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篇1

關鍵詞 高含水率；生物質；成漿；氣化

中圖分類號：TQ511 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）17-0143-01

工業進程的加快和水環境的污染，導致高含水率生物質不斷增加。如果釀酒業產生的酒糟廢液、水體富營養化滋生的藻類，以及污水處理廠產生的生物污泥。這些高含水率有機生物質具有共同的特點：1）高水率高，甚至達到95%以上；2）含有一定的熱值；3）難處理，處理不當引起不同程度的二次污染；4）脫水能耗高，而且需要專門的設備。如何對這些高含水率生物質，引起了越來越多學者的關注。

水煤漿是20世紀70年代石油危機中發展起來的一種新型低污染代油燃料。它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有石油一樣的流動性和穩定性，可以泵送、霧化、貯存與穩定著火燃燒。高含水率生物質一方面含水率高，多數為高濃度懸浮體系，另一方面含有一定熱值，作為能源時與水煤漿具有相似性。將高含水率生物質與煤混合，通過一定的處理工藝制備生物質水煤漿，依托成熟的氣流床氣化技術，實現其與煤的共氣化，不僅能很好地解決高含水率生物質的資源化難題，又能簡化它們的處理與處置流程。生物質水煤漿氣化使企業、工業園區或城鎮社區變污染負效益為資源正效益，充分體現了其在能源結構調整，資源合理利用及清潔生產等方面的綜合作用。本文以藍藻、水葫蘆和污泥等高含水率生物質為例，探討其與煤共氣化的工藝的可行性。

1 物性分析

按照國家煤質分析標準（GB/T 212-2001）對神府煤進行工業、元素及熱值分析。由于污泥、藍藻和水葫蘆是作為能源物質與煤成漿共氣化，所以采用與煤相同的處理方法，也按國家煤質分析標準對污泥、藍藻和水葫蘆進行相關分析，分析結果列于表1。

從表1可以看出，污泥的含水率超過80%，藍藻和水葫蘆達到94%以上，因此把他們定義為高含水率生物質。將高含水率生物質直接與煤制備水煤漿，用生物質所含的水代替部分制漿用水，省去了高能耗的干燥過程。這3種生物質中都具有高含水率、高灰分、高揮發分、高氮含量和低碳含量的特點。高含水率生物質單獨氣化需要干燥，且能量密度低，與煤制漿共氣化可以有效地克服這些缺點。藍藻中氮含量接近煤的10倍，水煤漿氣化爐內部是弱還原的氣氛，燃料中的氮以還原態的形式存在，不會生成氮氧化物，消除了引起二次污染的隱患。另一方面，污泥、藍藻和水葫蘆的高位熱值都在10 MJ·kg-1以上，藍藻甚至接近20 MJ·kg-1。這些生物質與煤一起作為燃料進入氣化爐，對所含熱值進行了充分利用，變廢為寶。

2 成漿性

高含水率生物質制備漿體，是實現高含水率生物質與煤氣流床共氣化的關鍵。筆者以污泥、藍藻、水葫蘆為例，研究了其與煤的成漿性。

1）當萘磺酸鈉作為分散劑時，煤的單獨成漿濃度為62.5%。污泥加入降低了水煤漿的成漿濃度，污泥在漿體中的質量百分比越高，污泥煤漿的成漿濃度越低。通過對污泥進行預處理，能有效地提高污泥煤漿的成漿濃度，當污泥占神府煤質量的10%時，污泥煤漿的成漿濃度為60%。

2）藍藻自身粘度的大小對藍藻煤漿的成漿濃度有著重要的影響。添加藥劑、高速攪拌、加熱和厭氧消化等方法能降低含水藍藻的粘度，有利于藍藻煤漿成漿濃度的提高。當藍藻與添加水的質量比為1：1時，藍藻煤漿的成漿濃度可以達到62.5%。

3）通過粉碎、球磨使水葫蘆變成漿狀體，粘度降低。水葫蘆粘度降低有利于水葫蘆煤漿成漿濃度的提高。當水葫蘆與煤的質量比為23.9/100時，水葫蘆煤漿的成漿濃度為60%。

高含水率生物質本身粘度的大小對生物質煤漿的成漿濃度有著重要的影響，有效的降粘處理對提高成漿濃度有利。當高含水率生物質添加合適的比例時，能制備出滿足工業要求的高含水率生物質煤漿。

3 氣化活性

采用高溫熱天平分別對污泥、藍藻和水葫蘆與神府煤CO2氣化反應速度進行了實驗，并采用動力學模型進行了活化能的計算。污泥加入后降低了煤與CO2氣化反應時的活化能，起到了催化作用。隨著污泥添加量的增大，混合物的活化能降低。神府煤與CO2氣化時的活化能為178 kJ/mol，污泥的加入使煤氣化活化能降低了50 kJ/mol，有利于氣化反應。藍藻中含有大量的K、Ca、Fe和Mg等金屬離子，這些金屬離子對煤的氣化具有催化作用。水葫蘆能提高煤的反應速率，添加的Fe3+離子對煤的CO2氣化具有催化作用。

依托成熟的氣流床氣化技術，實現高含水率生物質與煤的共氣化具有可行性。高含水率生物質與煤制漿共氣化時，一個顯著的優勢是“大規模”，此工藝具有其他工藝無法比擬的處理量，一旦實現工業化，將對高含水率生物質的處理作出巨大貢獻。

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篇2

關鍵詞：澇漬脅迫；植物；生長；代謝；化學調控；內源激素

中圖分類號：S422；S181.3；S312 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）01-0009-04

澇漬包括澇和漬，前者是地面積水淹沒了作物的基部或全部造成的危害，后者指土壤水分達到飽和時對植物的危害。澇漬脅迫影響全球大約10%的耕地面積，是影響農作物產量的最重要限制因子之一[1]。農業生產中，在某些排水不良或地下水位過高的土壤和低洼、沼澤地帶發生洪水或暴雨之后，常會出現水分過多造成對作物的危害。根據作物種類、土壤類型及脅迫持續時間的不同，澇漬脅迫可以導致15%～80%的產量損失，甚至造成顆粒無收。植物在漫長的進化過程中形成了一系列抗澇漬脅迫的生理生化及分子機制。因此，深入認識植物的抗澇性及適應機理可為通過化學調控提高植物抗澇性提供理論依據，也可為遭受澇漬災害的地區提供農業增產增收的理論指導。

1 澇漬脅迫對植物生長形態的影響

植物受澇漬脅迫后形態會發生明顯的變化。其中最直觀的表現就是生長受到抑制，生物量累計減少。由澇漬脅迫引起的缺氧對根系產生最直接的影響。在缺氧或無氧條件下，根的呼吸速率和代謝受到一定的影響。缺氧條件下，根系有氧呼吸受阻，ATP缺乏，從而驅動一個基礎代謝過程。液泡中的質子逐漸滲漏到胞質，進一步增加乳酸開始發酵時的酸性，造成胞質酸中毒[2]。所以在澇漬脅迫下植物根系生長及發生受到抑制；初生根數量減少，但不定根增生，根系總量減少，根系體積變小；根系活力下降；根尖變成褐色，進而發生程序性細胞死亡（Programmed cell death，PCD）[3-6]。澇漬脅迫下新形成的根或不定根可以代替淹水期間死亡的根，并且具有較高的吸收率。因此淹水環境下不定根的形成被認為是植物耐淹的重要特性。

植物在澇漬脅迫下葉片相對含水量減少，葉片氣孔阻力增加，使得氣孔導度下降，不同程度地造成葉片萎蔫，而且根系缺氧也會影響葉片的光合作用。缺氧首先導致葉片氣孔關閉，增大CO2向葉片擴散的阻力，進而影響光合相關酶類的活性。與此同時，葉綠素合成能力下降，含量隨之減少，最后導致綠色面積減少，直至植物死亡[7]。而一些耐澇漬的植物在長期的進化過程中形成了一種適應性保護機制來維持較高的光合能力[8，9]。另外，由于根部組織缺氧而加速乙烯合成。植物葉柄表面具有響應乙烯的細胞，當乙烯濃度升高時，它們將快速擴展，這種擴展將導致葉柄的偏上性生長和葉片的偏下性生長。

2 澇漬脅迫對植物生理代謝的影響

澇漬脅迫不但使1，5-二磷酸核酮糖羧化酶（Rubisco）蛋白含量降低，而且也使酶活性大大降低[10]。而Rubisco的活性與光合作用呈正相關，加之此時葉片水勢下降，氣孔導度下降，氣孔阻力增加，所以澇漬脅迫條件下的光合碳同化能力大大降低。同時，由于光合產物的運輸受阻，蔗糖裝載的需求降低，導致葉綠體內淀粉積累。葉綠體內淀粉的積累又對光合作用起到反饋抑制作用[11]。

澇漬脅迫誘導植物體內產生大量的厭氧多肽（Anaerobic polypeptides，ANPs），絕大多數的ANPs是參與糖酵解過程的酶[12]。無氧發酵取代了線粒體中的光合磷酸化以滿足細胞的能量需求，此時乙醇脫氫酶（Alcohol dehydrogenase，ADH）及其同工酶的數量也大大增加，ADH是促進糖酵解過程的關鍵調控因子[13]。Vartapetian[14，15]指出，植物細胞可以通過增加乙醇的產量來提高對缺氧的抵抗力。從三羧酸循環到乙醇發酵和乳酸發酵的轉變過程中，由于ATP水解酶和乳酸的積累造成了pH的下降[16，17]，pH的下降又反過來降低了乳酸合成的速率，并且激活了丙酮酸脫羧酶，從而使糖酵解過程的碳分流至乙醇發酵過程中。

植物為了適應各種逆境脅迫，細胞能主動積累一些滲透調節物質，如脯氨酸、可溶性糖及游離氨基酸等。大多數研究發現，在澇漬脅迫初期，植物體內的脯氨酸和可溶性糖含量隨著淹水脅迫時間的延長均呈上升趨勢。但是超過一定的時間后，隨著體內可溶性糖、氨基酸等有機物合成能力的下降，細胞液中的滲透調節物質濃度也開始下降。另外，澇漬脅迫條件下一些參與植物次生代謝的酶基因（如苯丙氨酸轉氨酶等）表達上調，導致植物的次生代謝增加[18，19]。同時，酚類和單羧基硬脂酸含量增加激活了質膜上的K+/H+反向運輸器，造成鉀離子的持續外流，并且伴隨著質子的內流[20]。

在澇漬脅迫環境下，由于代謝紊亂及電子滲漏，植物體內產生了大量的活性氧（包括O2-、 H2O2、OH-及NO等）。多余的活性氧會造成細胞內核酸、蛋白質、膜脂等過氧化，造成生理功能紊亂，嚴重時可導致程序性細胞死亡（PCD）的發生[21，22]。同時，植物也具有清除活性氧的保護系統，包括還原性谷胱甘肽、抗壞血酸等非酶促保護系統以及超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）等酶促保護系統[23]。澇漬脅迫條件下植物通過提高還原性保護物質含量以及抗氧化酶活性，可有效清除活性氧自由基，減輕其對細胞膜的傷害。植物水淹后體內的SOD、POD、CAT 常發生相應變化，使自由基維持在較低的水平。

3 澇漬脅迫對植物內源激素的影響

淹水脅迫下，植物體內乙烯受刺激后會成倍增加，其前體1-氨基環丙烷-1-羧酸（1-Aminocyclopropane-1-carboxylic acid， ACC）是缺氧條件下最早在根部形成并運輸到地上部的原初信號物質，并在提高植物對缺氧逆境的抗性上起到關鍵性的作用。乙烯的大量生成可以刺激通氣組織的發生和發展，刺激不定根的生成等，從而提高植物對澇漬脅迫的適應性[24]。有研究指出，淹水條件下乙烯可以與生長素相互作用促進水稻植株莖葉的快速伸長以獲取氧氣[25，26]，并且這種相互作用對于誘導不定根的形成也有重要的作用[27]。

細胞分裂素在植物根的頂端分生組織合成，澇漬脅迫條件下的植物根部比其他組織更容易受到傷害，所以，澇漬脅迫條件下也對細胞分裂素的合成產生較大的影響。Huynh等[28]的研究表明，在澇漬脅迫處理的1 d內，植物細胞內的細胞分裂素含量急劇下降到一個非常低的水平。通過轉基因技術，過量表達細胞分裂素的轉基因株系都在一定程度上提高了對澇漬脅迫的抵抗能力[29，30]，暗示細胞分裂素可能通過延緩植物衰老來提高對澇漬脅迫的抗性。

淹水引起水稻體內ABA的降解，而作為GA的拮抗劑，ABA的降解導致水稻對GA的響應增強，從而促進水稻莖稈的伸長生長[31，32]。研究發現GA處理的水稻在莖稈伸長的同時，其成活率下降；用多效唑處理對淹水敏感性強的水稻品種，結果發現多效唑在抑制伸長生長的同時增加了淹水脅迫下的成活率[33，34]。這種對GA介導的伸長生長的抑制對于提高植物的抗淹性具有積極的意義，因為這種抑制作用延緩了碳水化合物及ATP的消耗，最大程度地維持了細胞的活性。

作為新型的信號分子，NO幾年來被發現在低濃度下參與植物多種生命過程的調控，如種子萌發、防御反應、氣孔開放及細胞凋亡等[35-38]。最近研究發現，NO可能在淹水條件下通氣組織形成過程中的信號傳導和PCD過程起到關鍵性的作用[39]。另外，筆者所在的實驗室最近研究發現，適宜濃度的NO前體（SNP）處理可以提高玉米抵抗淹水脅迫的能力[40]。

4 澇漬脅迫條件下的植物化學調控

植物的抗澇性是隨著生長發育的進程與環境條件而變化的，不同植物的抗澇能力是有差別的，而作物不同生育期的抗澇性也不同。目前生產上主要有兩類減輕澇害的技術措施：一是通過良種選育，在易澇地區種植耐澇的品種；二是在澇害發生之后采取合理的挽救措施，如合理的水肥調控、化學調節劑的應用等。

有研究表明，最適的氮肥供應可以在一定程度上延緩澇漬脅迫對植物生長的抑制作用。因此澇漬脅迫發生后施用氮肥可以顯著降低澇漬脅迫給植物帶來的傷害[41，42]。進一步的研究發現，澇漬脅迫條件下加倍施用氮肥可以增強植物的光合速率和延緩葉綠素含量下降、增加不定根數量、增加植物體內的氮含量及地上部分的生長[43]。Singh等[44]發現，施用綠肥及農家肥可以成倍地提高澇漬脅迫條件下Fe和Mn的肥效。另外，有機肥也可以提高土壤的活性因子、降低土壤的板結程度、增加植物不定根數量，從而減輕對產量形成因子的不利影響。

張恩讓等[45]的研究表明，外源Ca2+可通過調節辣椒幼苗根系內呼吸代謝來緩解淹水脅迫對植株的傷害。胡曉輝等[46]研究發現，低氧脅迫下營養液加鈣處理能夠提高黃瓜幼苗根系乙醇的發酵能力，避免乳酸和乙醛的積累，從而提高黃瓜幼苗耐低氧的能力。Thomson等[47]研究發現，用過氧化鈣處理種子可以減輕澇漬脅迫對種子萌發期及早期幼苗生長的傷害。

植物受到澇漬脅迫后，因缺氧而導致細胞代謝混亂、結構損傷、內部激素比例失調。因此，有目標地施用化學調控劑是提高耐淹澇能力、加快受淹澇后植株盡快恢復正常生長的重要措施之一。通常生長素和細胞分裂素均有不同程度地增強植株抗澇漬能力和減少產量損失的作用，且澇前噴施效果優于澇后，澇前預防與澇后補救相結合效果最佳[48]。陳大清等[49]研究發現，不同的化學調節劑浸種處理后使小麥苗期耐澇漬生理特性均得到一定程度的增強；另外，噴施不同的化學調節劑對改善和提高小麥抗澇和耐澇漬能力亦有一定的作用，比較不同化學調節劑的作用效應依次是多效唑>蕓苔素內酯>乙酰水楊酸。2010年，王曉冬等[50]報道，在小麥幼苗期間進行澇害脅迫試驗，結果發現外源γ-氨基丁酸可以通過調節光合葉綠素系統和抗氧化酶系統來減少澇害脅迫引起的生長受到抑制的現象，從而增強小麥的抗澇性。Yiu等[51]用外源多胺處理澇漬脅迫條件下的大蔥，發現腐胺和精胺在提高植物體內保護酶活性的同時降低了MDA、超氧自由基等有害物質的含量，從而提高了大蔥的抗澇漬能力。

5 結語

澇漬脅迫是農業生產中的主要非生物脅迫因子之一，經過多年的研究，對澇漬脅迫給作物帶來的形態學影響及生理傷害已經有了較為深入的了解。同時，人們關于植物對澇漬脅迫響應的形態解剖機制、生理生化機制及分子機制也有了比較明確的認識。基于此，一方面可以利用轉基因技術培育抗澇性植物材料；另一方面也可以通過水肥管理、化學調控等措施調節植物的抗澇性。但是對于化學調控來講，目前存在3個方面的問題：一是研究不夠深入，對于其提高抗澇性的機制沒有闡述清楚；二是所應用的化學調節物質單一，例如不同的化學調節物質進行復配，可能會起到更好的效果；三是由于研究的局限性，以上研究都沒有形成完整的技術體系應用于農業生產實踐當中。因此，化學調節劑在作物抗澇漬方面的應用有著廣泛的研究空間及應用前景。

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篇3

Abstract： Based on the existing literature， this paper analyzes the influence of production capacity constraints on quality differentiated motivation of service enterprises， when the production capacity restriction affects the motive of service enterprises， the production capacity constraints weakened the quality differentiated motivation of service enterprises， there is less difference between service enterprises' products quality. At the same time， it reveals the deeper reason of service enterprises providing homogeneity products in China.

關鍵詞： 生產能力約束；質量差異化動機；服務業

Key words： production capacity constraints；quality differentiated motivation；service enterprises

中圖分類號：F224.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）35-0152-02

0 引言

產品質量差異化是企業緩解價格競爭的重要策略，但是我國服務企業卻缺乏質量差異化的動機。通過觀察可以發現很多服務企業的產品質量趨同化嚴重。2010年“海底撈”曝出其湯底系勾兌而成，隨后又曝出勾兌火鍋湯底在火鍋業內非常普遍。火鍋湯底相似的制作工藝使產品質量表現出同質化特征。無獨有偶，在其他服務企業同樣可以發現類似現象：服務企業數量眾多，但服務產品種類與服務產品內容差別不夠明顯。

對于影響產品質量差異化的因素，現有研究較少，主要集中分析產品質量差異化與產品創新的關系。但是仇恒喜與范敘春（2009）認為企業橫向差異化策略的存在增強了企業的市場力量，使得企業通過實施縱向差異化戰略以緩和價格競爭而帶來的收益有所減少，從而弱化了企業在縱向差異產品空間上實施質量差異化戰略的動機。侯曉麗與李耀（2011）從企業內部因素的角度進一步揭示了質量差異化戰略被弱化的動機。質量成本的存在影響企業進行產品質量差異化，只有當質量差距的擴大能夠抵消成本的增加時，企業才會提供高產品質量，大多數企業選擇提供低質量產品反而是最優的選擇。但是以上研究均未對服務產品出現同質的深層次原因做出相應解釋。

1 生產能力約束與服務企業的性質

服務業的特點包括：一是“無形性”，即服務過程不產生有形結果；二是“生產與消費的同步性”，即服務生產和服務消費同時同地發生，生產完成時服務已經提供給了消費者；三是“不可儲存性”，由于必須同步，服務無法儲存，服務業缺乏庫存能力；四是“不可貿易”，同步和不可儲存的特點，使服務無法在一地生產而在另一地消費；五是所有權不能完全讓渡。商品交易的是商品所有權，服務是人力資本從事經濟活動的過程，不存在所有權的交易，服務只是讓渡人力資本使用權。

上述性質使傳統服務業具有以下經濟學意義上的重要特征。第一，沒有規模經濟。由于服務生產和消費不可分離而是同時同步進行，消費需求又高度個性化，因此“批量”、“標準化”“勞動分工”等導致規模經濟生產的基本要求不能滿足。第二，技術含量低。制造業的進步主要體現在高效率機器設備上，多數傳統服務業是直接的勞務活動，機器設備難以普遍應用，從而勞動生產率提高緩慢。

由于服務企業的上述性質，服務企業受到時間、人員、設備與設施等因素的影響，經常出現生產能力限制。服務業自身的性質決定了相較于其他行業，服務企業更容易出現生產能力約束，這也是服務業存在生產能力約束的根本原因。

2 生產能力約束對服務業質量差異化的影響

可以看到，現有文獻對產品質量差異化影響因素的分析主要集中于外部因素方面，都沒有考慮生產能力約束對產品質量差異化的影響。而事實上，生產能力約束也可以降低價格競爭強度。Kreps和Scheinkman（1983）研究在價格競爭中生產能力約束維持古諾競爭所起的作用。后續的研究都集中于“生產能力約束在重復價格競爭中所起的作用”（Brock， Scheinkman1985；Lambson1994；Compte et al.2002）。Allen et al（2000）證明當出現新的企業進入市場時，生產能力約束可以成為其他企業的進入的壁壘。Moreno 與 Ubeda（2005）比Kreps和Scheinkman更進一步研究多個市場價格競爭下生產能力約束如何維持古諾競爭。José Luis Ferreira（2011）在Moreno與Ubeda研究的基礎上分析期貨市場價格競爭下生產能力約束是否可以維持古諾競爭。

產品質量差異化與生產能力約束都可以降低價格競爭的強度，對于最初使用質量差異化的服務企業來說，當出現生產能力約束時，與制定其他經營策略一樣，服務企業是否繼續實施產品質量差異化策略的最根本目的是獲取利潤。只有當產品質量差異化能繼續增加利潤時，服務企業才會使用。生產能力約束直接影響服務企業使用質量差異化策略獲取收益的大小，最終將決定服務企業是否采用質量差異化策略。而事實上在雙寡頭壟斷市場，當存在生產能力約束時，質量差異化的服務企業在市場上進行的伯特蘭競爭結果為古諾均衡，生產能力約束完全代替質量差異化，服務企業之間產品價格競爭變成產品數量競爭；并且當市場均衡時，選擇質量差異化則使服務企業的收入減少，服務企業的產品質量存在較小的差異化。如果質量成本足夠低，服務企業在市場上未進行伯特蘭競爭之前，存在的生產能力約束將削弱服務企業質量差異化的動機，市場均衡時服務企業銷售同質產品。

3 結論

將上述結論與我國的現實結合起來，就能發現我國服務企業產品質量同質的原因所在。在一定程度上，這一問題可歸結于服務企業自身性質所產生的生產能力約束，其使企業決策的重點變為確定生產的產品數量。我國服務企業如零售、餐飲、住宿、交通運輸等行業需求波動幅度大，需求經常超過服務業的供給能力，如何利用服務企業現有資源生產更多的產品是服務企業的經營決策重點，質量差異化并不是企業考慮的問題，從而弱化了服務企業進行差異化動機。因此服務企業的產品在目標顧客群、服務產品種類等方面定位雷同，推出的服務產品功能、服務內容相差并不明顯，創新產品短缺、服務產品質量趨同化嚴重。

綜上所述，服務企業的自身性質決定服務業的產能出現生產能力約束，從而一定程度上導致我國服務企業產品趨于同質。“產品同質”所引出的問題是服務內容單一，服務質量低下，消費者滿意度低。為了改變這種現狀，必須促進服務企業的優化與升級。首先對服務企業尤其是商業網點的空間布局進行更合理、更細致的研究與規劃；其次，進一步優化市場結構，通過發展大型商貿企業集團等方式，提高限額以上批發零售企業、住宿餐飲企業在社會消費品零售和其它商品銷售中的市場份額，以此進一步提高城市流通服務能力和企業現代化管理水平；最后注重在商貿服務業、住宿餐飲業、物流服務業引進連鎖經營方式，提高各行業的連鎖經營率，同時積極引入電子商務模式，實現經營方式的創新。借助這些措施以提高服務產能，有效管理波動的市場需求，從而在一定程度上規避生產能力約束的影響，促進服務企業質量差異化，滿足消費者多樣化的需求，提高顧客的滿意度。

參考文獻：

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[4]江小涓：服務業增長：真實含義、多重影響和發展趨勢[J].經濟研究，2011（4）.

篇4

據估計，植物每年貯存的能量約相當于世界主要燃料消耗的10倍；而作為能源利用量還不到其總量的l%。高效利用生物質能源，生產各種清潔燃料，替代煤炭，石油和天然氣等燃料，生產電力。而減少對礦物能源的依賴，保護國家能源資源，減輕能源消費給環境造成的污染。專家認為，生物質能源將成為未來持續能源重要部分，到2015年，全球總能耗將有40%來自生物質能源。

生物質能采用高新技術將秸稈、禽畜糞便和有機廢水等生物質轉化為高品位能源，開發生物質能源將涉及農村發展、能源開發、環境保護、資源保護、國家安全和生態平衡等諸多利益。發展生物能源的初衷就是保護生態環境，在實際應用中也是以此為基點。這也是我國超前發展的一次很好機會，發展生物質能是一件利國利民的好事情。

生物質能源不僅是安全、穩定的能源，而且通過一系列轉換技術，可以生產出不同品種的能源，如固化和炭化可以生產因體燃料，氣化可以生產氣體燃料，液化和植物油可以獲得液體燃料，如果需要還可以生產電力等。

目前，世界各國，尤其是發達國家，都在致力于開發高效、無污染的生物質能利用技術，保護本國的礦物能源資源，為實現國家經濟的可持續發展提供根本保障。

6MW生物質顆粒與煤混燒發電技術

成果簡介：該項目是通對不同比例的生物質成型顆粒與煤在循環流化床中進行混合燃燒，混合后的燃料可大大改變原煤的燃燒特性，包括降低著火溫度、改善著火性能、提高了循環流化床鍋爐的熱利用率等。生物質原料與煤之間燃燒特性的優勢互補。該技術可用于電廠、工業鍋爐等各種利用循環流化床鍋爐的行業。該技術對生物質的燃燒特性，燃燒過程以及其結渣特性、堿金屬腐蝕、氣體燃燒不完全等難題進行了研究，并找出了解決方案。生物質顆粒混燒量可達到80%，在此工況下熱效率可提高15%以上，二氧化硫排放量減少50%。氮的氧化物排放量可減少30%；完成了由輸送帶、給料倉、給料絞龍組成的顆粒燃料輸送給料系統；為適應生物質燃料高揮發分的特性，在生物質顆粒燃料進料口上方1.2m處增設了一個二次風進口；可根據生物質顆粒與煤的不同混燒比例，自動調整一、二次進風量。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

生物質氣化燃氣中焦油催化轉化研究

成果簡介：該項目研究采用在生物質氣化裝置的出口處，建一催化凈化裝置有催化保護床和催化轉化床構成，直接處理熱的生物質氣體，保護床吸收粗燃氣中的硫化氫等有毒物質及催化裂化脫除部分重焦油；第二催化反應床催化轉化剩余的焦油。碳氫化合物的焦油被催化轉化為小分子氣體如CO等，增加燃氣熱值。結果表明，對空氣流化床氣化的粗燃氣的催化干法除焦油，實驗方案是行之有效的和成功的。篩選出工業鎳基蒸汽轉化催化劑和氧化鈰添加的鎂橄欖石負載型鎳基催化劑可作為焦油的催化轉化催化劑，氧化鈰可促進催化劑的活性和提高抗積炭能力，對氣化燃氣的重焦油的去除率達99%，按干氣計算燃氣中氫氣的濃度增加6～11%。通過催化凈化系統直接處理氣化燃氣，一方面焦油的催化轉化增加了氣化氣中有價值的氣體成分；另一方面又克服了濕法除焦油所帶來的不易解決的環境污染問題。

所處階段：成熟應用階段

2Kg/hr生物質流化床氣化/熱解實驗裝置研制

成果簡介：氣化是缺氧的反應過程，熱解是隔絕氧氣的反應過程；氣化的反應溫度為750-850℃，而熱解的反應溫度為400-700℃；熱解必須采用快速進料，氣化對供料速度則無嚴格要求；兩者產物的凈化處理過程則基本相同。分析兩者的相同點及不同點，該課題組認為建一套氣化及熱解的雙功能系統是可行的。為此該課題組采用了以下特殊設計：獨立的氧氣及氮氣供入系統，共用一套流量計量及預熱裝置；流化段及懸浮段分別采用獨立的電加熱及控制裝置；流化段及懸浮段分別采用獨立的電加熱及控制裝置用雙級供料系統，且均可無級調速；共用一套旋風分離、冷凝、過濾、排氣及計量系統。運行及試驗結果表明：該系統可分別進行氣化及熱解試驗，且運行良好，達到了設計要求。

所處階段：初期階段

生物質經催化熱分解技術

成果簡介：該研究是以植物系生物質為原料通過催化熱解的方法生產高附加值的輕質芳烴苯、甲苯和二甲苯等化學品以及合成燃料。使用了熱解溫度控制容易，升溫速度快，焦炭便于回收，且可連續操作的雙顆粒流化床，建立了一套可以定量操作的熱解反應系統，開發了連續催化熱解過程。充分利用生物質熱解溫度低揮發物多的特性，選擇合適的催化劑，控制生物質熱解過程的二次氣相反應，使產物向有利于輕質芳烴苯、甲苯和二甲苯等化學品轉化，在CoMo-B催化劑的作用下，863K時可得到6.29wt%的收率。這一收率在同類研究中，是常壓下熱解過程中得到的最高收率。在實驗研究過程中還可發現，NiMo類催化劑有利于生物質低溫制氫，為生物質低溫制氫提出了新的研究課題。生物質連續催化熱解裝置的研發，實現了連續化操作的熱解過程，為未來大規模的工業化生產提供了必要的前期研究成果。

所處階段：初期階段

錐形流化床生物質氣化技術

成果簡介：該專題針對目前國內生物質氣化發電、供熱、供氣存在的原料適應范圍窄、燃氣焦油含量高、自動化程度低、適用松散型物料的氣化發電設備和系統等問題，開發錐形流化床生物質氣化發電供熱、供氣機技術產業化為目標，研制生物質氣化裝置與氣體發電機組成的系列生物質氣化發電系統；降低燃氣中的焦油含量；生物質氣化系統的操作彈性試驗；提高生物質氣燃氣熱值。

所處階段：成熟應用階段

利用藻類熱解制備生物質液體燃料

成果簡介：該課題應用能源科學、環境科學和生命科學等交叉學科的理論和技術，以藻類為原料，通過細胞工程和生物質轉化等技術，產生生物油和烴類等可再生生物能源，為開發新能源提供新的生物技術途徑。用異養轉化技術和基因改造技術獲得高脂肪含量的藻細胞來熱解制備液體燃料，實現異養轉化技術、細胞培養技術、基因改造技術與熱解技術的整合集成，獲得原創性、新穎性的研究成果；同時為后繼能源的開發應用提供技術儲備；并且通過最前沿的生物技術與能源技術相互結合、交叉與滲透，推動學科的發展。該研究成果應用前景良好。

生物質氣氣化合成二甲醚液體燃料

成果簡介：在固定床或循環流化床中將生物質氣化，變成H2, CO, CO2等組分，然后經過氣體凈化，在重整反應器中和沼氣一起在催化劑的作用下進行重整來調整H2和 CO的比例，同時降低二氧化碳的比例，使之適合于合成二甲醚。然后氣體經過壓縮進入二甲醚反應器。在催化劑的作用下合成二甲醚。該套技術已經申請了國家發明專利。

二甲醚（簡稱DME,CH3OCH3）是一種清潔的燃料與化工產品，有很大的市場。液化二甲醚可以完全替代液化石油氣（LPG），與LPG相比具有無毒無臭、不易爆炸、熱效率高、燃燒徹底、無污染等特點，因此，DME作為LPG的替代品在中國特別是農村有巨大的潛在市場。作為清潔燃料DME可以替代柴油用作發動機燃料，十六烷值達55，與柴油熱效率相同，DME不會產生黑煙和固體顆粒，NOx排出量大大減少，是很有前途的綠色環保型發動機燃料。

該項目采用的以生物質廢棄物（包括木粉、秸稈、谷殼等）作為原料，通過催化裂解造氣作為氣頭的新工藝，目前還未見報道。DME的合成也采用先進的一步法合成工藝，該方法作為應用基礎研究最近幾年才在國際上展開。廣州能源研究所在世界上首先實現了在小型裝置上由生物質一步法合成綠色燃料二甲醚的連續運行。將該技術進行產業化推廣可以解決緩解廣東省液化氣日益緊張的形勢。

適用范圍和條件：適用于生物質資源豐富的地區

3MW生物質氣化高效發電系統關鍵技術

成果簡介：該項目發展了6MW生物質氣化及余熱蒸汽聯合發電系統、500kW生物質燃氣發電機組和焦油污水生化處理新工藝等關鍵技術，在江蘇興化建立的示范電站裝機容量為6MW，氣化效率最高達78%，燃氣機組發電效率為29.8%，系統發電效率27.8%，電站總投資約3200萬元，系統運行成本0.40元/kw，具有較高的性價比和顯著的社會效益。示范電站建設嚴格按國家電力行業的規范進行，并形成了市場化運作機制，為生物質氣化發電技術的產業化積累了有益的經驗。

所處階段：成熟應用階段

自熱式生物質熱解液化裝置

成果簡介：中國科學技術大學研制的“自熱式生物質熱解液化裝置”通過了安徽省科技廳組織的專家鑒定，達到國際國內先進水平，是生物質潔凈能源研究取得的重要進展。該裝置是在安徽省“十五”科技攻關計劃、教育部“211”工程和中國科學院知識創新工程等項目資助下研制完成的，專家認為：自熱式生物質熱解液化裝置采用兩級螺旋進料器有效解決了生物質進料系統的進料速率定量控制、密封和堵塞問題，其中自熱式生物質熱解液化裝置在熱解熱源供給和生物油冷凝收集等方面具有創新性。

所處階段：初期階段

稻殼生物質中型氣化發電系統

成果簡介：該電技術的基本原理為利用生物質氣化高新技術，經中溫裂解氣化，轉換為可燃氣體。氣化爐內的化學反應過程主要是燃燒反應，熱分解反應和還原反應。稻殼進入氣化爐后，部分遇氧燃燒，提供熱分解所需熱量，大部分稻殼在缺氧條件下發生熱分解反應，折出揮發份和焦炭，揮發份在中溫反應區內發生二次反應，使焦油裂解為氣體，同時氣體和焦炭之間，氣體和氣體之間發生還原反應，產生氣相焦油和氣體。這些氣體攜帶部分細顆粒焦炭、灰塵進入燃氣凈化系統。部分焦炭通過慣性除塵器回流進入氣化爐參加反應，氣相焦油冷凝通過水洗除去。燃氣經凈化后，再送到自吸式燃氣內燃機進行熱功轉換產生動力，帶動發電機發電。

所處階段：成熟應用階段

JZS家用生物質燃氣灶

成果簡介：該項目灶具的心臟閥體獨創了大銅芯、大閥體，閥芯不凝滯、焦油不堵塞、維修方便，使用壽命特長；面殼采用進口加厚不銹鋼板鍛壓成型，美觀大方，優質耐用；高壓脈沖點火器，使用壽命達10萬次以上，著火率達100%，絕緣性能好；燃燒器爐頭選用直徑120mm和100mm標準鑄鐵雙管和單管氣道爐頭；燃燒器火蓋選用內旋火條形火孔，火蓋材質選用全銅鍛壓成型，火孔加工精確，熱效率高，高溫不變型，高效更節能。JZS家用生物質燃氣灶是秸稈氣化集中供氣系統的配套設備，是開發農村綠色能源的新產品。

所處階段：成熟應用階段

生物質聯產技術及成套設備研究

成果簡介：該項技術以干餾炭化工藝為中心，以生產產品為主，實現了炭、氣、油聯產的工業化生產，大大提高了經濟效益；該設備系統熱效率高。國內同類技術的設備系統熱效率為56%，本項技術的系統熱效率達到73.64%，比普通冷煤氣發生爐的熱效率高出10個百分點左右；生產的生物質炭熱值和固定炭含量高，無煙、無味。經深加工可制成橡膠炭黑，優于木炭，木焦油可以提煉出多種化工原料，優于煤焦油，經濟效益顯著，市場前景很好；生產的生物質燃氣熱值達到17.7MJ/Nm^3，高于城市煤氣的熱值，大大超過4.6MJ/Nm^3的行業標準；燃氣中焦油和灰塵含量小于10mg/Nm^3，大大低于50mg/Nm^3的行業標準。

所處階段：成熟應用階段

生物質氣化發電優化系統及其示范工程

成果簡介：該成果采用循環流化床氣化爐和多級氣體凈化裝置，配置多臺500kW的單氣體燃料內燃發電機組，發電系統可在2000－6000kW之間根據需要設計，發電原料可用谷殼、木屑、稻草等多種生物質廢棄物。氣化發電系統發電效率達20%～28%。由于系統設計合理，單位投資約4500～6500元/kW, 運行成本約0.35 ～0.45元/kWh，能滿足農村處理農業廢棄物的需要，電力符合工廠企業用電或上網要求，有顯著的經濟和社會效益。

所處階段：成熟應用階段

生物質制取合成氣技術研究

成果簡介：氣化爐內的生物質由高溫CO_2在水蒸汽氛圍下進行碳化直接還原為CO。高溫CO_2由助燃的水蒸汽和系統循環的可燃氣生成。整個工藝系統實現了熱量自給平衡。可獲得較高熱值的合成氣。通過控制CO_2和H_2O的比例和氣化溫度，在高溫常壓下，CO_2與碳反應還原為CO，同時H_2O的分解、重整產生H_2，保證了CO+H_2＞50%的出口氣濃度及其合適的比例。自主研制的固流復合床生物質氣化爐，抑制了焦油的產生，降低氣體凈化的難度，提高生物質原料的利用率。獨特的加料排渣系統，適應多元化原料的處理。本項目研究合成氣制取機理及其氣化過程有關特性，找出生物質制取合成氣工藝中的某些關鍵參數，作為未來工業化系統優化設計的重要依據。

所處階段：成熟應用階段

生物質干餾氣炭油聯產技術及設備

成果簡介：該項目針對不同類型的生物質原料，開發了兩種不同的致密成型及干餾工藝，使生物質的熱轉換具有較高的能源利用率與換率。該項技術以成型后的生物質干餾工藝為中心，燃氣中氮氣含量低，燃氣熱值達到15MJ/m^3以上，是較好的化工原料，生物質炭、焦油及木醋液也有較好的市場。設備采用隧道連續干餾工藝，具有創新性，結構合理，操作、維護簡單易行。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

生物質顆粒燃料冷態致密成型技術及成套設備

成果簡介：該項目通過研究確定不同種類農林廢棄物原料的高效粉碎工藝、生物質冷態致密成型機理及不同農林廢棄物冷成型條件。建立農林廢棄物冷態致密成型過程的數理模型與開發生物質冷態成型過程計算模擬系統。設計出能適用于各類生物質原料的高效粉碎設備、冷態成型模具及成型設備。進而設計出完整的生物質顆粒燃料冷壓成型成套設備、生產工藝流程及相關輔助設備，充分保證成套設備運行的穩定性、可靠性和經濟性。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

生物質材料甲醛釋放量檢測環境跟蹤控制技術

成果簡介：該成果涉及生物質材料（人造板等）揮發物檢測環境的動態精確控制方法，應用范圍為人造板、建筑材料、化工等產品中含揮發性有害氣體的檢測，為控制人造板產品及其含甲醛等有害揮發物產品的質量，提供可靠的技術與檢測設備。同時為林產工業及全社會的環境保護、安全檢測與監測技術、環境工程與技術、環境保護與管理、環境質量評價與環境檢測等科學研究提供的新的成果、進展及方法。產品已應用在國家人造板質量監督檢驗中心、家具質檢站、人造板檢測機構、理化測試中心、疾病控制中心、大學等單位，負責我國生物質材料甲醛釋放量的檢測與監督工作。

成果類型：應用技術

所處階段：成熟應用階段

SLQ-300型空氣鼓風常壓流化床生物質氣化成套設備

成果簡介：該項目研制開發的新型生物質氣化系統，即空氣鼓風常壓流化床生物質氣化系統，可生產低熱值生物質燃氣，用于鄉鎮居民炊事與生活、工副業生產及發電。技術原理為：鼓入氣化器的適量空氣經布風系統均勻分布后，將床料流化，合適粒度的生物質原料送入氣化器并與高溫慶料迅速混合，在布風器以上的一定空間內激烈翻滾，在常壓條件下迅速完成干燥、熱解、燃燒及氣化反應過程，從而生產出低熱值燃氣。排出氣化器的熱燃氣再依次通過由干式旋負除塵器、沖擊式水除塵器、旋風水膜凈化器、多級水噴淋凈化器、焦油分離器和過濾器等組成的凈化系統，被冷卻凈化為符合使用要求的干凈冷燃氣以供不同用戶使用。

成果類型：應用技術

所處階段：成熟應用階段

下吸式固定爐排生物質成型燃料熱水鍋爐設計與研究

成果簡介：該項目屬河南省自然科學基金項目（項目編號：0311050400；0411052000）。技術原理：一定粒徑生物質成型燃料經上爐門加在爐排上下吸燃燒，上爐排漏下的生物質屑和灰渣到下爐排上繼續燃燒和燃燼。生物質成型燃料在上爐排上燃燒后形成的煙氣和部分可燃氣體透過燃料層、灰渣層進入上、下爐排間的爐膛進行燃燒，并與下爐排上燃料產生的煙氣一起，經兩爐排間的出煙口流向降塵室和后面的對流受熱面。這種燃燒方式，實現了生物質成型燃料的分步燃燒，緩解生物質燃燒速度，達到燃燒需氧與供氧的匹配，使生物質成型燃料穩定持續完全燃燒，起到了消煙除塵作用。

成果類型：應用技術

所處階段：初期階段

SMG-3型生物質型煤高壓干式成型機研究

成果簡介：該產品成型原理是在高壓的條件下，經過對滾滾壓的工藝方法，將干燥后的煤粉、生物質粉、固硫劑粉等原料壓制成長橢球形狀型煤的。所生產的生物質型煤具有潔凈化、環保化的特點。性能指標：液壓系統工作壓力：20～25Mpa；對滾轉數：0～11r/min；螺旋推進預壓機構轉數：0～40r/min；成型機產量：3t/h；壓制生物質型煤的原料：含水≤3%的煤粉、生物質粉、固硫劑粉；生物質型煤壓碎力：300～350N。成型機的特點：高壓干式滾壓成型；液壓、油氣系統保壓、恒壓；園柱型螺旋預壓、推進；主機傳動為單軸與減速機連接；主傳動與推進預壓機構實現了無級變速。該產品填補了國內成型機生產的空白，達到了國際當代同類產品的水平。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

生物質經催化熱分解向輕質芳烴的轉化

成果簡介：該研究是以植物系生物質為原料通過催化熱解的方法生產高附加值的輕質芳烴苯、甲苯和二甲苯等化學品以及合成燃料。使用了熱解溫度控制容易，升溫速度快，焦炭便于回收，且可連續操作的雙顆粒流化床，建立了一套可以定量操作的熱解反應系統，開發了連續催化熱解過程。充分利用生物質熱解溫度低揮發物多的特性，選擇合適的催化劑，控制生物質熱解過程的二次氣相反應，使產物向有利于輕質芳烴苯、甲苯和二甲苯等化學品轉化，在CoMo-B催化劑的作用下，863K時可得到6.29wt%的收率。這一收率在同類研究中，是常壓下熱解過程中得到的最高收率。在實驗研究過程中還可發現，NiMo類催化劑有利于生物質低溫制氫，為生物質低溫制氫提出了新的研究課題。生物質連續催化熱解裝置的研發，實現了連續化操作的熱解過程，為未來大規模的工業化生產提供了必要的前期研究成果。

成果類型：應用技術

所處階段：初期階段

生物質能開發利用示范工程研究

成果簡介：該產品生物質成型燃料以農作物廢棄物為原料，供暖、供熱，燃燒時無黑煙，幾乎沒有二氧化硫的排放，氮化物排放極低，二氧化碳排放量接近植物生長所需要量，可以稱得上是零排放。原料加工，可以使農業廢棄物變廢為寶實現增值，所以該項目是有利于社會，有利于農民，有利于消費者的事業，具有一定的推廣應用前景。

成果類型：應用技術

所處階段：成熟應用階段

生物質復合型煤制備及燃燒性能研究

成果簡介：該課題對生物質型煤的制備工藝、燃燒過程、燃燒機理、固硫性能等進行了研究。當生物質添加量為20%、成型壓力為40MPa時，生物質型煤的抗壓強度可以達到400N/個；生物質型煤的著火溫度一般低于350℃，燃燒過程可以分為4個階段；當Ca/S比為2.0，燃燒溫度為900℃時，生物質型煤的固硫率可以達到90%以上，遠遠高于普通型煤的固硫率，生物質型煤燃燒過程的SO2排放濃度明顯低于傳統型煤。因此，生物質型煤比普通型煤有更好的燃燒特性，更高的固硫率。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

雙循環流化床生物質氣化裝

成果簡介：“雙循環流化床生物質氣化裝置”是在教育部“211”工程和中國科學院知識創新工程等項目資助下研制完成的，主要研究內容包括：（1）掌握了鋸末和稻殼等生物質的流化特性。（2）研制了每小時可處理80公斤物料的雙循環流化床生物質氣化裝置。該裝置結構簡單、設計合理，采用特殊結構的兩級螺旋進料器可以實現連續式的密封進料；合理的流化床層和返料結構，可以保證床層溫度均勻分布，以及實現焦油蒸汽在爐內二次裂解，從而使氣化效率、碳轉化率和燃氣質量等得到顯著提高；采用鼓風運行方式可以實現熱煤氣的直接利用，從而可以避免高溫燃氣的顯熱損失和焦油能量的損失，以及水洗焦油造成的二次污染等。（3）掌握了常見秸稈的氣化方法和氣化效率、碳轉化率和燃氣成分及熱值等氣化參數，對熱煤氣的燃燒利用進行了試驗研究，研發了預混式燃氣燃燒器。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

板式生物質干燥機

成果簡介：“板式生物質干燥機”是河南省科學院能源研究所研制開發的新產品，本產品能較好地適應粉碎后的蓬松多孔狀生物質物料的干燥。在充分研究了生物質物理化學特性的基礎上，把空氣調節技術與傳熱學相結合設計出高效節能型干燥機。本產品具有獨特的換熱排濕結構，熱利用率達到60%以上，以無級調速電機為動力，通過鏈條刮桿等傳動機構帶動物料在干燥機內移動，通過調節調速電機的轉速（0～1440r/min）改變物料的干燥時間， 以適應不同含水率的生物質物料的干燥；圓柱形刮桿帶動物料在加熱板上移動，同時完成了物料的翻動，使含水物料的不均勻度大大減小；空氣調節技術與傳熱學相結合，通過等壓分流的穩壓箱和板式射流加熱板組成高效的氣流組織結構，能使熱風等速均勻地射向物料，提高了烘干效率，同時減少了物料中灰分的帶出，降低了廢氣中灰分的含量，減少了環境污染；射流板的上表面為平板，做為物料床，同時進行傳導換熱，下表面為多孔板，可使熱空氣等速均勻地射向物料，可完成對流換熱與濕氣的帶出，高溫多孔板發射出遠紅外線，以輻射形式加熱了物料，綜合利用了傳導、對流與輻射三種熱的傳播形式，熱利用率達60%以上；實現了干燥機的模塊化設計，每兩層為一基本模塊，可根據處理量的大小隨意增減換熱板的數量，從而減少不同型號的干燥機設計工作量。縮短了設計周期，加工更加簡單。

成果類型：應用技術

所處階段：初期階段

生物質鍋爐型煤的開發研究

該項目開發出“水泡-氫氧化鈣溶液蒸煮”的生物質型煤粘結劑及生產工藝，“有機-無機復合粘結劑”及型煤生產工藝，該粘結劑及型煤生產工藝可以利用國內現有生產設備進行生產。采用紅外光譜分析研究了生物質經“水泡-氫氧化鈣溶液蒸煮”處理前后組成變化，證明該處理工藝可以使生物質有效降解。提出了新穎的生物質型煤粘結機理和防水機理。認為生物質中可降解成分降解后的固體纖維素、半纖維素和木質素等在型煤中形成“網絡結構”將煤粒包裹起來，液體粘稠物充填于煤粒與生物質固體之間。生物質固體與液體部分共同型煤強度。粘結劑加工中過剩的氫氧化鈣在型煤干燥中將轉化成碳酸鈣，對型煤防水強度具有一定的作用。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

生物質切揉制粉機

成果簡介：該成果在充分研究國內外粉碎機的基礎上，試驗分析了生物質秸稈的粉碎特性，針對生物質秸稈含水率高、具有長纖維的特點，研究設計出適合各種含水率高達25%以下生物質秸稈粉碎的生物質切揉制粉機，采用錘片、刀片相結合的方式，秸稈經高速旋轉的刀片切斷后，再經錘片擊打粉碎，提高了粉碎效率。經河南省節能及燃氣具產品質量監督檢驗站檢測，系統的各項技術性能符合河南省科學院能源研究所企業標準Q/HKN001-2005《生物質切揉制粉機》的要求。該機即可用于農村，也可用于工業，即環保又經濟，節約能源，具有良好的經濟和社會效益。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

低能耗生物質熱裂解裝置

成果簡介：該實用新型的目的是為了能將低品位的生物質能轉換成高品位的液體燃料和高附加值產品，提供一種基于流化床的低能耗生物熱裂解裝置。低能耗生物熱裂解采用以下工藝流程：連續送料至反應器，使其在高溫下氣化，分離，含生物的氣體經熱交換冷凝成油，升溫后的非凝結氣體再循環。本實用新型采用流化床作為反應器，由給料器、調速電機及減速器、進料套筒及螺旋進料棒、流化床反應器、螺旋風分離器、作為能源回收的氣－氣熱交換器、氣－水熱交換器、集油器、茨循環風機、主電加熱器、輔助電加熱器等組成。主電加熱器、輔助電加熱器；流化床反應器豎直放置，底部置有多孔板，并放入石英砂作為中間載體；主電加熱器置于反應器入口前端，輔助電加熱器置于反應器外壁面。

成果類型：應用技術

所處階段：初期階段

生物質經催化熱分解向輕質芳烴的轉化

成果簡介：該研究是以植物系生物質為原料通過催化熱解的方法生產高附加值的輕質芳烴苯、甲苯和二甲苯等化學品以及合成燃料。使用了熱解溫度控制容易，升溫速度快，焦炭便于回收，且可連續操作的雙顆粒流化床，建立了一套可以定量操作的熱解反應系統，開發了連續催化熱解過程。充分利用生物質熱解溫度低揮發物多的特性，選擇合適的催化劑，控制生物質熱解過程的二次氣相反應，使產物向有利于輕質芳烴苯、甲苯和二甲苯等化學品轉化，在CoMo-B催化劑的作用下，863K時可得到6.29wt%的收率。這一收率在同類研究中，是常壓下熱解過程中得到的最高收率。在實驗研究過程中還可發現，NiMo類催化劑有利于生物質低溫制氫，為生物質低溫制氫提出了新的研究課題。生物質連續催化熱解裝置的研發，實現了連續化操作的熱解過程，為未來大規模的工業化生產提供了必要的前期研究成果。

成果類型：應用技術

所處階段：初期階段

超低焦油秸稈高效制氣技術

成果簡介：該技術是以秸稈為主要原料，采用先進的低倍率低速循環流化床氣化技術和雙層催化裂化爐，通過特定的流場組織和多級進料、組合進氣方式，在氣化介質和特殊催化劑（鈣鎂復合催化劑）作用下，在特殊的工藝流程內進行催化氣化反應制取超低焦油燃氣，其凈化過程具有用水量極少，并從生活垃圾中獲得的高活性焦炭基材料作為過濾干燥介質等特點。該技術在國內處于領先水平，提高了傳統氣化爐產氣效率和燃氣品質，大大降低了燃氣中焦油含量，減少了廢水的排放和焦油對環境的污染，充分利用農村農林廢棄物，避免了其露天放置對環境的污染，解決了部分勞動力就業。

成果類型：應用技術

所處階段：初期階段

強化熱解生物質氣化技術的研究

成果簡介：該課題研究以各種農作物秸稈為原料的低焦油燃氣發生器，及與之配套的燃氣凈化技術，采用新式強化裂解氣化反應器，充分降低燃氣中焦油含量，簡化凈化工藝，保證燃氣質量，使秸稈氣化機組的各項指標達到或超過國家相關的行業標準，提高已有的生物質氣化技術水平和燃氣質量，形成配套合理，運行方便，安全可靠的氣化機組，實現氣化機組的更新換代。應用此技術，將解決目前設備中存在的焦油清理難、勞動強度大的問題，提高使用壽命，實用性更強，不僅可以應用于農村，在工業有機廢料處理和燃氣發電方面，也將有良好的推廣前景。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

生物質鍋爐型煤的開發研究

該項目開發出“水泡-氫氧化鈣溶液蒸煮”的生物質型煤粘結劑及生產工藝，“有機-無機復合粘結劑”及型煤生產工藝，該粘結劑及型煤生產工藝可以利用國內現有生產設備進行生產。采用紅外光譜分析研究了生物質經“水泡-氫氧化鈣溶液蒸煮”處理前后組成變化，證明該處理工藝可以使生物質有效降解。提出了新穎的生物質型煤粘結機理和防水機理。認為生物質中可降解成分降解后的固體纖維素、半纖維素和木質素等在型煤中形成“網絡結構”將煤粒包裹起來，液體粘稠物充填于煤粒與生物質固體之間。生物質固體與液體部分共同型煤強度。粘結劑加工中過剩的氫氧化鈣在型煤干燥中將轉化成碳酸鈣，對型煤防水強度具有一定的作用。

篇5

關鍵詞 ：生物質氣化 焦油 脫除轉化

一、了解焦油的基本情況

在我們日常生活中你也許會常常用到焦油的產品，很多人對焦油的了解不多，焦油是有機物經過加熱干餾的產物，常見的為煤焦油，木材干餾也產生木焦油，泥炭干餾和石油分餾也產生焦油。焦油產生的途徑生物質是一種豐富的資源，它作為可再生能源受到人們的關注，隨著能源危機意識的提高人們對其性能的研發不斷深入。生物質熱化學轉化對于產生燃料、化學原料以及生物質的完全燃燒和充分利用都是一種很有效的方法。

煤焦油是焦化工業的重要產品，其組成很復雜，大多情況下是由煤焦油工業專門進行分離、提純并且利用，可分離出多種產品，目前提取的主要產品有：萘、酚、蒽、菲 、咔唑、瀝青等幾種。目前焦油精制廠家已經可以從焦油中提取230多種產品，并向大型化方向發展。

二、生物質氣化及其過程

生物質氣化是在一定的熱力學下，借助空氣、水蒸氣的作用，使生物質發生熱解、氧化和還原反應，最終轉化為一氧化碳、低分子烴類等可燃氣體的過程。

中國可用的固體生物質數量巨大，主要以農業和木材廢物為主。生物質分布分散，收集和運輸困難，在中國目前的條件下，難以采用大規模燃燒技術，所以200―5000kW的中小規模的生物質氣化發電技術在中國有獨特的優勢。由于中國電力供應緊張，而生物質廢棄物浪費嚴重，價格低廉，所以生物質氣化發電的成本具備進入市場競爭的條件。中國已完成了多種氣化爐的研制，已使用的氣化爐有上下吸式、敞口式和流化床等。各種氣化爐從原理上講都可以用于氣化發電，但目前研究完成并正常運轉的主要有三種，即敞口下吸式，下吸式及循環流化床，發電功率可以從幾千瓦到幾千千瓦，這為氣化發電技術的進一步發展提供了條件。氣化發電比較適合中國當前的經濟和發展現狀。中國的生物質技術基礎較好，解決二次污染后就具備與其他常規發電技術競爭的條件。為了發展并盡快推廣生物質氣化技術，應該研究焦油處理技術，徹底消除二次污染;改進氣化發電技術與系統，提高整體效率，進一步降低發電成本;制定保證政策，鼓勵生物質氣化發電技術的應用，使大眾較快得接受生物質氣化發電。

三、重點推行熱解工藝及影響因素

（一）熱解工藝包含的類型

從對生物質的加熱速率和完成反應所用時間的角度來看，生物質熱解工藝基本上可以分為慢速熱解和快速熱解（反應時間少于0.5s時稱為閃速熱解）兩種類型。由于工藝操作條件不同，生物質熱解工藝又可分為慢速熱解、快速熱解和反應性熱解幾種。在慢速熱解工藝中又可以分為炭化和常規熱解。

慢速熱解，傳統上稱干餾工藝、傳統熱解工藝，已經具有幾千年的歷史，是一種以生成木炭為目的的炭化過程，加熱溫度在500～580℃稱為低溫干餾，加熱溫度在660～750℃稱為中溫干餾，加熱溫度在900～1100℃稱為高溫干餾。將木材放在窯內加熱，可以得到占原料質量30%～35%的木炭產量。

快速熱解是將磨細的生物質原料放在快速熱解裝置中，嚴格控制加熱速率（10～200℃/s左右）和反應溫度（大概500℃左右），在缺氧并且被快速加熱到較高溫度時引發大分子的分解，產生了小分子氣體和可凝性揮發分以及少量焦炭產物。可凝性揮發分被快速冷卻成可流動的液體，成為生物油或焦油。快速熱解在極短的時間內和強烈的熱效應下直接產生熱解產物，然后迅速淬冷至350℃以下，最大限度地增加了液態油。

常規熱解是將所用原料放在常規的熱解裝置中，在中等溫度及反應速率條件下，經過數小時的熱解，得到占原料質量的20%～25%的生物質炭及10%～20%的生物油。

（二）熱解影響因素

總的來講，影響熱解的主要因素包括化學和物理兩大方面。化學因素包括一系列復雜的一次和二次反應;物理因素主要是反應過程中的傳熱、傳質以及原料的物理特性等。具體的操作條件表現為：溫度、物料特性、催化劑、滯留時間、壓力和升溫速率。

在生物質熱解過程中，溫度是一個很重要的影響因素， 它對熱解產物分布、組分、產率和熱解氣熱值都有很大的影響。生物質熱解最終產物中氣、油、炭各占比例的多少，隨反應溫度的高低和加熱速度的快慢有很大差異。一般地說，低溫、長期滯留的慢速熱解主要用于最大限度地增加炭的產量，其質量產率和能量產率分別達到30%和50%。

溫度小于600℃的常規熱解時，采用中等反應速率，生物油、不可凝氣體和炭的產率基本相等;閃速熱解溫度在500～650℃范圍內，主要用來增加生物油的產量，生物油產率可達80%;同樣的閃速熱解，若溫度高于700℃，在非常高的反應速率和極短的氣相滯留期下，主要用于生產氣體產物，其產率可達80%。當升溫速率極快時，半纖維素和纖維素幾乎不生成炭。

四、生物質的液化發展

世界石油儲量在逐步減少，而經濟快速發展對能源得需求越來越多，未來的一定時期內將需要煤炭和生物質液化等代替性液體燃料。煤炭豐富、石油缺乏、燃氣匱乏是我國能源結構的基本特點，2000 年左右，我國探明可采石油儲量可供開采二十年。我國煤炭占終端能源消費的比例高、煤炭消費方式落后、原煤轉化利用程度低，因此，我國煤炭資源利用效率低，生態環境污染嚴重。煤炭是最主要的一次能源，世界各國越來越重視高效潔凈能源的使用。煤液化技術是煤綜合利用的一種有效途徑，可以將煤炭轉化成潔凈高熱值的燃料油，減輕污染，還可以得到珍貴的化工產品。我國是生物質資源豐富的農業大國，每年農作物秸稈、禽畜糞便總資源干物質、全國城市生活垃圾產量、林業廢棄物和可資源利用的柴薪等生物質能資源約為五十億噸標煤，充分利用生物質能是解決石油資源不足的重要途徑。我國在生物質資源的利用方式主要通過直接燃燒來獲得能量，效率低下，資源浪費，環境污染嚴重。因此，對煤和生物質的高效利用技術的開發與研究在中國顯得迫切和重要。煤和生物質的液化技術在理論方面和一些工藝技術上沒有得到很好的解決，主要包括：煤結構的研究及其與液化反應性的關系，催化劑的中毒、催化劑的研發、固固和固液分離及如何使反應條件溫和化和產品的高附加值化。解決這些問題對發展煤化學理論、開發高效的煤液化工藝有重要的指導意義。

比如在不同的反應條件下，進行稻草的加氫液化，考察了催化劑、壓力等因素對生物質加氫液化的影響。在反應溫度為300℃的條件下，隨著催化劑的量的增加轉化率、油氣收率顯著增加而焦渣的產率下降，可知加入的催化劑有助于稻草的加氫液化。在氫壓5.0Mp加入相同的催化劑的條件下，轉化率和油氣收率有所降低，焦渣和瀝青烯的收率上升而前里清晰的收率下降表示溫度的上升對稻草的加氫液化是不利的，由300℃和350℃的比較可知：此時溫度對于稻草加氫液化的影響不大。在同一溫度下、加入相同的催化劑條件下，在5%催化劑250℃條件下，轉化和油氣收率顯著提高而焦渣收率降低。可知壓力的上升對于稻草的加氫液化有著顯著的提高，有利于稻草的加氫液化，而且瀝青烯和前瀝青烯的收率無明顯的差別。。

參考文獻：

篇6

關鍵詞：生物質氣化；制氫；產氫率；影響因素

中圖分類號：X382.1；TQ116.2+9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2012）23-5442-03

Research on Influencing Factors of Hydrogen Yield of Biomass Gasification

ZHANG Qing-ye，LI Hao-xue

（Henan Mechanical and Electrical Engineering College， Xinxiang 453003，Henan，China）

Abstract： The mechanism of hydrogen production from biomass gasification was introduced； and factors influencing hydrogen yield， such as material properties of biomass， gasification temperature， water vapor content and catalysts were analyzed. Measures for improving the hydrogen yield including increasing reaction temperature， augmenting water vapor content， using catalysts and adopting CO2 absorbent were pointed out so as to provide theoretical guidance for designing of biomass gasifier.

Key words： biomass gasification； hydrogen production； hydrogen yield； influencing factors

氫氣具有高熱值、高清潔性、可再生性等特性，開發氫能是解決全球性能源危機和大氣污染問題的重要途徑。目前應用最廣泛的制氫方法有化石燃料制氫、電解水制氫等[1]。使用化石燃料制氫不僅消耗不可再生能源，且在制氫過程中產生大量的溫室氣體及硫、氮污染物；電解水制氫消耗電能且制氫效率不高[2]。因此要實現氫能清潔高效的優點，就必須采用清潔的、可再生的能源來生產氫，生物質制氫方法因此受到了更多研究者的重視。生物質制氫方法主要有兩種：生物法制氫和熱化學法制氫。生物法制氫前景廣闊，但目前還只限于實驗室研究。試驗數據也為短期的試驗結果，連續穩定運行期超過40 d的研究實例很少[3]。生物質熱化學氣化或熱解制氫，是在一定的熱力學條件下將組成生物質的碳氫化合物轉化成為含特定比例的CO和H2等可燃氣體，并且將伴生的焦油經過催化裂化進一步轉化為小分子氣體，同時將CO通過蒸汽重整（水煤氣反應）轉換為CO2和H2等的過程。

常壓下生物質氣化制氫是一種簡便有效的制氫方法，但目前存在著氣化效率不高等問題。本研究在介紹生物質氣化制氫機理的基礎上，對影響產氫效率的因素作了詳細分析，并指出了在實施過程中要注意的問題，為生物質氣化器的設計提供理論指導。

1 生物質氣化產氫機理

生物質氣化制氫目前最常用的氣化劑是空氣（或者氧氣）和水蒸氣的混合氣體[4]。其中氧氣作為氧化劑在高溫條件下與部分生物質發生氧化反應，為產氫反應提供熱量，反應器可設計為自供熱反應器。反應總方程如下[5]：

生物質+O2+H2O+熱H2+CO+CO2+CH4+光和重烴

生物質氣化過程主要分為4個反應階段：生物質干燥、生物質熱解、焦油二次分解、固定碳非均相氣化反應和產物氣二次均相反應[5]。

在干燥階段，生物質吸收熱量后溫度升高，水分蒸發。生物質熱解階段生成不凝性氣體、大分子的碳氫化合物和焦炭，不凝性氣體主要包括小分子的CO、CO2、H2、CH4、C2H6，大分子的碳氫化合物主要是單環到5環的芳香族化合物，其在產物氣溫度降低時凝結為液態的焦油。第三階段一般發生在溫度較高區域，焦油在高溫下發生裂解，在有水蒸氣的情況下焦油也會與水蒸氣發生反應產生小分子氣體包括H2、CH4、C2H6、CO等。第四階段為部分焦炭在有氧環境中燃燒產生熱量，同時焦炭與水蒸氣反應產生氫氣。氫氣的產生主要是生物質熱解過程中產生的氫氣和水蒸氣的還原反應產生的氫氣，主要反應見表1[6]。

2 影響生物質氣化產氫效率的因素

2.1 生物質材料特性

生物質主要由纖維素、半纖維素、木質素以及少量的礦物質等組成，各組分在氣化時反應特性不同，導致不同種類的生物質在氣化過程中揮發物含量以及產物氣成分不同。另外有些礦物質在生物質氣化過程中能充當催化劑，促使生物質氣化產氫，導致產氫率的變化[7]。另外生物質粒徑大小也對產氫率有很大影響。研究了60～100目、100～180目和大于180目3種不同粒徑的生物質氣化實驗。結果表明小粒徑產生更多的H2、CO、CO2、CH4和CmHn等小分子氣體。隨著粒徑的減小，H2濃度及產量逐漸增大[6]。

2.2 氣化溫度

從表1可以看出，生物質氣化主要反應中正向產生氫氣的反應有4、5、6、7，其中反應4、5、7均為吸熱反應，因此提高氣化溫度將使這3個反應正向進行，有助于提高產氫率。正向消耗氫氣的反應為8，此反應為放熱反應，根據反應平衡移動原理可以得知，提高反應溫度將使平衡向左進行，減少H2的消耗。正向產氫反應中只有反應6為放熱反應，在高溫條件下平衡將向逆反應方向移動，因此這個反應在高溫條件下是一個消耗氫氣的反應，對制氫不利。但反應6總體影響較小，僅在產物氣中CO2和H2含量很高時才作用。故在總化學平衡中，升高溫度能提高產氫率，與顏涌捷等[8]的結論一致。

另外提高氣化溫度還會影響氣化產物焦油的生成量。在氣化第三階段，焦油在高溫下發生裂解，在有水蒸氣情況下會與水蒸氣反應生成H2、CO、CO2、CH4等小分子氣體及相對分子質量較小的碳氫化合物，也會提高產氫率。當氣化溫度提高到1 273 K以上時焦油可以進行熱力分解，焦油含量大大降低，同時提高氣化率和產氫率。

生物質熱解氣化制氫反應多為吸熱反應，要提高反應溫度，關鍵問題是其中的熱量供應問題。在實驗室條件下容易通過外在熱源獲得氣化所需高溫，然而在工業應用中，一方面能量消耗較大，另外需較好的供熱方式才能達到氣化所需的條件。目前主要采用自供熱方式，即將生物質熱解后產生的殘炭氧化燃燒來產生熱量，然后將熱量傳遞到熱解區域。由于碳燃燒與生物質熱解在時間和空間上不同步，故合理組織燃燒、高效傳遞熱量是氣化反應爐設計的關鍵。目前應用中的熱量回收方式有固定床中產物氣熱量回收、流化床中蓄熱床料傳熱、熱管傳熱技術等。

2.3 水蒸氣含量

氣化介質的類型與分布是影響氣化過程的重要因素之一。目前主要采用的氣化介質為空氣與水蒸氣的混合氣體。因此生物質氣化過程中的水蒸氣包括兩部分：一部分是生物質本身所含水分和反應生成水分，另一部分則是氣化劑中的水蒸氣。從表1來看，水蒸氣含量將影響產氫反應4、5、6、7，水蒸氣含量升高將使平衡向右移動，有利于提高產氫率。從理論上來說，在同等溫度和相同生物質反應條件下，水蒸氣含量越高產氫率越高。然而產生高溫水蒸氣需要消耗大量能量，因此實際應用中水蒸氣含量不宜太高，尤其是對自供熱反應器中靠自身氧化來提供熱量的生物質氣化制氫來說，產生水蒸氣需要大量生物質被氧化以提供足夠熱量，這樣就會降低產氣品質[8]。另外產生水蒸氣還可能造成反應溫度下降，產氫能力也會因此下降。因此實際生產中應保證既有足夠的水蒸氣參與反應，反應區域也能有足夠高的反應溫度，即要確定最佳的生物質、水蒸氣和氧氣之間的比例，以得到較高的產氫率。

2.4 催化劑

在生物質氣化制氫反應過程中，催化劑可起到兩方面的作用，一方面催化劑的存在可有效降低氣化反應活化能，使反應能在較低的溫度下進行；另一方面會促進氣化產物如CO、CH4、焦炭等進一步反應生成氫氣，從而提高總體的產氫率。合適的催化劑可提高生物質氣化率并最終提高生物質產氫率。目前應用較多的催化劑是礦物鹽類催化劑和金屬及其金屬氧化物[9]。具體應用方法如在生物質中混合堿金屬鹽類（白云石）或鎳基金屬礦物等催化劑；在流化床氣化器中，床料可采用具有催化效果的礦物質如白云石。需注意的問題是由于催化劑用量大，要求其必須價廉易得。此外，在產物的催化重整反應，如CO/H2O重整反應（反應6）中，鉑基催化劑和銣基催化劑等能提高產氫率，因此可將催化劑布置在氣化器出口，或使產物氣再通過一個填充了催化劑的重整器，產物氣通過催化劑層時可促使放熱反應6在較低溫度下也能反應，增加氫氣產量。同時，合適的催化劑還能有效降低生物質氣化過程中產生的焦油，Domine等[10]研究證實了催化劑可催化焦油裂解，降低甲烷和一氧化碳含量并提高氣化過程中的產氫率。重整器中催化劑用量少一些，可采用貴金屬等催化材料，但需防止催化劑中毒、積碳等不利因素。

2.5 產物氣濃度

降低產物氣的濃度將促進反應正向移動。在生物質氣化反應中，主要反應產物為氫氣和二氧化碳，如能將它們分離或者吸收，都可以有效促進產氫反應平衡向正方向移動，有效提高產氫率。目前主要方法是用氧化鈣作二氧化碳吸收劑，在氣化器中將生石灰和生物質混合進料或將產物氣通過有生石灰的反應器進行反應，吸收其中的二氧化碳，在循環流化床中，則是將生石灰代替部分床料[11]。吸收反應如下：

CaO+CO2CaCO3+Q（熱量）

反應為放熱反應，在大氣壓及中溫條件下（450～750 ℃），氧化鈣吸收性能較好且為氣化反應提供熱量。吸收劑吸收二氧化碳后，反應5平衡將向右移動，反應6由于二氧化碳濃度降低，在高溫下能有效降低氫氣的消耗，降低產物氣體中CO的含量。要注意的是在較高溫度下，氧化鈣的吸收效率降低，同時氧化鈣再生后存在吸收效率降低的問題。

還有一種方法是采用分離方法，利用膜對氫氣的滲透性，通過膜技術從氣化器中直接分離出氫氣，促進反應向產氫方向進行。目前在氣化爐中分離氫氣的膜主要是鈀等金屬膜和陶瓷膜，但都還停留在實驗室階段，未進入工業應用。

比較兩種方法，CaO吸收CO2法比膜分離法成熟，可與常規氣化器相結合，在強化傳熱的同時促進氣化向產氫方向進行，能有效提高產氫率。但CO2吸收劑法增加設備多，還存在吸收劑再生后效率降低的問題。膜分離方法也可與多種氣化器組合，在氣化器內安裝膜分離裝置可直接分離出純凈的氫氣，但如何降低膜成本以及提高膜的分離效率，如何防止膜的污染堵塞等仍是需要解決的問題，目前應用還較少。

3 結語

目前我國生物質能源利用程度不高，大多數沒有得到利用而直接回田，生物質在厭氧條件下發酵會產生大量的溫室氣體甲烷。少部分得到利用的生物質能也是采用熱效率低的燃燒方式。采用生物質制氫方法，可以在不打破自然碳循環的情況下得到清潔的氫能源，從而實現環境和能源的雙贏。

從生物質氣化產氫率影響因素的分析可看出，提高氣化溫度、保持適宜的水蒸氣含量、添加催化劑、降低產物氣濃度等均能有效提高氣化產氫率。反應溫度、水蒸氣含量和吸收劑的應用都涉及到反應爐的能量供應，因此熱量供應是氣化反應爐設計時需要重點考慮的因素，良好的供熱方式可提高反應溫度，并且能在有較高水蒸氣含量和吸收劑的情況下運行，實現高效產氫。

參考文獻：

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篇7

一、浙江省生物質能資源及應用技術概述

(一)資源量及其分布

浙江省生物質能資源豐富，按照來源的不同，主要分為林業資源、農業資源、生活污水和工業有機廢水、城市固體廢棄物和畜禽糞便等五大類。

林業資源：浙江省地處亞熱帶季風濕潤氣候區，降水充沛，森林資源較為豐富。全省現有林地面積664.46萬公頃，森林覆蓋率為58.31％，位居全國前列。浙江省林業廢棄物約4820萬噸，折標準煤2700萬噸，主要分布于麗水、臨安等地。

農作物秸稈：農作物秸稈的可用資源量主要取決于農作物產量及其他用途。浙江省年秸稈產量約700萬噸，折標準煤350萬噸。

畜禽糞便：浙江省畜牧業產生的畜禽糞便產量約1690萬噸，折標準煤169萬噸(通過厭氧工藝)。

生活垃圾：城鎮生活垃圾主要是居民生活垃圾，商業、服務業垃圾和少量建筑垃圾等廢棄物所構成的混合物。浙江省每日生產生活垃圾約5萬噸，每年產生生活垃圾超過1800萬噸，相當于257萬噸標準煤。

由上可知，浙江省可開發利用的生物質能資源種類多、數量大，若能有效利用，將對浙江省能源供應短缺，特別是農村能源短缺起到重要作用。

(二)應用技術的種類及特點

生物質能技術主要可分為四大類：生物轉換、物化轉換、直接燃燒和生物燃料。

生化轉換技術：主要是厭氧消化和特種酶技術。在這類技術中，厭氧發酵即沼氣技術已較為成熟并具有相當的競爭力。沼氣技術是指通過厭氧發酵工藝將人畜禽糞便和有機廢水等富含的有機物轉化為以甲烷氣為主的沼氣。其特點是既資源化地利用了生產和生活中排放的廢水，又能有效地保護環境，特別是自然水體。

物化轉換技術：包括干餾技術、氣化制生物質燃氣、熱解制生物質油。在這類技術中，農業廢棄物的氣化近年來發展最快。該技術的基本工作原理是在缺氧狀態下，將稻殼、秸稈等農業廢棄物氣化形成可燃氣體，用于農村居民生活燃氣供應。目前，在實際應用中，主要存在的技術問題是焦油的處理。

盲接燃燒技術：主要指爐鍋燃燒和垃圾焚燒。生物質直接燃燒發電技術是指在常規的活力發電系統中，將以秸稈替代鍋爐燃燒所需煤進行發電，而垃圾焚燒則是以垃圾為主摻入其他燃料替代鍋爐燃燒所需燃料進行發電。其特點是前者將農業廢棄物資源化利用發電，同時保護了環境，而后者不僅解決了固體垃圾處理問題，而且物盡其用。

生物燃料技術：主要是指生物乙醇、生物柴油。生物乙醇是通過微生物發酵將各種生物質轉化為燃料酒精，而生物柴油則是利用植物油、動物油等原料油提取的清潔燃料，兩者都具有可再生、低排放的特點。但是前者以糧食作物作為原料，會對我國的糧食安全產生影響；而后者則需要發展油料作物或油料經濟林所需的土地資源。因此，糧食供應安全與生物乙醇、生物柴油的發展協調問題是亟需解決的。

二、浙江省生物質能的應用現狀

改革開放以來，在浙江省政府和相關部門的高度重視下，浙江省的生物質能應用有了很大發展，從上世紀80年代初的節柴灶、戶用沼氣池為主的生物質能技術到現在的大型沼氣工程、集中氣化發電和直接燃燒發電等，無論是技術發展還是應用規模，都有了長足的進步。

迄今為止，浙江省沼氣技術發展已具有一定的規模，技術的可靠性也在不斷的提高。據統計，截至2009年6月底，浙江省已累計建成戶用沼氣15.3萬戶，大中型沼氣工程4438處、68.5萬立方米，生活污水凈化沼氣池170.64萬立方米。據粗略估計，這些沼氣工程每年可產沼氣1.37億立方米，減排30余萬噸二氧化碳，而且這些厭氧污水每年處理了生活污水1.96億立方米，減排6.3萬噸COD，受益面超過200萬農戶。基于厭氧發酵的沼氣工程和生活污水工程均具有技術可靠性高、運行成本低、可適量替代常規能源，減少二氧化碳排放量等優點。

浙江省在生物質氣化方面同樣有了一定的成就。生物質氣化可分為大規模燃燒技術和中小規模生物質氣化技術，浙江省結合自身實際情況，主要發展生物質氣化爐技術。磐安縣于2006年引進戶用生物質氣化爐技術后，生物質氣化爐開始慢慢普及，迄今為止，已經在全省的各個農村地區廣泛使用。生物質氣化有效地利用了農業廢棄物，減少了焚燒或丟棄農業廢棄物造成的環境污染，同時，它燃燒穩定、熱效率高，適用于炊事、取暖、鍋爐等，在農村的應用前景極其廣闊。

生物質直燃發電近年來也有一定的發展，浙江省首家生物質能熱電廠已于2009年在龍游建立，年燃燒谷殼、木屑、秸稈、廢木料、竹子廢棄19.24萬噸，設計年發電能力1.08億千瓦時。按同等規模燃煤熱電廠計算，全年可節約標準煤8.27萬噸，每年可減少二氧化硫排放291噸、煙塵排放425噸、二氧化碳排放15.3萬噸，并可給周邊農戶帶來約6000萬元的秸稈等燃料收入。該項目采用了國際上較為成熟的秸稈生物燃燒發電技術，做到秸稈的充分利用，燃燒后產生的灰渣也被回收。采用直接燃燒技術將生物質能轉化為電能，既能代替常規能源發電，又能避免秸稈腐爛而釋放溫室氣體，同時也為農村創造了大量的勞動力就業崗位。

此外，浙江省垃圾焚燒發電走在全國前列。截至2005年底，浙江省投入商業營運的垃圾發電廠有12家，日處理垃圾總能力約為401G噸，總裝機容量達11.6萬千瓦，垃圾發電占垃圾處理量的27％。按此估計，浙江省年垃圾發電總量可達0.98億千瓦時，可節約標準煤2.89萬噸，年可減少氮氧化合物排放288.7噸、二氧化硫461.96噸。垃圾焚燒發電不僅解決了城鎮垃圾堆積問題，有利于環境保護和城鎮的發展，同時也緩解了浙江省用電緊張問題。

三、浙江省生物質能發展存在的主要問題和障礙

浙江省生物質能雖然在過去的幾年問有了長足發展，但在進一步的技術應用推廣中仍存在一些問題和障礙：

(一)資源量及其分布信息量不充分，不利于總體規劃

迄今，浙江省生物質資源的信息主要建立在估算的基礎上，而這些粗略的估算數據并不足以為總體的規劃提供可靠的數據基礎，資源的種類、資源的總體數量、資源的分布特別是其密度分布是進行總體規劃的基礎。沒有詳盡的數據作支持，對政府而言，就無法對生物質規模的應用做出具有可操作性的總體規劃，也

就不可能提出行之有效的政策和措施支持。

(二)技術、經濟競爭力不足

生物質能的技術可靠性、經濟競爭力是產業化發展和規模化應用的根本。目前，浙江省生物質能的技術可靠性、經濟競爭力仍然不足。前者反映在技術的先進性和成熟度上，與常規能源相比，浙江省生物質能的開發利用仍處于初步階段，技術可靠和完善、運行操作的便捷尚有待提高。除了大中型沼氣工程和戶用沼氣技術已具有較高的技術可靠性，其他生物質能技術距市場規模應用尚有差距；而后者則主要是指與常規能源相比，經濟上沒有競爭優勢。生物質能的前期投入較大，運行成本較高，投資風險較大，經濟效益較低，而政府還沒有切實可行的價格政策和經濟政策激勵、支持生物質能的發展，企業難以負擔高成本、高風險的生物質投資，消費者也不愿意花更多的錢消費其產品。

(三)規模發展缺乏政策的支持導向

美國生物質能發展經驗表明，生物質能的發展離不開政府的支持，生物質能要規模化生產，政府的資金、政策支持是不可或缺的。浙江省因為沒有規模應用的總體規劃，也就不可能給出清晰可列的政府支持和導向，特別是對于不同的技術、規模所需要政府支持力度和支持政策也未說明。

目前，浙江省雖然在財政上對生物質能技術應用有一定的支持，但迄今沒有建立一套透明、公平、有章可依的政府財政補貼或稅收優惠的措施和細則，也就不可能形成明確和有力的導向和動力。

四、生物質能發展對策分析及建議

為了積極推動浙江省生物質能技術的推廣應用，特別是在生物質能規模化應用有較大的發展，應該將關注點放在以下幾個方面：

(一)普查資源，收集信息，制定總體規劃

政府部門應當組織具有豐富的生物質資源調查和評估工作經驗的專家，成立調查小組，在全省范圍內開展全面、詳細和實用的各生物質資源的調查評估工作，確切掌握生物質資源的種類、分布、密度以及資源的利用價值等信息，并對各地區所適合的生物質能發展技術與規模提出合理的建議，在此基礎上對生物質資源的發展潛力進行科學的估計，為生物質能的規模化利用打下堅實的基礎，也為生物質能的整體發展規劃提供可靠的依據，明確短期、中期與長期國家生物質能發展的目標、原則、技術路線圖及應采取的政策與措施。

(二)加強技術研發，拓展融資渠道

加強對生物質能技術研發和裝備保障的支持力度，抓緊具有知識產權的新能源技術開發，形成具有原創性的自主知識產權群，提高其技術競爭能力。設立專項科研資金，攻克生物質固化成型裝備以及生物質熱解液化技術設備存在的問題；成立生物質能研究機構，研究生物質氣化等技術存在的二次污染、自動化程度低等問題，不斷改進技術；引進國外先進技術、借鑒國外經驗，對農作物秸稈的高能效低能耗轉化、第二代生物質原料等開展研究，推進生物質能穩定、高速發展。

在投融資上，一方面加大對生物質能的投資力度，設立專項資金，促進生物質能的規模化生產，特別是對技術要求高、投機成本大的技術，加強其財政支持力度，如對生物質能發電技術、沼氣技術給予補貼，可以帶動民間資本的流入，增加就業和農民收入；另一方面，創造良好的投資環境，建立服務機構、中介機構，開辟國際融資渠道，幫助國外投資者選擇更好的項目，吸引國際組織和發達國家參與我國的生物質能產業建設，促進生物質能源的產業化。

(三)完善政府政策，促進生物質能發展

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關鍵詞:玉米芯;生物質灰;灰化溫度;熱解氣化;灰特性

中圖分類號:TK6文獻標志碼:A文章編號:1005－3026(2016)01－0100－05

生物質能是一種可再生的清潔能源，生物質經過熱化學轉化技術可獲得氣、液和固態的多種能源產物，經熱化學轉換利用后，殘留的無機物質就是生物質灰，生物質灰是生物質熱解氣化的副產物，對生物質能利用過程產生重要影響．例如，常見生物質燃料灰的軟化溫度都非常低，生物質灰中的Na，K，Ca等堿金屬和含氯成分，很容易對鍋爐造成積灰、磨損、腐蝕、結渣等危害［1］．目前，國內外學者在生物質灰方面的研究取得了一定的成果，Scala等［2］利用SEM－EDX方法研究了生物質在流化床燃燒后的飛灰形貌及灰分組成;Labbe等［3］利用近紅外光譜分析對紅橡木、黃楊木和胡桃木的灰分和含碳量進行了快速測定;Teixeira等［4］研究了秸稈、橄欖枝和木材等與煤共燃飛灰的結渣特性;Vassilev等［5］對多種生物質灰的礦物組成進行了分析．米鐵等［6］采用灰成分分析及X射線衍射對甘蔗渣、松木屑、花生殼等生物質灰特性進行了研究;歐陽東等［7］對稻殼灰的顯微結構及形態進行了研究．玉米是中國主要的農作物之一．在以玉米芯為燃料的生物質氣化系統中，玉米芯氣化灰很容易與焦油黏結，造成生物質氣化設備堵塞，腐蝕管道，可能引起燃氣泄漏，進而引發火災、爆炸和中毒等．本研究以玉米芯氣化灰為例，研究玉米芯灰的理化特性，以期為優化除灰降塵技術、提高燃氣凈化率和設備利用率奠定基礎，也為熱化學轉化后的玉米芯灰的綜合利用提供指導．

1實驗部分

1.1實驗原料

選用沈陽遼中縣黃土坎村生物質氣化站的玉米芯為原料制取生物質灰，并于生物質氣化站現場旋風除塵器底部采得玉米芯氣化灰．為了確定不同灰化溫度對生物質灰理化特性的影響，參照國家煤灰分量分析標準(GB/T212—2001)和美國ASTM制定的生物質灰分標準中的規定溫度，將玉米芯置于馬弗爐中，分別在600℃和815℃下制取玉米芯灰，保溫時間對應相應標準要求的時間．試樣的工業和元素分析如表1所示．

1.2實驗設備和實驗內容

采用德國蔡司公司的UltraPlus型場發射掃描電鏡和X射線能譜儀分析灰形態和元素組成;采用濟南微納公司的Winner99顯微顆粒圖像分析儀分析灰粒度;采用日本理學公司的ZSX100e型X射線熒光譜儀進行成分分析;采用荷蘭帕納科公司的X’PertPro型X射線衍射儀研究灰的微晶結構;利用江臺市雙宇電爐廠的SX2－15－12型馬弗爐灼燒制灰．

2結果及討論

2.1氣化站玉米芯飛灰的微觀形態及能譜分析

利用掃描電鏡(SEM)和能譜分析(EDX)聯用技術直觀地觀察了氣化站玉米芯飛灰微觀形態特征，分析了其主要組成元素及其質量分數，所測得譜圖如圖1所示，元素分析結果見表2．結合圖1和表2得出以下結果:1)玉米芯在氣化爐內經熱解氣化后的飛灰樣品中的主要元素為K和Cl，其余為C，O，Na，Mg，Si和P．由此推測玉米芯飛灰表面可能含有大量KCl，玉米芯飛灰中含較多的K元素，因而可以考慮其灰分的綜合利用，如制作肥料，玉米芯灰中含量較高的氯元素還可以促進含鉀化合物的流動性．2)堿金屬元素Na的含量遠低于K的含量，這與Wigmans等［8］研究堿金屬固留問題時得出的結論一致．這可能是因為在焦炭燃燒過程中，大量的K和C相結合，造成K元素較難揮發，而Na2O，NaCl等含Na的化合物則較易揮發．3)玉米芯灰中含有大量的堿金屬和氯元素，而堿金屬含量和氯含量越高，其生物質灰熔點越低，致使燃料更易積灰結渣．通過實驗觀察了玉米芯灰粒的表面掃描電鏡圖像，如圖2所示．從圖2看出，玉米芯灰粒的形態各異，以不規則形態居多，而且電鏡掃描圖像顯示，玉米芯灰中存在明顯的大顆粒渣塊，說明部分玉米芯燃燒不充分，灰中仍有少量可燃物成分，如未燃盡的炭粒等，這在能譜分析玉米芯灰元素組成時也檢測到了部分碳元素的存在．

2.2灰化溫度和保溫時間對灰分量的影響

為了研究不同灰化溫度和灼燒時間對灰分量造成的影響，將適量玉米芯試樣分別在600℃下灼燒2和4h，在815℃下灼燒2，4和6h，灼燒完畢后取出稱重，并對其進行拍照觀察，得到不同灰化溫度和保溫時間下的灰分量，見表3．由表3可知，相同保溫時間下，600℃的灰分量明顯比815℃時高，這是因為600℃的灰化溫度太低導致生物質燃燒不充分，灰中還含有一定量的可燃物成分;而且相同灰化溫度下，保溫時間越久，生物質燃燒越充分，并且許多以有機物形式存在的無機元素更容易揮發，說明灰化溫度越高，保溫時間越久，玉米芯灰的灰分量越低．不同條件下玉米芯灼燒后的形貌對比如圖3所示．從圖3看出，在815℃下灼燒2h的玉米芯灰的結渣現象比600℃下灼燒2h得到的玉米芯灰的結渣現象明顯，而且隨著保溫時間的增加，灰分越來越少，這可能是高溫下無機鹽蒸發所致．2.3灰化溫度對玉米芯飛灰粒度的影響先將玉米芯置于馬弗爐中，分別在600℃和815℃下制取玉米芯灰，保溫時間對應相應標準要求的時間．將灰樣經0.174mm篩子過篩，利用Winner99顯微顆粒圖像分析儀分別對600℃和815℃玉米芯灰進行粒度分析，結果如表4所示．分析表4可知，815℃的玉米芯灰的中位徑為8.2μm，而600℃灰的中位徑為14.3μm，且815℃灰總體的比表面積遠大于600℃灰，這說明灰化溫度越高，顆粒的粒度越小，在氣化設備中越容易積灰，對于除灰降塵工作更難．

2.4灰化溫度對灰分組成的影響

利用X射線熒光譜儀分別對600℃灰和815℃灰進行成分分析，結果見表5．由表5可知，不同溫度下的玉米芯灰的無機物質的含量不同．600℃灰和815℃灰成分中主要的堿金屬元素是鉀和鈉，熱解過程中鉀和鈉都具有很高的移動性。進一步分析表5得出:1)堿金屬K和Na的含量隨著灰化溫度的升高而降低，且815℃灰化溫度下K的蒸發量高于Na，這是由于Na可與SiO2反應生成Na2SiO4，降低了Na元素的蒸發量．2)灰化溫度升高，氯元素含量明顯降低，這與Scott等［9］得出的結論一致．氯在植物生長中主要以氯離子形式存在，具有高度揮發性，熱解過程中，氯會優先與鉀、鈉等構成活潑的堿金屬氯化物，如氯化鉀、氯化鈉等．3)Ca，Si的含量在不同灰化溫度下未見明顯變化，這是因為生物質中的含鈣化合物具有很高的穩定性，在熱解過程中不易揮發，而硅為惰性元素，經過熱解幾乎全部在殘留物質中．

2.5灰化溫度對灰晶相結構的影響

采用荷蘭帕納科公司生產的X’PertPro多晶X射線衍射儀對灰樣進行測試，衍射參數如下:Cu靶Kα射線源，Ni濾波，衍射波長λ=0.1540598nm，掃描角度2θ=5°～90°，掃描步長0.033°，工作電壓40kV，電流40mA，掃描速度4°/min．X射線衍射分析結果如圖4所示．從圖4看出，在玉米芯灰的XRD圖中主要存在如下結晶相:KCl(2θ=28.32°，38.67°，40.46°，43.28°，50.16°，66.36°);K2SO4(2θ=29.12°，30.88°，32.65°);KHCO3(2θ=29.58°，34.32°，58.77°);Na2CO3(2θ=50.20°，54.87°);KAlSiO4(2θ=15.37°，36.89°);SiO2(2θ=22.36°，27.45°，60.02°，68.20°);KAlSi2O6(2θ=24.56°，33.67°);CaCO3(2θ=21.30°)．對于600℃的灰，815℃灰的XRD形狀與其基本相同，但結晶相的強度減弱，說明灰化溫度不同，物相轉移對于灰中礦物質組分性質的影響也不同．KCl的衍射峰強度明顯減弱，說明600℃以上，玉米芯氣化過程中排放K的主要形式是KCl，高溫蒸汽壓升高是造成KCl進入氣相的主要途徑，這對設備造成的腐蝕不容忽視．

2.6玉米芯灰的結渣特性研究

基于灰成分的灰結渣特性的判別指標主要有堿酸比、硅鋁比(m(SiO2)/m(Al2O3))、硅比和堿性指數等［10］，這些判別指標在一定程度上預示了灰的結渣傾向．參照文獻［10］中的積灰、結渣特性判別指標的計算公式，基于灰成分對600℃和815℃的玉米芯灰的結渣特性進行研究，判別結果見表6．從硅比判別指標來看，600℃灰大于66.1且小于78.8，屬于中等結渣，815℃灰小于66.1，結渣程度嚴重;而從堿金屬含量、堿酸比、硅鋁比和灰玷污指數Hw指標來看，600℃和815℃下的灰的結渣特性相似，這說明灰化溫度對玉米芯灰的結渣特性影響不明顯．

2.7不同灰化溫度下玉米芯灰的灰形態分析

利用UltraPlus型場發射掃描電鏡對灰的形態進行觀察，結果如圖5所示．對比觀察圖5a和圖5b得出:1)不同灰化溫度下玉米芯灰的表面形態存在顯著差異．灰形態各異反映出生物質中無機元素存在形式的復雜性．從圖5a看出，玉米芯灰中有許多凸起，這主要是因為組成生物質灰的硅鋁元素主要以玻璃體形式存在生成石英結構．2)玉米芯在600℃低溫灰化時，灰表面存在大量熔點較低的堿金屬鹽，使灰表面易發生黏結，吸附小顆粒，形成一些較大的團聚體或絮狀物，而觀察圖5b發現，在815℃時玉米芯灰發生軟化變形，絮狀物減少，冷卻后的灰粒表面呈現許多規則的近似圓球狀的熔融小顆粒．

3結論

1)生物質氣化站玉米芯飛灰中存在明顯的大顆粒渣塊，說明玉米芯氣化燃燒不充分，灰中仍有少量可燃物成分，如未燃盡的炭粒等．2)灰化溫度越高，保溫時間越長，灰分量越低;815℃和600℃灰的中位徑分別為8.2μm和14.3μm，且815℃灰的比表面積遠大于600℃灰，說明灰化溫度越高，灰粒的粒度越小．3)灰化溫度升高，堿金屬和氯含量明顯降低．X射線衍射譜圖表明，815℃玉米芯灰的KCl的衍射峰強度明顯減弱;灰化溫度對玉米芯灰的積灰、結渣特性的影響規律不明顯．4)600℃玉米芯灰的表面存在較多凸起，而815℃時灰表面發生軟化熔融，絮狀物減少，呈現許多形狀規則的近似圓球狀的熔融小顆粒．

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篇9

簡而言之模糊神經網絡就是具有模糊權值和輸入信號的神經網絡。模糊神經網絡是自動化控制領域內一門新興技術，其本質上是將常規的神經網絡輸入模糊信號，因而模糊神經網絡具備了模糊系統和神經網絡的優勢，集邏輯推理、語言計算等能力于一身，具有學習、聯想、模糊信息處理等功能。模糊神經網絡是智能控制和自動化不斷發展的產物，在充分利用神經網絡的并行處理能力的基礎上，大大提高了模糊系統的推理能力。模糊神經網絡是科技發展的產物，有效吸收了神經網絡系統和模糊系統的優點，在智能控制和自動化發展等方面有著重要的作用，能夠有效地處理非線性、模糊性等諸多問題，在處理智能信息方面能夠發揮巨大潛力。模糊神經網絡形式多種多樣，主要包括邏輯模糊神經網絡、算術模糊神經網絡、混合模糊神經網絡等多種類型，被廣泛的運用于模糊回歸、模糊控制器、模糊譜系分析、通用逼近器等方面的研究中，隨著智能控制和自動化領域的不斷發展，模糊神經網絡廣泛應用于智能控制領域。

2基于模糊神經網絡的生物質氣化爐的智能控制系統

2.1溫度智能控制系統

生物質熱值、給料理以及一次風量等因素變化能夠影響到生物質氣化爐的爐溫，但是最重要的影響因素是在氣化爐工作過程中物料物理和化學反應的放熱和吸熱。由于生物質氣化工作過程中的生物質熱值的變化范圍較小，在實際運行中很難測量與控制，有時可以忽略不計，同時，該工作過程中存在非線性和大滯后等問題，采用傳統的數學模型達不到預期測量效果，因此需要利用模糊神經網絡設計氣化爐爐溫控制系統，不斷的提高溫度的控制效果。模糊神經網絡首先根據當前溫度以及設定溫度設，主控制器對最優的生物質物料添加量進行預測，然后由副控制根據該添加量，全面跟蹤控制送料速度，從而能夠進行精確上料和控制爐溫。模糊神經網絡系統十分龐大復，其中包含了大量錯綜復雜的神經元，蘊含對非線性的可微分函數訓練權值的基本理念。模糊神經網絡具有正向傳遞和反向傳播兩個不同的功能，在信息的正向傳遞中，采用逐步運算的方式對輸入的數據信息進行處理，信息依次進入輸入層、隱含層最終到達輸出層。假如在輸出層獲得的輸出信息沒達到預期效果時，就會在計算輸出層的偏差變化值后通過網絡將偏差信號按原路反向傳回，與此同時各層神經元的權值也會隨之進行改變，直到符合預期的控制效果。

2.2含氧量智能控制系統

在生物質氣化工作過程中，可燃氣體的含氧量是衡量其生產質量的重要依據，能夠嚴重影響氣化產物的安全使用，因此，通過模糊神經網絡實現生物質氣化爐含氧量的智能控制十分重要。其含氧量智能控制系統的目的是為了合理控制可燃氣體的含氧量，從而穩定氣化爐的溫度。但是，一次風進風量是影響可燃氣體的含氧量的重要因素，所以可以把控制一次風量作為主要調節手段，有效地解決含氧量控制和爐溫控制之間的矛盾，在控制爐溫的前提條件下，最大程度地降低可燃氣體含氧量，進而有效控制氣化產物含氧量的。生物質氣化爐含氧量的智能控制系統是嚴格運用模糊神經網絡控制原理，主控制器采用溫度模糊免疫PID控制，根據爐內含氧量和溫度的偏差進行推算，查找出鼓風機轉速的最優狀態，副控制則以此為根據，全面跟隨與控制鼓風機的速度，確保鼓風機轉速。生物質氣化爐工作過程中的不同階段和部件具有不同的控制要求，模糊神經網絡就要充分發揮被控對象的優良性能，根據不同的控制要求，合理運用模糊神經網絡控制原理對PID參數模型中的數據信息進行在線修改，從而達到預期的控制效果。

3基于模糊神經網絡的生物質氣化爐智能控制系統的仿真實驗

為了驗證運用模糊神經網絡進行生物質氣化爐的智能控制的真實效果，對生物質氣化爐的溫度智能控制系統進行仿真實驗，并進行詳細地分析。為了保證生物質氣化爐能夠在條件大體一致的狀態下進行運行狀況，仿真實驗可以采用組合預測算法。首先要到某廠氣化爐現場采集2000組干燥層溫度數據，并且從中選取連續1500組作為仿真實驗樣本數據，然后對剩余500組實驗樣本數據進行研究，通過兩組數據的分析建立預測模型。然后采用模糊神經網絡對生物質氣化爐的溫度控制系統進行三次模擬化實驗，三種不同情況下的仿真試驗結果為：在無外界任何干擾的情況下，模糊神經網絡控制無論在超調量還是其他方面，都比單純的模糊控制效果好；在生物質給料量擾動的情況下，模糊神經網絡控制要比單純的模糊控制所受的影響要小很多；在發生一次風量攪動的情況下，模糊神經網絡控制仍受到極小的影響。從三種不同情況下的仿真試驗中可以看出基于模糊神經網絡的生物質氣化爐的爐溫智能控制系統效果較好，具有極強的抗干擾性，能夠有效地預測氣化爐溫度實時值，把平均誤差控制在很小范圍內，并且智能控制系統能實時跟蹤實際溫度的變化，根據實際溫度的變化做出相應的變化，從而能夠有效地控制氣化爐溫度和可燃氣體含氧量。

4結束語

篇10

關鍵詞：生物質氣化；固定床氣化爐；出渣系統，干式出渣；出渣方式

【分類號】TK6

生物能源屬于新能源和可再生能源，也是一種清潔能源，生物能源的發展可降低對石油、天然氣和煤炭等傳統能源的依賴，對改善環境及實現可持續發展戰略目標具有重大意義，是國家大力扶持的行業。生物質氣化是獲取生物質能源的利用方式之一，固定床氣化爐是生物質氣化最常用的爐型之一，出渣系統作為生物質氣化主要系統之一，出渣系統是否有效可靠直接制約著生物質氣化的規模化和產業化。所以，一種經濟可靠的出渣系統顯得尤為重要。

1 固定床氣化爐排渣的基本要求

固定床氣化是在完全或部分缺氧條件下，借助于部分空氣（或氧氣）、水蒸氣的作用，使生物質揮發分中的高聚物發生熱解、氧化、還原、重整反應，熱裂化或催化裂化為小分子化合物，獲得含CO、H2和CH4等可燃氣體的過程。生物質氣化后產生的灰渣主要有大量木炭和少量爐渣，出渣溫度在200℃-300℃間，高溫灰渣遇到空氣即會馬上劇烈燃燒，多余的氧氣跟燃氣接觸會產生爆炸，所以固定床氣化爐出渣在隔絕空氣的情況下進行的，在排渣過程中不允許有大量空氣進入固定床氣化爐。

2 傳統排渣方式原理及特點

在煤氣化中常采用鏈條刮渣機出渣方式，固定床氣化爐出渣斗直接伸到鏈條刮渣機箱體，箱體內充滿水，通過水來冷卻灰渣和密封。鏈條刮渣機由電機帶動，通過底下鏈條上刮板將灰渣刮出后在通過輸渣皮帶輸送到料坑儲存。鏈條式刮渣機驅動采用標準金屬滾子鏈，其抗拉強度和耐磨性強，在鏈節上焊接刮板支架，不必用刮板專用鏈節，增減刮板自如，灰渣密度必須是比水重，刮板能有效的與灰渣接觸。

3 傳統排渣方式存在的問題

鏈條式刮渣機在生物質固定床氣化爐中應用時出現很多問題，刮渣機在運行過程中因設計、制造等原因，經常出現傳動鏈卡鏈、跳鏈、繃斷，兩套圓環鏈因受力不均而出現不等長，刮板和殼體的刮、卡、碰等現象。主要表現在如下方面：

1）生物質氣化后的灰渣主要是木炭，密度比水小，在采用水封式密封時，下渣斗水面往上段長期有大量木炭漂浮，導致水面上大量碳渣堆積，使下渣斗變形。

2）在刮渣機運行時，在上部的刮板往后運動時會把漂浮的木炭刮后部，在刮板擠壓的作用下，后部木炭堆積密實，引起刮渣機卡死，在刮渣機運行過程中，由于鏈條的跑偏又會引起單位時間內撈出的渣偏少，導致兩次排出的渣在時間間隔內不能全部撈出。隨著碳渣的逐漸積累，導致刮渣機的負荷越來越大，特別是在剛排渣結束時，隨著撈渣機內的渣沉積在底部，對刮板的阻力逐漸增大，導致驅動電機超電流而跳車。此外，每次排的渣都或多或少地含有一些細渣，這些細渣很容易粘在刮板上，并且在撈渣機上部脫落積累，會增加撈渣機的負荷，使撈渣機在運行過程中電流增大和鏈條受的力增大，導致撈渣機跳車和鏈條出現斷裂現象。

3）隨著刮渣機運行時間的延長，主鏈輪在和鏈條咬合的部位會逐漸出現磨損，在鏈條的強度不夠時，鏈條也會變長。當磨損增加到一定程度時，主鏈輪和鏈條咬合后會脫不開，造成撈渣機跳車，甚至帶來刮板脫落和變形，給檢修工作帶來很大的被動，甚至會影響生產。

4）固定床氣化爐排渣過程中為保證水封效果，需不停補水和排水，產生的廢水PH值在8-10之間，一來對鏈條式刮渣機連接處腐蝕嚴重，容易造成漏水，二來廢水不能直接排放，需處理排放或者處理回用，這無疑增加了生產成本。

5）輸渣皮帶存在著回程渣量大、托輥磨損嚴重、皮帶易跑偏、檢修任務重和需要專人清渣維護等問題。存在上面問題的主要原因是因為碳渣中含有細渣，這些較細的固體會在皮帶表面粘上一層，不易清除，導致回程的渣量較大，這些細渣夾雜在皮帶和托輥之間，由于細渣較硬加劇了托輥的磨損和皮帶跑偏。

4 改進措施

針對排渣系統存在的問題和原因，結合項目工藝特點和生產條件，考慮到固定床氣化爐出渣大量木炭可以回收利用或者銷售，最終提出如下改進方案：

4.1.1干式排渣系統排渣原理

固定床氣化爐下安裝一個高溫鎖氣器，當排渣時，將鎖氣器打開，讓碳渣落到灰渣倉，排完渣后，將鎖氣器關閉，然后啟動排渣螺旋，排渣螺旋工作時，打開排渣螺旋上方的噴頭，水霧和碳渣接觸降溫，排渣螺旋出來的碳渣通過鏈條刮板機輸送到灰渣池。

4.1.2 干式排渣系統排渣優點

1）干式出渣系統的水消耗量為零，10臺3000Nm?固定床氣化爐每年節約水量為2600噸，節約水資源，無污水的排放 。

2）干式出渣系統的碳渣含水量能滿足用戶的要求，不需要再進行后處理即可直接銷售，大大節約后續處理的費用，降低生產成本，也避免了后續處理帶來的環境污染問題。

3）系統自動運行時，與水力出渣系統和傳統機械出渣系統相比，系統的操作費用是可以忽略的。自動控制只需要操作人員的監督和少量維護。系統可實現連續或非連續操作，灰渣倉的存儲空間足夠存儲固定床氣化爐8小時的出渣。

4.1.3 改造費用和效益計算

根據安裝公司給出的材料清單及報價，以及我們所需要配備的材料與設備，每臺固定床氣化爐技改的花費大約在2萬元左右，十臺造氣爐總共的花費在20萬元左右，投運后一年年可收回成本，具體效益如下：

4.1.3.1 效益計算

相對于鏈條式刮渣機出渣系統：每臺刮渣機每天產生的廢水大概是1噸，每噸廢水處理費用需要3元，一年廢水處理費用為7920元。因氣化爐的碳渣中木炭占80%以上，故刮渣機出渣時容易堵渣，鏈條和刮板容易變形卡死，需經常更換維修，按運行一個月統計，平均每天需要通渣檢修3次，算上人工費和維修費每年每臺超1萬元，十臺共10萬元，10臺固定床氣化爐整體改造完成，每年可以節省至少10萬元，另外需增加一套碳渣干燥設備，花費大概在15萬元。

相對于鏈條式刮渣機出渣系統：水力輸渣系統中碳渣每年需帶走約2600噸循環水，約5200元，碳渣干燥設備每年的運行費用約20萬。

5 結論和建議

目前國內的水資源比較緊張，尤其是在我國的西北部地區，固定床氣化爐傳統鏈條刮渣機排渣系統和水力排渣系統的高耗水量已經嚴重限制了生物質氣化的經濟性。

與傳統鏈條刮渣機排渣系統和水力排渣系統相比，干式出渣系統具有系統更簡單、占地面積小、節約用水、無廢水排放、對環境污染小、自動化程度高、運行維護費用低、碳渣綜合利用范圍廣等特點，特別是手動爐排的固定床氣化爐，因其碳渣含碳量高達80%，具有很高的經濟利用價值，市場需求量大。所以，不管從改造成本還是運行成本上，干式出渣系統在固定床氣化系統中更具優勢，選擇干式出渣系統也將成為一種趨勢。

參考文獻：

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