將木屑、枝椏、秸桿等農(nóng)林剩余物高值化綜合利用替代化石燃料的科技?jí)粝胝诔蔀楝F(xiàn)實(shí)。這是中國林科院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所所長蔣劍春研究員率領(lǐng)的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，開展產(chǎn)學(xué)研合作，經(jīng)過10多年的苦心研究，取得的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可喜成果——農(nóng)林剩余物多途徑熱解氣化聯(lián)產(chǎn)炭材料關(guān)鍵技術(shù)。創(chuàng)新集成的農(nóng)林剩余物多途徑熱解氣化聯(lián)產(chǎn)炭材料關(guān)鍵技術(shù)，已成功地實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)氣化發(fā)電、供熱、供氣的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。該成果獲得了2013年度國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
針對農(nóng)林剩余物熱解氣化過程中存在的原料適應(yīng)性窄、系統(tǒng)操作彈性小、運(yùn)行穩(wěn)定性和可控性差、燃?xì)馄焚|(zhì)低、技術(shù)單一、氣化固體產(chǎn)物未高值化利用等問題，蔣劍春率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)開展了熱解氣化反應(yīng)過程的基礎(chǔ)理論、控制機(jī)制、反應(yīng)器新型結(jié)構(gòu)等研究，突破了內(nèi)循環(huán)錐形流化床氣化、大容量固定床氣化、富氧催化氣化、聯(lián)產(chǎn)高附加值炭材料等技術(shù)瓶頸，創(chuàng)新集成了生物質(zhì)多途徑熱解氣化及聯(lián)產(chǎn)炭材料成套技術(shù)，并規(guī)模化應(yīng)用于工業(yè)鍋爐的供氣、供熱以及發(fā)電等行業(yè)。
所謂生物質(zhì)多途徑熱解氣化，蔣劍春介紹說，就是利用內(nèi)循環(huán)錐形流化床、上吸式氣化爐、下吸式氣化爐三種不同設(shè)備和工藝路線，采用最低成本的空氣氣化法，將農(nóng)林剩余物完全氣化或部分氣化制備燃?xì)猓糠謿饣瘯r(shí)可同時(shí)生產(chǎn)出高附加值炭材料應(yīng)用于工業(yè)。通過該技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)林剩余物高值化綜合利用替代化石燃料、減少溫室氣體及其他有害氣體排放的目標(biāo)。
增加氣化效率和原料適用性
蔣劍春說，通過長期的探索研究，他們創(chuàng)制的生物質(zhì)內(nèi)循環(huán)錐形流化床氣化等10項(xiàng)技術(shù)及裝備分別獲得了多項(xiàng)國家發(fā)明及實(shí)用新型專利。成功開發(fā)了與滿足大顆粒物料流化，但小顆粒物料不被帶出技術(shù)要求相適應(yīng)的最佳錐角的內(nèi)循環(huán)錐形流化床反應(yīng)器和錐體氣體分布器，提高了系統(tǒng)操作彈性，運(yùn)行負(fù)荷可在25%-100%范圍內(nèi)控制調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)連續(xù)排渣、系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，為創(chuàng)制錐形流化床生物質(zhì)氣化爐的放大設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。在國內(nèi)率先研制出錐形流化床氣化爐，強(qiáng)化了氣化爐內(nèi)傳質(zhì)和傳熱過程，加速了生物質(zhì)在爐內(nèi)熱解和氣化反應(yīng)速度，氣化爐頂部設(shè)有余熱回收裝置，有效提高了氣化效率。
同時(shí)，采用環(huán)狀間隙的結(jié)構(gòu)形式分布?xì)怏w，氣體流暢無渦流，強(qiáng)化了生物質(zhì)顆粒的整體循環(huán)性，提高了流化床反應(yīng)器的氣體分布均勻度，增強(qiáng)了氣體與固體的接觸效果，減少了氣泡的形成，改善了流化質(zhì)量。與傳統(tǒng)分布板結(jié)構(gòu)相比，新技術(shù)操作簡單方便，有效防止了爐內(nèi)局部過熱與結(jié)渣，避免了原料夾帶雜質(zhì)造成分布器的結(jié)渣和堵塞，能更好地氣化熱焓低、灰分高、易結(jié)渣的軟秸稈等原料，并副產(chǎn)農(nóng)業(yè)秸稈炭，可用作農(nóng)業(yè)有機(jī)肥，從而達(dá)到疏松土壤、保持水土、提高地?zé)岷彤a(chǎn)量的目的。
提高能源利用率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度
開發(fā)的雙料倉式連續(xù)加料、新型縮口結(jié)構(gòu)、適用枝椏與秸稈等塊（片）狀高含水率原料的上吸式氣化爐，能源利用率比直燃供熱提高40 %以上。所研制的上吸式木材氣化爐，是我國機(jī)械化程度和控制水平最高、并在生產(chǎn)中實(shí)際使用的木材氣化爐。與直接燃用木材相比，效率提高了近一倍，節(jié)約木材30%以上，蒸汽價(jià)格降低30%。解決了單機(jī)規(guī)模小、塊（片）狀物料連續(xù)加料難、原料含水率高（最高達(dá)到45%）適用性低等難題。此技術(shù)可用于蒸汽鍋爐供熱。能明顯減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少環(huán)境污染。
針對含水率在20%以內(nèi)的農(nóng)林剩余物原料，開發(fā)出了螺旋星型雙級(jí)組合密封、矩型混合進(jìn)氣、空氣定量引射干餾氣可控回流的下吸式氣化爐，實(shí)現(xiàn)了氣化介質(zhì)與生物質(zhì)原料混合均勻、氣化系統(tǒng)密封、防止偏流。解決了固定床氣化爐規(guī)模放大的問題，單機(jī)發(fā)電規(guī)模達(dá)800千瓦以上。生物質(zhì)立式組合氣化爐、生物質(zhì)固定床氣化爐等12項(xiàng)技術(shù)獲得了授權(quán)發(fā)明及實(shí)用新型專利。
降低焦油含量，提高可燃?xì)鉄嶂?/STRONG>
開發(fā)出生物質(zhì)富氧氣化新工藝，使燃?xì)鉄嶂堤岣叩搅?兆焦耳/標(biāo)準(zhǔn)立方米以上，降低了燃?xì)馐褂迷O(shè)備、管道等的投資，使生物質(zhì)燃?xì)獾玫搅烁鼮閺V泛的應(yīng)用。創(chuàng)制研究出了以白云石為載體，復(fù)合鎳和鐵活性組分的催化劑。自主創(chuàng)制的鎳基雙金屬白云石基復(fù)合型催化劑，具有催化活性高、強(qiáng)度好、制備方法及工藝應(yīng)用簡單等優(yōu)點(diǎn)，使焦油轉(zhuǎn)化率提高到了99%以上，焦油含量降至10-50毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米。
提高農(nóng)林剩余物附加值
通過研究和探索，他們首次發(fā)現(xiàn)了微晶結(jié)構(gòu)演變規(guī)律和石墨化轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度為700℃，為炭材料的選擇性利用提供了理論依據(jù)。創(chuàng)制的熱能自給型連續(xù)炭化新技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性與均衡性均優(yōu)于傳統(tǒng)制炭技術(shù)，生產(chǎn)周期由140小時(shí)縮短至36小時(shí)，產(chǎn)品得率從15%提高至25%，優(yōu)級(jí)品率從20%提高至70%，產(chǎn)品熱值達(dá)31兆焦耳/公斤，產(chǎn)品質(zhì)量超過了國家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)級(jí)品指標(biāo)，并出口日本、韓國等國家。
應(yīng)用前景廣闊
國內(nèi)同行專家認(rèn)為，該技術(shù)成果的成功開發(fā)和推廣應(yīng)用，為各種農(nóng)林生物質(zhì)原料的高效能源轉(zhuǎn)化利用，提供了一條很好的途徑，具有良好的推廣應(yīng)用前景和顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
該創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)十分注重科研與成果轉(zhuǎn)化的銜接，在項(xiàng)目研究的同時(shí)，進(jìn)行了市場的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化建設(shè)。目前，運(yùn)用該技術(shù)成果，已成功建成了世界上最大規(guī)模的、利用生物質(zhì)燃?xì)夤岬摹⒛戤a(chǎn)5000噸的化學(xué)法活性炭示范生產(chǎn)線。自2000年起，建成了不同規(guī)模、分布式利用的農(nóng)林剩余物多途徑熱解氣化工業(yè)化裝置計(jì)190臺(tái)套，已在北京、安徽、山東、遼寧等地推廣應(yīng)用，并出口英國、意大利、日本、馬來西亞等10多個(gè)國家。近三年來，累計(jì)綜合經(jīng)濟(jì)效益約27億元；利用農(nóng)林生物質(zhì)約180萬噸，替代燃煤100余萬噸，減排二氧化碳約250萬噸、二氧化硫分別3萬噸，增加就業(yè)崗位6000個(gè)以上。獲得授權(quán)發(fā)明專利11項(xiàng)、實(shí)用新型專利22項(xiàng)；制定相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)。
蔣劍春說，該技術(shù)日趨成熟，但目前技術(shù)的應(yīng)用還主要局限在林業(yè)領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域涉及得較少。而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加工的剩余物（廢棄物）更豐富，每年多達(dá)數(shù)億噸。他們希望在政府的扶持幫助下，依靠社會(huì)各界的力量，進(jìn)一步完善技術(shù)，以承擔(dān)起更多的社會(huì)責(zé)任，并通過積極擴(kuò)大應(yīng)用范圍，從工程化、規(guī)模化的角度開展推廣使用，以促進(jìn)解決國家的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。進(jìn)入“天然氣官網(wǎng)”是他們的理想目標(biāo)。
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