生物质气化炉;生物质气化机组;工业生物质燃气气化炉方案教材

1、工业生物质燃气气化炉生物质气化机组输入：生物质成型产品（如木片、切段树枝、秸杆压块、污泥颗粒等）。原料：农林废弃物为原料（秸秆、林木废弃物、蔗渣、食用菌渣、具有一定热值的有机垃圾等）。过程：在热力、欠氧条件下，发生热解、氧化、还原化学反应。输出：生物质燃气可燃的混合气体生物质燃气：代替燃煤、直燃木材清洁、环保 代替天然气、燃油省钱、清洁、环保应用：直接应用于锅炉、窑炉、熔铝炉、退火炉等。经过净化，可用于居民生活集中供气、内燃机发电等。目录概述.031、生物质能源.031.1生物质能源.031.2 生物质.031.3 中国生物质能源的特点分析.031.3.1可再生性.031.3.2 清洁、低碳，

2、含硫量低.031.3.3 替代优势.041.3.4 原料丰富.041.3.5 生物质能源的发展方向.052、生物质燃气.052.1 生物质燃气.052.2 生物质燃气特性.052.3典型生物质燃气分析.052.4各燃料燃烧废气排放比较.062.5 原料可获得性.062.6 经济效益.072.7社会效益.083、生物质气化制气原理.094、生物质燃气制气系统.105、 生物质气化副产品及处理.116、应用案例.126.1 生物质燃气用于熔铝炉熔化铝材.126.2 生物质燃气用于服饰厂气化炉蒸汽锅炉.126.3 生物质燃气用于包装纸品厂蒸汽锅炉.136.4 生物质燃气用于燃油、燃气锅炉.137、.

3、137.1 .137.2 生物质固定床气化炉的优势.148、商务合作.149.1河南省节能及燃器具产品质量监督检验中心燃气测试报告.159.2 深圳市华保科技有限公司（第三方）废气排放检测报告.17概 述生物质气化是在一定的热力学条件下，借助于空气（或者氧气）、水蒸气的作用，使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原重整反应，最终转化为一氧化碳、氢气、甲烷和低分子烃类等可燃气体的过程。生物质燃气气化炉是将生物质原料进行气化的一种能源转化设备。1、生物质能源1.1 生物质能源即生物质能（biomass energy ），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间

4、接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。1.2 生物质：生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物

5、等物质。特点：可再生、低污染、分布广泛。1.3 中国生物质能源的特点分析：1.3.1可再生性。生物质能源是从太阳能转化而来，通过植物的光合作用将太阳能转化为化学能，储存在生物质内部的能量，与风能、太阳能等同属可再生能源，可实现能源的永续利用。1.3.2 清洁、低碳，含硫量低。生物质能源中的有害物质含量很低，属于清洁能源。同时，生物质能源的转化过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物质能源的使用过程又生成二氧化碳和水，形成二氧化碳的循环排放过程，能够有效减少人类二氧化碳的净排放量，降低温室效应。生物质燃料中含硫量一般低于0.05%，因此气化制生物质气化能源燃烧不必设置脱硫装置，

6、降低了设备及运行成本，又有利于环境的保护。表1：生物质燃料各主要组成比例可实现温室气体CO2零排放。大气中的CO2通过光合作用进入生物体，生物体的碳通过燃烧、降解和呼吸作用重新变成CO2又回到自然界，从而构成碳元素的循环链。从理论上讲，生物质能源的利用基本可以达到CO2的零排放。根据京都议定书机制，生物质燃料CO2为生态“0”排放。1.3.3 替代优势。利用现代技术可以将生物质能源转化成可替代化石燃料的生物质成型燃料、生物质可燃气、生物质液体燃料等。在热转化方面，生物质能源可以直接燃烧或经过转换，形成便于储存和运输的固体、气体和液体燃料，可运用于大部分使用石油、煤炭及天然气的工业锅炉和窑炉中。

7、国际自然基金会2011年2 月发布的能源报告认为，到2050 年，将有60%的工业燃料和工业供热都采用生物质能源。1.3.4 原料丰富。生物质能源资源丰富，分布广泛。据统计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的l%。根据世界自然基金会的预计，全球生物质能源潜在可利用量达350EJ/年（约合82.12 亿吨标准油，相当于2009年全球能源消耗量的73%）。根据我国可再生能源中长期发展规划统计，目前我国生物质资源可转换为能源的潜力约5 亿吨标准煤，今后随着造林面积的扩大和经济社会的发展，我国生物质资源转换为能源的潜力可达10 亿吨标准煤。在传统能源日

8、渐枯竭的背景下，生物质能源是理想的替代能源，被誉为继煤炭、石油、天然气之外的“第四大”能源。1.3.5 生物质能源的发展方向 目前我国能源战略迫切需要研究用非粮食类生物质作原料生产气体类、液体类燃料，方便使用、方便运输、方便储存以及清洁排放。开发出拥有自主知织产权和具有推广价值的实用技术，保障我国植物生物质能源的安全开发利用和经济昌盛繁荣。2、 生物质燃气2.1 生物质燃气（biogas）是利用农作物秸秆、林木废弃物、食用菌渣、禽畜粪便、具有一定热值的有机垃圾及一切可燃性物质做为原料转换的可燃性气体能源。气体燃料易于管道输送、燃烧效率高，燃烧过程易于控制、燃烧器具简单、颗粒物排放很少或趋近于无

9、，因此是品位较高的燃料。2.2 生物质燃气特性：2.2.1生物质燃气燃烧环保排放指标可媲美天然气，清洁；2.2.2生物质燃气原料属于可再生、可循环利用能源；2.2.3 生物质燃气燃料加工简单，耗用能源、设备及人少，代价较低；2.2.4 使用时不需加装脱硫除硝装置，不耗用碱性中和剂，从而节省运行成本。2.3典型生物质燃气分析表2：典型生物质燃气分析原料产生的燃气种类低位热值（kJ/kg）组分（%）低位热值H2COCH4CO2N2O2kJ/kgkCal/kg木片400013.4820.23.959.1552.021.258941409 果树剪枝400012.519.892.969.5653.331

10、.7656761357 木秸混料390012.7620.312.2710.0853.131.4553711284 玉米芯423812.322.52.3212.548.981.450331203 棉秸432311.522.71.9211.650.781.555851335 玉米秸424112.521.41.8412.7349.881.6553281273 麦秸44298.517.61.361456.841.73664876 2.4各燃料燃烧废气排放比较表3：燃料燃烧废气排放比较(参照2014年7月1日执行锅炉大气污染物排放标准)指标生物质燃气天然气重油轻油煤碳生物质颗粒实测值标准值标准值标准值标

11、准值标准值颗粒物 mg/Nm32020303050SO2 mg/Nm31650200200300NOX mg/Nm3176200250250300烟气黑度（林格曼）111112.5 原料可获得性生物质燃气气化系统以农、林业废弃物（废木材、树枝、果壳、秸杆等）为原料，使用其成型产品如湿度不超过30%的木片、树枝切段及压块、秸杆压块为适。 2.6 经济效益在木片热值为4000Kcal/Kg、天然气热值为8500Kcal/Nm3的情况下，约3.13. 4Kg木片就能取代1立方天然气。在秸秆压块热值为3600Kcal/Kg、天然气热值为8500Kcal/Nm3的情况下，约3.43.9Kg秸秆压块就能取

12、代1立方天然气。表4：用各燃料费用对比(近似算法)各燃料产生1万大卡热量成本对比备注燃料种类热值 Kcal/KG燃料耗用量-KG燃料元/KG元/1万大卡热量未计各种热损失轻柴油96001.04 8.89 9.3 燃料成本较高(0号柴油，7.2元/升，密度0.81KG/NM3)； 天然气85001.18 4.35.1 1、燃料成本较高； 2、气站或管道初装及开户费；Kcal/Nm3Nm3元/Nm33、冬季气压低，可能存在气荒及涨价可能。生物质燃气13003.85 0.60 2.2 1、原料为木片、生物质压块等； 2、不需加装脱硫除硝装置及原料； Kcal/Nm3KG木片元/KG木片3、不需加装布

13、袋除尘设备。生物质成型颗粒直燃40002.50 0.98 2.5 1、颗粒物排放超标； 2、存在烧煤、直燃木材嫌疑； 3、环保部要求配套袋式除尘设备后使用。表5：工业锅炉用各燃料费用对比(近似算法)各燃料产生1吨蒸汽(60万大卡热量)成本对比备注燃料种类热值 Kcal/KG锅炉效率燃料燃尽率燃料耗用量-KG燃料价格-元/KG1吨蒸汽-元/吨多地因环保减排已禁止燃煤、重油和直燃木材。轻柴油96000.90.9970.18.89623.5燃料成本较高(0号柴油，7.2元/升，密度0.81KG/Nm3)天然气85000.90.9979.24.3340.71、燃料单价较高； 2、气站/管道初装投资及开

14、户费。Kcal/Nm3Nm3元/Nm33、冬季气压低，可能存在气荒及涨价可能。生物质燃气13000.750.99310.80.60186.51、原料为木片、生物质压块等； 2、不需加装脱硫除硝装置及原料；燃煤锅炉Kcal/Nm3KG木片元/KG木片3、不需加装布袋除尘设备。生物质燃气13000.90.99259.00.60155.41、原料为木片、生物质压块等； 2、不需加装脱硫除硝装置及原料；油气锅炉Kcal/Nm3KG木片元/KG木片3、不需加装布袋除尘设备。生物质成型燃料直燃40000.750.98204.11.00204.11、颗粒物排放超标； 2、存在烧煤、直燃木材嫌疑； 3、环保部

15、要求配套袋式除尘设备后使用。按产生1吨蒸汽所需热量60 0000Kcal计算2.7社会效益有助于解决我国三大战略难题： 2.7.1 “能源问题” 新的、可再生的替代能源；优化能源结构、增加能源供给；提高能源使用效率。2.7.2 “环境问题” CO2零排放、SO2、氮氧化物低排放；减少农林废弃物焚烧污染空气。2.7.3 “农林业问题” 农林废弃物资源化利用，变废为宝； 发展能源农林业，拓展农林业发展渠道；提高农林业收入、增加农林就业岗位。3、生物质气化制气原理生物质燃气以农林废弃物为原料，在缺氧条件下释放出其所含挥发份，并将其中的C通过氧化、还原、热解转化的可燃气体。气化过程分为生物质原料的氧化

16、反应、还原反应、热解和干燥等四个过程，生成的混合可燃气体即为生物质燃气。生物质燃气产生技术原理及过程如下图：湿料燃气废渣（炭、灰）空气干燥层（100250）产物：水蒸气裂解层（300800）产物：气体（CO、H2、CH4、CO2、水蒸气）、焦油、炭还原层（900）产物：CO、H2氧化层（1200）产物：CO2灰室产物：灰分（残炭）炉排 3.1 氧化反应。气化剂（空气等）由底部进入气化炉，与生物质原料发生氧化反应，生成CO2、CO、H2O等，同时放出热量，为还原区的还原反应、物料的裂解和干燥提供了热源。由于是限氧燃烧，不完全燃烧反应同时发生。氧化区温度达1200。C + O2 = CO2H= -

17、408.8 (394)kJ 2C+ O2 = 2CO H= -246.44(221) kJ3.2 还原反应。还原区内，来自空气中的氧气被耗尽。由于供氧不足，生物质原料的燃烧不充分，产生CO，并放出热量。同时，来自氧化层的CO2、H2O与生物质原料中的C、H反应，生成CO、CH4、CmHn、H2、H2O等。在此过程中，被加热的生物质原料也发生裂解，其中的可燃气体即挥发份从原料中析出，成为燃气的一部分。还原区中的原料因重力作用下落入氧化区。主要有如下反应：C+CO2 2CO H= +172.47 kJ C+H2O(g) CO+H2 H = +131.30 kJ C+2H2O(g) CO2+2H2

18、H= +90.17 kJ CO+H2O(g) CO2+H2 H= +41.17 kJ 3.3 生物质原料裂解。在裂解区中的生物质原料被还原区上来的热气体加热，发生裂解反应。在此反应中，生物质中大部分的挥发分从固体中分离出去。裂解需要大量热量，温度降到400600。裂解区主要产物：C、H2、H2O、CO、CO2、CH4、焦油和烃类等。此后热气体上升到干燥区，而炭则下降到还原区。3.4 生物质的干燥。气化炉的最上层为干燥区，干燥区温度约为100250。湿料同来自下面三个反应区的热气体换热，蒸发水蒸气随着热气流上升排出气化炉，干物料落入裂解区，而热气体成为燃气被引出气化炉使用。4、生物质燃气制气系统

19、生物质燃气气化炉主要由给料系统、燃气发生系统、除渣系统、燃气输送系统、冷却系统和安全防爆系统等组成（如上图）。5、 生物质气化副产品及处理生物质气化制气过程中，产生如下副产品：5.1草木灰。由气化炉除渣系统排出与残炭一起排出或经除尘装置收集，可作为农家肥使用，对土地改良及农作物生长有促进作用，环境友好。5.2生物质炭。由气化炉除渣系统排出，其产量及质量视原料、气化工艺不同而不同。其主要处理去向如下：5.2.1 烧烤用型炭：以树枝薪柴炭化获得的木炭粉加工成烧烤用型炭，质量比较优良，是原木炭的理想替代品。5.2.2 肥料用炭：此市场潜力巨大，炭与它肥料混合可制成长效肥料，能增长肥效、减少氮、膦、钾

20、使用量和改良土壤。将炭、醋酸按比例混合，再加一定数量的其它元素，可制成炭基复合肥用于农业生产。5.2.3 蚊香用炭粉：全国年需蚊香用炭粉40万吨以上。5.2.4 用作活性炭和其他工业用炭原料。5.2.5 用作气化炉本身焦油裂解催化剂。5.3 木焦油。木焦油可提炼60%左右生物质燃料油，30%左右的生物沥青。这两种产品均不存在市场问题。焦油本身可作为燃料油使用，也可在气化炉内进行二次裂解。5.4 木醋酸。木醋酸含有200多种物质，具有广泛的开发用途。5.4.1可提取生物杀虫剂、杀菌剂，因其富含有众多种有机成分，具有独特的防止病虫害效果，虫菌不易产生抗药性；5.4.2 用作土壤改良剂（木醋酸对碱性土壤具有良好的改良作用）、作物生长促进剂，同时还可做为底肥、叶面肥使用，具有促进作物生长的作用；5.4.3 利用其杀菌特性提取制作护肤、洗浴等保健产品；5.4.4 提取薰香剂、食物保鲜剂等食品添加剂；5.4.5 木醋酸与炭粉混合作饲料添加剂、木醋酸添加其它元素加工为叶面肥等。说明：不同原料，不同干湿度产出的木醋酸指标不同。6、应用案例6.1 生物质燃气用于熔铝炉熔化铝材（第1、2图为惠州富士康）6.2 生物质燃气用于服饰厂气化炉蒸汽锅炉6.3 生物质燃气用于包装纸品厂蒸