秸稈氣化技術(shù)和農(nóng)村集中供氣系統(tǒng)是近幾年發(fā)展起來的新的技術(shù)工藝。該技術(shù)工藝是秸稈類生物質(zhì)在缺氧條件下，經(jīng)過外部加熱，使生物質(zhì)中的C、H、O等元素轉(zhuǎn)變成CO、H，、CH。等可燃氣體，通過管道網(wǎng)絡(luò)供給農(nóng)民。這種技術(shù)既改變了農(nóng)民直接燃燒生物質(zhì)以獲取能源的傳統(tǒng)方式，又適應(yīng)了部分農(nóng)民由于生活水平提高而對高品位燃料的需求。
一、秸稈氣化的基本原理
氣化是指將固體或液體燃料轉(zhuǎn)化為氣體燃料的熱化學(xué)過程。當(dāng)秸稈類物料燃燒時，需要一定量的02，如果提供的O，等于或多于這個值，秸稈便可以充分地燃燒，最后的殘余物為灰分。如果提供的02量很少，秸稈在燃燒過程中便不能全部燒掉，提供的0，越少，沒能燒掉的可燃成分就越多，這些可燃成分包括炭、CO、H2和CH4等。
4個反應(yīng)區(qū)的氣化過程如下。
農(nóng)作物秸稈也可以經(jīng)過秸稈顆粒機、秸稈壓塊機壓制成生物質(zhì)顆粒燃料飼料。
氣化劑（空氣）由氣化爐的底部進入，在經(jīng)過灰渣層時被加熱。加熱后的氣體進入氣化爐底部的氧化區(qū)，同熾熱的炭發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成CO，并同時放出熱量。由于是限氧燃燒，02的供給不充分，因而不完全燃燒反應(yīng)同時發(fā)生，生成CO，同時也放出熱量。在氧化區(qū)，溫度可達1000～1200℃。反應(yīng)為：
在氧化區(qū)進行的均為燃燒反應(yīng)，并放出熱量，也正是這部分反應(yīng)熱為還原區(qū)的還原反應(yīng)、物料的裂解和干燥提供了熱源。在氧化區(qū)中生成的熱氣體CO和CO，進入氣化爐的還原區(qū)，灰則進入下部的灰室中。
2．還原反應(yīng)在還原區(qū)已沒有02存在，在氧化反應(yīng)中生成的C02在這里同炭及水蒸氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成CO和H，。由于還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，還原區(qū)的溫度也相應(yīng)降低，為700~900℃。
還原區(qū)的主要產(chǎn)物為CO、CO，和H2，這些熱氣體同氧化層生成的部分熱氣體進入上部的裂解區(qū)，而沒有反應(yīng)完的炭則落入氧化區(qū)。
3．裂解反應(yīng)
在氧化區(qū)和還原區(qū)生成的熱氣體，在上行過程中經(jīng)過裂解層，同時將秸稈加熱，秸稈受熱后發(fā)生裂解反應(yīng)。在反應(yīng)中，秸稈中大部分的揮發(fā)分從固體中分離出去。由于秸稈的裂解需要大量的熱量，在裂解區(qū)溫度降到400~600℃。
裂解區(qū)的主要產(chǎn)物為炭、H，、水蒸氣、CO、CO2、CH。、焦油及其它烴類物質(zhì)(CmHn)等，這些熱氣體繼續(xù)上升，進人到干燥區(qū)，而炭則進入下面的還原區(qū)。
4．秸稈的干煤
氣化爐最上層為干燥區(qū)，從上面加入的物料直接進入到干燥區(qū)，濕物料在這里同下面3個反應(yīng)區(qū)生成的熱氣體產(chǎn)物進行換熱，使原料中的水分蒸發(fā)，該層溫度為100~300℃。干煤層的產(chǎn)物為干物料和水蒸氣，水蒸氣隨著下面的3個反應(yīng)區(qū)的產(chǎn)熱排出氣化爐，而干物料則進入裂解區(qū)。
通常把氧化區(qū)及還原區(qū)合起來稱作氣化區(qū)，氣化反應(yīng)主要在這里進行。裂解區(qū)及干燥區(qū)則統(tǒng)稱為燃料準(zhǔn)備區(qū)或燃料預(yù)處理區(qū)，在這里反應(yīng)是按照干餾的原理進行的，其載熱體是來自氣化區(qū)的熱氣體。
在氣化爐出口，產(chǎn)出氣體成分主要為CO、CO，、H2、CH4、焦油及少量其它烴類，還有水蒸氣及少量灰分。氣體經(jīng)過凈化后，便可送入儲氣柜儲存，供居民使用。
二、秸稈氣化的主體組成
氣化爐是秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)的核心設(shè)備。在秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)中大部分采用下吸式固定床氣化爐，主要由內(nèi)膽、外腔及灰室組成。
進入到氣化爐內(nèi)的秸稈最初在物料的最上層，即處在干燥區(qū)內(nèi)。由于受外腔里的熱氣體及內(nèi)膽里熱氣體的熱輻射，水分蒸發(fā)了，秸桿變成干物料。隨著物料的消耗，秸桿向下移動進入裂解區(qū)。由于裂解區(qū)的溫度高，達到了揮發(fā)分溢出溫度，因而秸稈開始裂解．揮發(fā)分氣體開始產(chǎn)生，干秸稈逐漸分解為炭、揮發(fā)分及焦油等。而生成的炭隨著物料的消耗而繼續(xù)下移進入氧化區(qū)。在氧化區(qū)，由裂解區(qū)生成的炭與氣化劑中的0，進行燃燒反應(yīng)生成CO，、CO。沒有在反應(yīng)中消耗掉的炭繼續(xù)下移進入還原區(qū)，與裂解區(qū)及氧化區(qū)生成的CO，發(fā)生還原反應(yīng)生成CO，炭還與水蒸氣反應(yīng)生成H，和CO。
氣化過程中空氣的供給是靠系統(tǒng)后端的容積式風(fēng)機的抽力實現(xiàn)的。大多數(shù)的秸稈氣化爐都是在微負壓的條件下運行，進風(fēng)量可以調(diào)節(jié)。
從秸稈氣化爐中生成的可燃氣體含有雜質(zhì)，且溫度太高，并不適合直接送給用戶使用，必須進行凈化。凈化秸稈氣的主要目的是除去灰分、炭顆粒、水分、焦油及冷卻。凈化系統(tǒng)中常用設(shè)備為旋風(fēng)分離除塵器、噴淋塔、液滴分離器和生物質(zhì)過濾器。
1．旋風(fēng)分離器
旋風(fēng)分離除塵器是應(yīng)用最廣，也是最有效的除塵設(shè)備。在秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)中采用的是切流式旋風(fēng)分離除塵器。需凈化的秸稈氣通過連接管沿切線方向進入旋風(fēng)分離的圓筒部分，懸浮在秸稈氣中的灰分、炭顆粒等粒子靠離心力的作用被拋向器壁。粒子由于與器壁的摩擦而失去其活動力，受重力的作用而落至旋風(fēng)分離器底部的圓錐部分，從旋風(fēng)分離器底部的排放孔定期排出。已除塵的秸稈氣通過位于旋風(fēng)分離器中心線上的排氣管道排出。
氣體的除塵效果與氣體進入旋風(fēng)分離器內(nèi)的速度大小有關(guān)。秸稈氣的進氣速度太小，除塵效果不明顯；進氣速度太大，會將已沉降的塵粒重新吹起來。適宜的進氣速度是15~ 20m/s。旋風(fēng)分離器的直徑越小，氣體的除塵就越完善。在保持氣體最適宜的速度條件下，直徑減小可使氣體的旋轉(zhuǎn)次數(shù)增加。
為了提高除塵效果，實際上常常使用多個旋風(fēng)分離器，將它們并聯(lián)或串聯(lián)。串聯(lián)時的除塵效果更好，但卻增大了系統(tǒng)阻力。
2．噴淋塔
很多秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)中都使用噴淋塔來凈化秸稈氣。噴淋塔的作用不是單一的而是多樣的，它既可以除塵、除焦油，也可以冷卻秸稈氣。絕大多數(shù)的噴淋塔為圓形截面。被冷卻的氣體從下面送入，噴淋水則由上面送入，這樣就形成了水和氣體的相對流動。含雜質(zhì)氣體在由下至上流動過程中，經(jīng)過一排排向下噴淋的液滴，液滴可以捕捉氣體中的雜質(zhì)，并冷卻氣體，從而達到除塵、除焦油并冷卻秸稈氣的目的。
3．文氏管洗滌器
文氏管洗滌器是另一種濕法除塵設(shè)備。當(dāng)含塵氣體通過文氏管時，利用文氏管的收縮管徑，使氣體的流動速度增加。由于氣體流速增加使得文氏管內(nèi)的壓力降低，從而使管外的液體通過小孔被吸入到管內(nèi)，同時液體被霧化成細小液滴，吸附塵粒子。霧滴與氣體間的相對速度很高，高壓降文氏管可清除小于1um的微小顆粒，很適于處理粘性粉氣體。一般情況下，氣體經(jīng)過文氏管加速后，流速應(yīng)控制在60～120m/s。
4．液滴分離器
大多數(shù)情況下，秸稈氣在經(jīng)過濕法除塵冷卻后，都會帶入一定的水分，所以去除水分也是氣體凈化過程中必須的。通常的除水分設(shè)備為液滴分離器，也就是液滴捕集器。氣體在通入液滴分離器后，由于撞到設(shè)置在分離器內(nèi)的不同方向的擋板，而使氣體的流動速度及方向都發(fā)生改變。撞擊到擋板上的液滴在重力的作用下下落，從而使液滴從氣體中分離出來。
5．生物質(zhì)過濾器
生物質(zhì)過濾器是利用顆粒層過濾原理對氣體進行凈化，它是秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)中比較有效的、經(jīng)濟實用的凈化設(shè)備。當(dāng)秸稈氣通過濾料時，氣體中的雜質(zhì)、微細炭顆粒、水分、焦油等被過濾器濾料的多孔體表面吸附。在秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)中一般采用不同粒度等級的木屑、玉米芯作為濾料，所以稱作生物過濾器。當(dāng)木屑或玉米芯吸附物達到飽和狀態(tài)時，應(yīng)以新的木屑、玉米芯替換下來，并將舊的作為氣化原料投入氣化爐，這樣可以減少二次污染。
生物質(zhì)過濾器有以下幾個特點：(1)除塵效率高，總除
塵效率一般為98%~ 99.9%；(2)適應(yīng)性廣；(3)處理氣體量、氣體溫度和入口含塵濃度等的波動對除塵效率的影響較小；(4)濾料來源廣、價格便宜，而且不用水，設(shè)備阻力中等。
在秸稈氣化系統(tǒng)中所采用的生物質(zhì)過濾器通常為固定床多層過濾器，有水平床層和垂直床層2種。
6．羅茨風(fēng)機
羅茨風(fēng)機是燃氣工程中最常用的燃氣加壓設(shè)備。它在殼體中有一對“8”字形的轉(zhuǎn)子，運行時一個轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)，另一個轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)運動使轉(zhuǎn)子與壁面之間包圍的空間體積產(chǎn)生周期性變化，從而對其間的氣體產(chǎn)生壓縮，提高了燃氣壓力。
如果忽略氣體沿轉(zhuǎn)子之間和轉(zhuǎn)子與壁面之間的間隙回流，羅茨風(fēng)機可以看成是容積式輸送機，即氣體流量受壓力影響很小，可以保持燃氣發(fā)生系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
7．儲氣柜
儲氣柜是燃氣輸配系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，它的作用是：(1)儲存部分燃氣，用以補償用氣負荷的變化，保證燃氣發(fā)生系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。集中供氣系統(tǒng)的用氣高峰集中在一日三餐的炊事時間，平時只有零星用氣。儲氣柜在非用氣高峰時儲存部分燃氣，而在用氣高峰時放出來以補充氣化機組不能及時供應(yīng)的部分燃氣量。(2)為燃氣管網(wǎng)提供一個恒定的輸配壓力，保證燃氣輸配均衡，使管網(wǎng)內(nèi)所有的燃氣灶都能按照額定的壓力正常燃燒。
燃氣輸配系統(tǒng)中常用的儲氣柜有2類：低壓濕式儲氣柜和低壓干式儲氣柜。
8．輸氣管網(wǎng)
輸氣管網(wǎng)分室外和室內(nèi)2個部分。煤氣輸送外網(wǎng)可采用水煤氣鋼管和PE管2種。前者造價低，后者造價雖高，但壽命長。戶內(nèi)使用鍍鋅管，并配有煤氣表。輸氣管網(wǎng)應(yīng)按國家有關(guān)規(guī)定進行管徑計算和管路施工。
三、系統(tǒng)在操作、運行和管理中應(yīng)注意的問題
1．正確選擇技術(shù)類型及主要設(shè)備
系統(tǒng)在使用前須詳細正確地分析本地的實際條件。根據(jù)具體實際情況和現(xiàn)有條件，選擇相應(yīng)的設(shè)備和技術(shù)類型，這樣才能正確有效地發(fā)揮秸稈氣化技術(shù)。如果設(shè)備或技術(shù)類型選擇不當(dāng)，輕者系統(tǒng)運行不暢、故障頻繁、維修費用增高、達不到投資預(yù)期目的，重者整個系統(tǒng)無法運行、設(shè)備損壞，甚至還有安全隱患。
2．嚴(yán)格控制秸稈氣的質(zhì)量
秸稈氣化產(chǎn)出氣體的質(zhì)量是保證應(yīng)用系統(tǒng)正常運行的前提。操作人員應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)計單位出具的技術(shù)說明、操作規(guī)程和維護保養(yǎng)條例，按規(guī)定操作運行，從而保證生產(chǎn)的正常運行，能得到高質(zhì)量、合格的氣體。
3．保證安全生產(chǎn)
秸稈氣易燃、易爆、有毒，而且原料也是可燃的，因此增強有關(guān)人員的安全意識是非常必要的。首先，從設(shè)計上就必須按照國家有關(guān)防火防爆規(guī)定進行設(shè)計；其次，在設(shè)備的制造安裝過程中也必須遵照國家的規(guī)定，儲氣柜的制造安裝及輸氣管網(wǎng)的安裝都必須由國家有關(guān)部門認可的有資質(zhì)的單位來執(zhí)行的；系統(tǒng)的生產(chǎn)和運行也必須符合國家有關(guān)規(guī)定。
4．提高人員素質(zhì)
在農(nóng)村使用此類技術(shù)，要注意安全使用常識的宣傳。管理人員和操作人員應(yīng)了解有關(guān)基本知識，并掌握所用技術(shù)的基本原理，并能夠?qū)υO(shè)備故障作簡單的處理。否則，也會造成重大事故。
5．防止二次污染
秸稈氣化技術(shù)是充分利用秸稈資源、減少污染的一種方式。在秸稈氣化凈化過程中，有焦油、炭灰等有害物質(zhì)產(chǎn)生，在氣體凈化過程中有大量的污水產(chǎn)生。如何處理好這些污染物，不使這些污染物對環(huán)境造成二次污染，是考核所使用技術(shù)是否成熟和適用的一個重要指標(biāo)。每一個氣化站和用戶都應(yīng)將這些污染物進行處理，只有達到國家環(huán)保規(guī)定要求后才能排放。
三門峽富通新能源主要生產(chǎn)銷售顆粒機、秸稈顆粒機、秸稈壓塊機等生物質(zhì)燃料飼料成型機械設(shè)備。
