秸秆气化炉基础知识
1..什么叫做秸秆燃气？
秸秆燃气，是利用生物质通过热化学氧化还原产生的一种可燃气体，这种气体是一种混合燃气，含有一氧化碳、氢气、甲烷、等，亦称生物质气。
2、什么是秸杆气化炉
又叫秸杆气化炉，秸杆制气炉，环保节能气化炉，秸杆制气炉，秸杆汽化炉,家用秸杆气化炉，环保节能汽化炉
3、秸秆燃气中含有哪些燃气组分？
根据北京市燃气及燃气用具产品质量监督检验站，2000年10月25日，秸秆燃气检验报告得知：秸秆燃气含量15.27%，氧3.12%、氮 56.22%，甲烷1.57%，丙烷0.03%，丙烯0.05%,合计{bfb}。
4、秸秆燃气的开发前景怎样？
2003年，“太阳能”杂志{dy}期《我国植物生物质能源开发展望》一文中已做预测，摘录如下： 植物生物质能源是一个巨大的太阳能仓库，是重要的“绿色能源”之一，可以讲开发利用植物生物质能源，就是开发利用太阳能。植物生物质能源可以再生，取之不尽，取之不竭。因此，根据我国国情和当今国际社会“新思维、新料学、新技术”的发展态势，发展的植物生物质为原料的绿色能源转化技术，符合本世纪发展的主题--社会可持续发展。
   据报道，我国能源专家对本世纪上半叶我国植物生物质能源的发展进行了3个阶段的科学预测：{dy}阶段（2001-2010），植物生物质能源的生产能基本得到满足，基本解决我国农村生活用能，生态环境的破坏能得到有效地控制，基本遏制因直接燃烧植物生物质和废弃植物生物质而引起的生态环境恶化的趋势；第二阶段：（2011-2030），我国农村植物生物质能源综合建设达到社会化，农用植物生物质能方式多维、多元化，生产，生活用能得到满足，植物生物质绿色能源转化技术得到普遍推广和应用，我用生态环境建设开始走上良性循环的轨道；第三阶段：（2031-2050），建立起我国多能互补，结构合理，安全可靠的植物生物质能源生产供应体系，并形成规模，乡镇企业因能源高效化，农民因能源优质化。基本建立起适应可持续发展的良性循环的生态环境系统工程，增强我国植物生物质能源综合建设的可持续发展能力。
   我国xx科学家，中科院院士朱清时教授讲，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液体类，气体类燃料。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。
5、秸秆燃气从那里来？
农民使用秸秆燃气可以从以下两个方面，{dy}，靠秸秆气化工程集中供气获得。第二，可以利用生物质自己生产。
秸秆气化工程，一般为国家，集体个人三方投资共建，一个村（指农户居住集中的村）的气化工程大约需50-80万，在我国目前大约有200多个村级秸秆气化工程。农民自产自用的秸秆燃气，主要靠家用制气炉进行生物质转化，投资不大，小则300余元，多则700余元。
6、秸秆燃气生产技术原理？
植物生物质（包括据木、木柴，野草，松针树叶，作物秸秆，牛羊畜粪，食用菌渣）中的碳元素质量分数约为40%，其次为氢、氮、氧、镁、硅、磷、钾、钙等元素。植物秸秆的有机成分以纤维素，半纤维素为主，质量分数为50%。这些生物质原料，在缺氧条件下加热，使之发生复杂的热化学反应的能量转化过程。此过程实质是植质中的碳、氢、氧等元素的原子，在反应条件下按照化学键的成键原理，变成一氧化碳、甲烷、氢气等，可燃性气体的分子。这样植物生物质中的大部分能量就转移到这些气体中。基本反应包括：
C+O2=CO2 2C+O2=2CO
2H2O+C=CO2+2H2 2CO+O2=2CO2
H2O+CO=CO2+H2 CO2+C=2CO
CH4+CO2=2CO+2H2 C+2H2=CH4
CO+3H2=CH4+H2O 2H2+O2=2H2O
上述生物质的气化过程的实现是通过气化反应装置（即制气炉）完成的。
7、秸秆燃气生产的工作原理？
制气炉具有生物质原料造气，燃气净化，自动分离的功能。当燃料投入炉膛内燃烧产生大量CO和H2时，燃气自动导入分离系统执行脱焦油、脱烟尘，脱水蒸气的净化程序，从而产生优质燃气，燃气通过管道输送到燃气灶、点燃（亦可电子打火）使用。
8、气化炉的分类有哪些？
秸秆气化炉，亦称生物质气化炉，制气炉，燃气发生装置等，在气化炉当中，分直燃（半气化）式和导气（制气）式气化炉。其中导气式气化炉中又分上吸式、下吸式、流化床气化炉。直燃式与导气式气化炉在广告词中，不少读者极易被误导。直燃式气化炉是适用二次进风产生二气化燃烧，而导气式气化炉是运用热化学反应原理产生可燃气体燃烧。
9、秸秆燃气生产技术发展方向？
用生物质替代煤，天然气和重油等化石燃烧来制备合成为甲醇，汽油，或柴油等液体燃料而用于交通工具，这样即可以满足人类对液体燃料日益增长的需求，同时又可有效减轻由于大量使用化石燃料给环境带来的污染。
采用热化学氧化方法有两个技术途径可以将生物质制备成合成气：
①直接将生物质气化后制成合成气。工艺统程如图所示：
生物质
热解气化
合成液化
此方法的难度是合成气工厂的生物质原料运输供应困难。
②先将生物质热解液化成生物油，然后再将生物油气化制成合成气。工艺统程如图所示：
生物质
热解气化
热解成生物油
合成液化
这种方法是在合成工厂周边建立若干个生物质液化工厂，然后再将液化所得的生物油运输到合成气工厂集中气化，这种方法将是今后秸秆燃气发展的方向。
10、制气化的技术参数与环保指标
（1）、技术指标参数
炉 体 园筒式（箱） 风机 30-60W
气化效率 57.6%-76.2% 炉膛装料量 4-5kg
燃烧耗料 1.84kg/时 产气速度 3-5分钟
产 气 量 单位时间产气量 2.74m3/时
产 气 量 单位物料产气量 1.48-2.2m3/kg
热 值 物料低位热值 1804KJ/kg
热 值 燃气低位热值 7013KJ/kg
（2）环保参数
项 目 检测值 国家标准值
烟尘排放浓度 28-39mg/Nm3 120mg/Nm3
烟尘平均排放速度 0.009kg/N 0.096kg/N
SO2排放浓度 10-14m/N3/m3 550mg/Nm3
SO2排放速度 0.003kg/N 0.739kg/N
氮氧化物排放浓度 30-38mg/Nm3 240mg/Nm3
氮氧化物平均热排放速度 0.008kg/N 0.219kg/N
林格曼浓度 0.5级 1级
11、几种民用炉具经济性比较
项目 炉具 首次投资 （元） 每天投资 (元) 安全性 维修 使用年限 年投资
汽化炉    0.1 安全 方便   
煤球炉 30 1.2 不安全 - 3 432
液化气 300 2.0 危险 费用高 7-8 720
沼气 1400-1500 - 危险 无法维修 5-6 冬天无法使用
12、秸秆气化炉生产设备
1、集中供气（秸秆燃气）采用的什么设备？
集中供气一般采用的气化机组。如中国林业科学研究院，林产化学工业研究所生产的“生物质气化装置”为FB300-FB1500型内循环锥型流化床气化炉。还有辽宁省能源研究所可提供不同系列，型号的气化工程设备。集中供气系统供气户数为50-1000户。
2、家庭造气需要什么设备？
家庭造气一般采用制气炉，制气炉一般有上吸式、下吸式两种，还有土法建造的。
3、小作坊手工生产制气炉需要什么设备？
手工生产制气炉，只需要一台8-10千W单相电焊机、切割机、手砂轮（即磨光机），手电钻各一把，手工生产的制气炉，{zd0}缺限是不易维修。其次是产品粗糙，使用寿命短。
4、制气炉规摸生产采用的什么设备？
规摸生产制气炉设备需切板机、卷管机、车床、电焊机、氧割器、钻床、砂轮机、喷漆机、切割机。
5、组装型制气炉需要那些设备？
组装型制气炉配件，主要由铸造式部压来完成，因此，它的设备投资：
①一个铸造厂（或车间）
②冲床、切板机、卷管机、车床、钻床、焊机、氧割器，砂轮机、磨光机、喷漆机、切割机。
6、产品组装需要什么设备？
制气炉配件组装，只需一把手电钻和手砂轮即可。产品喷漆出厂如不手工刷漆则需一台喷气机。
7、生物质原料粗加工需要什么设备？
生物中的秸秆料切碎，可用手工切刀，树枝及木块（棒）需用木材切片机。目前，食用前生产中的专用切片机是比较理想的。
8、燃料粉碎需要什么设备？
用于制气炉的燃料，如不是制做气化专用燃料及颗粒燃料，均不需粉碎过细。
粉碎机有秸秆粉碎机，木材（片）粉碎机。
9、生物质颗粒燃料需要什么设备？
将木材、秸秆类原料粉碎后，在一定的温度范围内通过高压条件制作而成，因此，这种机械叫做颗粒成型机，江苏南京“中国林业科学研究院林产化学工业研究所”有售。
10、气化燃料需要那些设备？
气化燃料是通过振荡或挤压成型的，故设备需要原料粉碎机、搅拌机、振荡或挤压成型机。
13、秸秆气化炉气化炉投资效益分析
推广和应用家用制气炉，前景非常乐观，它的市场涉及我国农村千家万户，由于产品"家家都需要，户户买得起"，市场普及将会超过任何一项新能源产品。另外，推广秸秆燃气，还涉及到我国"环境保护，再生资源利用，退耕还林还草，生态农业，高效林业，节约能源"等领域，在国家调整农村能源结构中，制气炉的生产与销售，潜在着巨大的社会效应和经济效益，是不可多得的商机。泱泱农业大国，农作物秸杆随处可见，利用这些资源转化为优质燃气，既方便实惠，又高效安全，秸杆燃气作为绿色新能源终得取代我国农村传统柴灶，改变我国农村千百年的烟熏火燎的传统炊事方式，提高人们的生活质量。让事实说话，用实效验证“秸杆制气炉”这一黄金宝地等待你去验证，去开发！
设备投资与原材料
1、厂地40-80平方米，人员2-3人，流动资金2000-5000元；
2、主要设备：随手五金用具、电焊机、切割机、砂轮机；
3、主要原材料：普通0.5-3MM铁板、管接头、开关、伐门、风机等；
4、单炉原材料费用：318元/台套
效益产出
以年产1500台套计算，（月产125台套）为例:销售价=880元/台套-380元/台套（综合成本）=500元/台套（纯利润）、纯利润（年）：1500台套/年x500元单台利润=70万元/年利润，如年产越多，利润更丰厚。
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14、“下吸式气化炉”产气的原理是什么？
制气炉具有制造燃气，净化燃气，自动分离燃气的功能。植物生物质（包括据木、木柴，野草，松针树叶，作物秸秆，牛羊畜粪，食用菌渣等）中的碳元素质量分数约为40%，其次为氢、氮、氧、镁、硅、磷、钾、钙等元素。植物秸秆的有机成分以纤维素，半纤维素为主，质量分数为50%。这些生物质原料，在缺氧条件下加热，使之发生复杂的热化学反应的能量转化过程。此过程实质是植质中的碳、氢、氧等元素的原子，在反应条件下按照化学键的成键原理，变成一氧化碳、甲烷、氢气等可燃性气体的分子。这样，植物生物质中的大部分能量就转移到这些气体中。基本反应包括：
C+O2=CO2 2C+O2=2CO
2H2O+C=CO2+2H2 2CO+O2=2CO2
H2O+CO=CO2+H2 CO2+C=2CO
CH4+CO2=2CO+2H2 C+2H2=CH4
CO+3H2=CH4+H2O 2H2+O2=2H2O
上述生物质的气化过程的实现是通过气化反应装置（即制气炉）完成的。
15.怎样起动气化炉的销售市场？
① 寻找{dy}个用户，这个用户{zh0}在当地具有影响力，如果这个用户能为你宣传，那比你自己说服更有力。
②寻找针对性的用户，这些用户首先自己具备充足的燃料资源，这些资源对他们本身就是一种负担，如稻谷加工厂的稻壳，椐木加工厂的木屑，家具厂的刨花及边角碎料，食用菌场的废菌渣，这些准用户经济上也比较宽裕，推荐这种产品一般很容易，这样的用户一个县至少有几百上千。如果由这些户带动邻居，那么就有几千上万的用户。
③寻求示范户，采用街道，路旁张贴广告，给各村干部发信函，内容主要以每村寻找一名秸秆燃气使用示范户，产品价格按成本价或进货价供应，通过很多经销商运作：这个示范户大部分都是村干部。
以上三招，基本上可以让你启动市场。
使用是否安全？
由于秸秆燃气不带任何压力，随产随用，不储存，故{bfb}安全
16、秸秆气化集中供气系统技术原理及秸秆气化供气系统推广的意义及前景
（一）供气系统技术原理
该项秸秆气化集中供气系统由三部分组成；秸秆气化机组、燃气输配系统和用户燃气系统，其简图如图1所示。
供气系统的基本流程为：铡成小段的秸秆送入气化炉中经过热解气化反应转换成可燃气体，在净化器中除去燃气所含灰尘和焦油等杂质，冷却到常温由风机加压后送至贮气罐，经燃气输配系统的管网，将燃气供给用户。
1、 秸秆气化机组：
秸秆气化机组由加料器、气化反应炉、净化装置、风机和电控系统五部分组成。其气化的工艺流程为：秸秆经自然风干和处理后，进入秸秆气化机组，在气化炉中经热解、氧化和还原反应，转换成为可燃气体。燃气被送入燃气净化器，除去其中的灰尘焦油，并冷却到常温，经风机加压后送入燃气输配系统。
2、 燃气输配系统：
气化机组产生的燃气在常温下不能液化，必须通过输配系统送至用户。燃气输配系统包括贮气罐、附属设备和地下（上）输气管网。
1）贮气柜
在{yt}中燃气用量的波动是相当大的。连续产气的气化炉不能解决短期高峰用气，为此，用贮气罐在用气量小时将燃气储存起来，以供高峰期使用。贮气柜有湿式和干式。
2）燃气管网
管网是将燃气供给用户的管道组成。根据其在管网中的位置可分为干管、支管、用户引入管、室内管道等。以自然村为单元的秸秆气化集中供气系统是一个小型的燃气供应系统，其干支管采用浅层直理的方式铺设在地下，一般管道的材质有钢管、铸铁管和塑料管。
3）用户燃气系统
户内燃气系统由煤气表、滤消器、阀门、专用燃气灶具等组成。
秸秆气化供气系统推广的意义及前景
1、推广的意义
秸秆气化可实现清洁气化燃烧，具有一次投资，长期受益的特点，其社会效益、经济效益，尤其是环保效益特别明显；
首先，解决了环境污染问题。每年秋季都有大量的秸秆被焚烧，产生的大量烟尘严重地污染了大气环境，影响了人们的正常的生产生活。推广秸秆气化技术从根本上解决了这一历史难题，可将农作物秸秆、稻壳等，以及林业废弃物木屑等xx消化，变废为宝，为本市建设生态城和经济可持续发展战略起到相当积极的推动作用。
其次，提高人们的生活质量。农民因传统习惯，将秸秆堆放在房前屋后，潜伏着安全隐患，更不雅观，而秸秆的气化供气系统以其方便、卫生，告别了各户的“炊烟袅袅”的大锅灶，改善了庭院卫生状况，广大群众十分欢迎。
再次，节约能源，减轻了农民负担。作为能源材料生物质农作物秸秆价格极其低廉，来源广阔，不断再生，对于秸秆煤气用户而言，三口之家，{yt}用三到四方气，其价格为1.5角一方，每月十五元左右钱就够了。而使用液化气，以每瓶平均价50元计，一瓶气正常能用2个月，每户每月需支付液化气费约37元，显而易见，用秸秆气化要比烧煤、用煤气和液化气便宜得多，减轻了农民的负担，长期的社会效益非常大，节约了煤炭资源的消耗，推动了农村的科技进步。
2、 开发前景
秸秆气化技术有广阔的市场和xx的生命力，其原料来源不断再生，不受地域、气候条件的限制，立足于农村能源“自产、自用、自足”，减轻对化石能源和煤炭资源的需求量，深信其推广应用必然有着良好的开发前景。
作为一项新技术，秸秆气化技术当处在发展的起始阶段，有些地方有待于不断地完善与提高，如近一步提高气烧热值，降低焦油含量尚有很多潜力去挖，深信凭借着各研究单位的科技力量，在发展生物质的气化利用技术上，一定会不断地在技术上创新再创新，为我国的节能环保战略的实施做出应有的贡献
17、秸秆气化技术及集中供气系统（一）

秸秆气化技术及集中供气系统（一）
我国秸秆资源大量消费和农村商品能源紧张的局面，已引起政府和社会的关注。这个问题又与农民生活质量的提高及农村生态环境的改善紧密相连。寻求秸秆利用的新模式，改变农村燃料结构，改进农民炊事方式，已成为广大科技人员研究的重要课题。
山东省科学院能源研究所致力于生物质热解气化和农户燃料的研究工作，承担国家“七五”、“八五”科技攻关课题，得到了农业部、国家科委的支持。研制成功的ＸＦＦ型生物质气化机组及集中供气系统的配套技术已进入商品化阶段并被列入山东省“星火”示范工程。从1994年开始，我们已建成桓台县陈庄乡东潘村、章丘市普集镇普西村等集中供气试点。连续运行表明，秸秆气化集中供气技术对处理大量的农作物秸秆、改善环境、提高农民生活水平、实现低质能源的xx次利用是可行的模式之一，有良好的推广开发前景。
生物质气化技术，是生物质原料在缺氧状态下燃烧和还原反应的能量转换过程，它可以将固体生物质原料转换成为使用方便而且清洁的可燃气体。生物质由碳、氢、氧等元素和灰分组成。当它们被点燃，只供应少量空气，并且控制其反应过程，使碳、氢元素变成由一氧化碳、氢气、甲烷等组成的可燃气体，秸秆中大部分能量都转移到气体中，这就是气化过程。去除可燃气体中的灰分、焦油等杂质，通过供气系统将其送入农户家中，用户打开阀门，点燃燃气灶具，就可以烧水做饭了。
世界性的能源危机、环境污染以及生态平衡的破坏，使人类认识到不能无节制地向自然界索取能源，而应尽快建立能源利用的平衡机制。在世界范围内，人们已达成共识：以高新技术开发和利用生物质能源，代替石油、煤炭等矿物质能源，是解决能源与环境问题的重要途径之一。所以，生物质利用技术的研究与开发，受到世界各国政府与科学家的关注。近期国内外学者的研究方向主要是利用木材工业废弃物，产生可燃气体用于加热、烘干或发电。
      我们的研究与其他学者的不同之处在于：（１）以农村量大面广的各种秸秆为主要气化原料；（２）以向农户供应炊事燃气为主要目的。通过“八五”期间的工作，在秸秆类低质生物质原料的热解气化技术方面形成了技术优势，证明这一研究方向技术上的可行性，并获得了进行经济分析的基础数据。
1 秸秆类低质生物原料的热解气化
      从化学性质上来说，秸秆的元素组成和木质类原料相比，除灰份较高因而热值稍低外，并无显著区别。其主要元素成份：炭、氢、氧含量基本相同，具有相当稳定的原子量比率。CH1-4O0-6，这个式子一般也作为气化反应时的生物质分子式。
      生物质热解气化包括一系列复杂的燃烧、还原、裂解乃至聚合反应。这些反应变化在复杂的相平衡条件下相互影响，以至尚未有完善的反应模型进行描述。但在以空气为介质的固定床反应器中，其总的反应式可写成：CH1-4O0-6＋0.4O2+(1.5N2)?/FONT>0.7CO+0.3CO2+0.6H2+0.1H2O+(1.5N2)
      下吸式固定床反应器的燃烧(氧化)反应和气化（还原）反应之间，存在着自平衡机制。即当燃烧反应强烈时，释放的热量提高了反应区温度，而这正巧提高了吸热的气化反应的速率，从而维持离开还原区的气体成份、温度基本稳定。下吸式反应器工艺设计的关键在于保证燃烧的条件和燃烧层、气化层的稳定。因此，秸秆气化从理论上说并不困难。过去之所以不能将气化工艺用于秸秆，主要是因为：（１）秸秆的堆积密度太小，使按体积计算的供料量太大，并使反应区热容小而且量较不稳定；（２）反应区易于搭桥、穿孔等；（３）炭粒细而散，影响反应区的透气性。研究工作的重点是通过大量实验，寻求合理的反应器结构形式和操作条件，提高反应区的热容量，以克服秸秆物理特性的缺点，保证稳定的反应床层和燃烧条件。通过实验和改进，所研究的气化反应器成功地气化了玉米秸、麦秸等低质生物原料，并在实验中扩展到棉秸、玉米芯和木质原料等，且均取得较满意的结果。经过气化，每公斤秸秆可以产约2立方米可燃气。一户4口家每天约需燃气5～6立方米。
2 集中供气系统
      由于生物质燃气在常温下不能液化，必须通过输气管网送至用户，因此集中供气系统的基本模式为：以自然村为单元，设置气化站（气柜设在气化站内），敷设宇航局网。系统中包括原料处理机（铡 草机）、上料装置、气化机组、风机、气柜、安全装置、管网和灶具等设备。气柜的作用是贮存一定量燃气，调整炊事高峰时的用气，并保持恒定的压力，使燃气灶稳定工作，管网由埋于地下的主、支管路组成，采用硬质塑料可降低造价。进入厨房的管线用钢管。因燃气特性不同，生物质燃气的燃烧需用专用灶具。
3 低热值燃气的应用
      在燃气燃烧方面，人们往往存在一种模糊的观念，认为燃气的热值越高，燃烧越旺，释放出来的热量越多。许多人认为，秸秆气化所产生的可燃气体，因其热值低，不适用于炊事用气，其实这是一种误解。根据燃烧学的理论，可燃气体的燃烧其实是可燃气与空气的混合物燃烧，而不仅仅是可燃气体本身的燃烧，真正燃烧的是燃气一空气混合物的热值。要实现xx燃烧，热值高的可燃气要相应地混合较多的空气，因此燃气一空气混合物的热值并不像大家想像的那么高。表２列出了几种典型燃气的低位热值、燃气xx燃烧所需的理论空气量以及混合气体的低位热值。从中我们可以看出，虽然天然气的低位热值是下吸式气化炉产生的秸秆燃气的７倍，但是其混合气的低位热值仅比其高23%；用作城市煤气的混合煤气，其低位热值是秸秆煤气的2倍，但是其混合气的低位热值却仅比其高18%。这就是说，在供给各种可燃气体适当的空气量，即理论空气量的情况下，它们燃烧所释放的热量相差不多。所以，我们必须做的工作是设计专门的灶具，在一定的供气压力下，准确计算灶具上燃气喷口的直径及配风板的尺寸，使燃气与空气量合理匹配，满足对热负荷的要求。现在我们已研制出专用的低热值燃气灶具。实践证明，利用这种灶具，低热值燃气xx能够满足蒸、煮、炒等炊事要求。
4 秸秆资源和农村炊事燃料需求
      我国每年生产各种秸秆6亿吨，农林产品及以生物质为原料的工业企业也产生数以亿吨计的采伐加工残余物和有机固体垃圾。这是由太阳能转换而来的巨大的可再生资源，它的利用将会产生巨大的经济效益和环境效益，而不会像矿物燃料的利用那样带来日益严重的污染。
      我国生物质能源的利用，主要是以效率较低的直接燃烧方式获取农民和林区居民的炊事热能，沼气技术则受到原料品种和气候条件的限制。目前，大量的秸秆和林业剩余物以及有机固体垃圾白白浪费掉。每到收获季节，田间地头烽烟四起，烧掉了宝贵的资源，造成严重的大气污染，与此对应的是我国农村的商品能源依然紧缺而价高，电力供应严重不足。
      随着农业经济的发展和生活水平的提高，农民产生了提高生活质量的强烈要求。作为生活方式的一个重要方面，燃料结构的改变，用能方式的改进，将为他们提供更加方便、文明而舒适的生活，这也是近年来秸秆大量过剩的原因之一。但是，xx由矿物能源解决8-9亿农民的生活需求，则是国力和环境所不能负担的。
      与其它可再生能源的利用相比，生物质能源来源稳定可靠，能源密度大，不受地域、气候的限制。而在各种生物质能技术中，热解气化技术具有效率较高、原料适应性好、设备简单、投资较低的优点，比较适合于我国农村现阶段的技术、经济水平。
18、秸秆气化技术及集中供气系统（二）1
（山东省科学院能源研究所）
    我国秸秆资源大量消费和农村商品能源紧张的局面，已引起政府和社会的关注。这个问题又与农民生活质量的提高及农村生态环境的改善紧密相连。寻求秸秆利用的新模式，改变农村燃料结构，改进农民炊事方式，已成为广大科技人员研究的重要课题。
    山东省科学院能源研究所致力于生物质热解气化和农户燃料的研究工作，承担国家“七五”、“八五”科技攻关课题，得到了农业部、国家科委的支持。研制成功的ＸＦＦ型生物质气化机组及集中供气系统的配套技术已进入商品化阶段并被列入山东省“星火”示范工程。从1994年开始，我们已建成桓台县陈庄乡东潘村、章丘市普集镇普西村等集中供气试点。连续运行表明，秸秆气化集中供气技术对处理大量的农作物秸秆、改善环境、提高农民生活水平、实现低质能源的xx次利用是可行的模式之一，有良好的推广开发前景。
    生物质气化技术，是生物质原料在缺氧状态下燃烧和还原反应的能量转换过程，它可以将固体生物质原料转换成为使用方便而且清洁的可燃气体。生物质由碳、氢、氧等元素和灰分组成。当它们被点燃，只供应少量空气，并且控制其反应过程，使碳、氢元素变成由一氧化碳、氢气、甲烷等组成的可燃气体，秸秆中大部分能量都转移到气体中，这就是气化过程。去除可燃气体中的灰分、焦油等杂质，通过供气系统将其送入农户家中，用户打开阀门，点燃燃气灶具，就可以烧水做饭了。
    世界性的能源危机、环境污染以及生态平衡的破坏，使人类认识到不能无节制地向自然界索取能源，而应尽快建立能源利用的平衡机制。在世界范围内，人们已达成共识：以高新技术开发和利用生物质能源，代替石油、煤炭等矿物质能源，是解决能源与环境问题的重要途径之一。所以，生物质利用技术的研究与开发，受到世界各国政府与科学家的关注。近期国内外学者的研究方向主要是利用木材工业废弃物，产生可燃气体用于加热、烘干或发电。
    我们的研究与其他学者的不同之处在于：（１）以农村量大面广的各种秸秆为主要气化原料；（２）以向农户供应炊事燃气为主要目的。通过“八五”期间的工作，在秸秆类低质生物质原料的热解气化技术方面形成了技术优势，证明这一研究方向技术上的可行性，并获得了进行经济分析的基础数据。
１ 秸秆类低质生物原料的热解气化
从化学性质上来说，秸秆的元素组成和木质类原料相比，除灰份较高因而热值稍低外，并无显著区别。其主要元素成份：炭、氢、氧含量基本相同，具有相当稳定的原子量比率。CH1-4O0-6，这个式子一般也作为气化反应时的生物质分子式。
生物质热解气化包括一系列复杂的燃烧、还原、裂解乃至聚合反应。这些反应变化在复杂的相平衡条件下相互影响，以至尚未有完善的反应模型进行描述。但在以空气为介质的固定床反应器中，其总的反应式可写成：CH1-4O0-6＋0.4O2+(1.5N2)?/FONT>0.7CO+0.3CO2+0.6H2+0.1H2O+(1.5N2)下吸式固定床反应器的燃烧(氧化)反应和气化（还原）反应之间，存在着自平衡机制。即当燃烧反应强烈时，释放的热量提高了反应区温度，而这正巧提高了吸热的气化反应的速率，从而维持离开还原区的气体成份、温度基本稳定。下吸式反应器工艺设计的关键在于保证燃烧的条件和燃烧层、气化层的稳定。因此，秸秆气化从理论上说并不困难。过去之所以不能将气化工艺用于秸秆，主要是因为：（１）秸秆的堆积密度太小，使按体积计算的供料量太大，并使反应区热容小而且量较不稳定；（２）反应区易于搭桥、穿孔等；（３）炭粒细而散，影响反应区的透气性。研究工作的重点是通过大量实验，寻求合理的反应器结构形式和操作条件，提高反应区的热容量，以克服秸秆物理特性的缺点，保证稳定的反应床层和燃烧条件。通过实验和改进，所研究的气化反应器成功地气化了玉米秸、麦秸等低质生物原料，并在实验中扩展到棉秸、玉米芯和木质原料等，且均取得较满意的结果。
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2 集中供气系统
    由于生物质燃气在常温下不能液化，必须通过输气管网送至用户，因此集中供气系统的基本模式为：以自然村为单元，设置气化站（气柜设在气化站内），敷设宇航局网。系统中包括原料处理机（铡 草机）、上料装置、气化机组、风机、气柜、安全装置、管网和灶具等设备。气柜的作用是贮存一定量燃气，调整炊事高峰时的用气，并保持恒定的压力，使燃气灶稳定工作，管网由埋于地下的主、支管路组成，采用硬质塑料可降低造价。进入厨房的管线用钢管。因燃气特性不同，生物质燃气的燃烧需用专用灶具。秸秆气化机组和集中供气系统的流程如图１所示。
３ 低热值燃气的应用
    在燃气燃烧方面，人们往往存在一种模糊的观念，认为燃气的热值越高，燃烧越旺，释放出来的热量越多。许多人认为，秸秆气化所产生的可燃气体，因其热值低，不适用于炊事用气，其实这是一种误解。根据燃烧学的理论，可燃气体的燃烧其实是可燃气与空气的混合物燃烧，而不仅仅是可燃气体本身的燃烧，真正燃烧的是燃气一空气混合物的热值。要实现xx燃烧，热值高的可燃气要相应地混合较多的空气，因此燃气一空气混合物的热值并不像大家想像的那么高。表２列出了几种典型燃气的低位热值、燃气xx燃烧所需的理论空气量以及混合气体的低位热值。从中我们可以看出，虽然天然气的低位热值是下吸式气化炉产生的秸秆燃气的７倍，但是其混合气的低位热值仅比其高23%；用作城市煤气的混合煤气，其低位热值是秸秆煤气的2倍，但是其混合气的低位热值却仅比其高18%。这就是说，在供给各种可燃气体适当的空气量，即理论空气量的情况下，它们燃烧所释放的热量相差不多。所以，我们必须做的工作是设计专门的灶具，在一定的供气压力下，准确计算灶具上燃气喷口的直径及配风板的尺寸，使燃气与空气量合理匹配，满足对热负荷的要求。现在我们已研制出专用的低热值燃气灶具。实践证明，利用这种灶具，低热值燃气xx能够满足蒸、煮、炒等炊事要求。
表２ 几种典型燃气及燃一空混合气的低位热值
气体种类 气体低位热值（KJ/m3） 理论空气量（m3/m3） 　
理论燃烧温度（0C）
　 燃-空混合气低位热值 （KJ/m3）
天然气 36586 9.64 1970 3438
焦炉煤气 17615 4.21 1998 3381
混合煤气 13858 3.18 1986 3315
发生炉煤气 5735 1.19 1600 2618
沼气 21223 5.56   3191
秸秆煤气 5316 0.9 1810 2798
４ 秸秆资源和农村炊事燃料需求
    我国每年生产各种秸秆6亿吨，农林产品及以生物质为原料的工业企业也产生数以亿吨计的采伐加工残余物和有机固体垃圾。这是由太阳能转换而来的巨大的可再生资源，它的利用将会产生巨大的经济效益和环境效益，而不会像矿物燃料的利用那样带来日益严重的污染。
    我国生物质能源的利用，主要是以效率较低的直接燃烧方式获取农民和林区居民的炊事热能，沼气技术则受到原料品种和气候条件的限制。目前，大量的秸秆和林业剩余物以及有机固体垃圾白白浪费掉。每到收获季节，田间地头烽烟四起，烧掉了宝贵的资源，造成严重的大气污染，与此对应的是我国农村的商品能源依然紧缺而价高，电力供应严重不足。
    随着农业经济的发展和生活水平的提高，农民产生了提高生活质量的强烈要求。作为生活方式的一个重要方面，燃料结构的改变，用能方式的改进，将为他们提供更加方便、文明而舒适的生活，这也是近年来秸秆大量过剩的原因之一。但是，xx由矿物能源解决8-9亿农民的生活需求，则是国力和环境所不能负担的。
    与其它可再生能源的利用相比，生物质能源来源稳定可靠，能源密度大，不受地域、气候的限制。而在各种生物质能技术中，热解气化技术具有效率较高、原料适应性好、设备简单、投资较低的优点，比较适合于我国农村现阶段的技术、经济水平。
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５ 系统投资及燃气开支
民用燃气工程的单位投资受许多因素的影响，其中的重要因素是燃气热值、用气负荷集中程度和管网规模。
民用燃气系统负荷的集中程度取决于人口居住密度。我国农民以自然村的形式集中居住，形成星罗棋布的大小村庄。近年来各地普遍重视新村规划工作，整齐划一的新村开始取代老式村庄，还出现了一批小康型的楼群建筑。除极特殊地形外，居住区的{zd0}布局尺寸在400米以内。与城市燃气管网相比，这已属于微型管网，或者说它仅相当于城市管网中用户部分，因而省去了造价昂贵的主支干管。而且由于输送距离短，阻力损耗仅为3000～4000Pa，降低了输送成本和对管材的要求。
根据试点建设的经验和投资核算，100户和200户规模的集中供气系统的投资如表3所示。
表３   集中供气系统的投资
机组型号 XFF-1000 XFF-2500
供气户数（户） 130 220
气化站房建筑（m2） 70 70
建筑要求 11*6*3.5 13*7*4
气化站占地（m2） 1200 1200
气化站需动力（kW） 4.5 7.0
气柜容积（m3） 200 300
气柜材料（钢材） 19 26
机组价格（万元） 7.8 10.2
气化站配套附件费 0.4 0.6
管网材料福建费 3.9 7.6
户内应用系统投资 3.4 6.8

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    这样的投资，相当于户用沼气建设投资的2倍左右，低于集中供气的沼气工程投资，也低于城市煤气管网的投资。在较大范围内进行碉研结果表明，这一投资处于较富裕的农民可以接受的范围内。当然，这一技术只能伴随着农村经济实力的增长逐步推广。
    集中供气系统的经营运作方式可有以下两种：既可作为村办福利事业，又可作为一个小型企业独立经营。按照每公斤秸秆0.06元计算，燃气成本约为0.11元/m3。
应该指出，上述两种经营运作方式均需要较完善的管理制度和计量手段，包括燃料收购、保管、系统运行、燃气计量、收费制度等。
社会效益和环境效益
以热解气化方式实现低质生物质原料的xx次利用，其社会效益主要是使农民用上方便清洁的气体燃料，生活方式发生较大进步，从而提高生活舒适文明程度，节省用于炊事的劳动量和时间，并使环境和庭院卫生有一定改善。
生物质燃气用作炊事燃料，能源利用率为35%，比直接燃用秸秆提高2倍左右，可惜在目前大量秸秆被废弃的情况下，无法体现它的直接经济效益。但在我国林区，目前仍有大量木材当做炊事燃料烧掉，若采用这项技术利用林区残余物，则可能产生相当可观的经济效益。生物质资源的高效利用将带来环境效益。按生物质原料中40-50%计算，燃烧１吨生物质需排放1.3-1.5吨二氧化碳。全国农村炊事燃料二氧化碳排放量达5-6亿吨。虽然因其污染源是分散的而未引起足够重视，但其污染总量不会亚于任何一个工业部门。效率较高的生物质气化技术可将此项污染降低2/3左右。
立足于农村能源“自产、自用、自足”，以农业经济不断增长所积聚的资金，农村当地可资利用的丰富可再生资源为条件，我们认为，生物质气化及用作农户燃料的技术有着良好的开发前景。