一、概述

1、生物质的定义及分类：

   生物质是利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，一切有生命的可以生长的有机物质统称为生物质。

   广义上包括：植物、动物和微生物。

   狭义上包括：农林业生产过程中产生的稻壳、秸杆、树木、果壳等木质纤维素（简称木质素和木素）、农产品加工业的下脚料、农林废气物及畜牧业生产过程中的畜禽粪和废气物等物质。

2、生物质的分布：

我国生物质资源开发利用潜力巨大，现有草原、森林、耕地地面积41亿公顷，其中稻谷、竹子、玉米、小麦等的区域分布如下：

2.1、稻谷：南方稻区约占我国水稻播种面积的94％，其中长江流域水稻面积占全国的65.7％，北方稻面积约占全国的6％。水稻播种面积和产量较大的省份有湖南、江西、广西、广东、四川、安徽、江苏、湖北、浙江、福建、云南等12个省(区)，其播种面积和产量占全国的85％左右。

2.2、竹子：竹林主要分布在我国东西南20多个省区，分布区域有福建、湖南、江西、浙江、安徽、广东、广西、贵州、湖北、江苏、四川等省（自治区），尤以江西、福建、湖南、浙江、广东、云南等省份面积。

2.3、玉米：中国的玉米种植面积广泛，分布在约24个省、市、自治区。其中黑龙江、吉林、辽宁、河北、山东、山西、河南、陕西、四川、贵州、云南、广西等是主要玉米产区。

2.4、小麦：我国小麦产地以河北、山西、河南、山东、安徽、湖北、江苏、四川、陕西等，其中河南为我国小麦产量大省，约占全国小麦产量四分之一。

3、生物质能的定义：

 生物质能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，同时也是一种可再生的碳源。

  生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，目前世界能源紧缺，石化能源储量有限，亟待开发新能源既是能源发展的迫切需要，又是减少排放、保护环境、社会可持续发展的需要。

4、生物质能源的利用：

生物质材料主要通过物理、化学和生物等方法转变成可直接利用的能源物质：

4.1、物理方法。通过高温、高压作用将疏松的生物质原料压缩成具有一定形状和密度的成型物或把生物质粉碎成细小颗粒，然后特定的温度、湿度和压力下，压缩成型。虽然物理方法能很好地解决生物质本身的缺点，但直接燃烧对环境污染较大，生物质利用率仍然较低；

4.2、化学方法。目前生物质能应用最多的是传统化学方法，包括生物质气化技术，通过热解气化将固体生物质转换为使用方便且清洁的可燃气体，用作燃料和生产动力；以及生物化学转化技术，在微生物的发酵作用下生物质转化成沼气、酒精等。

4.3、生物方法。利用酶等微生物，将生物质转化为生物质乙醇及其他化工原料。

二、生物质的发展历程：

2.1、生物质的发展

我国生物质气化技术研究始于20世纪80年代初期，形成了生物质气化集中供气、燃气锅炉供热、内燃机发电等技术，把农林废弃物、工业废弃物等生物质能转换为高效能的煤气、电能和蒸汽，提高生物能源的利用率，实现以生物质替代旧能源。

1985年的提出的第七个五年计划，已经重点安排了秸秆、木屑气化集中供气技术的科技攻克和试点项目；2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划指出，国内生物质能气化技术已经进行到一定高度，通过改善气化条件，优化炉型结构，均可以适当改善燃气质量。

   目前，我国研究和发展的的生物质气化炉主要有三种类型：固定床上吸式气化炉、固定床下吸式气化炉、流化床气化炉。

2.2、国家政策：

关于促进生物天然气产业化发展的指导意见(发改能源规〔2019〕1895号)

关于开展秸秆气化清洁能源利用工程建设的指导意见(发改办环资〔2017〕2143号)

关于进一步加快推进农作物秸秆综合利用和禁烧工作的通知(发改环资〔2015〕2651号)

关于加强分类引导培育资源型城市转型发展新动能的指导意见(发改振兴〔2017〕52号)

关于请组织申报2007年生物质能综合利用示范项目的通知(发改办能源[2007]2807号)

2.3、生物质气化优势：

2.3.1、资源可再生；

2.3.2、燃烧特性好，燃尽率高；

2.3.3、含硫量极低，仅为燃料油的1/20左右不采用任何脱硫措施即可达到环境要求；

2.3.4、燃烧时不采取任何脱硝措施即可达到一般环保要求；

2.3.5、燃气含灰量低；

2.3.6、经济性强，较之石化原料高昂的价格生物质气更有市场空间；

2.3.7、“0”排放：生物质燃烧排放的CO₂与其再生长过程中吸收的CO₂相同，且替代了化石能源，减少了净排放，根据《京都议定书》机制，生物质燃料CO₂为生态“0”排放。

三、气化炉系统介绍：

3.1、生物质气化的原理：

生物质气化技术是一种热化学处理技术，通过气化炉将固体物质转换为使用方便且清洁的可燃气体，用作燃料和生产动力。

生物质由纤维素、半纤维素和木质素3种主要成分以及一些可溶于极性或非极性的物质组成。生物质受热时，自由水在105℃首先被驱出，在温度达到200℃之前，虽然生成一些不可燃气体，重量损失很小，但其细胞壁已经发生变化。随着温度的升高生物质中的3种主要组成物以不同的速度进行分解。半纤维素首先在200℃以下开始初步软化，然后在200-260℃之间发生分解，产生挥发性产物；纤维素在200-400℃之间开始软化，然后在240-350℃之间发生分解，大部分也是生成挥发性物质，木质素的分解温度区域最宽，在200℃以下的温度开始软化，但分解主要发生在300-600℃，大部分分解为炭。

3.2、生物质热解的三个阶段：

3.2.1、预热解阶段：温度上升至约120℃-250℃时，即使加热很长时间，原料重量也只有少量减少，主要是H₂O , CO和CO₂受热释放所致，外观上也无明显变化，但物质内部结构上已发生了一些重排反应。如脱水、断键、自由基出现、碳基、羧基生成和过氧化氢基团形成等。这对热解产物产量有一定的影响，因此这一阶段是全热解过程的重要一环。

3.2.2、固体分解阶段：这是主要的热解阶段发生温度为300-600℃左右，各种复杂的物理、化学反应在此阶段发生。木材中的纤维素、木质素和半纤维素在热解过程中先通过解聚作用分解成单体或单体衍生物，然后通过各种自由基反应和重排反应进一步降解成各种产物。

3.2.3、焦炭分解阶段：在这一阶段焦炭中的C-H , C-O键进一步断裂，但脱挥发分作用仍在持续，焦炭重量以缓慢的速率下降并趋于稳定，导致残留固体中炭素的富集。

3.3、气化系统的流程图：

3.4、气化系统的运行说明：

3.4.1、原料由车辆直接送至厂区，通过气力输送设备输送至存料仓，再通过斗提机和刮板输送机输送至气化炉；

3.4.2、原料在气化炉内进行热解气化，产生的气体由高温风机抽吸至燃气锅炉燃烧并产生蒸汽；

3.4.3、原料碳化后的成品碳由底部炉排掉落底锥，由螺旋输送机输送到集碳池再经过除尘分筛后包装；

3.4.4、自动控制系统通过各类检测原件返回信号到PLC来自动控制整套系统的运作。

3.5、气化系统的应用：

3.7、气化供蒸汽（厂家窑炉自用燃气）系统介绍：

3.8、气化炉系统的特点总结：

3.8.1.结构合理：气化炉系统采用固定床气化炉，热效率高，产气量稳定，原料包容性强；生物质气化得到的低热值燃气直接进入绝热炉膛燃烧，充分利用生物质气的显热；

3.8.2.自动化程度高：控制系统采用PLC控制器，互联互锁，故障情况下自动排出安全隐患，系统简单易懂，操作易上手，安全可靠；系统运行稳定可靠，可连续24小时运行工作；

3.8.3.环保优势明显：生物质气属于清洁能源，生成少量氮氧化物，基本无硫氧化物产生，二氧化碳的排放属于“0”排放；

3.8.4.原料广泛：稻壳、木屑、木片、竹片、枝桠、林边角料，秸秆（稻杆、麦秆、玉米杆、小米杆、棉花杆等），果壳，椰子壳，甘蔗渣，玉米芯，玉米芯废渣，农林产品及木材加工剩余物和废弃物；

3.8.5.运行成本低：原料广泛易得，产生的副产物-生物质炭（高品质的生物质炭可以深加工得到高价值的炭商品），亦可以增加收入。

3.9、经济效益分析：

以稻壳为例，生物质气化供10t/h蒸汽锅炉联产炭

一套SDL ( 10T/H）稻壳生物质气化热炭联产项目，以蒸汽锅炉全年7000小时计算可生产蒸汽7万吨，蒸汽以市场价220元/吨计算，每年蒸汽产值约1540万元，可年产生物质炭约3500吨，以市场价1350元/吨计算，每年生物炭产值约472.5万元，去除每年生物质消耗成本、人工水电成本综合可产生经济价值约975万元，投资回报周期约18个月。

3.10、社会效益分析：

 生物质气化热炭联产项目供10吨锅炉，项目年可利用农林业废弃物资源1.75万吨，年供蒸汽量为7万吨，年可节约标煤约9800吨，年减排二氧化碳约25676吨，年减排二氧化硫约83.3吨，年减排氮氧化物约72.5吨。

  相较于传统燃油燃气锅炉的排放标准，生物质气化获得燃气进入锅炉燃烧后，排放到空气中的硫化物，氮氧化物单位排放量更低；较之石化原料高昂的价格生物质气不仅有市场空间，对环境影响更小，符合可持续发展的自然价值观。

3.11、设备应用-前景：