摘要 生物质动力是一种抱负的可再生动力，因为其在焚烧进程中对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有用地削减温室效应，因而越来越遭到世界各国的注重。对生物质能的概念及其转化办法进行了简略介绍，侧重介绍了生物质气化技能在国内外的展开现状，提出了我国在生物质气化范畴的要点研讨方向。
生物质动力是一种抱负的可再生动力。具有以下特色：(1)可再生性；(2)低污染性(生物质硫含量、氮含量低，焚烧进程中发生的SO2、NO2较低，生物质作为燃料时，二氧化碳净排放量近似于零，可有用地削减温室效应)；(3)广泛的散布性。缺少煤炭的地域可充沛运用生物质能。所以，运用生物质作为代替动力，对改进大气酸雨环境。削减大气中二氧化碳含量然后削减“温室效应”都有极大的优点。生物质能的低硫和CO2的零排放使生物质成为动力出产的研讨热门。
20世纪70时代，Gahly等初次提出了将气化技能用于生物质这种含能密度低的燃料。生物质气化是生物质转化进程最新的技能之一。生物质质料一般含有70℃～90℃蒸发分，这就意味着生物质受热后，在相对较低的温度下就有适当量的固态燃料转化为蒸发分物质分出。因为生物质这种共同的性质，气化技能十分适用于生物质质料的转化。不同于完全氧化的焚烧反响，气化经过两个接连反响进程将生物质中的碳的内涵能量转化为可焚烧气体，生成的高品位的燃料气既能够供出产、日子直接燃用，也能够经过内燃机或燃气轮机发电，进行热电联产联供，然后完结生物质的高效清洁运用。生物质气化的一个重要特征是反响温度低至600～650℃，因而能够消除在生物质燃料焚烧进程中发生灰的结渣、聚会等运转难题。
生物质气化选用的技能道路品种繁复，可从不同的视点对其进行分类。依据燃气出产机理可分为热解气化和反响性气化，其间后者又可依据反响气氛的不同细分为空气气化、水蒸气气化、氧气气化、氢气及其这些气体的混合物的气化。依据选用的气化反响器的不同又可分为固定床气化、流化床气化和气流床气化。别的，还能够依据气化规划的巨细、气化反响压力的不同对气化技能进行分类。在气化进程中运用不同的气化剂、采纳不同的运转办法以及进程运转条件，能够得到三种不同质量的气化产品气。三品种型的气化产品气有着不同的热值(CV)：低热值(LowCV)4～6MJ／Nm3(运用空气和蒸汽／空气)；中热值(MediumCV)l2～18MJ／Nm3(运用氧气和蒸汽)；高热值(HighCV)40MJ／Nm3(运用氢气或许是氢化)。
生物质气化依照运用的气化器类型不同分为固定床气化和流化床气化两种。气流床气化关于入炉颗粒粒度要求细(一般要求小于0．4mm)，关于生物质而言，要满意气流床的气化的粒度要求还有许多技能及经济难题需求处理。
固定床是一种传统的气化反响器，其运转温度一般在1000C左右。固定床气化炉分为逆流式(Counter～current)、并流式(Concurrent)。如图1、2所示。逆流式气化炉是指气化质料与气化介质在床中的活动方向相反。而并流式气化炉是指气化质料与气化介质在床中的活动方向相同这两种气化炉依照气化介质的活动方向不同又分别称为上气式、下气式气化炉。下面对上气式固定床生物质气化炉的运转工艺作简略介绍。
在上气式固定床气化炉中，生物质质料从气化炉的上部的加料设备送入炉内，整个料层由炉膛下部的炉栅支撑。气化剂从炉底下部的送风口进入炉内，由炉栅缝隙均匀散布并进入料层底部区域的灰渣层，气化剂和灰渣进行热交换，气化剂被预热，灰渣被冷却。气化剂随后上升至焚烧层，在焚烧层气化剂和质猜中的碳发生氧化反响，放出许多的热量。可使炉内温度到达1000℃，这一部分热量可维持气化炉内的气化反响所需热量。气流接着上升到复原层，在焚烧层生成的CO2复原成CO；气化剂中的水蒸气分化，生成H2和CO2这些气体与气化剂中未反响部分一同持续上升，加热上部的质料层，使质料层发生热解，脱除蒸发分，生成的焦炭落人复原层。生成的气体持续上升，将刚入炉的质料预热、枯燥后，进入气化炉上部，经气化炉气体出口引出。
流化床焚烧是一种先进的焚烧技能，运用于生物质焚烧上已获得了成功，可是用于生物质气化仍是一个新课题。与固定床比较。流化床没有炉栅，一个简略的流化床由焚烧室、布风板组成，气化剂经过布风板进人流化床反响器中。按气固活动特性不同，将流化床分为鼓泡流化床和循环流化床，如图3所示。鼓泡流化床气化炉中气流速度相对较低，几乎没有固体颗粒从流化床中逸出。而循环流化床气化炉中流化速度相对较高，从流化床中携带出的颗粒在经过旋风别离器搜集后从头送人炉内进行气化反响。流化床气化炉有杰出的混合特性和较高的气固反响速率。
在生物质气化进程中，流化床首要经过外加热到运转温度，床料吸收并储存热量。鼓人气化炉的适量空气经布风板均匀散布后将床料流化，床料的湍流活动和混合使整个床坚持一个安稳的温度当适宜粒度的生物质燃料经供料设备参加到流化床中时，与高温床料敏捷混合，在布风板以上的必定空间内剧烈翻滚，在常压条件下敏捷完结枯燥、热解、焚烧及气化反响进程，使之在等温条件下完结能量转化，然后出产出需求的燃气。床料自身的较高的热容量像一个热量词速器，可使生物质气化炉在停炉一整夜后无需外在热量状况下从头开车。因为床料热容大，即便水分含量较高的燃料也可直接气化。经过操控运转参数可使流化床床温坚持在结渣温度以下，床层只需坚持均匀流化就可使床层坚持等温，这样可防止部分焚烧高温。流化床气化炉气化强度高，人炉的燃料量及风量可严格操控，十分合适于大型的工业供气体系，且燃气的热值可在必定的规划内恣意调整。因而，流化床反响器是生物质气化转化的一种较佳挑选，特别是关于灰熔点较低的生物质。
固定床气化炉与流化床气化炉有着各自的优缺陷和必定的适用规划。例如，逆流式固定床气化反响器结构简略、操作便当，运转办法灵敏，可是只能适用于中小规划出产；而流化床气化反响器尽管合适于工业化、大型化．但设备杂乱、出资大，并且需求一个相对安稳的对产品气的市场需求。下面首要从工业技能及运转状况、运用的质料、能量运用和转化、环境效益和经济性五个方面对流化床和固定床气化炉进行比较。
从现在状况来看，固定床和流化床气化炉的规划运转时刻一般都小于5000h。前者结构简略，坚固耐用；后者比较而言．结构较杂乱，设备后不易移动，但占地较小，容量一般较固定床的容量大。发动时，固定床加热比较缓慢，需较长时刻到达反响温度；流化床加热敏捷。可频频起停。
运转进程中，固定床床内温度不均匀，固体在床内逗留时刻过长，而气体逗留时刻较短，压力降较低；流化床床温均匀，气固触摸混合杰出，气固逗留时刻都较短，床内压力降较高。固定床的运转负荷能够在规划负荷的20％～110％之间改变，而流化床因为受气流速度有必要满意流化条件所限，只能在规划负荷的5O％～120％之间改变。
流化床对质料的要求较固定床低。固定床有必要运用特定品种、形状和尺度尽或许共同的质料；流化床运用的质料不约束品种，进料形状不限，颗粒尺度可不共同。前者颗粒尺度较大(100mm)，后者颗粒尺度较小(50ram)。
固定床气化的首要产品是低热值煤气，含有少数焦油、油脂、苯、氮等物质，需经过别离、净化处理。流化床发生的气体中焦油和氮的含量较低，气体成分热值安稳，出炉燃气中固体颗粒较固定床多，燃气出炉温度和床温根本共同。
固定床中因为床内温度不均匀，导致热交换作用较流化床差，但因为固体在床中逗留时刻长，故碳转化功率高，一般达90％～99％。流化床因为出炉燃气中固体颗粒较多，构成不完全焚烧丢失，碳转化功率一般只要90％。两者都具有较高热功率。
固定床燃气飞灰含量低，而流化床燃气飞灰含量高。其原因是固定床中温度可高于灰熔点，然后使灰熔化成液态，从炉底排出；而流化床中温度低于灰熔点(不然熔成结渣，无法正常运转)，飞灰被出气带出一部分。所以流化床对环境影响比固定床大，在实践规划中有必要对燃气进行除尘净化处理。
在规划制作方面。因为流化床的结构较固定床杂乱．故出资多于后者。但在运转方面，固定床对质料要求较高，流化床对质料要求不高，故固定床运转出资高于流化床。固定床气化炉内温度散布较宽，这或许发生床内部分高温而使灰熔聚，并存在比容量低、发动时刻长以及大型化较困难等问题；流化床具有气化强度大、归纳经济性好的特色。归纳考虑规划和运转进程，流化床比固定床具有更大的经济性，应该成为我国往后生物质气化研讨的首要方向。
生物质气化及发电技能在发达国家已遭到广泛注重，如奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典和美国等国家生物质能在总动力消耗中所占的份额添加适当敏捷。奥地利成功地推行了树立焚烧木材剩余物的区域供电站的方案，生物质能在总能耗中的份额由本来大约2％～3％增到现在的25％。到现在为止，该国已具有装机容量为1～2MWe的区域供热站80～90座。瑞典和丹麦正在施行运用生物质进行热电联产的方案，使生物质能在转化为高品位电能的一起满意供热的需求，以大大进步其转化功率。一些展开中国家，跟着经济展开也逐步注重生物质的开发运用，添加生物质能的出产，扩展其运用规划，进步其运用功率。菲律宾、马来西亚以及非洲的一些国家，都先后展开了生物质能的气化、成型固化、热解等技能的研讨开发，并构成了工业化出产。
生物质气化的发电技能首要有以下三种办法：带有气体透平的生物质加压气化、带有透平或许是引擎的常压生物质气化、带有Rankine循环的传统生物质焚烧体系。传统的BIGCC技能包含生物质气化、气体净化、燃气轮机发电及蒸汽轮机发电。因为生物质燃气热值低(约5021kJ／m3)，炉子出口气体温度较高(800℃以上)，要使BIGCC具有较高的功率，有必要具有两个条件．一是燃气进入燃气轮机之前不能降温，二是燃气有必要是高压的。这就要求体系有必要选用生物质高压气化和燃气高温净化两种技能才干使BIGCC的整体功率较高(40％)现在欧美一些国家正展开这方面研讨，如美国Battelle(63MWe)和夏威夷(6MWe)项目．欧洲英国(8MWe)、瑞典(加压生物质气化发电4MWe)、芬兰(6Mwe)以及欧盟制作3个7～12Mwe生物质气化发电BIGCC演示项目，其间一个是加压气化，两个是常压气化。但因为焦油处理技能与燃气轮机改造技能难度大．存在的许多问题(如体系未老练，造价很高)约束了其运用推行。以意大利12Mwe的BIGcC演示项目为例，发电功率约为31．7％但制作本钱高达25000元／kW，发电本钱约1．2元／(kWh)．实用性很差。近运用了生物质质料固有的高反响特性。生物质的气化强度超越l46000kg／(hm)．而其他气化体系的气化强度一般小于1000kg／(h1TI)。Battelle气化工艺的商业规划演示建在弗蒙特州的柏林顿McNeil电站，该项意图一期工程．用Battelle技能制作日产200t燃料气的气化炉，在初始阶段出产的燃料气用于现有的McNeil电站锅炉。二期工程设备一台燃气轮机来承受从气化炉来的高温燃气，组成联合循环。该气化设备于1998年完结设备并投入运转。
大型生物质气化循环发电体系包含质料预处理、循环流化床气化、催化裂解净化、燃气轮机发电、蒸汽轮机发电等设备，合适于大规划处理农林废物。
除了将生物质气化用于发电之外，欧共体然后展开了生物质气化组成甲醇、氨的研讨作业。1998年，欧共体树立了四个规划在4．8～12．1t／d之间不等的生年欧美展开了其它技能道路MWe)和奥地利(TINA，6MWe)展开的生物质气化与外燃式燃气轮机发电技能，美国的史特林循环发电等，但技能仍未老练，本钱较高。
美国在运用生物质能发电方面处于世界领先地位美国树立的Battelle生物质气化发电演示工程代表生物质能运用的世界先进水平，出产一种中热值气体，不需求制氧设备，此工艺运用两个实践上分隔的反响器：(1)气化反响器，在其间生物质转化成中热值气体和残炭；(2)焚烧反响器，焚烧残炭并为气化反响供热。两个反响器之间的热交换载体由气化炉和焚烧室之间的循环沙粒完结。图4的工艺流程图标明晰两个反响器以及它们在整个气化工艺中的合作状况。
这种Battelle工艺与传统的气化工艺不同，它充沛物质气化组成甲醇的演示工厂。其生物质气化设备均为流化床气化炉，运用氧气或许水蒸气作气化剂，产出中热值燃气。在滤出焦油和杂质，脱除c02、N2、cH．以及其他碳氢化合物之后，在必定压力下，使CO和H20反响生成H2，再将c0和H2以1：2的份额混合导人组成塔，参加催化剂，组成甲醇德国已广泛运用含1％～3％甲醇的混合汽油，内燃机结构无须进行较大改动，其输出功率近似于燃用纯汽油的内燃机的输出功率。现在，生物质气化组成甲醇的技能现已老练，仅仅其产品的经济性还不能与石油、煤化工相竞赛芬兰的一家化肥厂在世界上初次选用生物质气化燃气组成氨取得成功。干生物质(木屑)气化产出的气体经净化后可得到CO和H2的混合气，再将此混合气与N2反响组成氨。
我国对生物质气化技能的深化研讨始于上世纪8O时代。经过2O年的尽力，我国生物质气化技能日趋完善。现在现已成功开宣布将生物质转化成可燃气体的技能，大多选用固定床气化，如河北的ND系列、山东的XFL系列、广州的GSQ－110型和云南QL50、60型；建成的多个生物质气化的供热、传热体系，运用在不同场合取得了必定的社会、环保和经济效益。
与发达国家生物质气化技能比较，国内生物质气化设备根本上是以空气为气化剂的常压固定床气化技能，其技能上的问题首要是：燃气质量不安稳且燃气热值低；CO含量过多，不契合城市居民运用燃气标准；燃气净化及焦油的处理有待于改进，国内已建成的生物质气化体系，对燃气的净化及焦油的处理大多选用水洗物理办法，净化功率不高，气体中焦油含量较高，既构成动力糟蹋，又加速设备损耗；整套设备尚缺少长时刻的运转实验，可靠性及运用寿命尚待确认；会集供气体系质量标准与施工标准没有构成，难以完结气化技能的工程化。上述要素约束了生物质气化技能在我国的商业化推行。
早在上世纪6O时代，我国就开端了生物质气化发电的研讨，研发出了样机并进行了开端推行，还曾出口到展开中国家，后因经济条件约束和收益不高级原因中止了这方面的研讨作业。近年来，跟着乡镇企业的展开和人民日子水平的进步，一些缺电、少电当地迫切需求电能；其次是环境问题，丢掉或焚烧农业废弃物将构成环境污染，生物质气化发电能够有用地运用农业废弃物。所以，以农业废弃物为质料的生物质气化发电又逐步得到人们的注重。
“九五”期间进行1MWe的生物质气化发电体系研讨，旨在开发合适中国国情的中型生物质气化发电技能。1MWe的生物质气化发电体系已于1998年10月建成，选用一炉多机的办法，即5台200kWe发电机组并联作业，2000年7月经过中科院判定后投入小批量运用。该体系在许多方面比200kWe气化发电有了改进，但因为受气化功率与内燃机功率的约束．简略的气化一内燃机发电循环体系功率低于18％，单位电量的生物质消耗量一般大于1．2kg(dry)／(kWh)。以中科院广州动力所为主承当的“十五”863项目4MWe的生物质气化发电设备正处于研讨开发之中。
现在，我国的生物质发电技能的最大装机容量与国外比较，还有很大距离。在现有条件下研讨开发与国外相同技能道路的BIGCC体系，存在很大困难。运用现有技能，研讨开发经济上可行、功率较高的体系，是现在展开生物质气化发电的一个首要课题，也是展开中国家往后能否有用运用生物质的要害。
在生物质气化进程中，因为气化温度较低，致使气化进程中发生的气体的焦油含量大，且其成分十分杂乱。能够分分出来的成分有200多种，首要组分不少于2O种，其间组分含量大于5％的有7种：苯、甲苯、二甲苯、萘、苯乙烯、酚和茚。焦油在低于200C的温度下易凝结成液体。一般来说，温度升高，焦油可发生高温裂解生成不行再凝的小分子碳氢化合物。Corella等在研讨中发现：燃气中的焦油含量跟着温度升高而削减，并以为这首要是因为温度升高有利于焦油发生以下裂解反响以及水蒸气转化反响：
Sesbsdri等在对焦油的裂解研讨中也发现：温度的升高使焦油的裂解转化率得到了添加，一起改变了焦油裂解产品的组成。他们以为这是因为当温度升高时，有利于焦油进行缩聚反响，使焦油转化成焦，在高温下，焦油成焦是焦油裂解的最首要反响。
生物质气化发生的焦油的数量与反响温度、加热速率及燃气在反响器内的逗留时刻长短有关。实验研讨发现：焦油的产值跟着温度的添加而到达一个最大值(在500℃左右时，焦油产值最高)，之后跟着气化反响温度的升高，焦油发生热裂解，其数量随之削减。这是因为在较低的温度下，焦油的分出速率大于焦油的裂解速率，当温度升高时．焦油的分出速率和裂解速率都有所添加，但对后者的影响程度显着大于前者，然后呈现了上述现象。图5给出了不同气化反响温度下的焦油生成量。
据测定，焦油占可燃气能量的5％～l5％在低温下难以与可燃气一道被焚烧运用，故大部分焦油的能量被白白糟蹋。因为焦油在低温下凝结成液体，简略和水、焦炭颗粒粘合在一同，阻塞输气管道、阀门等下流设备．加之其难以完全焚烧，发生的炭黑对内燃机、燃气轮机等燃气设备危害适当严峻，因而在展开用生物质气化来进行电力和热能出产进程中，热燃气的净化是最要害的过程之一。在生物质气化发电体系中，焦油含量在0．02～0．5g／Nm3规划内是能够承受的。但现在的气化技能将原始气中的焦油含量操控在0．5～2g／Nm3以下十分困难。
以现在的焦油去除技能来看，生物质气化燃气中焦油的处理办法分为湿法、干法及裂解等三种。湿法便是运用水洗燃气，使之快速降温然后到达焦油冷凝并从燃气中别离的意图水洗除焦法存在能量糟蹋和二次污染现象，净化作用只能牵强到达内燃机的要求；干法选用过滤技能净化燃气的办法。裂解法分为热裂解法和催化裂解法两种。
湿法去除焦油是生物质气化燃气净化技能中最为一般的办法。它包含水洗法、水滤法，水洗法又分为喷淋法和吹泡法。
湿法净化体系选用多级湿法联合除焦油。体系本钱较低．操作简略．生物质气化技能初期的净化体系一般均选用这种办法。这种办法有以下缺陷：含焦油的废水外排易构成环境污染I许多焦油不能运用．构成动力丢失；实践净化作用并不太好鉴于国情，我国现在的生物质气化燃气净化技能首要是以湿法除焦油为主．国内一些科研单位已研讨出契合中国国情的湿法燃气技能设备。
干法净化燃气是为防止湿法净化带来的水污染问题．选用过滤技能净化燃气的办法。过滤法除焦油是将吸附性强的资料(如活性炭等)装在容器中，使可燃气穿过吸附资料．或许使可燃气穿过装有滤纸或陶瓷芯的过滤器，把可燃气中的焦油过滤出来。可依据生物质燃气中所含杂质较多的特色，选用多级过滤的净化办法。但实践进程中．因为其净化作用欠好．焦油堆积严峻且沾附焦油的滤料难以处理，几乎没有作为独自的净化设备运用，多与其他净化设备连用。
裂解净化技能是将生物质的燃气中焦油运用某种办法使其裂解为可运用的小分子可燃气体。其办法细分为热裂解、催化裂解及电裂解。热裂解法在1100℃以上才干得到较高的转化功率．在实践运用中完结较困难；若在气化进程中参加裂解催化剂，即便在750～900℃温度下，也能将绝大部分焦油裂解成小分子的碳氢化合物。催化裂解法可将焦油转化为可燃气，既进步体系动力运用率，又完全削减二次污染。从20世纪80时代起，生物质气化进程中参加催化剂而得到无焦油燃气在国外已引起广泛注重．并已投入商业运转。
催化裂解去除焦油是生物质气化燃气净化技能的首要研讨方向。运用的裂解催化剂首要为自云石和镍基催化剂。最早进入这个范畴是BattellesPacificNorthwestLab(PNL)的研讨者．在20世纪80时代末曾经，Mudge、Baker及其合作者展开了广泛的研讨作业。20世纪9O时代，这些研讨方兴未已，除了他们之外，在欧洲．至少有两个国家(芬兰和西班牙)的研讨小组对来自生物质气化炉的热气体催化净化进行着广泛而深化的研讨。在芬兰的TechnicalResearchCenter(VTT)．P．Simell和他们的搭档宣布了有关流化床生物质气化炉的焦油催化裂解的文章。因为所进行的研讨得到几家商业公司的赞助，他们这些有价值的作业因为商业保密的原因而未能公示于众．在宣布的文章中略去了有关催化剂一些重要的信息。在西班牙，Corella、Aznar和他们的搭档研讨置于反响器下流的商业镍基催化剂的运用。他们树立了一个类似于BattellesPacificNorthwestLab(PNL)的中试反响器．在这个中试反响器中，运用蒸汽重整净化来自生物质流化床气化炉的热气体。他们的研讨发现：在生物质燃气的焦油净化技能中，焦油裂解催化剂的运用使燃气产值进步lO％～2O％热值进步了15％燃气中H2体积含量添加了4％～7％，而C0、C02和CH4相对改变不大；镍基催化剂是最有用的焦油裂解催化剂．其催化活性是白云石的10～20倍。但它对燃气的要求较严．若燃气焦油含量在2g／Nm3以上，则催化剂外表易构成焦炭而失掉活性，加之其价格较高．在商业运用中并没有优势。自云石资源丰富且廉价，但独自运用白云石的催化作用并不抱负。因而，一些国外研讨机构开端研讨焦油裂解的两段催化．最近的研讨标明在气化反响器与镍基催化裂解床之间加一个白云石灰维护床．可使进入镍基催化裂解床中的气体焦油含量降低到2g／Nm3以下。
近几年来，国内开端对生物质燃气中的焦油催化裂解进行研讨，但总的来说．我国在生物质能运用的基础理论和专项技能的实验研讨方面与发达国家的距离仍较大。
(2)对固定床、流化床两种常用的生物质气化炉进行了介绍，并对两种气化炉的各自特性及其功能进行了剖析。以为流化床生物质气化炉比固定床生物质气化炉具有更大的经济性，应该成为我国往后生物质气化研讨的首要方向。
(3)对生物质气化技能在国内外的展开现状进行了总述。因为国力所限，我国的生物质气化发电技能远远落后于欧美国家，以为在现有条件下研讨开发与国外相同技能道路的BIGCC体系，存在很大困难。运用现有技能，研讨开发经济上可行、功率较高的体系，是现在展开我国生物质气化发电技能的一个首要课题，也是我国能否有用运用生物质的要害。
(4)与欧美国家比较，现在我国生物质气化还是以中、小规划和固定床、低热值气化为主，依托小型多用途的办法来满意市场需求，气化技能的开发立足于处理乡村动力与环境问题，以注重动力的效益为主，统筹环境问题。气化质料质量较差，首要是乡村的农、林废弃物。
(5)最终介绍了生物质气化燃气的净化技能的展开现状，指出催化裂解技能是生物质气化进程中燃气净化的展开方向。
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