將品質(zhì)不同、形態(tài)各異的低質(zhì)生物質(zhì)原料經(jīng)過先熱解再氣化或燃燒的工藝路線，生產(chǎn)高品質(zhì)燃氣或高溫煙氣，用作生產(chǎn)或生活熱源。

（1）熱解反應器：研究適合低質(zhì)生物質(zhì)原料的熱解工藝參數(shù)和工藝措施，以提高燃氣品質(zhì)。熱解所需熱量來自部分熱解產(chǎn)物的燃燒。

（2）熱解產(chǎn)物的再裂解和氣化：在高溫下將熱解產(chǎn)物送入氣化器，組織焦油再裂解和炭氣化所需的高溫場，并保證反應層的穩(wěn)定，以獲得熱值較高、焦油含量較低的燃氣。熱解反應器和氣化設(shè)備的合理組合形式，使物流連續(xù)穩(wěn)定，反應條件適宜，是保證整個裝置安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

（3）熱解產(chǎn)物的燃燒：當終產(chǎn)品為熱煙氣時，可將熱解產(chǎn)物通過適宜的燃燒裝置*燃燒，以獲得高溫熱煙氣，其技術(shù)關(guān)鍵是研究合理的燃燒形式，使熱解氣、炭和焦油三相產(chǎn)物均得到良好的燃燒。

2．預期達到的水平及技術(shù)經(jīng)濟指標：

燃氣熱值： ≥8.05MJ/Nm 3

燃燒中焦油及灰塵含量： ≤20mg/Nm 3

裝置終效率 ≥60％

五、項目的社會環(huán)境效益、經(jīng)濟效益及推廣應用前景

社會環(huán)境效益：

生物質(zhì)氣化技術(shù)可將廢棄的秸稈、工業(yè)生物質(zhì)垃圾轉(zhuǎn)換為清潔的燃氣，實現(xiàn)了低質(zhì)原料的次利用。在農(nóng)村作為炊事燃氣，可使農(nóng)民用上方便清潔的氣體燃料，生活方式可發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，提高生活舒適文明程度，節(jié)省用于炊事的勞動量和時間，并使環(huán)境和庭院衛(wèi)生有較大改觀，同時氣化燃氣作為生活燃氣或工業(yè)燃料還可節(jié)約大量的石油、煤炭等商品能源，減輕對商品能源的需求壓力。

生物質(zhì)氣化技術(shù)為廢棄的農(nóng)作物秸稈和蔗渣、中藥渣等工業(yè)垃圾的利用帶來了新出路，一方面可減輕秸稈直接焚燒產(chǎn)生的大氣污染，在已建的氣化集中供氣工程的村莊中，焚燒秸稈的現(xiàn)象已基本杜絕，另一方面，可解決蔗渣、中藥渣、糠醛渣等工業(yè)垃圾堆放、挖坑填埋等造成的環(huán)境污染，從而產(chǎn)生較大環(huán)境效益。

經(jīng)濟效益：

（1）直接經(jīng)濟效益：生物質(zhì)氣化技術(shù)的大力發(fā)展將會帶動包括設(shè)備生產(chǎn)和系統(tǒng)建設(shè)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，zui終每年可形成年產(chǎn)值數(shù)十億元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，形成新的社會經(jīng)濟增長點。

（2）采用生物質(zhì)氣化燃氣作為生活能源或工業(yè)燃料，可節(jié)約大量的商品能源，如一個200戶的農(nóng)村，全部采用生物質(zhì)燃氣，經(jīng)折算每年可比省柴灶節(jié)省秸稈資源200噸，替代商品能源，如煤炭190噸或液化氣36噸，而且每戶農(nóng)民每月只需15元左右的燃氣費用，比采用煤或液化氣節(jié)約數(shù)十元的費用。而在造紙廠或蔗糖廠、中藥廠等企業(yè)，若將企業(yè)生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的固體生物質(zhì)垃圾通過熱解氣化后，作為工業(yè)燃料，一方面可替代部分商品能源，另一方面可省掉搬運垃圾的人工及運輸費用，從而降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，增加企業(yè)利潤，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。

由于生物質(zhì)氣化項目有著良好的社會環(huán)境和經(jīng)濟效益，因而有著良好的市場前景。