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| 生物質(zhì)氣化技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及技術(shù)選擇 |
| （時(shí)間:2015-8-19 15:27:52） |
生物質(zhì)氣化可實(shí)現(xiàn)低品位生物質(zhì)能的深層次利用，不同地區(qū)、不同行業(yè)有不同的能源需求和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，應(yīng)合理選擇生物質(zhì)氣化技術(shù)。固定床氣化技術(shù)針對的是中小規(guī)模應(yīng)用，該技術(shù)存在的問題包括焦油含量高、規(guī)模小、機(jī)械化和自動(dòng)化程度較低、發(fā)電效率低等。流化床氣化技術(shù)針對的是中等及以上規(guī)模應(yīng)用，目前需要解決的問題是熱效率低，發(fā)電效率低，需要開發(fā)高氣化效率和無焦油的燃?xì)庑蜌饣癄t、低熱值燃?xì)廨啓C(jī)、高效燃?xì)鈨艋到y(tǒng)，以便采用BIGCC技術(shù)。沼氣技術(shù)是一項(xiàng)生物質(zhì)綜合高效清潔利用的多聯(lián)產(chǎn)工藝，目前急需開發(fā)高效高濃度厭氧消化的沼氣發(fā)酵工藝和配套的集成設(shè)備，培育和篩選高效沼氣發(fā)酵微生物菌群，簡化沼氣凈化工序，解決沼液、沼渣的利用難題等。生物質(zhì)快速熱解技術(shù)是一種高溫處理過程，其最大的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物生物油易于儲存運(yùn)輸，不存在產(chǎn)品規(guī)模和消費(fèi)的地域限制問題。從工藝特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)效益和規(guī)模化生產(chǎn)來看，沼氣技術(shù)更適合處理高含水的養(yǎng)殖業(yè)糞便，快速熱解技術(shù)更適合農(nóng)作物秸稈的規(guī)模化轉(zhuǎn)化，燃?xì)庑蜌饣夹g(shù)更適合社區(qū)生活垃圾和農(nóng)林產(chǎn)品加工廢棄物的處理。
1前言
生物質(zhì)分布廣泛、數(shù)量巨大，是重要的可再生能源，在世界能源安全和碳減排中都將起到至關(guān)重要的作用。相對于其他含碳能源，生物質(zhì)存在能量密度低、分布分散度高、收集運(yùn)輸困難以及難以大規(guī)模集中處理等不足。由于完全照搬石油煉制、煤化工和天然氣利用的技術(shù)思路進(jìn)行生物質(zhì)能的利用和轉(zhuǎn)化，造成現(xiàn)有大多數(shù)裝置效率低、效益低，并存在二次污染，相關(guān)企業(yè)規(guī)模小、效益差，甚至必須依靠政策補(bǔ)貼才能生存。如何高效合理利用和轉(zhuǎn)化生物質(zhì)能，使其可與其他能源相競爭，成為國內(nèi)外生物質(zhì)能研究者和生產(chǎn)者面臨的挑戰(zhàn)。
氣化技術(shù)是生物質(zhì)能高效利用的主要方式之一，但由于難以像煤、石油和天然氣化工那樣容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模化，所以氣化氣只能用作能源，不宜作為C1化工的合成原料。氣化使低能量密度的生物質(zhì)從固態(tài)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w，相對直接燃燒具有燃燒穩(wěn)定、熱效率高、污染低等優(yōu)點(diǎn)，尤其是PM2.5指數(shù)低。按照氣化轉(zhuǎn)化率可分為部分氣化和完全氣化，部分氣化包括沼氣發(fā)酵技術(shù)、熱化學(xué)熱解技術(shù)、高壓液化(直接液化)技術(shù);完全氣化包括熱化學(xué)氣化技術(shù)，即通常所說的生物質(zhì)氣化。以氣化方式實(shí)現(xiàn)低品位生物質(zhì)能的深層次利用，減少礦物燃料消耗量，對提高農(nóng)村生活水平、改善生態(tài)環(huán)境、保障國家能源安全等具有重要意義。
2生物質(zhì)完全氣化技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)
生物質(zhì)熱化學(xué)氣化技術(shù)是以生物質(zhì)為原料，以氧氣(空氣、富氧性氣體或純氧等)、水蒸氣或氫氣等為氣化劑，在高溫條件下通過熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w的過程。目前根據(jù)氣化爐的不同，主要有固定床氣化技術(shù)和流化床氣化技術(shù)。氣化技術(shù)可將低品位的固體生物質(zhì)完全轉(zhuǎn)化為高品位的可燃?xì)怏w，從而廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，如目前的集中供氣、供熱和發(fā)電，以及研究中的費(fèi)托合成甲醇和乙醇等第二代生物燃料。
2.1固定床氣化技術(shù)
固定床氣化是目前世界上應(yīng)用最廣、成熟度最高的生物質(zhì)利用技術(shù)。作為固定床氣化的核心——?dú)饣癄t，其優(yōu)點(diǎn)是裝置結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行方便可靠、操作和投資費(fèi)用低;缺點(diǎn)是內(nèi)部過程難以控制，易產(chǎn)生焦油和架橋，生產(chǎn)強(qiáng)度小。
固定床氣化爐的結(jié)構(gòu)主要有上吸式、下吸式和橫吸式等。上吸式固定床氣化爐主要有中科院廣州能源所的GSQ型氣化爐、中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院的ND型氣化爐、江蘇省糧食局的稻殼氣化爐等，另外華中科技大學(xué)、大連科技大學(xué)、印度馬杜賴卡馬拉大學(xué)、奧地利維也納工業(yè)大學(xué)也對此進(jìn)行了研究和實(shí)踐。下吸式固定床氣化爐主要是山東能源研究所的XFL系列秸稈氣化爐，華南理工大學(xué)、馬來西亞科技大學(xué)、印度貝拉理工和科學(xué)學(xué)院也對下吸式固定床氣化爐進(jìn)行了研究和實(shí)踐。
目前固定床氣化技術(shù)針對的是中小規(guī)模應(yīng)用，急需解決的問題包括：
①焦油含量高。上吸式固定床所產(chǎn)燃?xì)庵泻写罅康慕褂停瑢θ細(xì)鈨艋到y(tǒng)造成巨大負(fù)擔(dān)，去除不凈將造成管路、閥門堵塞，內(nèi)燃機(jī)需頻繁維護(hù);另外，燃?xì)饫淠a(chǎn)生的廢水含有大量難處理的酚類物質(zhì)，會(huì)造成二次污染。
②規(guī)模小。目前固定床單臺產(chǎn)能一般都集中在200～500kW，不易放大規(guī)模，規(guī)模效益不佳。
③機(jī)械化、自動(dòng)化程度較低。如某些固定床氣化爐容易架橋燒結(jié)，運(yùn)行時(shí)需要耗費(fèi)大量人力在爐頂操作，威脅到操作人員安全。
④發(fā)電效率低。氣化發(fā)電所用的內(nèi)燃機(jī)一般都由低轉(zhuǎn)速的柴油發(fā)電機(jī)改裝而成，電轉(zhuǎn)化效率只有30%，固定床氣化發(fā)電效率為10%～15%。
盡管國內(nèi)外大量研究者對如何處理生成的焦油進(jìn)行了不少研究，但由于固定床氣化技術(shù)焦油處理難度大、成本高，且難以根治，加之不適應(yīng)規(guī)模化發(fā)展的要求而不具有競爭力。
2.2流化床氣化技術(shù)
流化床氣化爐的優(yōu)點(diǎn)是傳熱傳質(zhì)均勻，氣化反應(yīng)速度快，碳轉(zhuǎn)化率高，易放大設(shè)計(jì);缺點(diǎn)是可燃?xì)庵谢曳趾扛撸O(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原料需粉碎細(xì)化。
流化床氣化技術(shù)分為鼓泡流化床型、循環(huán)流化床型和雙床型等。鼓泡流化床氣化技術(shù)主要有華北電力大學(xué)、河南科學(xué)院和浙江大學(xué)等進(jìn)行了研究和小試。德國、瑞典、芬蘭、澳大利亞、美國、加拿大等國已將循環(huán)流化床氣化技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用，另外上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院、中科院廣州能源所、中國科技大學(xué)、中國石油大學(xué)、山東科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華南理工大學(xué)、伊朗科技大學(xué)、美國西弗吉尼亞大學(xué)、埃及米尼亞大學(xué)、意大利拉奎拉大學(xué)等也對該技術(shù)進(jìn)行了研究和中試。筆者在循環(huán)流化床氣化的基礎(chǔ)上，將流化床半焦氣化和生物質(zhì)提升管臨氫熱解耦合，開發(fā)了生物質(zhì)循環(huán)流化床分級熱解氣化技術(shù)，裂解焦油，富產(chǎn)甲烷，提高了燃?xì)鉄嶂担瑥脑搭^上消除了含酚廢水的污染。
流化床氣化技術(shù)針對的是中等及以上規(guī)模應(yīng)用，急需解決的問題包括：
①氣化氣中仍存在焦油，使氣化發(fā)電及供氣系統(tǒng)無法長期穩(wěn)定運(yùn)行，還會(huì)引起二次廢水污染。
②高溫粗燃?xì)夂桶l(fā)電機(jī)尾氣的余熱未加以利用，熱效率低，發(fā)電效率低，流化床氣化發(fā)電效率只有15%～25%，而氣化-燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(BIGCC)的發(fā)電效率也只能達(dá)到35%。
③需要開發(fā)高氣化效率和無焦油的燃?xì)庑蜌饣癄t，提高燃?xì)鉄嶂担阌诓捎肂IGCC熱電聯(lián)供。
④采用BIGCC技術(shù)需要開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行成本低的低熱值燃?xì)廨啓C(jī)和高效燃?xì)鈨艋到y(tǒng)。
⑤BIGCC技術(shù)需要規(guī)模化開發(fā)應(yīng)用，解決氣化氣成本問題。
生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化，未完全反應(yīng)的碳粒可通過返料器返回氣化爐進(jìn)一步反應(yīng)，以提高氣化效率，提高燃?xì)鉄嶂担細(xì)鉄嶂悼蛇_(dá)到5～8MJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。有床料的循環(huán)流化床原料適應(yīng)性強(qiáng)，可將較長的秸稈打碎(一般5cm以下的秸稈都可以充分反應(yīng))，床料可使加入的生物質(zhì)料迅速升溫，減少氣化反應(yīng)時(shí)間，生成更多可燃成分。熱燃?xì)庵苯永茫梢员苊饨褂屠淠龑艿涝O(shè)備的污染，這將是下一步生物質(zhì)規(guī)模化完全氣化技術(shù)的主要發(fā)展方向。
3生物質(zhì)部分氣化技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)
生物質(zhì)部分氣化是生物質(zhì)隔絕空氣，在生物酶或高溫高壓條件下，通過生化反應(yīng)或熱化學(xué)反應(yīng)將部分生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃?xì)猓糠洲D(zhuǎn)化為燃油-半焦或沼液-沼渣的過程，是生物質(zhì)能高效梯級利用的多聯(lián)產(chǎn)工藝。基于綜合效益和發(fā)展趨勢，本文以沼氣技術(shù)和快速熱解液化技術(shù)為例進(jìn)行分析。
3.1沼氣技術(shù)
人畜糞便、秸稈、污水等各種有機(jī)物在密閉的沼氣池內(nèi)，在厭氧(沒有氧氣)條件下發(fā)酵，經(jīng)微生物分解轉(zhuǎn)化產(chǎn)生沼氣。沼氣是一種混合氣體，由50%～80%的甲烷、20%～40%的二氧化碳、0～5%的氮?dú)狻⑿∮?%的氫氣、小于0.4%的氧氣和0.1%～3%的硫化氫等氣體組成，除直接燃燒用于炊事、烘干農(nóng)副產(chǎn)品、供暖、照明和氣焊等以外，還可用作內(nèi)燃機(jī)的燃料，沼氣發(fā)電還可作為分布廣泛且價(jià)廉的分布式能源。經(jīng)沼氣裝置發(fā)酵后排出的料液和沉渣，含有較豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，可用作肥料和飼料。另外，由于腐熟程度高使肥效更高，糞便等沼氣原料經(jīng)發(fā)酵后，絕大部分寄生蟲卵被殺死，可以改善農(nóng)村衛(wèi)生條件，減少疾病的傳染。因此，沼氣技術(shù)是適合三農(nóng)的一項(xiàng)生物質(zhì)綜合高效清潔利用的多聯(lián)產(chǎn)工藝。目前急需解決的問題包括：
①急需開發(fā)高效高濃度厭氧消化的沼氣發(fā)酵工藝和配套的高效集成式設(shè)備，既要保持厭氧污泥菌群有足夠長的停留時(shí)間(污泥齡)，又要保證進(jìn)入池內(nèi)的污水與厭氧污泥有充分的親密接觸，還要保證池體介質(zhì)溫度在20℃以上且不用耗能加溫，而且不能發(fā)生固體物堵塞問題，使單位設(shè)備容積產(chǎn)氣量(即產(chǎn)氣率)在中溫下提高到10m3沼氣/(m3˙d)以上，滯留時(shí)間縮短到幾天甚至幾小時(shí)。
②培育和篩選發(fā)酵性細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、耗氫產(chǎn)乙酸菌、食氫產(chǎn)甲烷菌、食乙酸產(chǎn)甲烷菌等各種微生物協(xié)同作用的高效沼氣發(fā)酵微生物菌群，提高生物質(zhì)的利用率和沼氣產(chǎn)量。
③提高機(jī)械化、自動(dòng)化程度，降低發(fā)酵操作能耗，簡化操作工序。
④簡化凈化工序，提高甲烷純度和清潔度。
⑤開發(fā)適合沼氣特點(diǎn)的甲烷壓縮、發(fā)電和熱電冷多聯(lián)供的小微型高效設(shè)備，擴(kuò)大沼氣的利用途徑，提高附加值。
⑥需要解決大中型沼氣工程的沼液和沼渣利用難題。
大中型沼氣工程效率高，產(chǎn)氣量大，規(guī)模集中便于管理、凈化和高效利用，符合農(nóng)村集約化和城鎮(zhèn)化發(fā)展的需求，是今后沼氣技術(shù)發(fā)展的方向。
3.2生物質(zhì)快速熱解技術(shù)
生物質(zhì)快速熱解是一種高溫處理過程，生物質(zhì)在隔絕空氣條件下快速加熱，通過熱化學(xué)方法將原料直接裂解為粗油，反應(yīng)速度快、處理量大。生物油為主要產(chǎn)品，干基產(chǎn)率在70%左右，副產(chǎn)物為半焦、灰渣和氣體，整個(gè)系統(tǒng)無廢氣排出，處理過程幾乎無污染。氣體熱值高達(dá)5000kcal/m3(1kcal=4.186kJ)，除直接燃燒用于炊事，還可用作發(fā)電和熱電冷多聯(lián)供等;半焦可用作固體燃料、土壤改良劑、肥料緩釋增效的載體以及高性能活性炭的原料等;灰渣富含鉀、硅、鎂、鐵等作物所需元素，可用于肥料。生物質(zhì)快速熱解液化的最大優(yōu)點(diǎn)，在于其產(chǎn)物生物油易于儲存、運(yùn)輸，為工農(nóng)業(yè)大宗消耗品，不存在產(chǎn)品規(guī)模和消費(fèi)的地域限制問題。生物油不但可以簡單替代傳統(tǒng)燃料，還可以從中提取許多附加值較高的化學(xué)品。通過分散熱解、集中發(fā)電的方式，熱解生物油可通過內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)鉁u輪機(jī)、蒸汽渦輪機(jī)完成發(fā)電，這些系統(tǒng)可產(chǎn)生熱和能，能夠達(dá)到更高的系統(tǒng)效率，一般為35%～45%，并大大降低了農(nóng)林廢棄物的運(yùn)輸和儲存成本以及場地費(fèi)用等。
利用固體熱載體循環(huán)快速熱解被認(rèn)為是解決上述問題最有可能工業(yè)化的工藝，但普通循環(huán)流化床熱解需要流化氣，流化磨損產(chǎn)生大量細(xì)粉而導(dǎo)致需要油中脫灰，能耗過高。與普通流化床相比，下行流化床具有順重力場并流下行運(yùn)動(dòng)，固固或氣固接觸時(shí)間短，反應(yīng)快，徑向分布均勻，返混小，并能靈活地調(diào)節(jié)固固或氣固比等顯著優(yōu)點(diǎn)，適合生物質(zhì)快速裂解。但也存在急需解決的問題：
①熱解裝置的固固或氣固快速混合、快速分離與急冷、油中脫灰、降低油中水含量、消除鉀影響、保證長周期運(yùn)行等難題;
②工業(yè)化和規(guī)模化問題;
③生物油精制改性，提高穩(wěn)定性和熱值，生產(chǎn)車用替代燃料，拓寬生物油利用途徑;
④開發(fā)木醋液、半焦和灰渣的綜合利用技術(shù)，提高附加值。
筆者通過熱解工藝和設(shè)備一體化開發(fā)了生物質(zhì)自混合下行式循環(huán)流化床快速熱解技術(shù)。與代表國際先進(jìn)水平的荷蘭Twente大學(xué)和UOP公司的生物質(zhì)熱解工業(yè)化技術(shù)相比，解決了國內(nèi)外生物質(zhì)熱解存在的反應(yīng)器機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件高溫磨損、流化氣稀釋耗能、系統(tǒng)熱效率和液收率低、油中帶灰、產(chǎn)品含水高、生物油加熱自聚以及工業(yè)放大和長周期運(yùn)行等難題。2009年已經(jīng)完成第二套最佳農(nóng)作物秸稈處理2×104t/a的工業(yè)示范，實(shí)現(xiàn)了裝置定型和標(biāo)準(zhǔn)化。2012年在山東廣饒建成目前世界上規(guī)模最大的首座20×104t/a生物質(zhì)自混合下行循環(huán)流化床快速熱解裝置，并投產(chǎn)成功。
4生物質(zhì)氣化技術(shù)的選擇
由于發(fā)達(dá)國家農(nóng)林業(yè)及企業(yè)規(guī)模較大，生物質(zhì)燃料相對比較集中，多采用大型氣化設(shè)備，設(shè)備自動(dòng)化程度高，因此生物質(zhì)氣化及發(fā)電技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已受到廣泛重視，生物質(zhì)能占能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的比重迅速增加。另外，還有研究機(jī)構(gòu)開展了生物質(zhì)氣化合成甲醇、氨的研究工作，但由于生物質(zhì)密度低、集散困難，難以規(guī)模化氣化，其產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性還無法與石油、煤化工相競爭。
目前我國農(nóng)林業(yè)及林產(chǎn)品加工企業(yè)以中小型和分散經(jīng)營為主，雖統(tǒng)計(jì)生物質(zhì)絕對量較大，但難以集中利用。我國農(nóng)村地區(qū)目前仍以生物質(zhì)能為主要能源，能源轉(zhuǎn)換技術(shù)落后，效率低下，且污染環(huán)境，農(nóng)民生活質(zhì)量難以提高，迫切需要改善燃料結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率。另外，農(nóng)林產(chǎn)品加工企業(yè)有大量集中的生物質(zhì)廢棄物，自身又需要大量的熱電冷，急需合理高效清潔的生物質(zhì)利用和轉(zhuǎn)化技術(shù)滿足自身的能源需求，使資源最大化利用，消除污染。不同地區(qū)、不同行業(yè)具有不同的能源需求和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，應(yīng)合理選擇生物質(zhì)氣化技術(shù)，最優(yōu)化利用不同類型的生物質(zhì)能，降低成本，實(shí)現(xiàn)效益最大化。
4.1農(nóng)村能源
近年來由于農(nóng)業(yè)效益低，農(nóng)村青年務(wù)農(nóng)人數(shù)下降，耕作農(nóng)民平均年齡接近50歲，農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)、集約化高效經(jīng)營在未來20年內(nèi)不可避免，農(nóng)業(yè)秸稈集中度將提高，急需生物質(zhì)全株化利用提高農(nóng)業(yè)效益。農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)也是大勢所趨，規(guī)模化、高效清潔化的農(nóng)村能源成為下一步發(fā)展方向。
農(nóng)作物秸稈來源方便、成本低，適于作為農(nóng)村能源。但隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)的有序展開，利用氣化解決農(nóng)村能源需求只需要少部分秸稈，大量剩余的秸稈需要就地轉(zhuǎn)化。以沼氣技術(shù)和快速熱解技術(shù)為代表的生物質(zhì)部分氣化技術(shù)能夠?qū)⑥r(nóng)村能源建設(shè)、生態(tài)建設(shè)、環(huán)境建設(shè)、農(nóng)民增收、農(nóng)民就地化就業(yè)、社區(qū)化分布式能源利用等鏈接起來，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)梯級綜合利用，因而將有很好的發(fā)展前景。
作為農(nóng)村三大類生物質(zhì)，養(yǎng)殖業(yè)糞便含水高，適于發(fā)酵產(chǎn)甲烷的組分多;而熱解前需要干燥，能耗過高。農(nóng)作物秸稈含水量相對較低，適于發(fā)酵產(chǎn)甲烷的組分少，甚至部分秸稈(如棉花秸稈)無法用作沼氣原料;但熱解制油產(chǎn)率高，能耗低，適于規(guī)模化。社區(qū)生活垃圾由于成分復(fù)雜、有害組分多，不宜梯級利用;而氣化產(chǎn)物組分單一，無二次污染。因此，從工藝特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)效益和規(guī)模化生產(chǎn)來看，沼氣技術(shù)更適合處理高含水的養(yǎng)殖業(yè)糞便，快速熱解技術(shù)更適合于農(nóng)作物秸稈的規(guī)模化轉(zhuǎn)化，燃?xì)庑蜌饣夹g(shù)更適合于社區(qū)生活垃圾處理。
養(yǎng)殖業(yè)設(shè)施大多建在農(nóng)田附近，以養(yǎng)殖業(yè)糞便沼氣發(fā)酵綜合利用技術(shù)為紐帶，可促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)適度規(guī)模化發(fā)展，解決了城鎮(zhèn)化后農(nóng)民增收和就地化就業(yè)難題。沼氣用作農(nóng)村清潔能源，用于農(nóng)戶生活用能和農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)加工，解決了城鎮(zhèn)化后農(nóng)村社區(qū)的分布式能源供應(yīng)，有利于推廣高效節(jié)能的熱電冷多聯(lián)供。產(chǎn)生的沼液、沼渣基本可以滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，沼液用作飼料、生物農(nóng)藥、培養(yǎng)料液和葉面肥及沖施肥等的生產(chǎn)，沼渣就地用作有機(jī)底肥，解決了大中型沼氣工程存在的沼液和沼渣利用難題，改良了土壤，增加了耕地肥力和保肥保水性，并使集約化經(jīng)營后的糧食品質(zhì)和產(chǎn)量都能得到保證。以沼氣為紐帶，對沼氣、沼液、沼渣多層次利用的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，使農(nóng)村能源建設(shè)、農(nóng)業(yè)生態(tài)建設(shè)、農(nóng)村環(huán)境建設(shè)、農(nóng)民增收和就業(yè)鏈接起來，是解決集約化養(yǎng)殖場污染治理難題、改善農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生的有效措施，是發(fā)展綠色種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的有效途徑，將成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)新的增長點(diǎn)。
城鎮(zhèn)化后大量農(nóng)作物秸稈富余，并且易于收集和分散儲存，解決了生物質(zhì)快速熱解技術(shù)規(guī)模化的原料集散難題。農(nóng)作物秸稈快速熱解制油規(guī)模大、效益高、相關(guān)就業(yè)人數(shù)多，加以培訓(xùn)就能解決中青年農(nóng)民的就地化就業(yè)，可實(shí)現(xiàn)集約化種植和農(nóng)村能源生產(chǎn)互補(bǔ)發(fā)展。熱解氣體熱值高、有害成分少，除了用于社區(qū)能源供應(yīng)以外，還可用于農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)加工、發(fā)電和熱電冷多聯(lián)供等。熱解半焦的熱值相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤，不含硫，可作為優(yōu)質(zhì)固體燃料或成型燒烤燃料銷售，還可作為土壤改良劑、肥料緩釋增效的載體用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以提高土壤透氣性。另外，半焦粉碎成型生產(chǎn)高性能活性炭也是解決規(guī)模化應(yīng)用、提高附加值的有效途徑。灰渣富含鉀、硅、鎂、鐵等作物所需元素，改性生產(chǎn)肥料能夠大幅度提高作物的抗逆性、品質(zhì)和產(chǎn)量。
主要產(chǎn)品生物油為工農(nóng)業(yè)大宗消耗品，不存在產(chǎn)品規(guī)模和消費(fèi)的地域限制問題，經(jīng)過梯級分離和精制改性，生物油不但可以簡單替代車用燃料和鍋爐發(fā)電燃料，緩解風(fēng)電和太陽能發(fā)電等可再生能源不穩(wěn)定、難入網(wǎng)的難題，而且還可從中提取許多附加值較高的化學(xué)品。通過分散熱解、集中發(fā)電的方式，熱解生物油的重油通過BIGCC能夠達(dá)到更高的系統(tǒng)效率，一般為35%～45%，同時(shí)大大降低了農(nóng)林廢棄物的運(yùn)輸和儲存成本以及場地費(fèi)用等。
發(fā)展和推廣生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)可彌補(bǔ)我國石油缺口，有利于最大化利用生物質(zhì)能，緩解風(fēng)電和太陽能發(fā)電因間歇性對電網(wǎng)造成的沖擊，減少環(huán)境污染，改善農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和缺能現(xiàn)狀，解決農(nóng)民增收和就業(yè)問題，符合國家能源戰(zhàn)略發(fā)展方向和生物質(zhì)資源高值高效化綜合利用的最終要求。同時(shí)，也為我國節(jié)能減排和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，解決能源安全和三農(nóng)問題提供了技術(shù)和資源支撐。
4.2工廠能源
農(nóng)林產(chǎn)品加工企業(yè)有大量集中的生物質(zhì)廢棄物，同時(shí)也需要大量的熱電冷能源，一般遠(yuǎn)離農(nóng)田，最佳利用途徑是采用規(guī)模化和高效化的大中型生物質(zhì)氣化，提供優(yōu)質(zhì)清潔的燃?xì)夂蜔犭娎涠嗦?lián)供。副產(chǎn)少量的灰渣富含鉀、硅、鎂、鐵等作物所需元素，可改性生產(chǎn)肥料，實(shí)現(xiàn)資源的梯級綜合利用。
生物質(zhì)氣化氣可用于木材干燥，氣化氣燃燒過剩空氣系數(shù)低、熱效率高，產(chǎn)生的干熱氣體直接進(jìn)入干燥窯烘干木材，無需換熱設(shè)備，比老式直燃窯爐節(jié)能50%以上。與換熱器匹配可用于藥品、果品、茶葉、谷物的烘干。
5結(jié)語
生物質(zhì)氣化實(shí)現(xiàn)了低品位生物質(zhì)能的深層次利用，而不同的氣化方式具有不同的適用地區(qū)和行業(yè)，因地制宜合理選擇，才能實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能的高效清潔利用和轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)最大化利用資源，獲取較大的附加值。從工藝特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)效益和規(guī)模化生產(chǎn)來看，沼氣技術(shù)更適合處理高含水的養(yǎng)殖業(yè)糞便，快速熱解技術(shù)更適合于農(nóng)作物秸稈的規(guī)模化轉(zhuǎn)化，燃?xì)庑蜌饣夹g(shù)更適合于社區(qū)生活垃圾和農(nóng)林產(chǎn)品加工的生物質(zhì)廢棄物的處理。
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