农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用课件

农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用主要内容一、生物质气化技术二、气化联产技术的产品三、气化联产技术装备农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用主要内容一、生物质气化技术农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技2一、生物质气化技术生物质是地球上来源广、数量多、可再生的一种资源，具不完全统计我国每年的农林生物质约有10亿吨。

这些资源目前作为能源利用的主要方式有：直接燃烧发电、固化成型造粒、干馏、气化、发酵制沼气、生物制油和酒精等。这些方法都或多或少的存在某些方面的不足，归纳起来主要的问题是：资源利用不充分、加工方法欠科学、经济效益和环境效益不显著。

1、生物质气化农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用一、生物质气化技术生物质是地球上来源广、数量多、可再3传统的气化技术是将生物质在高温下与气化剂（空气、水蒸气等）发生热解、氧化和还原等反应，高效率地转化为气体燃料的过程。气化技术并非是当今的高新技术，早在1918年瑞典人Axel设计了第一台上吸式木炭气化炉，1924年制造了第一台下吸式木炭气化炉，从而开创了生物质气化的先河。上世纪80年代后，我国各地开始兴起生物质气化发电和农村供气，并在一段时间内成为一种潮流。但是遗憾的是国内外能够稳定运行并具有良好的经济效益和环境效益的生物质气化发电(或供气)企业却寥寥无几。

农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用传统的气化技术是将生物质在高温下与气化剂（空气、4我们团队10多年来针对传统气化技术存在的产品单一、经济效益不显著；可燃气中焦油含量高，存在一定的环境污染；气化设备产能太小，不能引起工业界的关注的缺陷，开展了有针对性的创新性研究。

提出了在生物质气化的同时获取气、固、液三相产品和高效利用的创新发展理念。从研究、应用与发展的角度研究了传统气化技术的根本问题并提出了解决方法，实现了“生物质气化联产“电-炭-肥-热（冷）”技术的集成创新与应用”。使生物质的利用完全符合绿色、循环的可持续发展目标。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用我们团队10多年来针对传统气化技术存在的产品单一5生物质原料气化剂气化剂可燃气炭炉排干燥区：20-200℃，原料中自由水和结合水的蒸发。热解区：200-600℃，原料在缺氧的条件下裂解产生大量可燃气(CO，H2，CH4等)、炭、焦油。氧化区：600-800℃，生物质炭与气化剂反应。C+O2→CO22C+O2→2CO还原区：800-600℃，还原反应。C+H2OCO+H2CO+H2OCO2+H2C+CO22COC+2H2CH4CO2+H22CO+H2O2、技术原理气化炉内反应机理农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用生物质原料气化剂气化剂可燃气炭炉排干燥区：20-206二.气化联产技术的产品1.可燃气不同的生物质原料，可燃气的成分有差别，热值也有差别。1kg生物质燃料，可产生3可燃气。燃烧的可燃气农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用二.气化联产技术的产品1.可燃气燃烧的可燃气农林生物质气化7可燃气的成份与热值生物质CH4(%)CO2(%)CO(%)H2(%)O2(%)热值（kJ/m3）稻壳2.613.514.59.51.613762900（kcal/m3）木片3.9419.6212.6212.350.2753001286（kcal/m3）

可燃气可用于发电和锅炉燃料。1kg木片可发电度电、稻壳可发度电；可燃气也可用于锅炉燃料，1500m3可燃气每小时可产生2吨中低压饱和蒸汽。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用可燃气的成份与热值生物质CH4CO2COH2O2热值稻壳2.82.生物质炭

稻草炭豆秆炭

玉米秆炭棉秆炭农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用2.生物质炭稻草炭豆秆炭9农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用10

生物质炭是一种多孔质材料，外观黑色，形状有粉状和颗粒状。具有发达的孔隙结构，较大的比表面积，特异的表面官能团，稳定的物理和化学性质。特别是制成活性炭后，是优良的吸附、净化材料、也可以作为催化剂或催化剂载体，是工业、农业、国防、交通、医药卫生、环保事业和尖端科学不可或缺的重要材料。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用生物质炭是一种多孔质材料，外观黑色，形状有粉状和11洋葱状富勒烯碳纳米管理想结构富勒烯理想结构生物质炭横切面荷木木炭横切面生物质炭横切面几种炭材料的微观结构图农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用洋葱状富勒烯碳纳米管理想结构富勒烯理想结构生物质炭横切面荷12根据原料不同，可以分为木炭、稻壳炭、秸秆炭等。

秸秆炭理化性质：每kg炭中含钾53g、氮、磷，镁、微量元素铜、铁、锌，比表面积171m2/g原料热值/kJ/kg灰分含量/%挥发分含量/%固定碳含量/%木片30188（7222kcal/kg）8.449.7681.80稻壳18497（4425kcal/kg）45.355.2149.44农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用根据原料不同，可以分为木炭、稻壳炭、秸秆炭等。秸秆炭13

木炭由于含碳量高、灰分少，可制成活性炭，具有很多工业用途；秸秆炭可用于制作炭基复合肥，既有肥料的作用，又有改良土壤的效果。具体效果为：

(1)可使秸秆中的钾、硅、镁等多种大量、中量、微量元素回田。其中钾元素约为5%，硅为3~10%。

(2)增加土壤的孔隙度，改善土壤的通气、透水状况。土壤中增加4%的炭，土壤密度从1.39%减少到1.20%；农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用木炭由于含碳量高、灰分少，可制成活性炭，14

(3)抑制土壤对磷的吸附，改善作物对磷的吸收。土壤中增加4%的炭，土壤对磷的吸附率为22.3%，而未加炭土壤的吸附率高达52.43%，土壤对磷的解析则由0.85%提高到22.81%。

(4)可修复被重金属污染的土壤。种小白菜试验表明，土壤中加入4%的炭，小白菜叶中镉的含量减少49.45%，根中镉的含量减少73.51%。湖南农业大学王惠群教授2013~2014两年，连续做的大面积农田试验，使用炭基复合肥的200多亩水稻田，十一个点测试结果稻米中镉的含量减少50%以上，均低于0.2%，符合国家标准要求。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用(3)抑制土壤对磷的吸附，改善作物对磷的吸收15

(5)提高土壤地温1~3℃，作物的成熟期可提前3~5天。

(6)可提高土壤的持水能力，有良好的保水作用。土壤中增加4%的炭，土壤最大持水量从37.7%增加至41.7%，由于秸秆炭的比表面积高达100m²/g以上，对土壤中的肥料和农药均有缓释作用，使肥料成为缓释肥。因此秸秆炭还田有百利而无一害。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用(5)提高土壤地温1~3℃，作物的成熟期163.生物质提取液

生物质材料热解气化时产生的液体成分经冷凝、分离可得到含有酸类、醇类、酯类、醛类、酮类、酚类等多种有机化学成分的生物质提取液。

粗秸秆提取液精馏秸秆提取液农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用3.生物质提取液生物质材料热解气化时产生的液体成分经17生物质提取液的成分分析稻壳提取液组成成分分析

稻壳提取液总离子色谱图

稻壳提取液大约含有18种物质，主要含有21.17%醇类、3.75%酚类和3.65%酯类，还有酸类、醛类、酮类等约40.08%的大量其它物质。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用生物质提取液的成分分析稻壳提取液组成成分分析稻壳提取液18秸秆提取液组成成分分析秸秆活性有机提取液总离子色谱图

秸秆生物质有机提取液大约含有多种有机物质，主要含有1.89%醇类、7.49%酚类、3.21%酯类、8.23%酮类、0.68%酸类、0.95%醛类物质，还含有4.44%的其它物质。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用秸秆提取液组成成分分析秸秆活性有机提取液总离子色谱图19

由于这些有机化合物本身都具有生物活性，具有促进作物生长和抑菌、杀菌性能，各种物质之间相互协同作用，使生物质活性提取液具有良好的促进作物生长和抑菌、杀菌性能。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用由于这些有机化合物本身都具有生物活性，具有促进203.2生物质提取液的基本性质试样密度/g/cm3折光率/nD19pH总酸/%颜色气味粗提取液1.0501.78567.860.89黑褐色烟焦味精制提取液1.0251.33877.930.56淡黄透明微弱烟焦味

精制稻壳活性提取液较粗稻壳活性提取液更加透明，其色泽为淡黄色，气味有微弱烟焦味。

以生物质稻壳为原料生产的生物质提取液的基本性质如下表所示。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用3.2生物质提取液的基本性质试样密度/g/cm3折光率21样品抑菌率/%白色念珠菌黑曲霉菌大肠杆菌金黄色葡萄球菌稻壳粗提取液93.6180.7010048.50稻壳精制提取液94.8082.3210052.43无菌水0000

由上表可知，生物质稻壳活性提取液对白色念珠菌、大肠杆菌有很强的抑菌、杀菌效果，抑菌率都在90%以上；对金黄色葡萄球菌、黑曲霉菌有一定的抑菌作用。3.3生物质提取液的抑菌性能试验

以稻壳活性提取液为原料，以白色念珠菌、黑曲霉菌、大肠杆菌及金黄色葡萄球菌为供试菌种，按抑菌试验方法进行抑菌试验，结果如下表所示。

农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用样品抑菌率/%白色念珠菌黑曲霉菌大肠杆菌金黄色葡萄球菌稻壳粗223.4生物质提取液作基质的叶面肥

以生物质提取液作为基质，增加农作物生长紧缺的大量元素、中量元素和微量元素，复配而成有机叶面肥。稀释至300-500倍。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用3.4生物质提取液作基质的叶面肥以生物质提取液作为234、余热（冷）

生物质气化过程中，在气化炉和发电机的冷却时，每500KW机组可以产生6吨80℃的热水，发电机尾气具有大量的余热，可以带吨余热蒸汽锅炉或3吨80℃的热水锅炉，采用蒸汽轮机发电，可以选用不同型号的机组，实现热电联用。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用4、余热（冷）农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及24三、气化联产技术装备由气化炉和发电机两大部分组成。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用三、气化联产技术装备由气化炉和发电机两大部分组成。农林生物质25（1）流化床气化炉（适用于各种颗粒状原料）国电公司10MW秸秆类流化床气化发电项目该项目成功解决了可燃气净化及焦油处理的世界性难题。实现了生物质气化发电的规模性（10MW甚至更大）。1、气化炉农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用（1）流化床气化炉（适用于各种颗粒状原料）国电公司10MW秸26（2）下吸式固定床气化炉(顶部进料，下部出料，下部出气，适用于稻壳等原料)湖南亮之星米业下吸式气化炉农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用（2）下吸式固定床气化炉(顶部进料，下部出料，下部出气，适用27生物质燃气发电机（500kw·h）系统农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用生物质燃气发电机（500kw·h）系统农林生物质气化联产“电28河北平泉1MW杏壳发电-活性炭联产设备农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用河北平泉1MW杏壳发电-活性炭联产设备农林生物质气化联产“电29木片气化替代煤供热联产炭工程现场3、上吸式固定床气化炉(炉顶进料、下部排炭、上部出气，适用于木片等原料)农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用木片气化替代煤供热联产炭工程现场3、上吸式固定床气化炉(炉30浙江木片气化多联产（发电、液体肥、活性炭或炭基肥）项目农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用浙江木片气化多联产（发电、液体肥、活性炭或炭基肥）项目农林生31生物质气化试验农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用生物质气化试验农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及32工程案例承德华净杏壳发电联产活性炭、热、肥综合利用工程现场农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用工程案例承德华净杏壳发电联产活性炭、热、肥综合利用工程现场农33工程案例

“1MW生物质气化炭电热肥多联产”项目以西双版纳的橡胶木废料为原料，通过气化发电联产炭热肥的新方法。云南西双版纳生物质气化发电联产炭热肥系统农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用工程案例“1MW生物质气化炭电热肥多联产”项目341.生物质提取液作为基质制造叶面肥使用实例

以生物质提取液为基质，复配农作物生长必需的一定数量的大量元素、中量元素和微量元素，制成活性有机叶面肥。开展了多方面的试验。

未使用叶面肥的西红柿使用叶面肥的西红柿

山东临沂试验结果表明：提取液为基质的叶面肥能使西红柿表面色泽鲜艳、增加座果率，提高单株产量，500倍提取液与对照相比每亩增产％。四.提取液与炭制作肥料的应用示范农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用1.生物质提取液作为基质制造叶面肥使用实例未使用叶面肥的西红35

不同浓度提取液处理苹果着色对比可以看出，提取液处理对苹果果实着色均有作用，其中以200倍提取液着色最好，而且口感好、产量高。在果树上的喷洒效果（宁夏）农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用不同浓度提取液处理苹果着色对比可以看出，提取液处理对36在杏树生产上的应用效果（宁夏）农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用在杏树生产上的应用效果（宁夏）农林生物质气化联产“电炭肥热37宁夏林科所李子对比效果

在李子结果后，先后共喷洒2次活性有机液体肥。果实成熟可提前3－5天，果实增大、外形发亮、无斑点、口味好。经测定，产量可增加约15%，维生素、糖份含量可增加3－5%；农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用宁夏林科所李子对比效果在李子结果后，先后共喷洒238宁夏林科所灌根萝卜宁夏林科所灌根油麦菜对照

萝卜用稀释至800倍的有机液体肥滴灌一次，萝卜个体明显增大，最大的一个单体重达9市斤，而对照组单体重一般为3－4斤；经测定，产量可增加约15%，维生素、糖份含量可增加3－5%；油麦菜和萝卜一样滴灌一次叶和杆长势旺盛，明显优于对照组。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用宁夏林科所灌根萝卜宁夏林科所灌根油麦菜对照萝卜用39油麦菜（灌根）上的应用（宁夏）

油麦菜用有机液体肥滴灌一次，叶和杆长势旺盛，明显优于对照组。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用油麦菜（灌根）上的应用（宁夏）油麦菜用有机液40水稻上的应用（山东临沂）对照组亩产963斤，喷施叶面肥的稻子亩产1295斤，增产％。喷施叶面肥未喷施叶面肥农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用水稻上的应用（山东临沂）对照组亩产963斤，41生物质提取液对辣椒的影响(江西)

试验设6个处理：清水对照、生物质活性有机提取液稀释100倍、200倍、300倍，400倍，500倍，其中以稀释400倍生物质活性有机提取液最好。与对照相比叶绿素含量增加了51.93%，VC含量增加了83.33%，方差分析表明差异均达到极显著水平。测试结果如下所示。不同浓度生物质活性有机提取液处理辣椒对比照片

农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用生物质提取液对辣椒的影响(江西)试验设6个处理：清42处理叶绿素含量/(mg/g.FW)维生素C含量/mg/100g稀释500倍1.32751218.09稀释400倍1.34281319.89稀释300倍1.31651244.15稀释200倍1.08721358.15稀释100倍1.01321556.16CK0.88381651.07

与对照相比，不仅产量增加，而且叶绿素含量增加了51.93%，VC含量增加了83.33%，农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用处理叶绿素含量/(mg/g.FW)维生素C含量/mg/1043在有机水稻育秧上的应用

三年来6000多亩有机水稻(江苏句容有机农业合作社),育秧全部采用生物质提取液(稀释30倍)浸种，秧田基本未见恶苗病、苗稻瘟及干尖线虫病发生，秧苗长势好。大田也没有发生过恶苗病、稻瘟及干尖线虫病危害。生物质提取液浸水稻种子农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用在有机水稻育秧上的应用三年来6000多亩有机水稻44在有机桃树防治蚜虫上的应用戴庄村1500余亩有机桃园已连续三年用提取液替代化学农药防治害虫，基本控制蚜虫、金龟子、桃小食心虫、梨小食心虫危害,效果显著。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用在有机桃树防治蚜虫上的应用戴庄村1500余亩有机桃园已连续三45防治蚜虫及灰霉病上的应用

有机草莓栽培试验田已连续多年用生物质提取液(100～300倍)防治草莓蚜虫及灰霉病，基本控制危害，对棚内放蜂授粉没有影响，生产出优质有机草莓。春季露地蔬菜苗期及大田防治蚜虫也取得效果。常年用化学农药防治3-4次草莓灰霉病是草莓主要病害有机草莓农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用防治蚜虫及灰霉病上的应用有机草莓栽培试验田已连续多年用生物46未喷提取液区19％喷提取液区5％喷提取液草莓植株查不到蚜虫未喷提取液草莓植株蚜虫情况农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用未喷提取液区19％喷提取液区5％喷提取液草莓植株查47处理1CK施用生物质提取液后，土壤中虫雌虫数目和虫卵数目显著降低，发生蔫的植株数目显著低与对照。

对黄瓜连作土壤中线虫发病的影响

南方线虫的基本形态虫卵

在连栋温室中，用盆栽黄瓜进行试验，盆直径22cm，每盆装连作地土壤10L。7月15日定植。在黄瓜定植前，每盆浇灌生物质提取液400倍液1000mL，定植后每周浇灌一次，每次浇灌1000mL，浇灌4次（处理1），至定植后45d，统计植株发病率。对照按此方法浇清水。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用处理1CK施用生物质提取液后，土壤中虫雌虫数目和虫卵数目显著48施用生物质提取液对线虫的防治效果

土壤pH病株率%病情指数CK7.48Aa33Aa20.5Aa处理16.32Bb15Bb8.3Bb降低百分率（%）15.8154.5459.51

结果表明：施用400倍生物质提取液能显著降低盆栽黄瓜根结线虫的发生率，发病株的病情指数也显著下降，对土壤pH测定结果表明施用提取液后，土壤pH值显著降低，pH调节机能可能是生物质提取液降低线虫发生的重要原因之一，但详细机理尚需进一步研究。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用施用生物质提取液对线虫的防治效果土壤pH病株率%病情指数492、生物质炭基肥生产工艺及应用生物质炭基肥生产配送生物质炭基肥生物质炭基肥玉米和蔬菜专用生物质炭基肥农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用2、生物质炭基肥生产工艺及应用生物质炭基肥生产配送生物质炭基50

处理

施肥量开花率%增加%株高cm增高cm展幅cm增加cm处理1炭基肥50kg/亩753850.5

7.842.58.8处理2常规施肥50kg/亩37-42.7-33.7-生物质炭基肥对马铃薯生长发育的影响生物质炭基复合肥常规对照农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用

处理

施肥量开花率增加株高增高展幅增加处理1炭基肥50kg512015年黑龙江炭基复合肥土豆田间试验图2015年黑龙江普通复合肥土豆田间试验图与同等施肥量的常规施肥处理相比，增产幅度为23.1%。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用2015年黑龙江炭基复合肥土豆田间试验图2015年黑龙江普52

处理

施肥量分蘖数（个）增加（个）株高（cm）增高（cm）处理1炭基肥45kg/亩13.81.538.7

-5.9处理2常规施肥45kg/亩12.3-44.6-生物质炭基肥对水稻生长发育的影响生物质炭基肥可以提高水稻产量，产量为752.4kg/667m2，增产，增产率为15.8%。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用

处理

施肥量分蘖数增加株高增高处理1炭基肥45kg/亩1353542014年炭基生物复合肥田间试验抗倒伏图2013年湖南宁乡稻壳炭基肥试验结论：上调土壤pH值、抗倒伏、增产10%和降镉50%以上。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用542014年炭基生物复合肥田间试验抗倒伏图2013年湖南542015年黑龙江普通复合肥玉米田间试验图2015年黑龙江炭基复合肥玉米田间试验图农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用2015年黑龙江普通复合肥玉米田间试验图2015年黑龙江炭552015年黑龙江玉米田间试验图2015年黑龙江玉米田间试验图农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用2015年黑龙江玉米田间试验图2015年黑龙江玉米田间试验56

处理

施肥量植株长cm增高cm坐瓜数个增加个处理1炭基肥50kg/亩17.12.142处理2常规施肥50kg/亩15-2-生物质炭基肥对甜瓜生长发育的影响炭基肥对照农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用

处理

施肥量植株长增高坐瓜数增加处理1炭基肥50kg/亩1571吨生物质气化后可以发电800度（替代吨煤），减排二氧化碳吨，得到的生物质炭固定了约吨碳（二氧化碳吨），在气化过程中碳转化成焦油、提取液固定了约吨碳（二氧化碳吨），产生的可燃气发电并最终变成二氧化碳排放量吨。因此每1吨生物质联产技术利用后的二氧化碳净排放为：吨吨吨吨＝吨。本项目采用了生物质气化发电联产炭的工艺技术，由于生物质中的硫、氮含量均很低，而且生物质中的大部分碳、硫、氮元素保留在炭中，同时，生物质燃气燃烧采用低氮燃烧控制技术，可实现达标排放。所以本项目技术的经济性、环保性更好，更符合绿色、可持续及循环经济的发展要求。生物质能源的发展只有与环境保护相结合才是根本的出路。

前景与展望农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用1吨生物质气化后可以发电800度（替代吨煤），58农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用主要内容一、生物质气化技术二、气化联产技术的产品三、气化联产技术装备农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用主要内容一、生物质气化技术农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技60一、生物质气化技术生物质是地球上来源广、数量多、可再生的一种资源，具不完全统计我国每年的农林生物质约有10亿吨。

这些资源目前作为能源利用的主要方式有：直接燃烧发电、固化成型造粒、干馏、气化、发酵制沼气、生物制油和酒精等。这些方法都或多或少的存在某些方面的不足，归纳起来主要的问题是：资源利用不充分、加工方法欠科学、经济效益和环境效益不显著。

1、生物质气化农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用一、生物质气化技术生物质是地球上来源广、数量多、可再61传统的气化技术是将生物质在高温下与气化剂（空气、水蒸气等）发生热解、氧化和还原等反应，高效率地转化为气体燃料的过程。气化技术并非是当今的高新技术，早在1918年瑞典人Axel设计了第一台上吸式木炭气化炉，1924年制造了第一台下吸式木炭气化炉，从而开创了生物质气化的先河。上世纪80年代后，我国各地开始兴起生物质气化发电和农村供气，并在一段时间内成为一种潮流。但是遗憾的是国内外能够稳定运行并具有良好的经济效益和环境效益的生物质气化发电(或供气)企业却寥寥无几。

农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用传统的气化技术是将生物质在高温下与气化剂（空气、62我们团队10多年来针对传统气化技术存在的产品单一、经济效益不显著；可燃气中焦油含量高，存在一定的环境污染；气化设备产能太小，不能引起工业界的关注的缺陷，开展了有针对性的创新性研究。

提出了在生物质气化的同时获取气、固、液三相产品和高效利用的创新发展理念。从研究、应用与发展的角度研究了传统气化技术的根本问题并提出了解决方法，实现了“生物质气化联产“电-炭-肥-热（冷）”技术的集成创新与应用”。使生物质的利用完全符合绿色、循环的可持续发展目标。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用我们团队10多年来针对传统气化技术存在的产品单一63生物质原料气化剂气化剂可燃气炭炉排干燥区：20-200℃，原料中自由水和结合水的蒸发。热解区：200-600℃，原料在缺氧的条件下裂解产生大量可燃气(CO，H2，CH4等)、炭、焦油。氧化区：600-800℃，生物质炭与气化剂反应。C+O2→CO22C+O2→2CO还原区：800-600℃，还原反应。C+H2OCO+H2CO+H2OCO2+H2C+CO22COC+2H2CH4CO2+H22CO+H2O2、技术原理气化炉内反应机理农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用生物质原料气化剂气化剂可燃气炭炉排干燥区：20-2064二.气化联产技术的产品1.可燃气不同的生物质原料，可燃气的成分有差别，热值也有差别。1kg生物质燃料，可产生3可燃气。燃烧的可燃气农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用二.气化联产技术的产品1.可燃气燃烧的可燃气农林生物质气化65可燃气的成份与热值生物质CH4(%)CO2(%)CO(%)H2(%)O2(%)热值（kJ/m3）稻壳2.613.514.59.51.613762900（kcal/m3）木片3.9419.6212.6212.350.2753001286（kcal/m3）

可燃气可用于发电和锅炉燃料。1kg木片可发电度电、稻壳可发度电；可燃气也可用于锅炉燃料，1500m3可燃气每小时可产生2吨中低压饱和蒸汽。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用可燃气的成份与热值生物质CH4CO2COH2O2热值稻壳2.662.生物质炭

稻草炭豆秆炭

玉米秆炭棉秆炭农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用2.生物质炭稻草炭豆秆炭67农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用68

生物质炭是一种多孔质材料，外观黑色，形状有粉状和颗粒状。具有发达的孔隙结构，较大的比表面积，特异的表面官能团，稳定的物理和化学性质。特别是制成活性炭后，是优良的吸附、净化材料、也可以作为催化剂或催化剂载体，是工业、农业、国防、交通、医药卫生、环保事业和尖端科学不可或缺的重要材料。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用生物质炭是一种多孔质材料，外观黑色，形状有粉状和69洋葱状富勒烯碳纳米管理想结构富勒烯理想结构生物质炭横切面荷木木炭横切面生物质炭横切面几种炭材料的微观结构图农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用洋葱状富勒烯碳纳米管理想结构富勒烯理想结构生物质炭横切面荷70根据原料不同，可以分为木炭、稻壳炭、秸秆炭等。

秸秆炭理化性质：每kg炭中含钾53g、氮、磷，镁、微量元素铜、铁、锌，比表面积171m2/g原料热值/kJ/kg灰分含量/%挥发分含量/%固定碳含量/%木片30188（7222kcal/kg）8.449.7681.80稻壳18497（4425kcal/kg）45.355.2149.44农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用根据原料不同，可以分为木炭、稻壳炭、秸秆炭等。秸秆炭71

木炭由于含碳量高、灰分少，可制成活性炭，具有很多工业用途；秸秆炭可用于制作炭基复合肥，既有肥料的作用，又有改良土壤的效果。具体效果为：

(1)可使秸秆中的钾、硅、镁等多种大量、中量、微量元素回田。其中钾元素约为5%，硅为3~10%。

(2)增加土壤的孔隙度，改善土壤的通气、透水状况。土壤中增加4%的炭，土壤密度从1.39%减少到1.20%；农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用木炭由于含碳量高、灰分少，可制成活性炭，72

(3)抑制土壤对磷的吸附，改善作物对磷的吸收。土壤中增加4%的炭，土壤对磷的吸附率为22.3%，而未加炭土壤的吸附率高达52.43%，土壤对磷的解析则由0.85%提高到22.81%。

(4)可修复被重金属污染的土壤。种小白菜试验表明，土壤中加入4%的炭，小白菜叶中镉的含量减少49.45%，根中镉的含量减少73.51%。湖南农业大学王惠群教授2013~2014两年，连续做的大面积农田试验，使用炭基复合肥的200多亩水稻田，十一个点测试结果稻米中镉的含量减少50%以上，均低于0.2%，符合国家标准要求。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用(3)抑制土壤对磷的吸附，改善作物对磷的吸收73

(5)提高土壤地温1~3℃，作物的成熟期可提前3~5天。

(6)可提高土壤的持水能力，有良好的保水作用。土壤中增加4%的炭，土壤最大持水量从37.7%增加至41.7%，由于秸秆炭的比表面积高达100m²/g以上，对土壤中的肥料和农药均有缓释作用，使肥料成为缓释肥。因此秸秆炭还田有百利而无一害。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用(5)提高土壤地温1~3℃，作物的成熟期743.生物质提取液

生物质材料热解气化时产生的液体成分经冷凝、分离可得到含有酸类、醇类、酯类、醛类、酮类、酚类等多种有机化学成分的生物质提取液。

粗秸秆提取液精馏秸秆提取液农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用3.生物质提取液生物质材料热解气化时产生的液体成分经75生物质提取液的成分分析稻壳提取液组成成分分析

稻壳提取液总离子色谱图

稻壳提取液大约含有18种物质，主要含有21.17%醇类、3.75%酚类和3.65%酯类，还有酸类、醛类、酮类等约40.08%的大量其它物质。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用生物质提取液的成分分析稻壳提取液组成成分分析稻壳提取液76秸秆提取液组成成分分析秸秆活性有机提取液总离子色谱图

秸秆生物质有机提取液大约含有多种有机物质，主要含有1.89%醇类、7.49%酚类、3.21%酯类、8.23%酮类、0.68%酸类、0.95%醛类物质，还含有4.44%的其它物质。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用秸秆提取液组成成分分析秸秆活性有机提取液总离子色谱图77

由于这些有机化合物本身都具有生物活性，具有促进作物生长和抑菌、杀菌性能，各种物质之间相互协同作用，使生物质活性提取液具有良好的促进作物生长和抑菌、杀菌性能。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用由于这些有机化合物本身都具有生物活性，具有促进783.2生物质提取液的基本性质试样密度/g/cm3折光率/nD19pH总酸/%颜色气味粗提取液1.0501.78567.860.89黑褐色烟焦味精制提取液1.0251.33877.930.56淡黄透明微弱烟焦味

精制稻壳活性提取液较粗稻壳活性提取液更加透明，其色泽为淡黄色，气味有微弱烟焦味。

以生物质稻壳为原料生产的生物质提取液的基本性质如下表所示。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用3.2生物质提取液的基本性质试样密度/g/cm3折光率79样品抑菌率/%白色念珠菌黑曲霉菌大肠杆菌金黄色葡萄球菌稻壳粗提取液93.6180.7010048.50稻壳精制提取液94.8082.3210052.43无菌水0000

由上表可知，生物质稻壳活性提取液对白色念珠菌、大肠杆菌有很强的抑菌、杀菌效果，抑菌率都在90%以上；对金黄色葡萄球菌、黑曲霉菌有一定的抑菌作用。3.3生物质提取液的抑菌性能试验

以稻壳活性提取液为原料，以白色念珠菌、黑曲霉菌、大肠杆菌及金黄色葡萄球菌为供试菌种，按抑菌试验方法进行抑菌试验，结果如下表所示。

农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用样品抑菌率/%白色念珠菌黑曲霉菌大肠杆菌金黄色葡萄球菌稻壳粗803.4生物质提取液作基质的叶面肥

以生物质提取液作为基质，增加农作物生长紧缺的大量元素、中量元素和微量元素，复配而成有机叶面肥。稀释至300-500倍。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用3.4生物质提取液作基质的叶面肥以生物质提取液作为814、余热（冷）

生物质气化过程中，在气化炉和发电机的冷却时，每500KW机组可以产生6吨80℃的热水，发电机尾气具有大量的余热，可以带吨余热蒸汽锅炉或3吨80℃的热水锅炉，采用蒸汽轮机发电，可以选用不同型号的机组，实现热电联用。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用4、余热（冷）农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及82三、气化联产技术装备由气化炉和发电机两大部分组成。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用三、气化联产技术装备由气化炉和发电机两大部分组成。农林生物质83（1）流化床气化炉（适用于各种颗粒状原料）国电公司10MW秸秆类流化床气化发电项目该项目成功解决了可燃气净化及焦油处理的世界性难题。实现了生物质气化发电的规模性（10MW甚至更大）。1、气化炉农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用（1）流化床气化炉（适用于各种颗粒状原料）国电公司10MW秸84（2）下吸式固定床气化炉(顶部进料，下部出料，下部出气，适用于稻壳等原料)湖南亮之星米业下吸式气化炉农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用（2）下吸式固定床气化炉(顶部进料，下部出料，下部出气，适用85生物质燃气发电机（500kw·h）系统农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用生物质燃气发电机（500kw·h）系统农林生物质气化联产“电86河北平泉1MW杏壳发电-活性炭联产设备农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用河北平泉1MW杏壳发电-活性炭联产设备农林生物质气化联产“电87木片气化替代煤供热联产炭工程现场3、上吸式固定床气化炉(炉顶进料、下部排炭、上部出气，适用于木片等原料)农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用木片气化替代煤供热联产炭工程现场3、上吸式固定床气化炉(炉88浙江木片气化多联产（发电、液体肥、活性炭或炭基肥）项目农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用浙江木片气化多联产（发电、液体肥、活性炭或炭基肥）项目农林生89生物质气化试验农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用生物质气化试验农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及90工程案例承德华净杏壳发电联产活性炭、热、肥综合利用工程现场农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用工程案例承德华净杏壳发电联产活性炭、热、肥综合利用工程现场农91工程案例

“1MW生物质气化炭电热肥多联产”项目以西双版纳的橡胶木废料为原料，通过气化发电联产炭热肥的新方法。云南西双版纳生物质气化发电联产炭热肥系统农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用工程案例“1MW生物质气化炭电热肥多联产”项目921.生物质提取液作为基质制造叶面肥使用实例

以生物质提取液为基质，复配农作物生长必需的一定数量的大量元素、中量元素和微量元素，制成活性有机叶面肥。开展了多方面的试验。

未使用叶面肥的西红柿使用叶面肥的西红柿

山东临沂试验结果表明：提取液为基质的叶面肥能使西红柿表面色泽鲜艳、增加座果率，提高单株产量，500倍提取液与对照相比每亩增产％。四.提取液与炭制作肥料的应用示范农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用1.生物质提取液作为基质制造叶面肥使用实例未使用叶面肥的西红93

不同浓度提取液处理苹果着色对比可以看出，提取液处理对苹果果实着色均有作用，其中以200倍提取液着色最好，而且口感好、产量高。在果树上的喷洒效果（宁夏）农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用不同浓度提取液处理苹果着色对比可以看出，提取液处理对94在杏树生产上的应用效果（宁夏）农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用在杏树生产上的应用效果（宁夏）农林生物质气化联产“电炭肥热95宁夏林科所李子对比效果

在李子结果后，先后共喷洒2次活性有机液体肥。果实成熟可提前3－5天，果实增大、外形发亮、无斑点、口味好。经测定，产量可增加约15%，维生素、糖份含量可增加3－5%；农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用宁夏林科所李子对比效果在李子结果后，先后共喷洒296宁夏林科所灌根萝卜宁夏林科所灌根油麦菜对照

萝卜用稀释至800倍的有机液体肥滴灌一次，萝卜个体明显增大，最大的一个单体重达9市斤，而对照组单体重一般为3－4斤；经测定，产量可增加约15%，维生素、糖份含量可增加3－5%；油麦菜和萝卜一样滴灌一次叶和杆长势旺盛，明显优于对照组。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用宁夏林科所灌根萝卜宁夏林科所灌根油麦菜对照萝卜用97油麦菜（灌根）上的应用（宁夏）

油麦菜用有机液体肥滴灌一次，叶和杆长势旺盛，明显优于对照组。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用油麦菜（灌根）上的应用（宁夏）油麦菜用有机液98水稻上的应用（山东临沂）对照组亩产963斤，喷施叶面肥的稻子亩产1295斤，增产％。喷施叶面肥未喷施叶面肥农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用水稻上的应用（山东临沂）对照组亩产963斤，99生物质提取液对辣椒的影响(江西)

试验设6个处理：清水对照、生物质活性有机提取液稀释100倍、200倍、300倍，400倍，500倍，其中以稀释400倍生物质活性有机提取液最好。与对照相比叶绿素含量增加了51.93%，VC含量增加了83.33%，方差分析表明差异均达到极显著水平。测试结果如下所示。不同浓度生物质活性有机提取液处理辣椒对比照片

农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用生物质提取液对辣椒的影响(江西)试验设6个处理：清100处理叶绿素含量/(mg/g.FW)维生素C含量/mg/100g稀释500倍1.32751218.09稀释400倍1.34281319.89稀释300倍1.31651244.15稀释200倍1.08721358.15稀释100倍1.01321556.16CK0.88381651.07

与对照相比，不仅产量增加，而且叶绿素含量增加了51.93%，VC含量增加了83.33%，农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用处理叶绿素含量/(mg/g.FW)维生素C含量/mg/10101在有机水稻育秧上的应用

三年来6000多亩有机水稻(江苏句容有机农业合作社),育秧全部采用生物质提取液(稀释30倍)浸种，秧田基本未见恶苗病、苗稻瘟及干尖线虫病发生，秧苗长势好。大田也没有发生过恶苗病、稻瘟及干尖线虫病危害。生物质提取液浸水稻种子农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用在有机水稻育秧上的应用三年来6000多亩有机水稻102在有机桃树防治蚜虫上的应用戴庄村1500余亩有机桃园已连续三年用提取液替代化学农药防治害虫，基本控制蚜虫、金龟子、桃小食心虫、梨小食心虫危害,效果显著。农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用在有机桃树防治蚜虫上的应用戴庄村1500余亩有机桃园已连续三103防治蚜虫及灰霉病上的应用

有机草莓栽培试验田已连续多年用生物质提取液(100～300倍)防治草莓蚜虫及灰霉病，基本控制危害，对棚内放蜂授粉没有影响，生产出优质有机草莓。春季露地蔬菜苗期及大田防治蚜虫也取得效果。常年用化学农药防治3-4次草莓灰霉病是草莓主要病害有机草莓农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用防治蚜虫及灰霉病上的应用有机草莓栽培试验田已连续多年用生物104未喷提取液区19％喷提取液区5％喷提取液草莓植株查不到蚜虫未喷提取液草莓植株蚜虫情况农林生物质气化联产“电炭肥热冷”技术集成创新及应用未喷提取液区19％喷提取液区5％喷提取液草莓植株查105处理1CK施用生物质提取液后，土壤中虫雌虫数目和虫卵数目显著降低，发生蔫的植株数目显著低与对照。

对黄瓜连作土壤中线虫发病的影响

南方线虫的基本形态虫卵

在连栋温