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摘要：生物质气化工艺是实现城市生物质垃圾无害化、减量化、资源化处理，并在一定程度上缓解能源压力的重要技术手段。本文分析了生物质气化工艺的影响因素，并简单介绍了几种常见的工艺类型。
关键词：城市；生物质垃圾；气化工艺
随着城镇化水平的不断提高，大量人口涌入城市，家庭厨余、污泥、粪便等生物质垃圾的产生量迅速增加，给城市环卫及环保相关部门带来了很大的压力。面对资源、能源短缺，严重阻碍社会可持续发展的现状，必须寻求一种能够实现生物质垃圾“无害化、减量化、资源化”的处理方式，使生物质垃圾真正变身放错地方的资源。
生物质气化工艺是一种可通过热化学反应将生物质垃圾转化为可再生燃气资源的绿色技术，不仅可实现城市生物质垃圾的清洁、减排处理，还能在一定程度上缓解能源短缺问题。有学者指出，到本世纪中叶，生物质能的消耗将占全球能源的一半左右【1】。因此，生物质能具有极大的开发价值及利用潜能。美国等西方发达国家对于生物质气化工艺的研究和应用较早，已经实现了生物质能应用的商业化、规模化管理【2】，值得我国参考和借鉴。近年来，我国对于生物质气化工艺的探索和应用取得了一定的成效，但仍存在很大的挖掘空间。
1 生物质气化工艺的影响因素
气化介质、粒径大小、温度、压力及空气当量比是影响城市生物质垃圾气化效率的5项重要因素【3】。只有根据城市生物质垃圾的具体组成情况及物化性质合理地选择、设置相关参数，才能实现气化处理效率的最大化。
气化介质包括水蒸气、空气、富氧及空气-水蒸气混合物。上述4种气化介质的组成成分相同，只是各成分所占的比例有所差异。采用空气作为气化介质成本最低；由于富氧的制取需要额外的设备和费用，高温水蒸气（>700℃）的获得较为困难，因此，采用富氧及水蒸气作为气化介质，成本较高；空气-水蒸气混合介质可在较低成本的情况下获得高含量的燃气，是一种性价比较高的气化介质。生物质粒径的大小对于气体的产生效率具有很大的影响，以空气-水蒸气为气化介质的松树锯末气化反应研究表明，燃气的产率随着粒径的增大而降低【4】。因此，要注意根据待处理生物质垃圾的实际情况选取合适的粒径。生物质气化属于热化学反应，温度是决定气化效率的关键因素。随着温度的提升，气体的产率及氢气的体积占比均有所增加，但二氧化碳、焦油等的含量会有所下降【5】。空气当量比决定了生物质是否能够充分燃烧和完全反应，因此对于气体产率亦具有非常重要的影响。
2 城市生物质垃圾气化工艺
2.1 城市生物质垃圾的预处理工艺
城市生物质垃圾主要包括厨房垃圾、各种污泥等，其固体废弃物的含量较高，固液掺混、质地不均，导致流动性较差。上述提及生物质粒径的大小对于气化的效率具有很大的影响。因此，在进行热化学反应步骤之前，必须对城市生物质垃圾进行预处理，一方面实现固液组分的均质化分布，增强其流动性；另一方面，使大块的固体垃圾变为合适粒径的待处理生物质，提高气化的效率及气体的产率。常见的预处理方法有物理法，如机械粉碎；化学法，如添加某些有机溶剂；物化法，如水热预处理法。
2.2 两步式气化工艺
2.3 流化床式气化工艺
流化床气化工艺细分为鼓泡式流化床气化（见图3）、循环式流化床气化（见图4）及双床式流化床气化（见图5）3种。相较之下，循环式流化床的气化反应最为快速，为达到最佳的、充分的气化效果，更宜运用于小粒径生物质的气化处理。该工艺在多数情况下无须设置热载体，因而结构、运行等较为简单，但容易因炭回流的把控不当而导致气化速率的降低。鼓泡式流化床的气化反应速度较慢，因而可运用于大粒径生物质的气化处理。为保证气化效率及气体产率，在运用该工艺对大颗粒生物质进行气化处理时，必须设置加热载体。双床式气化系统结合了鼓泡式流化床及循环式流化床的工艺优势，既扩大了适用范围，又提高了气化的速度和效率。该工艺的燃烧阶段采用鼓泡式流化床，气化反应阶段采用循环式流化床，使得两种气化床的优势得到了集中、充分的发挥。鉴于该工艺利用加热载体来实现两种气化床之间的热传递，因此，保证、控制加热载体的传热效率对于提升整个工艺的气化效率非常关键。
整体上看，流化床气化工艺具有运行较为稳定、连续化、可调节、设备规模易于放大等优势，十分适用于规模化的工业燃气发电。但该工艺也存在以下几个方面的缺点。第一，流化床气化工艺在运行、维护等方面的费用较高，因而无法应用于尚未形成规模的小型发电行业，小型流化床气化技术的开发、研究也因此没有太大的可行性及现实意义。第二，运用该工艺进行生物质垃圾气化处理前，必须实施一定程度的预处理，如降低生物质粒径等，保证进入气化阶段的生物质符合该工艺的设计要求。第三，该工艺产生的灰量较大，给后续的净化处理带来了一定的困难。上述三项缺陷阻碍了该工艺的广泛应用，但同时也为后续的改善工作指明了方向。
参考文献：
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作者简介：黄云龙（1975.11--）；性别：男，籍贯：河北省定州市，学历：本科，毕业于中共中央党校函授学院；现有职称：中级工程师；研究方向：环境工程。
论文作者:黄云龙,杨素霞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/30
标签：生物论文; 工艺论文; 流化床论文; 垃圾论文; 城市论文; 粒径论文; 水蒸气论文; 《防护工程》2018年第22期论文;