生物質(zhì)環(huán)保高效利用的實(shí)施方案

唐 光

江蘇省宿遷廣播電視總臺(tái)，江蘇宿遷 223800

秸稈等生物質(zhì)的處理，是以科技為本，進(jìn)行高效綜合利用，并形成產(chǎn)業(yè)鏈，使秸稈和廣大農(nóng)村的有機(jī)廢棄物真正地變廢為寶 。使農(nóng)民及其他相關(guān)行業(yè)終端產(chǎn)品的各級(jí)用戶都受益，這樣才能徹底解決秸稈禁燒問題。屆時(shí)，天更藍(lán)、水更清，環(huán)境更優(yōu)美，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境比翼齊飛，功在千秋，利在當(dāng)代。該專利可根據(jù)桔桿的量設(shè)計(jì)五百至3.6萬kw/h以上的生物質(zhì)或垃圾發(fā)電廠。

1 6000kW生物質(zhì)氣化發(fā)電與高效綜合利用項(xiàng)目可行性分析報(bào)告

目前，國內(nèi)生物質(zhì)發(fā)電廠大多采用汽輪發(fā)電機(jī)組，用直燃式爐或流化床爐的共同缺陷是：秸稈在燃燒氣化過程中產(chǎn)生的秸稈炭粉，醋液和焦油被氧化流失，不僅浪費(fèi)了資源，在經(jīng)濟(jì)上得不償失，而且對(duì)環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重污染。

秸稈等生物質(zhì)的氣化過程，其實(shí)是一個(gè)熱化學(xué)過程。它是以農(nóng)作物秸稈等再生可燃物質(zhì)作為原料，以氧氣（空氣），水蒸氣或氫氣等做氣化劑（或稱氣體介質(zhì)）在高溫條件下通過熱化學(xué)反應(yīng)將秸稈等可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過程。氣化時(shí)所得的可燃?xì)怏w有效成分包括一氧化碳，氫氣、甲烷等。

氣化爐采用固定床型，原料（經(jīng)斷碎秸稈等）由爐子頂端加入爐膛，原料層及灰渣由下部爐柵支撐?？諝庵型ㄟ^一定量的水蒸氣，所形成的氣化劑由下部的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，經(jīng)爐柵均勻分配，與原料層接觸發(fā)生氣化反應(yīng)，反應(yīng)生成的可燃?xì)庥稍蠈由戏脚懦?，氣化反?yīng)后的殘?jiān)上虏康幕冶P排出。

該技術(shù)由盛唐科技自主研發(fā)，并已獲得多項(xiàng)國家發(fā)明專利。秸稈等生物質(zhì)在氣化(炭化)過程中能同時(shí)得到可燃?xì)怏w(發(fā)電)、生物質(zhì)炭、醋液、焦油及熱水，一座6 000kW秸稈和稻殼高效綜合利用發(fā)電廠，日消耗秸稈和生物質(zhì)等原料240t，每天生產(chǎn)出的產(chǎn)品：電力160 800kW/h，生物質(zhì)炭84t，用作固體燃料和保溫材料等，是制作生物質(zhì)成型燃料的最佳原料，燃燒時(shí)無污染，也是典型的清潔可再生能源；生物質(zhì)醋液60t，生物質(zhì)焦油11.04t， 80℃以上的熱水2 880t。生物質(zhì)炭熱值5 500大卡左右，生物質(zhì)醋液可制作有機(jī)肥和有機(jī)農(nóng)藥，還具有明顯的殺菌、消毒、除臭和抗禽流感等作用；生物質(zhì)焦油用作粘合劑和防腐劑和燃料；熱水直接作生活用水或供暖。建生物質(zhì)發(fā)電廠可以根據(jù)各地的生物質(zhì)原料供應(yīng)量來選擇建廠的規(guī)模。

一噸秸稈和生物質(zhì)生產(chǎn)出的五種產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值達(dá)到1 200多元，其中電力670kW/h，每千瓦時(shí)0.75元，價(jià)值502.5元；生物質(zhì)炭350kg，每噸1 000元，價(jià)值350元；生物質(zhì)醋液270kg，每噸1 000元，價(jià)值270元；生物質(zhì)焦油46kg，每噸2 800元，價(jià)值128.8元；80℃的熱水10t，每噸15元，價(jià)值150元。

2 目的和意義

秸稈進(jìn)氣化爐燃燒，對(duì)氣化劑進(jìn)行適量的控制。秸稈在氣化爐中（固定床），在高溫條件下通過熱化學(xué)反應(yīng)。秸稈可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料。供燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組發(fā)電。由于氣化劑量的控制得當(dāng)，使秸稈在氣化過程中并不完全燃燒，在高溫缺氧條件下而被碳化。所得碳粉（或棒、球）在35%左右。碳粉可作無污染的清潔燃料。因它含植物生長必須的氮、磷、鉀等多種元素。因此可來制成有機(jī)復(fù)合肥料，可提高土壤的肥力和透氣性，增加土壤的含水分。炭還可以作為工業(yè)用保溫材料。生物質(zhì)在熱解氣化過程中產(chǎn)生可燃?xì)怏w，有一部分揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)，經(jīng)冷凝器冷卻，以液體形態(tài)流出冷卻塔后的液體呈酸性物質(zhì)，也稱醋液，及電捕焦塔捕獲的焦油兩種產(chǎn)品。生物質(zhì)醋液是含酸類，脂類、醛類、酚類等百余種有機(jī)化學(xué)成分。酸性液體可以作為消毒劑、除臭劑或做成防蟲農(nóng)藥助劑或直接做成農(nóng)藥。作有機(jī)蔬菜、水果等農(nóng)作物的肥料，對(duì)作物生長過程中亦有非常良好的促進(jìn)作用。

生物質(zhì)焦油可精制成芳香原料、防腐劑和粘合劑。對(duì)氣化爐及發(fā)電機(jī)組用的冷卻水及發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣進(jìn)行余熱加工，可對(duì)居民，機(jī)關(guān)學(xué)校醫(yī)院等，供應(yīng)熱水和供暖氣。

3 本項(xiàng)目的特點(diǎn)

目前由于農(nóng)村中大量的農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)被廢棄在農(nóng)田中。因焚燒及腐爛而造成環(huán)境的嚴(yán)重污染。

目前，絕大部分地區(qū)的地表水源已經(jīng)不能供人畜飲用。危害人民群眾的身體健康。另一方面，浪費(fèi)了寶貴的再生能源，在全世界面臨能源危機(jī)及生態(tài)環(huán)境日益嚴(yán)重惡化的情況下，開發(fā)利用可再生能源，變廢為寶，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都有著重要意義。

本項(xiàng)目的特點(diǎn)是將本人的發(fā)明專利“城市生活垃圾焚燒氣化發(fā)電裝置”專利號(hào)ZL200710025471.8節(jié)能燃?xì)獍l(fā)生爐專利號(hào)ZL2006620125377.0多功能節(jié)能燃?xì)獍l(fā)生爐專利號(hào)ZL200620125378.5綜合了上述部分專利技術(shù)，設(shè)計(jì)制造出新一代氣（碳）化爐及燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)因而產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益。

4 生物質(zhì)發(fā)電及綜合利用技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)、特征、投資與收益分析

4.1 技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)與特征

本技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

1）利用的總體思路不僅考慮到農(nóng)林生物質(zhì)的無公害化利用，而且更重視把生物質(zhì)作為一種資源進(jìn)行固、液、氣三相的綜合利用，因而綜合效益高，真正做到無公害化、資源化；

2）一種能有效控制給氧量的結(jié)構(gòu)科學(xué)、合理的農(nóng)林生物質(zhì)氣化（炭化）爐；

3）一種能有效收集生物質(zhì)炭粉的裝置；

4）一種能有效分離、收集生物質(zhì)醋液的凈化和冷凝裝置；

5）一種能有效分離、收集生物質(zhì)焦油的凈化和冷凝裝置；

6）一種能有效利用余熱生產(chǎn)熱水的裝置；

7）生物質(zhì)醋液在農(nóng)作物防蟲、防病、增產(chǎn)的初步應(yīng)用研究試驗(yàn)結(jié)果。

本項(xiàng)目的特征是每年利用87 600t農(nóng)林生物質(zhì)，通過氣化（炭化）爐產(chǎn)生燃?xì)?，可帶?dòng)一套6 000kW的發(fā)電設(shè)備，全年并網(wǎng)供電5 869.2萬度，同時(shí)可產(chǎn)固態(tài)產(chǎn)物生物質(zhì)炭30 660t左右，液態(tài)產(chǎn)物生物質(zhì)醋液23 652t左右，生物質(zhì)焦油4 029.6t左右，80度以上的熱水約876 000t。通過這種技術(shù)和工藝，可將1噸生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成0.8t標(biāo)準(zhǔn)煤熱值的價(jià)值。

4.2 主要設(shè)備和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)包括氣化（炭化）爐、生物質(zhì)醋液和焦油分離裝置、炭粉收集和冷卻裝置、余熱利用裝置（利用余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)發(fā)電機(jī)200kW/h×2發(fā)電）、凈化塔、風(fēng)機(jī)、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、加料器等。

4.3 主要技術(shù)指標(biāo)

4.3.1 氣體成份、熱值和氣化效率(見下表)

表1 820℃條件下的氣體成份、熱值和氣化效率

4.3.1 占地和人工需求

該6 000千瓦的發(fā)電廠，整個(gè)占地60 000m2。包括：炭(氣)化爐車間：3 000m2，氣體發(fā)電機(jī)車間：3 000m2，炭粉、醋液堆放車間6 000m2，生物質(zhì)原料儲(chǔ)料場：30 000m2。因采取自動(dòng)化控制技術(shù)機(jī)電系統(tǒng)值班人員較少，需要管理和工人60人。

4.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

該6 000千瓦的發(fā)電廠，整個(gè)工程投資1億元，包括工廠建設(shè)、設(shè)備和其他相關(guān)成本。年收益5 152.2萬元，回收期約3年。

4.5 推廣前景

4.5.1 經(jīng)濟(jì)利益

本項(xiàng)目生產(chǎn)出的產(chǎn)品主要有電力、生物質(zhì)炭、醋液、焦油和熱水，以當(dāng)前農(nóng)林生物質(zhì)的價(jià)格（350元/t）計(jì)，該6 000kW電廠的經(jīng)濟(jì)回報(bào)為5 152.2萬元/年，回收期大約3年還可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民和企業(yè)增加近300萬元的收入，解決就業(yè)人員60人。

由于本項(xiàng)目總體思路不僅考慮到農(nóng)林生物質(zhì)的無公害化利用，而且更重視把生物質(zhì)作為一種資源進(jìn)行固、液、氣三相的綜合利用，因而綜合效益高，真正做到無公害化、資源化，項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。

4.5.2 環(huán)境效益

在設(shè)計(jì)運(yùn)行條件下，每年可處理生物質(zhì)87 600t?？捎行Ы鉀Q當(dāng)?shù)匾蛏镔|(zhì)焚燒造成的環(huán)境污染和資源流失。由于SO2的零排放，和煤的燃燒相比，可減少煙氣中的NOx和SO2。從長遠(yuǎn)看，利用生物質(zhì)氣（炭）化發(fā)電和綜合利用技術(shù)的環(huán)境利益非常明顯。

4.5.3 社會(huì)效益

項(xiàng)目建成后，在開發(fā)利用可再生資源、變廢為寶的領(lǐng)域里，將會(huì)發(fā)揮重要的典范作用，并將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益。

[1]煤化工工藝學(xué).郭樹才組編.化學(xué)工業(yè)出版社.

[2](俄羅斯汽車科學(xué)研究院總設(shè)計(jì)師杰爾吉巴士楊報(bào)告文獻(xiàn)（全國農(nóng)業(yè)機(jī)械化會(huì)議代表大會(huì)報(bào)告）.

[3]俄羅斯.汽車拖拉機(jī)煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高.技術(shù)科學(xué)博士阿爾塔莫諾夫教授論文選.