农林剩余物替代化石燃料“照进现实”
近日，记者从中国林业科学研究院了解到，以木屑、枝桠、秸杆等农林剩余物替代化石燃料的科技梦想在中国正在成为现实。
中国林业科学研究院林产化学工业研究所（以下简称林化所）所长、研究员蒋剑春率领团队，经过十多年的产学研合作取得了具有自主知识产权的成果“农林剩余物多途径热解气化联产炭材料关键技术”——这正是农林剩余物替代化石燃料的重要途径之一。
目前，这一创新集成的技术已将农林剩余物替代化石燃料“照进现实”，实现了生物质气化发电、供热、供气的产业化应用，并荣获了2013年度国家科技进步奖二等奖。
前瞻研究
20世纪90年代初，生物质能研究在中国尚处于起步阶段。忆及那时候的研究情况，蒋剑春颇有感触：“1993年我加入了全国生物质能源专业委员会。当时研究生物质能的人非常少，我们召开会议时来参加的只有十几个人。”即便在10年后，参与林化所召开全国生物质能源会议的业内人士也只有50余人。
“现如今，每年全国范围内的与生物质能相关的会议可谓铺天盖地。”蒋剑春说。
当前生物质能全行业的红火，源于“十五”以来我国政府不遗余力地推动。那么，在国家政策大力向该行业倾斜前，蒋剑春与林化所为何会“独具慧眼”地将生物质热解气作为研究重点？
谈及为何选择这个极具前瞻性的研究方向，蒋剑春坦言乃是基于“国家需求”。“当初我国石油、煤炭等化石能源价格较低，当时大家都觉得没有必要研究生物质能，这个行业也没有发展与利用的前景。但生物质能确实是当时国家有需求的科研项目，而且林化所也有传统研究优势，我坚定地认为这个方向非常具有科研价值。”
在外界并不看好的情况下，怀揣着为国家解决需求的决心，蒋剑春带领团队就此开启了农林剩余物热解气化的研究之路。
针对农林剩余物热解气化过程中存在的原料适应性窄、系统操作弹性小、运行稳定性和可控性差、燃气品质低、技术单一、气化固体产物未高值化利用等问题，蒋剑春率领的研究团队开展了热解气化反应过程的基础理论、控制机制、反应器新型结构等研究。
他们突破了内循环锥形流化床气化、大容量固定床气化、富氧催化气化、联产高附加值炭材料等技术瓶颈，创新集成了生物质多途径热解气化及联产炭材料成套技术，并规模化应用于工业锅炉的供气、供热以及发电等行业。
蒋剑春介绍，通过该技术的应用，实现了农林剩余物高值化综合利用替代化石燃料、减少温室气体及其他有害气体排放的目标。
在扎根农林剩余物热解气化研究十多年后，他感慨地说：“如今不仅国家从能源安全的角度出发，开始大力发展生物质能，而且随着环境污染的加剧，该行业的重要性也日益突出。从环境需求、能源安全与提高农民经济收入等角度看，生物质能研究的发展空间非常广阔。”
创新集成的新技术
据记者了解，“生物质多途径热解气化”技术就是利用内循环锥形流化床、上吸式气化炉、下吸式气化炉三种不同设备和工艺路线，采用最低成本的空气气化法，将农林剩余物完全气化或部分气化制备燃气，而部分气化时可同时生产出高附加值炭材料应用于工业。
尤其值得一提的是，通过长期的探索研究，蒋剑春与团队创制的生物质内循环锥形流化床气化等10项技术及装备，分别获得了多项国家发明及实用新型专利。
而且，蒋剑春团队成功开发了与“满足大颗粒物料流化、但小颗粒物料不被带出”这一要求相适应的最佳锥角的内循环锥形流化床反应器和锥体气体分布器。该成果提高了系统操作弹性，运行负荷可在25%～100%范围内控制调节，实现了自动连续排渣、系统连续稳定运行。
同时，这款在国内率先研制出的锥形流化床气化炉，强化了气化炉内传质和传热过程，加速了生物质在炉内热解和气化的反应速度。
由于气化炉顶部设有余热回收装置，有效提高了气化效率。由于采用环状间隙的结构形式分布气体，气体流畅无涡流，强化了生物质颗粒的整体循环性，提高了流化床反应器的气体分布均匀度，增强了气体与固体的接触效果，减少了气泡的形成，改善了流化质量。
而且，与传统分布板结构相比，新技术操作简单方便，有效防止了炉内局部过热与结渣，避免了原料夹带杂质造成分布器的结渣和堵塞，能更好地气化热焓低、灰分高、易结渣的软秸秆等原料，并副产农业秸秆炭，可用作农业有机肥，从而达到疏松土壤、保持水土、提高地热和产量的目的。
应用前景广阔
“农林剩余物多途径热解气化联产炭材料关键技术”的成功开发和推广应用，为我国各种农林生物质原料的高效能源转化利用提供了很好的途径。
蒋剑春告诉记者，自己与团队十分注重科研与成果转化间的衔接，在项目研究的同时就进行了市场开发和产业化建设。
目前，运用该技术成果已成功建成了世界上最大规模的、利用生物质燃气供热的、年产5000吨的化学法活性炭示范生产线。
自2000年起，林化所已经建成了不同规模、分布式利用的农林剩余物多途径热解气化工业化装置计190台套，并在北京、安徽、山东、辽宁等地推广应用，已出口英国、意大利、日本、马来西亚等10多个国家。
近3年来，该技术推广应用已经累计综合经济效益约27亿元；利用农林生物质约180万吨、替代燃煤100余万吨，减排二氧化碳约250万吨、二氧化硫分别达3万吨，增加就业岗位6000个以上；获得授权发明专利11项、实用新型专利22项，制定相关国家标准2项。
不过，蒋剑春对记者指出，目前技术的应用还主要局限在林业领域，农业领域涉及较少。“我国农业生产加工的剩余物（废弃物）更丰富，每年多达数亿吨。这是我们希望下一步重点推广的目标。”
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