一、概述

1、生物質的定義及分類：

   生物質是利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體，一切有生命的可以生長的有機物質統稱為生物質。

   廣義上包括：植物、動物和微生物。

   狹義上包括：農林業生產過程中產生的稻殼、秸桿、樹木、果殼等木質纖維素（簡稱木質素和木素）、農產品加工業的下腳料、農林廢氣物及畜牧業生產過程中的畜禽糞和廢氣物等物質。

2、生物質的分布：

我國生物質資源開發利用潛力巨大，現有草原、森林、耕地地面積41億公頃，其中稻谷、竹子、玉米、小麥等的區域分布如下：

2.1、稻谷：南方稻區約占我國水稻播種面積的94％，其中長江流域水稻面積占全國的65.7％，北方稻面積約占全國的6％。水稻播種面積和產量較大的省份有湖南、江西、廣西、廣東、四川、安徽、江蘇、湖北、浙江、福建、云南等12個省(區)，其播種面積和產量占全國的85％左右。

2.2、竹子：竹林主要分布在我國東西南20多個省區，分布區域有福建、湖南、江西、浙江、安徽、廣東、廣西、貴州、湖北、江蘇、四川等省（自治區），尤以江西、福建、湖南、浙江、廣東、云南等省份面積。

2.3、玉米：中國的玉米種植面積廣泛，分布在約24個省、市、自治區。其中黑龍江、吉林、遼寧、河北、山東、山西、河南、陜西、四川、貴州、云南、廣西等是主要玉米產區。

2.4、小麥：我國小麥產地以河北、山西、河南、山東、安徽、湖北、江蘇、四川、陜西等，其中河南為我國小麥產量大省，約占全國小麥產量四分之一。

3、生物質能的定義：

 生物質能就是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料，取之不盡，用之不竭，是一種可再生能源，同時也是一種可再生的碳源。

  生物質能是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，目前世界能源緊缺，石化能源儲量有限，亟待開發新能源既是能源發展的迫切需要，又是減少排放、保護環境、社會可持續發展的需要。

4、生物質能源的利用：

生物質材料主要通過物理、化學和生物等方法轉變成可直接利用的能源物質：

4.1、物理方法。通過高溫、高壓作用將疏松的生物質原料壓縮成具有一定形狀和密度的成型物或把生物質粉碎成細小顆粒，然后特定的溫度、濕度和壓力下，壓縮成型。雖然物理方法能很好地解決生物質本身的缺點，但直接燃燒對環境污染較大，生物質利用率仍然較低；

4.2、化學方法。目前生物質能應用最多的是傳統化學方法，包括生物質氣化技術，通過熱解氣化將固體生物質轉換為使用方便且清潔的可燃氣體，用作燃料和生產動力；以及生物化學轉化技術，在微生物的發酵作用下生物質轉化成沼氣、酒精等。

4.3、生物方法。利用酶等微生物，將生物質轉化為生物質乙醇及其他化工原料。

二、生物質的發展歷程：

2.1、生物質的發展

我國生物質氣化技術研究始于20世紀80年代初期，形成了生物質氣化集中供氣、燃氣鍋爐供熱、內燃機發電等技術，把農林廢棄物、工業廢棄物等生物質能轉換為高效能的煤氣、電能和蒸汽，提高生物能源的利用率，實現以生物質替代舊能源。

1985年的提出的第七個五年計劃，已經重點安排了秸稈、木屑氣化集中供氣技術的科技攻克和試點項目；2000-2015年新能源和可再生能源產業發展規劃指出，國內生物質能氣化技術已經進行到一定高度，通過改善氣化條件，優化爐型結構，均可以適當改善燃氣質量。

   目前，我國研究和發展的的生物質氣化爐主要有三種類型：固定床上吸式氣化爐、固定床下吸式氣化爐、流化床氣化爐。

2.2、國家政策：

關于促進生物天然氣產業化發展的指導意見(發改能源規〔2019〕1895號)

關于開展秸稈氣化清潔能源利用工程建設的指導意見(發改辦環資〔2017〕2143號)

關于進一步加快推進農作物秸稈綜合利用和禁燒工作的通知(發改環資〔2015〕2651號)

關于加強分類引導培育資源型城市轉型發展新動能的指導意見(發改振興〔2017〕52號)

關于請組織申報2007年生物質能綜合利用示范項目的通知(發改辦能源[2007]2807號)

2.3、生物質氣化優勢：

2.3.1、資源可再生；

2.3.2、燃燒特性好，燃盡率高；

2.3.3、含硫量極低，僅為燃料油的1/20左右不采用任何脫硫措施即可達到環境要求；

2.3.4、燃燒時不采取任何脫硝措施即可達到一般環保要求；

2.3.5、燃氣含灰量低；

2.3.6、經濟性強，較之石化原料高昂的價格生物質氣更有市場空間；

2.3.7、“0”排放：生物質燃燒排放的CO₂與其再生長過程中吸收的CO₂相同，且替代了化石能源，減少了凈排放，根據《京都議定書》機制，生物質燃料CO₂為生態“0”排放。

三、氣化爐系統介紹：

3.1、生物質氣化的原理：

生物質氣化技術是一種熱化學處理技術，通過氣化爐將固體物質轉換為使用方便且清潔的可燃氣體，用作燃料和生產動力。

生物質由纖維素、半纖維素和木質素3種主要成分以及一些可溶于極性或非極性的物質組成。生物質受熱時，自由水在105℃首先被驅出，在溫度達到200℃之前，雖然生成一些不可燃氣體，重量損失很小，但其細胞壁已經發生變化。隨著溫度的升高生物質中的3種主要組成物以不同的速度進行分解。半纖維素首先在200℃以下開始初步軟化，然后在200-260℃之間發生分解，產生揮發性產物；纖維素在200-400℃之間開始軟化，然后在240-350℃之間發生分解，大部分也是生成揮發性物質，木質素的分解溫度區域最寬，在200℃以下的溫度開始軟化，但分解主要發生在300-600℃，大部分分解為炭。

3.2、生物質熱解的三個階段：

3.2.1、預熱解階段：溫度上升至約120℃-250℃時，即使加熱很長時間，原料重量也只有少量減少，主要是H₂O, CO和CO₂受熱釋放所致，外觀上也無明顯變化，但物質內部結構上已發生了一些重排反應。如脫水、斷鍵、自由基出現、碳基、羧基生成和過氧化氫基團形成等。這對熱解產物產量有一定的影響，因此這一階段是全熱解過程的重要一環。

3.2.2、固體分解階段：這是主要的熱解階段發生溫度為300-600℃左右，各種復雜的物理、化學反應在此階段發生。木材中的纖維素、木質素和半纖維素在熱解過程中先通過解聚作用分解成單體或單體衍生物，然后通過各種自由基反應和重排反應進一步降解成各種產物。

3.2.3、焦炭分解階段：在這一階段焦炭中的C-H , C-O鍵進一步斷裂，但脫揮發分作用仍在持續，焦炭重量以緩慢的速率下降并趨于穩定，導致殘留固體中炭素的富集。

3.3、氣化系統的流程圖：

3.4、氣化系統的運行說明：

3.4.1、原料由車輛直接送至廠區，通過氣力輸送設備輸送至存料倉，再通過斗提機和刮板輸送機輸送至氣化爐；

3.4.2、原料在氣化爐內進行熱解氣化，產生的氣體由高溫風機抽吸至燃氣鍋爐燃燒并產生蒸汽；

3.4.3、原料碳化后的成品碳由底部爐排掉落底錐，由螺旋輸送機輸送到集碳池再經過除塵分篩后包裝；

3.4.4、自動控制系統通過各類檢測原件返回信號到PLC來自動控制整套系統的運作。

3.5、氣化系統的應用：

3.7、氣化供蒸汽（廠家窯爐自用燃氣）系統介紹：

3.8、氣化爐系統的特點總結：

3.8.1.結構合理：氣化爐系統采用固定床氣化爐，熱效率高，產氣量穩定，原料包容性強；生物質氣化得到的低熱值燃氣直接進入絕熱爐膛燃燒，充分利用生物質氣的顯熱；

3.8.2.自動化程度高：控制系統采用PLC控制器，互聯互鎖，故障情況下自動排出安全隱患，系統簡單易懂，操作易上手，安全可靠；系統運行穩定可靠，可連續24小時運行工作；

3.8.3.環保優勢明顯：生物質氣屬于清潔能源，生成少量氮氧化物，基本無硫氧化物產生，二氧化碳的排放屬于“0”排放；

3.8.4.原料廣泛：稻殼、木屑、木片、竹片、枝椏、林邊角料，秸稈（稻桿、麥稈、玉米桿、小米桿、棉花桿等），果殼，椰子殼，甘蔗渣，玉米芯，玉米芯廢渣，農林產品及木材加工剩余物和廢棄物；

3.8.5.運行成本低：原料廣泛易得，產生的副產物-生物質炭（高品質的生物質炭可以深加工得到高價值的炭商品），亦可以增加收入。

3.9、經濟效益分析：

以稻殼為例，生物質氣化供10t/h蒸汽鍋爐聯產炭

一套SDL ( 10T/H）稻殼生物質氣化熱炭聯產項目，以蒸汽鍋爐全年7000小時計算可生產蒸汽7萬噸，蒸汽以市場價220元/噸計算，每年蒸汽產值約1540萬元，可年產生物質炭約3500噸，以市場價1350元/噸計算，每年生物炭產值約472.5萬元，去除每年生物質消耗成本、人工水電成本綜合可產生經濟價值約975萬元，投資回報周期約18個月。

3.10、社會效益分析：

 生物質氣化熱炭聯產項目供10噸鍋爐，項目年可利用農林業廢棄物資源1.75萬噸，年供蒸汽量為7萬噸，年可節約標煤約9800噸，年減排二氧化碳約25676噸，年減排二氧化硫約83.3噸，年減排氮氧化物約72.5噸。

  相較于傳統燃油燃氣鍋爐的排放標準，生物質氣化獲得燃氣進入鍋爐燃燒后，排放到空氣中的硫化物，氮氧化物單位排放量更低；較之石化原料高昂的價格生物質氣不僅有市場空間，對環境影響更小，符合可持續發展的自然價值觀。

3.11、設備應用-前景：