伍文成，胡志鋒，吳家威，苗楨武，蔣恩臣

（生物基材料與能源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 材料與能源學(xué)院，廣州 510642）

0 引言

生物質(zhì)是通過(guò)光合作用生成的有機(jī)物，包括藻類，樹木和農(nóng)作物等［1］。生物質(zhì)在生長(zhǎng)過(guò)程中吸收大氣中的CO2，有利于減少能源領(lǐng)域碳排放的總量，將其進(jìn)行能源化利用，對(duì)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)及農(nóng)業(yè)能源低碳發(fā)展具有重要意義。

農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)生物質(zhì)資源豐富，對(duì)其進(jìn)行集中處置具有便利性、經(jīng)濟(jì)性、規(guī)模靈活性等優(yōu)勢(shì)，一般利用其生物質(zhì)資源的優(yōu)勢(shì)開展直燃發(fā)電供應(yīng)電網(wǎng)［2］。

生物炭是多孔結(jié)構(gòu)的固體碳材料，具有豐富的比表面積和較強(qiáng)的吸附能力，廣泛應(yīng)用于家居、環(huán)保、水凈化等領(lǐng)域。熱解制炭技術(shù)是指生物質(zhì)在無(wú)氧或缺氧條件下進(jìn)行熱裂解而產(chǎn)生生物炭，同時(shí)獲得副產(chǎn)物熱解氣和生物油的一種技術(shù)［3］，工業(yè)生產(chǎn)中通過(guò)改變熱解制炭過(guò)程中的熱解溫度、加熱速率、停留時(shí)間等運(yùn)行參數(shù)可以調(diào)控生物炭的產(chǎn)量和品質(zhì)。

對(duì)于熱解制炭過(guò)程產(chǎn)生的兩種副產(chǎn)物，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者開展了一系列優(yōu)化利用研究。熱解氣以H2、CO、CH4和CO2為主［4］，可作為鍋爐燃料，但熱值較低導(dǎo)致效率不佳，有研究學(xué)者開發(fā)了物理-化學(xué)法活性炭一體化生產(chǎn)工藝，利用物理法的炭化尾氣為化學(xué)法生產(chǎn)供熱，有效利用了炭化尾氣［5］；生物油成分復(fù)雜，具有密度高、粘性大、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性差、腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)［6—7］，雖然可用于燃燒［8］，但適用于生物油的燃燒器仍需開發(fā)完善［9］。通過(guò)生物油可以提煉出有價(jià)值的燃料和化學(xué)品，文獻(xiàn)［10］以光皮梾木油為原料進(jìn)行催化加氫制備生物燃料，轉(zhuǎn)化率最高為98.1%。文獻(xiàn)［11］采用催化劑對(duì)棕櫚油催化裂解制備生物燃料，棕櫚油裂解轉(zhuǎn)化率為75.8%。通過(guò)緩慢的加熱速率可促進(jìn)生物油成分的聚合，形成更加凝結(jié)的芳香結(jié)構(gòu)和大分子［12］，有利于生成芳香酸等化學(xué)物質(zhì)，但生物油結(jié)焦的問(wèn)題會(huì)阻礙生物油的升級(jí)與精煉［13］。

目前熱解氣副產(chǎn)物的再利用方式主要為燃燒供熱，生物油則通過(guò)提質(zhì)改良生產(chǎn)液體燃料，但在生物質(zhì)熱解制炭生產(chǎn)工藝中，熱解氣和生物油的產(chǎn)出率較低，分離熱解氣和生物油會(huì)提高成本，且在反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中面臨著熱量損失和焦油堵塞等諸多難題。在生物質(zhì)熱解制炭過(guò)程中，運(yùn)行參數(shù)會(huì)不同程度地影響生物炭性能，且對(duì)副產(chǎn)物的產(chǎn)量、特性等均有復(fù)雜的影響，在農(nóng)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)的框架下，生物質(zhì)直燃發(fā)電系統(tǒng)、生物質(zhì)燃燒供熱系統(tǒng)、生物質(zhì)熱解制生物炭系統(tǒng)的融合亦為當(dāng)前熱點(diǎn)問(wèn)題。本文從農(nóng)業(yè)園區(qū)生物質(zhì)熱解工藝對(duì)制炭的影響、目前生物質(zhì)熱解制炭過(guò)程中副產(chǎn)物的研究進(jìn)展及耦合農(nóng)業(yè)和能源系統(tǒng)的生物質(zhì)熱電炭聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的融合發(fā)展進(jìn)行了綜述。

1 生物質(zhì)熱解制炭的影響因素

通過(guò)改變生物質(zhì)熱解炭化的工藝參數(shù)，可以得到不同產(chǎn)率和特性的生物炭；根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究，生物質(zhì)熱解反應(yīng)包括纖維素、半纖維素及木質(zhì)素的裂解反應(yīng)，經(jīng)過(guò)裂解殘留物的縮聚反應(yīng)，生成生物炭；制炭技術(shù)及熱解溫度、加熱速率、停留時(shí)間等工藝參數(shù)會(huì)顯著影響裂解和縮聚反應(yīng)的強(qiáng)烈程度［14—15］，也會(huì)對(duì)前述3組分的分解產(chǎn)生不同的效果，進(jìn)而影響生物炭的理化性質(zhì)和孔結(jié)構(gòu)。

1.1 生物質(zhì)制炭技術(shù)

根據(jù)加熱方式的不同，生物炭的制備方法可分為微波炭化法、水熱炭化法及熱解法3種，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)不同的制炭方法進(jìn)行了一系列研究，如表1所示。

表1 不同炭化技術(shù)的研究結(jié)論Table 1 Research conclusions of different carbonization technologies

微波加熱的原理為通過(guò)被加熱體內(nèi)部極性分子的高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使分子間相互碰撞產(chǎn)生熱量。微波加熱制備的生物炭具有較高的比表面積及微孔比例，表現(xiàn)出較好的吸附性能，對(duì)城市廢水的化學(xué)需氧量、總磷量、總氮量的去除效果理想，雖然微波功率的升高有助于增強(qiáng)生物炭的孔結(jié)構(gòu)，但生物炭的產(chǎn)率顯著減少［16］，且微波法制備生物炭的產(chǎn)量低于常規(guī)熱解法［17］，此外，微波炭化法不能精確控制物料的反應(yīng)溫度，且微波泄漏將損害人體健康，因此，微波炭化法未廣泛應(yīng)用于規(guī)?；苽渖锾抗に囍小?/p>

水熱炭化法是在一定溫度和壓強(qiáng)下對(duì)水熱反應(yīng)釜內(nèi)的生物質(zhì)（碳水化合物、有機(jī)分子和廢棄生物質(zhì)等）、催化劑和水進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的炭化過(guò)程。水熱炭化法能夠顯著提高生物炭的物理化學(xué)性質(zhì)，其產(chǎn)物可作為良好的吸附劑，與熱解法相比，水熱法生成的生物炭中碳含量低、酸性高，可用于鹽堿地的土壤改善［18］，然而，水熱炭化會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，而且含有有毒有害物質(zhì)，該方法相應(yīng)增加了廢水處理的成本［16］，同時(shí)，水熱炭化過(guò)程需高溫高壓條件，其大規(guī)模應(yīng)用仍存在較大阻力，需在流程設(shè)計(jì)和開發(fā)方面進(jìn)一步深入研究。

熱解制炭是指生物質(zhì)在無(wú)氧或缺氧條件下發(fā)生高溫裂解反應(yīng)生成生物炭的技術(shù)，其熱解制炭工藝流程如圖1所示。傳統(tǒng)熱解法制備的生物炭具有良好的吸附性能，比表面積高且適合大批量工業(yè)生產(chǎn)，隨著炭化溫度的升高，生物炭的產(chǎn)率逐漸下降，其灰分含量逐漸升高，芳香化程度明顯增高，微孔結(jié)構(gòu)更加完善，通過(guò)控制反應(yīng)參數(shù)，可以獲得不同品質(zhì)的生物炭。熱解炭化法具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流程較短、生產(chǎn)規(guī)模大、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)，可以與園區(qū)生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)有效結(jié)合，提高整體效率，因此，熱解炭化法是目前規(guī)?；苽渖锾康淖顑?yōu)方式。

圖1 生物質(zhì)熱解制炭工藝Fig.1 Technical process of biomass continuous pyrolysis with biochar

1.2 運(yùn)行參數(shù)

在熱解炭化法中，運(yùn)行參數(shù)是影響生物炭品質(zhì)的主要因素，其中，熱解溫度、加熱速率、停留時(shí)間等參數(shù)是影響生物炭產(chǎn)量及特性的關(guān)鍵因素。

1.2.1 熱解溫度

生物質(zhì)熱解炭化的溫度對(duì)生物炭產(chǎn)量和特性有明顯的影響。熱解溫度越高，生物炭產(chǎn)量越低，且過(guò)高的溫度會(huì)使生物炭孔道坍塌，但在合適的范圍內(nèi)，高溫能優(yōu)化生物炭性質(zhì)，增強(qiáng)芳香化結(jié)構(gòu)、增加比表面積、提高孔隙率和吸附能力。

不同的熱解溫度對(duì)生物炭的品質(zhì)影響不同，文獻(xiàn)［19］以松子殼為原料，在不同溫度下（350～600 ℃）探究松子殼生物炭的活化程度及其吸附能力，發(fā)現(xiàn)溫度的升高有利于促進(jìn)炭化反應(yīng)的進(jìn)行，提升孔隙結(jié)構(gòu)和碘吸附能力。

不同的熱解溫度對(duì)生物炭的含碳量影響不同，文獻(xiàn)［14］利用熱解法制備生物炭，發(fā)現(xiàn)熱解溫度顯著影響生物炭的化學(xué)特性和表面性質(zhì)，在700 ℃下獲得的生物炭具有較高的固定碳含量（66.16%）和較高的熱值（30.47 MJ/kg）。

不同的熱解溫度對(duì)生物炭產(chǎn)量影響不同，文獻(xiàn)［20］通過(guò)熱解玉米芯制備生物炭的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著熱解溫度從300 ℃增加到600 ℃，炭產(chǎn)量減少了77%。文獻(xiàn)［21］考察了熱解油松制備生物炭的產(chǎn)量、物理性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)熱解溫度由300 ℃上升到500 ℃時(shí)，炭的產(chǎn)量由60.7%急劇減少到14.4%，同時(shí)炭化程度隨著溫度的上升而增加，碳含量由63.9%增加至90.5%，氫、氧含量相應(yīng)減少，生物炭中的碳元素形成穩(wěn)定的排列形式。

1.2.2 加熱速率

根據(jù)加熱速率的快慢，生物質(zhì)熱解制炭可分為慢速熱解、中速熱解和快速熱解。加熱速率的不同會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)程中生物質(zhì)在低溫區(qū)和高溫區(qū)停留時(shí)間的不同。在一定熱解時(shí)間內(nèi)，慢加熱速率會(huì)延長(zhǎng)生物質(zhì)在熱解低溫區(qū)的停留時(shí)間，增加生物炭的產(chǎn)量；較快的加熱速率使生物質(zhì)在高溫環(huán)境下的停留時(shí)間增加，促進(jìn)了熱解揮發(fā)物和生物炭的二次裂解反應(yīng)，降低生物炭和焦油的產(chǎn)量，提高燃?xì)猱a(chǎn)量；在中溫（500～600 ℃）和快速冷凝條件下，熱解有助于提升液體焦油的產(chǎn)量。

文獻(xiàn)［22］研究發(fā)現(xiàn)，加熱速率的增加導(dǎo)致了生物炭產(chǎn)量的下降，熱解加熱速率在低溫下的影響更為突出，雖然加熱速率對(duì)生物炭的pH 值、熱值沒(méi)有顯著影響，但提高加熱速率會(huì)使孔結(jié)構(gòu)坍塌并堵塞孔道，進(jìn)而降低生物炭的微孔比表面積和孔徑體積［23］。

1.2.3 停留時(shí)間

熱解停留時(shí)間會(huì)影響生物炭的炭化程度。文獻(xiàn)［24］研究發(fā)現(xiàn)，延長(zhǎng)生物質(zhì)在熱解最高溫時(shí)的停留時(shí)間，可獲得含有較少低穩(wěn)定性有機(jī)物質(zhì)且不易被微生物腐蝕的具有更高炭化特性的生物炭，同時(shí)停留時(shí)間對(duì)產(chǎn)量、含碳量和pH值等影響不顯著。文獻(xiàn)［23］發(fā)現(xiàn)在熱解過(guò)程中生物質(zhì)停留時(shí)間增加會(huì)使炭產(chǎn)量略有下降，但停留時(shí)間對(duì)生物炭的影響在某些方面表現(xiàn)出特殊性，生物質(zhì)在較短的熱解停留時(shí)間條件下產(chǎn)生抗活化的KOH，因此得到的生物炭即使經(jīng)歷了嚴(yán)重的活化后仍能保留高比例的微孔性，同時(shí)獲得較高的CO2捕獲量。文獻(xiàn)［25］將桉木屑在較低的溫度（<400 ℃）和較短的停留時(shí)間（5～10 min）下熱解炭化，可獲得一種CO2儲(chǔ)存能力優(yōu)異的多孔碳。

由此可見，對(duì)于熱解制炭的工業(yè)生產(chǎn)流程，可以通過(guò)控制反應(yīng)參數(shù)滿足不同生物炭的產(chǎn)率和品質(zhì)要求，由于熱解制生物炭過(guò)程中熱解氣和生物油的產(chǎn)生不可避免，因此除控制反應(yīng)參數(shù)外，副產(chǎn)物熱解氣和生物油的再利用也值得進(jìn)一步研究。

2 熱解制炭過(guò)程副產(chǎn)物的利用現(xiàn)狀

生物質(zhì)熱解制炭技術(shù)在獲得生物炭的同時(shí)，還產(chǎn)生熱解氣和生物油兩種副產(chǎn)物。熱解氣和生物油具有一定的能源屬性，但熱解氣以H2、CO、CH4和CO2為主，含水率高、熱值低［4］，而生物油成分復(fù)雜、密度高、粘性大、含氧量高［8］，難以直接用作后續(xù)化工產(chǎn)品的原材料，為了實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物的再利用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)熱解氣和生物油的利用進(jìn)行了一系列的研究與探討。

2.1 熱解氣的國(guó)內(nèi)外利用現(xiàn)狀

熱解氣中水蒸氣和CO2含量高、熱值低，難以直接燃燒，現(xiàn)階段主要通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)提升熱解氣的品質(zhì)。文獻(xiàn)［26］發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭化熱解氣成分復(fù)雜，但經(jīng)過(guò)催化重整后進(jìn)行分離提純，可作為費(fèi)-托合成化學(xué)品的原料。文獻(xiàn)［27］利用連續(xù)微波輔助熱解生物質(zhì)，獲得了高質(zhì)量的熱解氣（18.0 MJ/Nm3的低位熱值和67 vol%的合成氣含量）。文獻(xiàn)［28］通過(guò)生物質(zhì)的熱解-催化加氫方式，獲得了高達(dá)75.5%、7.4 mmol/g 的甲烷產(chǎn)量。通過(guò)過(guò)程的優(yōu)化，可以獲得較高產(chǎn)量和品質(zhì)的熱解氣，但顯著降低了生物炭的產(chǎn)量。

2.2 生物油的國(guó)內(nèi)外利用現(xiàn)狀

生物油是熱解制炭過(guò)程得到的一種成分復(fù)雜的副產(chǎn)物，其穩(wěn)定性差，含有較多雜質(zhì)，具有較強(qiáng)的酸性和腐蝕性，不能直接用于內(nèi)燃機(jī)，需經(jīng)過(guò)處理才能用作內(nèi)燃機(jī)燃油或特定化學(xué)品，但處理難度較大。文獻(xiàn)［29］指出可以通過(guò)加氫脫氧和沸石裂解的途徑改性提質(zhì)生物油，并有較好的效果。文獻(xiàn)［30］將生物油、柴油和乳化劑混合，制備成穩(wěn)定的乳化油，但乳化油的酸性未能有效去除，仍需進(jìn)一步研究。文獻(xiàn)［31］通過(guò)催化酯化，將生物油中的有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為酯，使酸度降低了88.54%，且所生產(chǎn)的酯可提高生物油的燃燒性能，但油產(chǎn)量低。改性提質(zhì)后的生物油能較好地進(jìn)行再利用，但生物油中含有少量的焦油，改性提質(zhì)的難度大，在大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用上還需繼續(xù)深化。

2.3 生物質(zhì)熱解制炭副產(chǎn)物的綜合利用

目前，生物質(zhì)制炭過(guò)程需要供應(yīng)大量的熱量，一般采用外供熱方式。副產(chǎn)物生物油和熱解氣的后處理工藝復(fù)雜且成本高，不利于工業(yè)的大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，也不利于提升生物質(zhì)熱解制炭的熱效率，為此文獻(xiàn)［32］發(fā)明了一種自供熱生物質(zhì)連續(xù)熱解制生物炭的裝置。在生物質(zhì)熱解過(guò)程中，將所產(chǎn)生的生物油和熱解氣作為燃料直接通入爐膛燃燒，為熱解過(guò)程提供熱量而無(wú)需額外供應(yīng)熱量，該過(guò)程利用生物油熱值高的特點(diǎn)彌補(bǔ)了熱解氣熱值低不利于燃燒的缺點(diǎn)，同時(shí)充分利用了熱解后副產(chǎn)物本身的熱量，且減少了生物油冷凝過(guò)程的設(shè)備成本和焦油的產(chǎn)生，副產(chǎn)物燃燒后的煙氣用于干燥生物質(zhì)，進(jìn)一步降低了生物質(zhì)熱解制炭的能耗，提高了整體效率，此外可以在生物炭中介入空氣、水蒸氣等氣體［33］，增強(qiáng)生物炭的孔結(jié)構(gòu)，提升生物炭的品質(zhì)，同時(shí)優(yōu)化提升熱解副產(chǎn)物，利于后續(xù)燃燒自供熱的實(shí)現(xiàn)。

3 耦合農(nóng)業(yè)和能源系統(tǒng)的生物質(zhì)熱電炭聯(lián)產(chǎn)

上述自供熱燃燒副產(chǎn)物提供熱量的技術(shù)具有較好的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)仍有繼續(xù)改進(jìn)深化的空間，主要有以下方面:①生物質(zhì)熱解制炭副產(chǎn)物中含有較多水分、呈氣態(tài)的液相有機(jī)物及熱解氣，普通的氣體燃燒器或液體燃燒器較難實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定燃燒，需要改進(jìn)或制備適用的燃燒器；②在系統(tǒng)運(yùn)行初期及準(zhǔn)備停機(jī)期間，熱解制炭副產(chǎn)物的供應(yīng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致系統(tǒng)的燃燒不穩(wěn)定，可能引發(fā)熄火或熱量不足，進(jìn)而嚴(yán)重影響生物炭的品質(zhì)；③生物質(zhì)受氣候、季節(jié)等影響較大，不同時(shí)期的生物質(zhì)所含水分和揮發(fā)分的差異性明顯，進(jìn)而導(dǎo)致熱解制炭副產(chǎn)物的成分與品質(zhì)有顯著波動(dòng)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的燃燒穩(wěn)定性及生物炭的品質(zhì)。

針對(duì)以上可能出現(xiàn)的問(wèn)題，結(jié)合農(nóng)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)中生物質(zhì)直燃發(fā)電的特點(diǎn)，構(gòu)建耦合農(nóng)業(yè)和能源系統(tǒng)的生物質(zhì)熱電炭聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，如圖2 所示。該系統(tǒng)的整體思路為:在正常情況下農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)生物質(zhì)在直燃鍋爐內(nèi)燃燒發(fā)電供應(yīng)電網(wǎng)，通過(guò)電網(wǎng)向園區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)設(shè)施和用戶供電，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉、照明、補(bǔ)光、日常用電等需求；在用電低谷及生物質(zhì)過(guò)剩情況下，將滿足發(fā)電負(fù)荷的生物質(zhì)燃燒發(fā)電，而將多余的生物質(zhì)通過(guò)熱解方式制備生物炭，保證生物質(zhì)直燃發(fā)電的高效率及過(guò)剩生物質(zhì)資源的梯級(jí)利用，同時(shí)將部分生物炭制成生物炭肥，保證農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)生物質(zhì)的生長(zhǎng)與品質(zhì)，其他生物炭用于農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)空氣、水體和環(huán)境的污染治理；生物質(zhì)熱解制炭所需熱量由燃燒發(fā)電系統(tǒng)或電網(wǎng)供電提供，而產(chǎn)生的副產(chǎn)物送入燃燒鍋爐進(jìn)行發(fā)電；當(dāng)冬天氣溫較低時(shí)，在生物質(zhì)燃燒發(fā)電過(guò)程中將部分熱蒸汽向農(nóng)業(yè)設(shè)施、溫室大棚等供熱。通過(guò)生物質(zhì)熱電炭聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)園區(qū)、能源系統(tǒng)、生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)供熱、生物質(zhì)制炭有效結(jié)合，完善農(nóng)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建，該系統(tǒng)有利于“碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，在環(huán)境治理方面具有顯著的實(shí)用價(jià)值。

圖2 耦合農(nóng)業(yè)和能源系統(tǒng)的生物質(zhì)熱電炭聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)Fig.2 The system about biomass co?generation of heat,power and biochar based on the combination with agriculture and energy system

從生物質(zhì)能源化利用的角度出發(fā)，農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)的生物質(zhì)主要用于直燃發(fā)電供應(yīng)電網(wǎng)，當(dāng)園區(qū)處于用電低谷期或生物質(zhì)產(chǎn)生過(guò)多而用電需求未增情況下，生物質(zhì)直燃發(fā)電系統(tǒng)依然保持滿負(fù)荷燃燒，按用電需求合理分配供熱與供電的比例，保證鍋爐的高效運(yùn)行，并將多余的熱量供應(yīng)至生物質(zhì)熱解制炭系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)直燃發(fā)電系統(tǒng)的熱電聯(lián)供，提升發(fā)電效率及上網(wǎng)穩(wěn)定性。同時(shí)，過(guò)剩的生物質(zhì)作為熱解制炭系統(tǒng)的原材料制備相應(yīng)的生物炭產(chǎn)品，系統(tǒng)所需熱量由上述直燃發(fā)電系統(tǒng)的外送熱量提供，實(shí)現(xiàn)熱解過(guò)程的穩(wěn)定供熱，生物炭的品質(zhì)得到保證，熱解制炭過(guò)程的副產(chǎn)物（熱解氣和液相產(chǎn)物）具備較好的能源屬性，可直接作為直燃發(fā)電系統(tǒng)的原料之一，在大型焚燒鍋爐內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高效低污染的燃燒及部分熱量的供應(yīng)，進(jìn)而避免副產(chǎn)物水分含量高導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定的問(wèn)題，且將過(guò)剩生物質(zhì)通過(guò)熱解制炭，可以防止過(guò)多生物質(zhì)長(zhǎng)期堆放而發(fā)生自燃現(xiàn)象，避免浪費(fèi)生物質(zhì)資源。經(jīng)過(guò)熱解制炭系統(tǒng)后，過(guò)剩的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物炭產(chǎn)品，品質(zhì)較好的生物炭可作為炭產(chǎn)品，提高園區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益，而品質(zhì)較差的生物炭可以與尿素等肥料制備炭肥產(chǎn)品，回補(bǔ)至農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)，改善園區(qū)土壤環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)生物質(zhì)的生長(zhǎng)與品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

農(nóng)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)與生物質(zhì)熱電炭聯(lián)產(chǎn)的結(jié)合，可以通過(guò)建設(shè)信息物理融合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化，有效解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)難以集約化、規(guī)模化的問(wèn)題［34］，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)融合，協(xié)同發(fā)展。農(nóng)業(yè)園區(qū)生物質(zhì)、能源供應(yīng)系統(tǒng)、生物質(zhì)燃燒發(fā)電、生物質(zhì)燃燒供熱、生物質(zhì)熱解制炭、炭肥還田、環(huán)境治理等多方面有機(jī)耦合，完善農(nóng)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建，積極響應(yīng)國(guó)家建設(shè)清潔美麗鄉(xiāng)村的規(guī)劃，以集中化、規(guī)?；纳a(chǎn)方式，大大降低人力成本，推動(dòng)鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，減少污染物的排放，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源的梯級(jí)利用，對(duì)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”目標(biāo)及滿足電網(wǎng)需求側(cè)低碳化要求均具有積極的推進(jìn)作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

農(nóng)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)是農(nóng)業(yè)和生物質(zhì)能源跨界融合的優(yōu)良產(chǎn)業(yè)模式。目前熱解氣和生物油的提質(zhì)利用受工業(yè)生產(chǎn)條件制約難以大規(guī)模應(yīng)用，而將熱解氣和生物油作為燃料形成自供熱的熱解制炭系統(tǒng)可簡(jiǎn)化副產(chǎn)物處理流程和提高熱效率。將生物質(zhì)熱解制炭技術(shù)與生物質(zhì)燃燒發(fā)電、燃燒供熱及農(nóng)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，構(gòu)建形成耦合農(nóng)業(yè)和能源系統(tǒng)的生物質(zhì)熱電炭聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，最終形成“農(nóng)業(yè)園區(qū)生物質(zhì)、能源供應(yīng)系統(tǒng)、生物質(zhì)燃燒發(fā)電、生物質(zhì)燃燒供熱、生物質(zhì)熱解制炭、炭肥還田、環(huán)境治理”高效融合、協(xié)同發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)梯級(jí)利用生物質(zhì)能源、穩(wěn)定供應(yīng)電網(wǎng)、高效清潔燃燒、穩(wěn)定供應(yīng)制炭熱量和品質(zhì)、完善農(nóng)業(yè)設(shè)施電力和熱力需求、保證空氣水體環(huán)境治理、炭肥還田促進(jìn)生物質(zhì)生長(zhǎng)，該系統(tǒng)符合國(guó)家發(fā)展農(nóng)村清潔能源和建設(shè)美麗鄉(xiāng)村的政策，具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。該系統(tǒng)的工業(yè)化應(yīng)用還需繼續(xù)推進(jìn)熱解副產(chǎn)物的燃燒方案、爐膛設(shè)計(jì)、燃燒器適用性、農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)生物質(zhì)直燃發(fā)電、燃燒供熱、熱解制炭系統(tǒng)耦合等的優(yōu)化研究。