秸稈能源利用技術(shù)
摘要：文章介紹了秸稈能源利用技術(shù)。包括秸稈生物氣化,秸稈熱解氣化,生物質(zhì)固化成型燃料技術(shù)。
關(guān)鍵詞：秸稈生物氣化,秸稈熱解氣化,生物質(zhì)固化成型燃料
一 秸稈生物氣化
秸稈生物氣化技術(shù)又稱秸稈沼氣技術(shù)，是指以秸稈為主要原料，經(jīng)微生物厭氧發(fā)酵作用生產(chǎn)可燃氣體——沼氣的秸稈處理利用技術(shù)。采用該項技術(shù)處理秸稈，能生產(chǎn)農(nóng)村急需的高品質(zhì)清潔能源，還能生產(chǎn)有機肥料。該技術(shù)按處理工藝可分為干法和濕法發(fā)酵兩類，按規(guī)？煞譃閼粲煤凸こ袒瘍深。其工藝流程如下：
1.戶用秸稈沼氣
（1）粉碎
用粉碎機粉碎秸稈（稻草、麥草等），粒度10毫米。
（2）濕潤
將粉碎秸稈加水（最好是糞水）潤濕，每100千克秸稈加水量為100～120千克。潤濕時間為1天左右。
（3) 混合
將潤濕好的秸稈加水（最好是糞水），與補充水分后的復(fù)合菌劑和碳酸氫銨（簡稱碳銨）混合。8立方米沼氣池菌劑用量1千克，碳銨用量5千克，加水量為100千克，秸稈補加到185～200千克（用手捏緊，有少量的水滴下，保證含水率為65%～70%）。肉眼觀察以地面不能有水流出為止。
（4）生物預(yù)處理
池外預(yù)處理：將拌勻的秸稈收堆，寬度為1.2～1.5米，高度為1～1.5米（按季節(jié)不同而異）。生物預(yù)處理時間夏季3～4天，冬季4～6天。一般情況下，當(dāng)堆內(nèi)溫度達到50℃并維持3天、堆內(nèi)秸稈長有白色菌絲時即入池。池內(nèi)預(yù)處理：將拌勻的秸稈入無水的沼氣池進行生物預(yù)處理，注意將原料適當(dāng)踏實，池口要覆蓋好。
（5）接種
將生物預(yù)處理好的秸稈入池，加入接種物，同時加碳酸氫銨（無糞便的情況下）。加入接種物的量為料容的20%～30%，碳酸氫銨量為8～10千克（有糞便時可不加或少加），加水量為沼氣池的常規(guī)容量（總固體濃度為6%～8%）。若采用干發(fā)酵工藝，秸稈經(jīng)生物預(yù)處理后不需加水，加接種物即可。
（6）啟動
密封沼氣池池口，然后連續(xù)放氣1～3天。從放氣的第二天開始試火，直至能點燃并且火苗穩(wěn)定即可正常使用。
2.大中型秸稈沼氣技術(shù)（覆膜開放槽干法厭氧發(fā)酵）工藝流程
好氧預(yù)處理升溫 將物料堆入發(fā)酵槽，進行好氧預(yù)發(fā)酵，待物料升溫后，將厭氧舊料或由專用菌種制備系統(tǒng)生產(chǎn)的菌種混入。
厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣 在發(fā)酵槽上覆蓋柔性密封膜，使物料在密閉條件下厭氧發(fā)酵，生產(chǎn)沼氣。
好氧發(fā)酵生產(chǎn)有機肥料。厭氧期結(jié)束時，將膜內(nèi)沼氣抽空，并收起柔性密封膜，剩余物料再進行好氧脫水處理，生產(chǎn)有機肥料。
利用太陽能和生物能使物料升溫，利用深堆層物料的自保溫性能和加強生物反應(yīng)器保溫來維持中溫厭氧發(fā)酵溫度，同時設(shè)計燃燒沼氣的加熱系統(tǒng)用于沼氣工程冬季穩(wěn)定運行。用翻攪機將厭氧菌種與物料混合均勻，好氧發(fā)酵階段通過翻攪為物料充氧。
二 秸稈熱解氣化
秸稈熱解氣化技術(shù)是將秸稈轉(zhuǎn)化為氣體燃料的熱化學(xué)過程。秸稈在氣化反應(yīng)器中氧氣不足的條件下發(fā)生部分燃燒，以提供氣化吸熱反應(yīng)所需的熱量，使秸稈在700～850℃左右的氣化溫度下發(fā)生熱解氣化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為含氫氣、一氧化碳和低分子烴類的可燃氣體。秸稈熱解氣化得到的可燃氣體既可以直接作為鍋爐燃料供熱，又可以經(jīng)過除塵、除焦、冷卻等凈化處理后，為燃氣用戶集中供氣，或者驅(qū)動燃氣輪發(fā)電機或燃氣內(nèi)燃發(fā)電機發(fā)電。
1.秸稈氣化供熱。
秸稈氣化供熱是指秸稈經(jīng)過氣化爐氣化后，生成的燃氣送入下一級燃燒器中燃燒，為終端用戶提供熱能。秸稈氣化供熱系統(tǒng)包括氣化爐、濾清器、燃燒器、混合換熱器及終端裝置，該系統(tǒng)的特點是經(jīng)過氣化爐產(chǎn)生的可燃氣可在下一級燃氣鍋爐等燃燒器中直接燃燒，通常不需要高質(zhì)量的氣體凈化和冷卻系統(tǒng)，系統(tǒng)相對簡單，熱利用率高。以上吸式氣化爐為主。
2.秸稈氣化供氣。
秸稈氣化供氣是指氣化爐產(chǎn)生的生物質(zhì)燃氣通過相應(yīng)的配套設(shè)備為居民提供炊事用氣。秸稈氣化供氣又分為集中供氣和單獨供氣兩種類型。
（1）秸稈氣化集中供氣
生物質(zhì)氣化集中供氣整個系統(tǒng)由燃氣發(fā)生系統(tǒng)、燃氣輸配系統(tǒng)和用戶燃氣系統(tǒng)組成。
在秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)中，氣化爐的選用是根據(jù)不同的用氣規(guī)模來確定的，如果供氣戶數(shù)較少，選用固定床氣化爐；如果供氣戶數(shù)多（一般多于1000戶），則使用流化床氣化爐更好。秸稈燃氣的爐具與普通的城市煤氣爐具有所區(qū)別，國內(nèi)此類爐具的生產(chǎn)廠家也較多，效果也較好，可以滿足用戶要求。
（2）戶用秸稈氣化供氣
該種方式為一家一戶的農(nóng)村居民使用，戶用小型秸稈氣化爐，產(chǎn)生的燃氣直接接入爐灶使用，系統(tǒng)具有體積小、投資少的優(yōu)點。但也有明顯的缺點：由于氣化爐與灶直接相連，生物質(zhì)燃氣未得到任何凈化處理，因而灶具上連接管及氣化爐都有焦油滲出，衛(wèi)生很差，且易堵塞連接管及灶具；因氣化爐較小，氣化條件不易控制，產(chǎn)出氣體中可燃氣成分質(zhì)量不穩(wěn)，并且不連續(xù)，影響燃用，甚至有安全問題；從點火至產(chǎn)氣需要有一定的啟動時間，增加了勞動時間，而且該段時間內(nèi)煙氣排放也是個問題。
該系統(tǒng)產(chǎn)氣量為8～10立方米/時，熱量41.9～50.2兆焦/時，燃氣熱值大于46兆焦/立方米，系統(tǒng)總效率可達30%～40%。
3.秸稈氣化發(fā)電
（1）小規(guī)模秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)
小規(guī)模氣化發(fā)電系統(tǒng)功率在2～160千瓦之間，氣化爐幾乎都是下吸式固定床氣化爐，因為這種爐具產(chǎn)出燃氣焦油含量較低，凈化系統(tǒng)相對簡單，對環(huán)境造成的危害較小。采用內(nèi)燃發(fā)電機組，設(shè)備緊湊，運行方便，適合照明或小型電機拖動。
（2）中型秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)
目前系統(tǒng)功率一般在500～2000千瓦，由于氣化容量較大，氣化爐采用流化床或循環(huán)流化床形式，冷卻過濾系統(tǒng)比小型系統(tǒng)完善，采用催化裂解的方法使90%以上的焦油裂解成永久性氣體，發(fā)電設(shè)備為內(nèi)燃機發(fā)電機組，用于并網(wǎng)發(fā)電或小工業(yè)用電，也適合秸稈較多的區(qū)域進行發(fā)電自供。
（3）大型秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)
氣化爐為循環(huán)流化床或加壓流化床，凈化方式采用陶瓷濾芯的過濾器、焦油裂解爐及焦油水洗塔。原料處理量大，自動化程度高，系統(tǒng)效率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
4.秸稈氣化合成化學(xué)品。
指通過使用催化劑將一氧化碳和氫氣合成為甲醇、二甲醚的技術(shù)。以氧氣或水蒸氣為氣化劑，氣化爐中產(chǎn)生的中熱值可燃氣，除去其中的木焦油等有機物，壓縮除去二氧化碳、氮氣、甲烷及其他碳氫化合物，再在一定壓力下，使一氧化碳與水反應(yīng)生成氫氣，調(diào)整一氧化碳和氫氣比例為1∶2混合氣，導(dǎo)入合成反應(yīng)器，經(jīng)特定催化劑催化合成甲醇或二甲醚。
三 生物質(zhì)固化成型燃料
生物質(zhì)固化成型燃料技術(shù)是在一定溫度和壓力作用下，將各類分散的、沒有一定形狀的農(nóng)林生物質(zhì)經(jīng)過收集、干燥、粉碎等預(yù)處理后，利用特殊的生物質(zhì)固化成型設(shè)備擠壓成規(guī)則的、密度較大的棒狀、塊狀或顆粒狀等成型燃料，從而提高其運輸和貯存能力，改善秸稈燃燒性能，提高利用效率，擴大應(yīng)用范圍。
生物質(zhì)固化成型燃料技術(shù)發(fā)展至今，已開發(fā)了許多種成型工藝和成型機械。但是作為生產(chǎn)燃料，主要是干燥物料的常溫成型與熱成型。
1.熱成型工藝
是目前普遍采用的生物質(zhì)固化成型工藝。其工藝流程為：原料粉碎→干燥混合→擠壓成型→冷卻包裝。
熱成型技術(shù)發(fā)展到今天，已有各種各樣的成型工藝問世，總的看來可以根據(jù)原料被加熱的部位不同，將其劃分為兩類：一類是原料只在成型部位被加熱，稱為非預(yù)熱熱壓成型工藝。另一類是原料在進入壓縮機構(gòu)之前和在成型部位被分別加熱，稱為預(yù)熱熱壓成型工藝。兩種工藝的不同之處在于預(yù)熱熱壓成型工藝在原料進入成型機之前對其進行了預(yù)熱處理。但是從實際應(yīng)用情況看，非預(yù)熱熱壓成型工藝占主導(dǎo)地位。
2.常溫成型工藝生物質(zhì)常溫成型工藝
即在常溫下將生物質(zhì)顆粒高壓擠壓成型的過程。常溫成型工藝一般需要很大的成型壓力，為了降低成型壓力，可在成型過程中加入一定的黏結(jié)劑。如果黏結(jié)劑選擇不合理，會對成型燃料的特性有所影響。從環(huán)保角度，不加任何添加劑的常溫成型是現(xiàn)代的主流。
3.其他成型工藝
除了上述主要成型工藝外，還有炭化成型工藝。該工藝可以分為兩類，一類是先成型后炭化，一類是先炭化后成型。
（1）先成型后炭化工藝。工藝流程為：
原料→粉碎干燥→成型→炭化→冷卻包裝。
先用壓縮成型機將松散碎細的植物廢料壓縮成具有一定密度和形狀的燃料棒，然后用炭化爐將燃料棒炭化成木炭。這種工藝具有實用價值。
（2）先炭化后成型工藝。工藝流程為：
原料→粉碎除雜→炭化→混合黏結(jié)劑→擠壓成型→干燥→包裝。
先將生物質(zhì)原料炭化成顆粒狀炭粉，然后再添加一定量的黏結(jié)劑，用壓縮成型機擠壓成一定規(guī)格和形狀的成品炭。這種成型方式使擠壓成型特性得到改善，成型部件的機械磨損和擠壓過程中的能量消耗降低。但是，炭化后的原料在擠壓成型后維持既定形狀的能力較差，貯運和使用時容易開裂和破碎，所以壓縮成型時一般要加入一定量的黏結(jié)劑。如果在成型過程中不使用黏結(jié)劑，要保證成型塊的貯存和使用性能，則需要較高的成型壓力，這將明顯提高成型機的造價。這種成型方式在實際生產(chǎn)中很少見。
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