秸稈氣化工程技術(shù)評(píng)估

1、Energy reuction | 節(jié)能減排秸稈氣化工程技術(shù)評(píng)估劉慶玉沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)15© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Energy reuction | 節(jié)能減排#© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Energy reuction | 節(jié)能減排一秸稈氣化技術(shù)概述1引言氣化技術(shù)楚將農(nóng)林廢棄物在缺氧或厭氧條件下

2、，經(jīng)過(guò) 熱化學(xué)反應(yīng)，牛成ah、6 lb等可燃?xì)怏w，用丁農(nóng)村居 民的炊事及采腹，亦可用于發(fā)電。該技術(shù)使秸稈在作為燃料使用時(shí)的熱效率犬大提高, 使能吊:得到更允分地利用，并減少了環(huán)境污染，對(duì)開(kāi)展節(jié) 能減排具有重嚶的意義。上世紀(jì)9的:代，在國(guó)家支持下曾在山東和河南兩省進(jìn) 行了''秸稈氣化集中供氣工程”試點(diǎn)建設(shè)，但終因技術(shù)、系 統(tǒng)配置等問(wèn)題曾一度中斷。隨著新農(nóng)村建設(shè)，以村為單元的秸稈氣化集中供氣丁 程近年來(lái)在全國(guó)相繼展開(kāi)。截至2007年底,全國(guó)已建設(shè)了秸稈集中供氣站886 處。其中遼寧省累計(jì)建2G4處。根據(jù)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2007- 2015)：到2010年，結(jié)介解決農(nóng)

3、村竦本能源需要和改變農(nóng) 村川能方式，全國(guó)建成100眈左右秸稈氣化集中供氣站， 年產(chǎn)秸稈燃?xì)釹 65fZ.ni；到201年建成2000處左右秸 稈氣化集中供氣站，年產(chǎn)秸稈燃?xì)?. 3億nt2技術(shù)原理#© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Energy reuction | 節(jié)能減排#© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved

4、, Energy reuction | 節(jié)能減排#© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Energy reuction | 節(jié)能減排#© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Energy reuction | 節(jié)能減排3工藝流程系統(tǒng)組成：切碎機(jī)、上料裝置、氣化爐、旋風(fēng)分離器、冷卻器、過(guò)濾器、風(fēng)機(jī)、水封器、貯氣罐等.(

5、圖5)#© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Energy reuction | 節(jié)能減排#© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Energy reuction | 節(jié)能減排1螺庭輸送機(jī)2.氣化爐3底風(fēng)除塵器1噴淋浄化器5氣水分離器6過(guò)濾器7戲風(fēng)機(jī)8水封9.灶具10.儲(chǔ)氣柜S516© 1994-2010

6、China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 節(jié)能減It I Energy reuction生物質(zhì)氣化系統(tǒng)的藝流程，圖6© 199*5010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 節(jié)能減It I Energy reuction4存在問(wèn)題（1）燃?xì)鉄嶂档停?）焦油含戢高:焦油會(huì)堵寒、污染和牖蝕燃?xì)夤艿馈?燃?xì)庠罹摺?焦油去除技術(shù)簡(jiǎn)介<1）然汕產(chǎn)生原因在氣化過(guò)程中，隨著熱量的投

7、入，生物質(zhì)溫度不斷升 爲(wèi)。當(dāng)溫度升到200C時(shí)，生物質(zhì)開(kāi)始熱解，并冇焦油產(chǎn) 生。隨著溫度的升髙，熱解產(chǎn)物的俵油增加，當(dāng)溫度達(dá)到 50（TC時(shí)，焦油的含:S達(dá)到最高.溫度繼續(xù)升離伴Sfi著停 留時(shí)間的增長(zhǎng)，當(dāng)溫度達(dá)到600C以后，焦油會(huì)從液態(tài)轉(zhuǎn) 化為氣態(tài)，并發(fā)生熱解，焦汕的含呈呈下降趙勢(shì)。在秸稈氣化過(guò)程中，焦汕的最終含疑與氣化爐結(jié)構(gòu)和 氣體后期處理丁藝有關(guān)。在逆流式氣化工藝中，即：氣化原料由氣化爐上部加 入，氣化劑由下部送風(fēng)口進(jìn)入。熱解過(guò)程中生成的含冇焦 油的揮發(fā)分未經(jīng)過(guò)高溫區(qū)發(fā)生裂解，燃?xì)庵械慕褂秃枯^ 高。在順流式工藝中氣化原料和氣化劑均由氣化爐上部送 入，燃?xì)鈴南虏恳觯細(xì)庵械母尚府a(chǎn)物在

8、經(jīng)過(guò)髙溫燃燒 區(qū)時(shí)會(huì)發(fā)生裂解，故燃?xì)庵薪褂秃枯^低?？偟目磥?lái)，顯終還是宙F溫度的影響，導(dǎo)致使汕的含 量不同。焦油去除技術(shù)秸稈氣化使汕云除技術(shù)丄要可分為：濕式除焦法、下 式除焦法、催化裂解法、熱裂解法 濕式除慮法濕式除焦法又稱(chēng)為水洗法，是秸稈氣化燃?xì)鈨艋夹g(shù) 中最普遍的方法.噴淋法濕式除危法吹血法水濾法濕式除您法會(huì)產(chǎn)生大量的廢水（包扌舌人呈的有機(jī)不溶 物、無(wú)機(jī)酸、Nb和金屬等），不能隨意排放，而且Jt后續(xù) 處理過(guò)程非常繁瑣，操作費(fèi)用也較高。 干式除焦法干式除焦法利用過(guò)濾原理，也稱(chēng)為過(guò)濾法。是將吸附 性強(qiáng)的材料（活性炭、濾紙、陶瓷芯、粉碎的玉米芯等）裝 在容器中,當(dāng)燃?xì)獯┻^(guò)吸附材料,把其中的假油過(guò)

9、濾出來(lái)。 利用糯密過(guò)濾材料分離可將Q 1“啲微粒有效捕集下 來(lái)。除焦油效率高（94 耐9蚣但其成本高,維護(hù)困難。 熱裂解法由于焦油在較髙的溫度下會(huì)發(fā)生深度裂解.髙溫下, 人分子化合物轉(zhuǎn)化成小分子氣態(tài)化合物。這種處理方法對(duì) 焦汕的上除效果很好.（LlMdiT熱裂解般在溫度大于 lioac以卜.，對(duì)設(shè)*材質(zhì)的要求很高，R裂解能耗大、費(fèi) 用高。因此,單獨(dú)用熱裂解去除焦油不現(xiàn)實(shí)。而且還容易 生成焦炭。在實(shí)際牛產(chǎn)中常通過(guò)加入水蒸氣和氣化性物質(zhì)來(lái)降低 © 199*5010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights

10、 reserved, Energy reuction | 節(jié)能減排焦油含戢。其原理是利用水蒸氣或氧化杵 物質(zhì)號(hào)焦油中的 某些組分反應(yīng)生成CH lb和CB等可燃?xì)怏w，從而減少焦 炭的生成。 催化裂解法L1J 丁熱裂解需要較奇的溫度，在實(shí)你生產(chǎn)中很難達(dá)到, 采用添加催化劑的方法來(lái)降低焦汕轉(zhuǎn)化所需活化能，從而 使焦油金較低的溫度（704 90（70卜就能去除。催化裂 住汕上除效率町以達(dá)到90%以上，閔此是H詢(xún)垃仃潛力 一種焦油脫除方法，已經(jīng)成為該領(lǐng)域中研究的雨點(diǎn)。6焦油回收利用焦油經(jīng)過(guò)提煉，得到焦油瀝青，可以用作瀝青汕漆、吸 附劑、防腐涂料等:焦油中還可以提取荼、炭黑等;焦油 可用作防水材料或化工原

11、料。二項(xiàng)冃情況介紹1項(xiàng)目來(lái)源近年來(lái)，隨著技術(shù)的不斷完善和市場(chǎng)的廣，焦汕除公 技術(shù)已得到了進(jìn)一步提高。為更好地推廣秸稈氣化工程， 掌握現(xiàn)何的氣化設(shè)備焦油去除效果以及焦油去除技術(shù)的應(yīng) 用現(xiàn)狀，并對(duì)該技術(shù)進(jìn)行評(píng)佔(zhàn)和篩選，為政府冇關(guān)部門(mén)制 宦發(fā)展規(guī)劃和札關(guān)政策提供參考依據(jù)，為此沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 匸程學(xué)院承擔(dān)了 200鄧農(nóng)村能源綜合建設(shè)頊目“秸稈氣化 工程焦油去除技術(shù)評(píng)估”（農(nóng)財(cái)發(fā)2008 55廿文，項(xiàng)目編號(hào) 2008011）,2項(xiàng)目的主要內(nèi)容（1）對(duì)口前技術(shù)上具冇代表性的秸稈氣化設(shè)備生產(chǎn)廠 家、相關(guān)的科研院所調(diào)研。H的在于考察秸稈氣化沒(méi)涪的 生產(chǎn)技術(shù)水平，比較分析各種焦汕去除技術(shù)特點(diǎn)，評(píng)價(jià)秸 稈氣化設(shè)備焦

12、汕去除技術(shù)水平。（2）針對(duì)秸稈氣化匸程應(yīng)用比較集中的遼寧、山兩、北 京、天津、江蘇、黑龍江、山東、河南等於省區(qū)不同仕 去除技術(shù)的秸稈氣化站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察。評(píng)價(jià)英應(yīng)川效果，找 岀建設(shè)中存在的問(wèn)題。3項(xiàng)目實(shí)施方案n前全國(guó)冇一定規(guī)模的秸稈氣化設(shè)備生產(chǎn)廠家約冇 100余家。截至2007年底，全國(guó)已建設(shè)了秸稈集中供氣站 88敬h,主要分布在遼寧、山西、北京、天津、江蘇、黑龍 江、山東、河南等省市。考慮到秸稈氣化設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)不 同的地域分布杠I.藝類(lèi)型特點(diǎn)，選擇了有代表性的1（傢秸 稈氣化役備生產(chǎn)企業(yè)和12個(gè)秸稈氣化站進(jìn)行調(diào)研。同時(shí)組 織了中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所和遼寧省能源研究所的冇 關(guān)專(zhuān)家進(jìn)行了研討。（

13、1）調(diào)査樣本的選擇原則企業(yè)的專(zhuān)業(yè)性：設(shè)計(jì)能力、生產(chǎn)能力、施匸能力。氣化工藝特點(diǎn)：有代表性的工藝類(lèi)型。（2）技術(shù)指標(biāo)確左系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)包括戶(hù)用規(guī)模、技術(shù)類(lèi)熨、技術(shù)特 點(diǎn)、額定產(chǎn)氣量、氣化效率、燃?xì)獾臀粺嶂怠饣瘻囟取?產(chǎn)物成分、技術(shù)的更新情況、焦油的含量等。氣化效率、燃?xì)獾牡臀粺嶂蛋碞Y/T1 21 985和 GB12206-1990觀定進(jìn)行測(cè)定：氧、硫化氫、一氧化族的 含就按 GB/T12205-1990和 GB/T12211-1990規(guī)宦進(jìn)行測(cè) 定：焦油含塚:按GB12208-1990規(guī)定進(jìn)行測(cè)宦。三項(xiàng)冃結(jié)果分析1氣化工藝選擇宙于下吸式固定床氣化過(guò)程可以二次裂解焦汕，可 有效地降低產(chǎn)物中焦油

14、的含雖囚此日前應(yīng)用的工藝以 下吸式固定床式發(fā)生器為主。2氣化效率氣化效率均達(dá)到70%以上,符合NY/T12-1985和 GB12206-1990的規(guī)定，其中氣化設(shè)備氣化效率最髙可達(dá) （8Z 2% ）0 圖 7 ）圖7 不同牯桿戈化儀備生產(chǎn)倉(cāng)業(yè)七億效率峪稈傀化設(shè)，生產(chǎn)企業(yè)3氣化介質(zhì)及原料介質(zhì)：主要有空氣和水蒸氣兩種,以空氣介質(zhì)為主。原料：秸稈氣化技術(shù)使用的原料比較廣泛，主要以農(nóng) 作物秸稈和林業(yè)廢棄物為原料除稻殼、木屑外大都采 川了粉碎或成型等工藝，以粉碎為主，粒徑在5mnr- 30血間原料預(yù)處理對(duì)秸稈燃?xì)庵械膫l汕含量影響較 小，主要影響氣化效率。4焦汕£除工藝選擇n前秸稈氣化焦油左除工

15、藝大都采用傳統(tǒng)方式，其 中以混合藝為主但在干式過(guò)濾藝中有較大的改進(jìn)。 尤其圧過(guò)濾材料的選擇上。催化裂解工藝尚不成熟，仃待 進(jìn)一步開(kāi)發(fā).件18）18© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 節(jié)能減排 I Energy reuction圖8不同似他公除工藝逸癢卓5爐體出口焦油含鼻由于氣化工藝的選擇不同.氣化爐岀口處的焦油含量 差別很大.提高反應(yīng)溫度或進(jìn)行二次裂解處理的氣化爐焦 油含量顯著降低。爐體出口焦油含豪最低達(dá)到25mgz Nm-. （圖9）7焦油去除率采用

16、干式、濕式及熱裂解相結(jié)合的去除方式可達(dá)焦油 去除率80%以上.大都在70%以上（圖11）© 199010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 節(jié)能減排 I Energy reuction© 199010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 節(jié)能減排 I Energy reuction120100806040204I© 199010 China Ac

17、ademic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 節(jié)能減排 I Energy reuction梏桿7化設(shè)#生產(chǎn)企業(yè)9 不円殆桿I化沒(méi)毎土產(chǎn)金業(yè)I化忙出。焦簡(jiǎn)含北6灶前焦油含量灶前燃?xì)庵薪褂秃裤y大為15mg/Nm 70%系統(tǒng)灶 前燃?xì)庵薪褂偷暮康扔诨虻陀?0mg/Nm；（圖10）ttffn化設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)UA n不円儲(chǔ)軒弋化設(shè)備土產(chǎn)企業(yè)他幽兔除率8焦油回收情況除干錨氣化工藝以焦油做副產(chǎn)品回收外.焦油目前存 放的方式為自然堆放;未經(jīng)無(wú)害化處理直接填埋：焦油水.未 經(jīng)處理采用淆漏補(bǔ)水的方式較多，有處理設(shè)備較少（用處 理

18、設(shè)備更少）© 199010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 節(jié)能減排 I Energy reuction© 199010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 節(jié)能減排 I Energy reuction出10 衣同檔桿化諭生產(chǎn)金業(yè)灶贈(zèng)“油仝旻© 199010 China Academic Journal Electronic Publishin

19、g House. All rights reserved, Energy reuction | 節(jié)能減排網(wǎng)項(xiàng)冃效益分析瑕1）表1牛物質(zhì)氣化供氣系統(tǒng)投資概伶（力元）號(hào)頂 H200型300型600空備注1生物質(zhì)氣化組含訓(xùn)試和培訓(xùn)費(fèi)1820222生物質(zhì)氣化組安裝、運(yùn)輸費(fèi)222.53儲(chǔ)氣柜304250不包抵基礎(chǔ).水泥 配送、稅款1自選）4儲(chǔ)氣粗棊礎(chǔ)及外用護(hù)坡555采用式儲(chǔ)氣栢時(shí)不需耍5室外供氣管網(wǎng)（PE管）254070按每戶(hù)100元計(jì)算. 含安裝費(fèi)（自迭）6室外供氣管網(wǎng)設(shè)計(jì)費(fèi)2.52.52.5權(quán)威設(shè)計(jì)部門(mén)7爼內(nèi)符網(wǎng)、煤氣表、爐具、閥門(mén)101628毎戶(hù)400元.含安 裝費(fèi)8側(cè)草機(jī)0.30.303用戶(hù)自己

20、負(fù)貴購(gòu)買(mǎi)9氣化站機(jī)房設(shè)計(jì)和土建15.015.015.010挖掘代溝及回填5.0&010.05元/也方米（估算）11動(dòng)力電源增容利室內(nèi)外電纜1.01.01.012用墻和綠地2.02.02.0依據(jù)用戶(hù)需求13水配套0.50.50.514合計(jì)116.3154.3208.815不可預(yù)見(jiàn)彷（總適價(jià)X2%）233.14.2總計(jì)11&6157.4213.0注：該投資報(bào)價(jià)儀做參考囲切住分命情況、廉材料價(jià)格情況零會(huì)仃所變動(dòng)19© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserv

21、ed, Energy reuction | 節(jié)能減排#© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Energy reuction | 節(jié)能減排1經(jīng)濟(jì)效益運(yùn)行成本，燃?xì)獍闯杀举M(fèi)a 26元 m 如以成本價(jià)出 售，每戶(hù)每年需支出燃?xì)忾_(kāi)支468元,每月平均33 0元。 但考慮到氣站所用原料均由各尸收取，各戶(hù)出售秸針的收 入應(yīng)折抵部分燃?xì)赓M(fèi)，平均毎戸交售秸稈收入為54元，W 此平均毎八毎年實(shí)際燃I支出為41伉，平均每月34況。 相比之下：使用液化氣時(shí)，每戶(hù)每月50元（按一瓶用兩 個(gè)月計(jì)算）。2社會(huì)和環(huán)境效益生物質(zhì)直接燃燒應(yīng)用的熱能利用率在10殊右，而秸 稈氣化可將能戢利用率提高到2耐35%按每芷方米秸稈 燃?xì)馓娲鷄 25Kg標(biāo)煤計(jì)算，毎年每戶(hù)用氣219Chi可替 代547 5kg標(biāo)煤，20滬一年可減少煤炭消耗近10a盹標(biāo) 煤，對(duì)于氧化俺和：氧化嵌的減排的環(huán)境效益具付更亜 耍的意義。五存在的問(wèn)題及建議1秸稈氣化設(shè)備生產(chǎn)、工程建設(shè)等環(huán)節(jié)缺少標(biāo)準(zhǔn)