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中国农业机械化科学研究院 高先声
农业和林业残余物量大面广，其中农业秸、茎产量是粮食产量的1.4倍，2001年我国产量达6.5亿吨；林木采集和林业加工剩余物也达上亿吨，这是生物质资源可利用的主要部分。农林残余物和其他有机废弃物的资源化利用，是关系到社会可持续发展的大课题。
生物质的能量利用是其应用途径之一。在能量转换技术中，其能量密度和能量强度的提高是主要目的。但其实用性、操作性、可靠性和环保排放必须要引起重视和优化。以热化学为基础的生物质气化液化转换技术，强化了生物质的能量密度和能量强度，提高了其利用品位。如技术路线得当，这些转换产物可取代部分常规能源中的煤、油、气。
秸秆物料的特性
生长期仅一年的作物秸秆属高挥发份、低炭化度物料。挥发份含量平均高达75％，以固定炭含量为标志的炭化程度平均为17％，但发热量却平均高达36％。这表示可燃组份中，含量仅为1/6的固定炭其发热量却占1/3。这种以纤维素、半纤维素和木质素构成的聚合物被隔离空气加热超过100℃时，挥发份即连同水份开始蒸发解离，挥发成汽态的油雾；当温度达到450～550℃时，解离挥发过程达到高峰，炭氢分子构成的木焦油、木醋液等大分子聚合物受热升腾为气态浓雾。此时，若与空气混合比达到一定值时，即成为可燃气；若降温达到冷凝条件时，即凝结为液态焦油、木醋液及水污等。所以，对秸秆而言，挥发份对燃烧起决定作用。
高挥发份秸秆物料的气化特点
采用生物质气化技术可以把直接燃烧分为半燃烧和完全燃烧两个过程，前者为缺氧条件下的不完全燃烧产生中间产物，即气化煤气。然后，气化煤气再与空气二次混合实现完全燃烧。气化煤气及其燃烧使生物质物料的能量利用率显著增大，燃烧完全，提高了生物质的利用品位。生物质气化热煤气直接燃烧有以下特点：
(1)燃烧完全、洁净。
(2)燃烧温度高。热煤气的显热与可燃成份燃烧释放的潜热使燃烧温度高达1，500℃，在特殊燃烧条件下，可达1,700℃，而秸秆直接燃烧火焰温度仅为600～700℃。
(3)气化热煤气燃烧火力强、温升快。
(4)可调控。燃烧火焰温度、热能强度可适时控制调节，实现开、关两位操作。
热煤气直接燃烧与煤气冷洗清滤后的冷煤气相比最突出的是热煤气的能量增值：(1)显热增值。热煤气的出炉温度300～400℃；(2)潜热增值。纤维素的热分解产物焦油、木醋液及苯、酮、烷类重分子部分其凝聚的能量为15～20％。在高温条件下，重分子裂解燃烧可释出能量。
秸秆气化冷煤气，显热、潜热损失及其他
热煤气经水的冷洗、过滤，实现输送储存。此时煤气显热尽失，部分可燃成份以潜热形式流失，而其清滤产生的黑液则成为污染排放物。
秸秆中75％的纤维素和半纤维素的热分解产物形成挥发份，其主要成份是焦油、木醋液、酸、醇等重分子，在热态下以气态形式存在。在高于600℃时，则发生再裂解反应，产生部分可燃气体。这样，煤气中木焦油、木醋、木酸液分子量下降，而较重分子的烷、烯、苯仍以气态成为热煤气的可燃成份参与燃烧。但在冷煤气中，这部分可燃物被冷洗清滤掉成为油污黑液被排放。这部分潜热损失加上冷煤气降温的显热损失使冷煤气热焓大大下降，从而使煤气的燃烧质量降低。其中可燃气着火界限也随之明显缩小，这就是令农村用户恼火的秸秆煤气“点不着火”或是呈不顶用的“小火头”的原因之一。
(2)冷煤气冷洗用水耗水量约为0.5公斤/立方米(煤气)。一台产气量200立方米/小时的装置，一 小时耗水100公斤，这在北方缺水地区也是值得注意的问题。所谓“沉淀池”循环水再利用是很难实现的，因为黑液与水的可溶性，“水油交溶”很难分离。由此而产生的黑液排放污染更是潜在的威胁。其中储气塔中的浮动调压水封，不长时间后就成为粘稠的黑液，不能排，无法用，使储气塔成为“储污塔”。
(3)农作物秸秆越冬长期存放，低炭聚合物自然挥发逸出，导致能量衰减。
(4)尽管经冷洗、清滤，因油污粘结阀门、输气支管堵塞的问题在实际运行中还是时有发生。另外，机械式清滤设备重量占机组的75％，造价往往越过气化设备主机，其维修、除污清洗费用在运行成本中也占很大的比例。
(5)不利的运行工况。炊事供气设备运行时间短，一日三餐，每次起动不超过一小时，设备尚未进入“热车”状态即告停。反应区尚未积蓄充分的热量，煤气中油雾水汽含量过高，难于稳定正常供气。
几个需要商榷的问题
高挥发份物料的除焦技术其治本途径是重质聚合物的裂解。要实现热裂解只有借助外源加热。其中，催化剂裂解技术，催化剂是关键，实用的是石灰石和白云石，但仍须加热到800℃以上。此时的催化裂化产物其代价已不是为了得到低热值的粗煤气，而是中热值的可燃气或工业用气源。热裂解要做到两点：(1)气化物料掺入一定比例的硬木质燃料——高炭化度“骨料”，实现热解除焦；(2)为保持良好的热反应工况，气化设备应持续运行2～3小时以上。试验表明，稳定运行4小时以后，粗煤气中焦油量可由320毫升/立方米降至120毫升/立方米。
建立多用途持续运行的中心煤气站，取代单一用途的炊事供气站。另外，管理问题，物料采集、储存、防潮通风，包括物料预处理和“骨料”配比也都是值得探讨的。
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