路俊杰，亓懷剛

山東省能源建筑設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南 250014

在經(jīng)濟(jì)全球化的現(xiàn)代社會(huì)，人們對(duì)地球能源資源的依賴越發(fā)增強(qiáng)，開(kāi)發(fā)利用新的能源資源越來(lái)越重要，世界各國(guó)在這一方面都有著不同程度發(fā)展。像傳統(tǒng)的石油資源，雖然現(xiàn)在其儲(chǔ)量相對(duì)比較大，但是人們?cè)缇陀?jì)算出了它們的使用年數(shù)，隨著時(shí)代的不斷前進(jìn)，它們真正不斷的消失。而世界有些國(guó)家對(duì)其的依賴已經(jīng)非常強(qiáng)烈，經(jīng)常為了爭(zhēng)奪石油資源而發(fā)動(dòng)戰(zhàn)爭(zhēng)，像美國(guó)發(fā)動(dòng)的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)等等。盡管如此，在新的科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，人們主要還是把目標(biāo)放在不斷的研究開(kāi)發(fā)各種資源的利用技術(shù)上。生物質(zhì)作為太陽(yáng)能的一種表現(xiàn)形式，它的開(kāi)發(fā)利用將會(huì)給人們帶來(lái)重要的影響，而且生物質(zhì)是一種再生資源，在當(dāng)今社會(huì)提倡可持續(xù)發(fā)展的前提條件下，開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能源無(wú)疑成為社會(huì)發(fā)展的主流方向。在利用生物質(zhì)能源的過(guò)程中，人們研究出的各種技術(shù)，其主要原理都是將固態(tài)的生物質(zhì)進(jìn)行一個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程，從而得到人們想要的結(jié)果或者狀態(tài)，再進(jìn)行深一步的利用。下面就談?wù)勆镔|(zhì)氣化的相關(guān)內(nèi)容。

1 生物質(zhì)氣化

1.1 生物質(zhì)氣化發(fā)展介紹

生物質(zhì)氣化的發(fā)展要追溯到上個(gè)世紀(jì)70年代，國(guó)外首先對(duì)生物質(zhì)采取氣化技術(shù)，這一技術(shù)的采用使得其廣泛的傳播開(kāi)來(lái)。而根據(jù)生物質(zhì)的特性所知，生物質(zhì)原料非常容易揮發(fā)，尤其是在受熱情況下，其揮發(fā)的程度相當(dāng)之大，所以，利用氣化技術(shù)可以很好的將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可利用的能源。

在中國(guó)，生物質(zhì)原料非常多，而生物質(zhì)氣化技術(shù)的利用，這正好可以解決國(guó)內(nèi)相對(duì)短缺的能源資源問(wèn)題。尤其是在農(nóng)村地區(qū)，生物質(zhì)多但是又經(jīng)常得不到很好的利用，農(nóng)民常常直接將將麥稈、稻秸稈等物質(zhì)進(jìn)行燃燒，而在運(yùn)用沼氣供熱供電上，其作為一個(gè)相對(duì)比較封閉的系統(tǒng)，所需要的生物質(zhì)相對(duì)較少。因此，當(dāng)生物質(zhì)大量存在而又不斷的出現(xiàn)時(shí)，我們正好可以采用生物質(zhì)氣化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)含有的固態(tài)能量向氣態(tài)能量的轉(zhuǎn)化。

在生物質(zhì)氣化發(fā)電來(lái)說(shuō)，有以下幾種方式：首先，生物質(zhì)的氣化產(chǎn)生可燃性氣體，我們可以把這些氣體直接運(yùn)送入燃?xì)鉅t來(lái)產(chǎn)生蒸汽，再利用蒸汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電；其次可以利用凈化系統(tǒng)得到的燃?xì)庵苯铀腿雰?nèi)燃機(jī)，這種內(nèi)燃機(jī)規(guī)模都相對(duì)比較小，像汽車(chē)、摩托車(chē)內(nèi)采用的汽油機(jī)一樣，它可以直接將燃?xì)庥糜诎l(fā)電；當(dāng)然，與內(nèi)燃機(jī)相似，我們可以講燃?xì)馑腿肴細(xì)廨啓C(jī)來(lái)發(fā)電，這個(gè)發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模相對(duì)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)要大一些。但無(wú)論采用何種方式，其基本原理都是采用能量的轉(zhuǎn)換。

而在生物質(zhì)氣化發(fā)電之外，國(guó)外還能將生物質(zhì)氣化技術(shù)運(yùn)用到合成有用有機(jī)物上，像甲醇、氨氣等，他們現(xiàn)階段的研究工作已經(jīng)取得了很大的成功，而且他們已經(jīng)將其用到了實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，可見(jiàn)，生物質(zhì)氣化技術(shù)在未來(lái)仍然有著巨大的發(fā)展前景，尤其是像在我們中國(guó)這樣的發(fā)展中國(guó)家。

1.2 生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)

在生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的分類上，由于其燃?xì)猱a(chǎn)生的機(jī)理不同而將其分為反應(yīng)性氣化與熱解氣化。在反應(yīng)性氣化上，大多又分為水蒸氣氣化、等離子氣化等方式。在實(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中，我們又通常根據(jù)發(fā)電需求的不同而分為大型的流化床氣化和相對(duì)較小的固定床氣化兩種。下面將分別對(duì)流化床氣化和固定床氣化以及水蒸氣氣化和等離子氣化作出說(shuō)明。

1.2.1 流化床氣化發(fā)電

大型的發(fā)電裝置一般采用流化床氣化系統(tǒng)，因?yàn)榱骰矚饣谑褂玫倪^(guò)程中氣化的能力大，而且其轉(zhuǎn)化效率非常高，在需求電量比較大的情況下，采取并聯(lián)方式將發(fā)電機(jī)連接起來(lái)，其實(shí)際工作將能很好的滿足。同時(shí)，在發(fā)電過(guò)程中，我們也需建立相對(duì)應(yīng)的凈化系統(tǒng)和安全系統(tǒng)等。

1.2.2 固定床氣化發(fā)電

作為傳統(tǒng)的氣化方式，固定床氣化通常有兩種模式：上吸式固定床氣化和下吸式固定床氣化。它們兩種方式的運(yùn)行流程基本相同，只是在氣化介質(zhì)的流動(dòng)方向以及加料的位置上有所不同。

1.2.3 水蒸氣氣化

水蒸汽氣化就是首先將生物質(zhì)粉碎后投入到氣化室，然后將蒸汽也注入其中，在高溫的條件下，多種混合物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，最后產(chǎn)生可燃性的混合氣體，再送入內(nèi)燃機(jī)等發(fā)電設(shè)備中。這中氣化方式在反應(yīng)容器上有著特別的要求，尤其是在氣化爐中，其控制的溫度、壓力等因素都非常重要。

1.2.4 等離子氣化

等離子氣化即采用等離子技術(shù)，把生物質(zhì)原料加入到等離子氣化室中，使得他們?cè)诔叩臏囟认職饣?，在這種環(huán)境下，碳的轉(zhuǎn)化率非常之高，氣化得到的氣體經(jīng)過(guò)一定的凈化設(shè)備和過(guò)濾設(shè)備，就能通入到相應(yīng)的發(fā)電設(shè)備之中，從而得到我們需要的電能。

1.3 存在的相關(guān)問(wèn)題

生物質(zhì)的氣化發(fā)電技術(shù)雖然已經(jīng)步入了一定的軌道，但在國(guó)內(nèi)的綜合情況來(lái)看，其存在問(wèn)題還是不叫突出的。先就是原料方面，雖然中國(guó)地區(qū)的生物質(zhì)資源相對(duì)較多，但是具體而言，像麥稈、稻稈這些原料都呈現(xiàn)季節(jié)性，而在有些地區(qū)，如內(nèi)蒙古、西藏等就幾乎沒(méi)有，所以，生物質(zhì)原料又存在區(qū)域性。當(dāng)在特定的地區(qū)建立生物質(zhì)氣化應(yīng)用時(shí)，其原料的搜集與運(yùn)輸將會(huì)給規(guī)模化的生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的影響。其次，在環(huán)境的污染方面，雖然生物質(zhì)氣化發(fā)電是一種相對(duì)環(huán)保性的技術(shù)，但是仍然不可避免的出現(xiàn)了焦油等問(wèn)題，尤其在發(fā)電系統(tǒng)上同時(shí)采用的凈化系統(tǒng)，其很容易帶來(lái)二次污染。最后在客觀上，國(guó)家的政策與扶住也會(huì)起到重要的影響，而資金的投入在工程建設(shè)的初期將會(huì)很大，而其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益比較緩慢，因此這些也將制約著生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的順利進(jìn)行。

1.4 氣化技術(shù)的改革創(chuàng)新

就現(xiàn)今比較先進(jìn)的氣化技術(shù)有等離子體氣化技術(shù)、低溫新型固定床氣化技術(shù)、空氣氣化技術(shù)等等，這些技術(shù)雖然還未達(dá)到非常成熟的運(yùn)用階段，但是相信在不久的未來(lái)，隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，其應(yīng)用價(jià)值將完美的呈現(xiàn)出來(lái)，克服相關(guān)的困難指日可待。

2 生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)

2.1 氣化發(fā)電系統(tǒng)

在進(jìn)行上述的簡(jiǎn)單介紹過(guò)后，現(xiàn)在對(duì)氣化發(fā)電系統(tǒng)作一個(gè)分開(kāi)化的描述。為了方便起見(jiàn)，我們主要就固定化床氣化和流化床氣化裝置來(lái)說(shuō)明，其包括氣化發(fā)電的工藝、凈化系統(tǒng)與安全系統(tǒng)。

2.1.1 固定化床氣化發(fā)電工藝

固定化床氣化方面，我們采用下圖裝置：

從圖中可以得到，生物質(zhì)從高位料倉(cāng)進(jìn)去，然后進(jìn)入氣化爐，轉(zhuǎn)化為氣體后，分別流入凈化系統(tǒng)，最后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)，將氣體燃燒并轉(zhuǎn)化為電能。

2.1.2 流化床氣化發(fā)電工藝

在流化床氣化發(fā)電方面，采用的裝置要較固定化床氣化技術(shù)復(fù)雜，其工藝圖如下。

首先生物質(zhì)進(jìn)入到流化床氣化爐，然后經(jīng)過(guò)冷卻器、凈化設(shè)備的處理，最后同樣進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)。

在凈化系統(tǒng)方面，我們應(yīng)該對(duì)燃料系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)和燃料的出口（即燃?xì)鈬娮欤┑冗M(jìn)行合理化的設(shè)計(jì)改造，使得生物質(zhì)的利用能夠最大化，而且能盡量產(chǎn)生焦油等污染物質(zhì)。在安全系統(tǒng)方面，由于燃?xì)廨啓C(jī)或者內(nèi)燃機(jī)都是用的天然氣燃料，所以在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，尤其要注意它們的泄漏情況，所以在檢測(cè)方面應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)，做到防患于未然，這時(shí)我們可以考慮多安裝氣體探頭等。

2.3 分析與討論

就原料方面，固定化床氣化技術(shù)要求比較高，而流化床氣化則無(wú)特別要求，但在能量的利用率方面，流化床氣化較固定化床氣化要低，雖然固定化床氣化爐中溫度不均勻，但是固體顆粒能在爐中存在的時(shí)間長(zhǎng)，所以對(duì)碳的轉(zhuǎn)化率較高；在環(huán)境影響方面，流化床氣化爐沒(méi)有固定床氣化爐好，這是由于二者的床內(nèi)溫度不同導(dǎo)致；在設(shè)計(jì)方面，由于流化床氣化采取的設(shè)備較復(fù)雜，所以設(shè)計(jì)的成本較高，而且其規(guī)模也比固定化床氣化要大，因此，其投資要大得多。雖然二者在性能、使用原料、能量利用率及環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益方面都有不同之處，總體來(lái)說(shuō)，流化床氣化技術(shù)現(xiàn)今階段運(yùn)用的難度比較大，但是其較高的穩(wěn)定性和帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益來(lái)說(shuō)，其將成為未來(lái)的主流發(fā)展方向。

3 結(jié)論

總之，我們?cè)谏镔|(zhì)氣化技術(shù)方面仍然有巨大的發(fā)展空間，而且在未來(lái)的道路上，我們更加應(yīng)該多與發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行技術(shù)上的交流研究，并結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況，因地制宜，從而制定出適合于自身的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)。

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