秸秆能源利用技术
摘要：文章介绍了秸秆能源利用技术。包括秸秆生物气化,秸秆热解气化,生物质固化成型燃料技术。
关键词：秸秆生物气化,秸秆热解气化,生物质固化成型燃料
一 秸秆生物气化
秸秆生物气化技术又称秸秆沼气技术，是指以秸秆为主要原料，经微生物厌氧发酵作用生产可燃气体——沼气的秸秆处理利用技术。采用该项技术处理秸秆，能生产农村急需的高品质清洁能源，还能生产有机肥料。该技术按处理工艺可分为干法和湿法发酵两类，按规模可分为户用和工程化两类。其工艺流程如下：
1.户用秸秆沼气
（1）粉碎
用粉碎机粉碎秸秆（稻草、麦草等），粒度10毫米。
（2）湿润
将粉碎秸秆加水（最好是粪水）润湿，每100千克秸秆加水量为100～120千克。润湿时间为1天左右。
（3) 混合
将润湿好的秸秆加水（最好是粪水），与补充水分后的复合菌剂和碳酸氢铵（简称碳铵）混合。8立方米沼气池菌剂用量1千克，碳铵用量5千克，加水量为100千克，秸秆补加到185～200千克（用手捏紧，有少量的水滴下，保证含水率为65%～70%）。肉眼观察以地面不能有水流出为止。
（4）生物预处理
池外预处理：将拌匀的秸秆收堆，宽度为1.2～1.5米，高度为1～1.5米（按季节不同而异）。生物预处理时间夏季3～4天，冬季4～6天。一般情况下，当堆内温度达到50℃并维持3天、堆内秸秆长有白色菌丝时即入池。池内预处理：将拌匀的秸秆入无水的沼气池进行生物预处理，注意将原料适当踏实，池口要覆盖好。
（5）接种
将生物预处理好的秸秆入池，加入接种物，同时加碳酸氢铵（无粪便的情况下）。加入接种物的量为料容的20%～30%，碳酸氢铵量为8～10千克（有粪便时可不加或少加），加水量为沼气池的常规容量（总固体浓度为6%～8%）。若采用干发酵工艺，秸秆经生物预处理后不需加水，加接种物即可。
（6）启动
密封沼气池池口，然后连续放气1～3天。从放气的第二天开始试火，直至能点燃并且火苗稳定即可正常使用。
2.大中型秸秆沼气技术（覆膜开放槽干法厌氧发酵）工艺流程
好氧预处理升温 将物料堆入发酵槽，进行好氧预发酵，待物料升温后，将厌氧旧料或由专用菌种制备系统生产的菌种混入。
厌氧发酵生产沼气 在发酵槽上覆盖柔性密封膜，使物料在密闭条件下厌氧发酵，生产沼气。
好氧发酵生产有机肥料。厌氧期结束时，将膜内沼气抽空，并收起柔性密封膜，剩余物料再进行好氧脱水处理，生产有机肥料。
利用太阳能和生物能使物料升温，利用深堆层物料的自保温性能和加强生物反应器保温来维持中温厌氧发酵温度，同时设计燃烧沼气的加热系统用于沼气工程冬季稳定运行。用翻搅机将厌氧菌种与物料混合均匀，好氧发酵阶段通过翻搅为物料充氧。
二 秸秆热解气化
秸秆热解气化技术是将秸秆转化为气体燃料的热化学过程。秸秆在气化反应器中氧气不足的条件下发生部分燃烧，以提供气化吸热反应所需的热量，使秸秆在700～850℃左右的气化温度下发生热解气化反应，转化为含氢气、一氧化碳和低分子烃类的可燃气体。秸秆热解气化得到的可燃气体既可以直接作为锅炉燃料供热，又可以经过除尘、除焦、冷却等净化处理后，为燃气用户集中供气，或者驱动燃气轮发电机或燃气内燃发电机发电。
1.秸秆气化供热。
秸秆气化供热是指秸秆经过气化炉气化后，生成的燃气送入下一级燃烧器中燃烧，为终端用户提供热能。秸秆气化供热系统包括气化炉、滤清器、燃烧器、混合换热器及终端装置，该系统的特点是经过气化炉产生的可燃气可在下一级燃气锅炉等燃烧器中直接燃烧，通常不需要高质量的气体净化和冷却系统，系统相对简单，热利用率高。以上吸式气化炉为主。
2.秸秆气化供气。
秸秆气化供气是指气化炉产生的生物质燃气通过相应的配套设备为居民提供炊事用气。秸秆气化供气又分为集中供气和单独供气两种类型。
（1）秸秆气化集中供气
生物质气化集中供气整个系统由燃气发生系统、燃气输配系统和用户燃气系统组成。
在秸秆气化集中供气系统中，气化炉的选用是根据不同的用气规模来确定的，如果供气户数较少，选用固定床气化炉；如果供气户数多（一般多于1000户），则使用流化床气化炉更好。秸秆燃气的炉具与普通的城市煤气炉具有所区别，国内此类炉具的生产厂家也较多，效果也较好，可以满足用户要求。
（2）户用秸秆气化供气
该种方式为一家一户的农村居民使用，户用小型秸秆气化炉，产生的燃气直接接入炉灶使用，系统具有体积小、投资少的优点。但也有明显的缺点：由于气化炉与灶直接相连，生物质燃气未得到任何净化处理，因而灶具上连接管及气化炉都有焦油渗出，卫生很差，且易堵塞连接管及灶具；因气化炉较小，气化条件不易控制，产出气体中可燃气成分质量不稳，并且不连续，影响燃用，甚至有安全问题；从点火至产气需要有一定的启动时间，增加了劳动时间，而且该段时间内烟气排放也是个问题。
该系统产气量为8～10立方米/时，热量41.9～50.2兆焦/时，燃气热值大于46兆焦/立方米，系统总效率可达30%～40%。
3.秸秆气化发电
（1）小规模秸秆气化发电系统
小规模气化发电系统功率在2～160千瓦之间，气化炉几乎都是下吸式固定床气化炉，因为这种炉具产出燃气焦油含量较低，净化系统相对简单，对环境造成的危害较小。采用内燃发电机组，设备紧凑，运行方便，适合照明或小型电机拖动。
（2）中型秸秆气化发电系统
目前系统功率一般在500～2000千瓦，由于气化容量较大，气化炉采用流化床或循环流化床形式，冷却过滤系统比小型系统完善，采用催化裂解的方法使90%以上的焦油裂解成永久性气体，发电设备为内燃机发电机组，用于并网发电或小工业用电，也适合秸秆较多的区域进行发电自供。
（3）大型秸秆气化发电系统
气化炉为循环流化床或加压流化床，净化方式采用陶瓷滤芯的过滤器、焦油裂解炉及焦油水洗塔。原料处理量大，自动化程度高，系统效率高，适合工业化生产。
4.秸秆气化合成化学品。
指通过使用催化剂将一氧化碳和氢气合成为甲醇、二甲醚的技术。以氧气或水蒸气为气化剂，气化炉中产生的中热值可燃气，除去其中的木焦油等有机物，压缩除去二氧化碳、氮气、甲烷及其他碳氢化合物，再在一定压力下，使一氧化碳与水反应生成氢气，调整一氧化碳和氢气比例为1∶2混合气，导入合成反应器，经特定催化剂催化合成甲醇或二甲醚。
三 生物质固化成型燃料
生物质固化成型燃料技术是在一定温度和压力作用下，将各类分散的、没有一定形状的农林生物质经过收集、干燥、粉碎等预处理后，利用特殊的生物质固化成型设备挤压成规则的、密度较大的棒状、块状或颗粒状等成型燃料，从而提高其运输和贮存能力，改善秸秆燃烧性能，提高利用效率，扩大应用范围。
生物质固化成型燃料技术发展至今，已开发了许多种成型工艺和成型机械。但是作为生产燃料，主要是干燥物料的常温成型与热成型。
1.热成型工艺
是目前普遍采用的生物质固化成型工艺。其工艺流程为：原料粉碎→干燥混合→挤压成型→冷却包装。
热成型技术发展到今天，已有各种各样的成型工艺问世，总的看来可以根据原料被加热的部位不同，将其划分为两类：一类是原料只在成型部位被加热，称为非预热热压成型工艺。另一类是原料在进入压缩机构之前和在成型部位被分别加热，称为预热热压成型工艺。两种工艺的不同之处在于预热热压成型工艺在原料进入成型机之前对其进行了预热处理。但是从实际应用情况看，非预热热压成型工艺占主导地位。
2.常温成型工艺生物质常温成型工艺
即在常温下将生物质颗粒高压挤压成型的过程。常温成型工艺一般需要很大的成型压力，为了降低成型压力，可在成型过程中加入一定的黏结剂。如果黏结剂选择不合理，会对成型燃料的特性有所影响。从环保角度，不加任何添加剂的常温成型是现代的主流。
3.其他成型工艺
除了上述主要成型工艺外，还有炭化成型工艺。该工艺可以分为两类，一类是先成型后炭化，一类是先炭化后成型。
（1）先成型后炭化工艺。工艺流程为：
原料→粉碎干燥→成型→炭化→冷却包装。
先用压缩成型机将松散碎细的植物废料压缩成具有一定密度和形状的燃料棒，然后用炭化炉将燃料棒炭化成木炭。这种工艺具有实用价值。
（2）先炭化后成型工艺。工艺流程为：
原料→粉碎除杂→炭化→混合黏结剂→挤压成型→干燥→包装。
先将生物质原料炭化成颗粒状炭粉，然后再添加一定量的黏结剂，用压缩成型机挤压成一定规格和形状的成品炭。这种成型方式使挤压成型特性得到改善，成型部件的机械磨损和挤压过程中的能量消耗降低。但是，炭化后的原料在挤压成型后维持既定形状的能力较差，贮运和使用时容易开裂和破碎，所以压缩成型时一般要加入一定量的黏结剂。如果在成型过程中不使用黏结剂，要保证成型块的贮存和使用性能，则需要较高的成型压力，这将明显提高成型机的造价。这种成型方式在实际生产中很少见。
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