章 总论

    一、项目名称及政策依据 

    1、项目名称 

    生物质气化炉技改项目 

    2、政策依据

    2.1《关于加快发展节能环保产业的意见》（国发「2013」30 号）

    2.2、《大气污染防治行动计划》 国发「2013」37 号）

    2.3《2014－2015 年节能减排低碳发展行动方案》（国办发「2014」23 号）

    2.4《关于印发燃煤锅炉节能环保综合提升工程实施方案的通知》（发改环 资发「2014」2451 号）

    二、标准

    1、《环境空气质量标准》 GB3095-2012

    2、《锅炉大气污染物排放标准》 GB13271-2014

    3、《锅炉节能技术监督管理规程》 TSG G0002-2010 

    三、研究原则

    1、在确保安全可靠和经济合理的前提下，以“节能、降耗、减排和开发新型清洁能源”为研究原则。 

    2、贯彻及地方的安全生产和节能环保各项法规，确保安全生产，排放达标。

    3、在工艺流程和设备选型方面，采用的节能降耗技术，减少对水、电 和蒸汽等消耗，装置及设备布置采取优化设计，限度的减少用地面积。

    四、研究工作范围 

    1、分析生物质气化炉的性及配套工业锅炉的可行性。

    2、分析生物质气化炉在提高锅炉热效率，减少锅炉生产污染物排放的经济 效益和社会效益。

    3、在安全、环保和稳定生产的前提下，提高锅炉热利用率，以提高企业的 经济效益。

    五、技改目标 

    1、锅炉热效率：≥92%

    2、烟气颗粒物≤20 mg/m3

    3、烟气 SO ≤30 mg/m3

    4、烟气 NOX≤200 mg/m3

    5、达到《锅炉大气污染物排放标准》 GB13271-2014 的相关排放标准

    6、达到《锅炉节能技术监督管理规程》TSGG0002-2010 的相关能效标准 

    六、研究结论 

    1、生物质气化炉配套工业锅炉为节能及环保各项政策所倡导，技术成熟而，不仅节能，而且更加清洁环保。 

    2、原有燃煤锅炉通过配套生物质气化炉设备后，减少了直燃生物质原料所造成的不完全燃烧损失、飞灰不完全燃烧损失及排烟损失等，比直燃锅炉有明显 的节能效果。

    3、通过烟气再循环燃烧将锅炉废气中的氮氧化物进行处理后，三废排放完 全符合的环保要求，不需要另外建设环保治理设施。

    4、研究结论： 本可行性研究对项目建设的政策支持、法律法规、装置的工艺流程和技术性进行了全面而合理的分析比较，认为生物质气化炉配套工业锅炉符合 节能、环保相关的节能减排要求，同时在安全性，稳定性方面满足企业的生产需 要，原料供应有充分的保障，生产技术成熟可靠，经济效益良好，有较强的抗风 险性。其中不少项目是利用农、林业废弃物和一些利用生物质原料进行生产的企 业所产生的废料作为原料，在变废为宝的同时，又能达到节能增效和环保达标的 目的，因此，生物质气化炉装置配套工业锅炉是非常必要，相当可行的。

第二章 设计单位简介

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第三章 生物质气化炉的研究背景及建设的必要性

    一、研究背景

    1、环保政策背景 根据的环保要求，明令禁止直接燃用生物质原料，要求必需将生物质原料经过压密成型后使用或将生物质经过气化为燃气后，在配套的专用燃烧 设备上使用，在燃烧完全的同时，以减少对大气的污染。在新的环保治理法规规 定中，要求在全国各大中型城市建成区和工业园区内，禁止新建各类小型燃煤锅 炉并淘汰各类小型高能耗燃煤锅炉，提倡使用生物质锅炉及燃气锅炉。

    2、鼓励政策背景

    2.1、《产业调整指导目录2011》类 鼓励类，农业：农作物秸杆还田 与综合利用（青贮饲料，秸秆氨化养牛、还田、秸秆沼气及热解、气化，培育食 用菌、固化成型燃料等）。

    2.2、发改委、农业部关于印发编制秸秆综合利用规划的指导意见通知「发改环资（2009）378号」“4”秸秆能源化利用技术：秸秆热解气化是以农作 物秸秆、稻壳、木屑、树枝以及农村有机废弃物等为原料，在气化炉中，缺氧的 情况下进行燃烧，通过控制燃烧过程，使之产生含一氧化碳、氢气、甲烷等可燃 气体作为农户的生活用能；

    2.3、国务院办公厅关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见「国办发（2008）105号」“七”有序发展以秸秆为原料的生物质能：结合乡村环境整治，积极利 用秸秆生物气化（沼气）、热解气化、固化成型及炭化等发展生物质能，逐步改 善农村能源结构。

    2.4、国务院办公厅关于印发促进生物产业加快发展若干政策的通知「国办发（2009）45号」“七”生物能源领域：加快培育速生、高含油、高热值、高产 专用能源植物品种，合理利用荒山荒地，推进规模化、基地化种植；积极开展以 甜高粱、薯类、小桐子、黄连木、光皮树、文冠果以及植物纤维等非粮食作物为 原料的液体燃料生产试点，推动生物柴油、集中式生物燃气、生物质发电、生物 质致密成型原料等生物能源的发展。

    2.5、《可再生能源中长期发展规划》（2007 年 9 月）“2”生物质能：现 代生物质能的发展方向是高效清洁利用，将生物质能转换为优质能源，包括电力、 燃气、液体燃料和固体成型燃料等。

    二、生物质转化为清洁燃气的成熟技术支持

    1、生物质能简介

    生物质能(Biomass Energy)，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的 能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作 用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再 生能源，同时也是一种可再生的碳。如图 1-1 所示：

图 1-1 生物质替代石化能源

    2、生物质能的分类

    生物质能源原料来源广泛，依据来源的不同，可以将适合于能源利用 的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体 废物和畜禽粪便等五大类。 如图 1-2 所示：

图 1-2 生物质能的来源

    3、生物质能的特点

    3.1、可再生性

    生物质能属可再生资源，生物质能由于通过植物的光合作用可以再生， 与风能、太阳能等同属可再生能源， 资源丰富，可保证能源的永续利用。

    3.2、低污染性

    生物质的硫含量、氮含量低、 燃烧过程中生成的 SOx、 NOx 很少；生 物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化 碳的量， 因而对大气的 CO2 净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应。 如图 1-3 所示：

图 1-3 低碳“ 零” 排放示意图

    3.3、广泛分布性

    有生物的地方就有生物质能源，缺乏化石能源的地域，可充分利用生 物质能。

    3.4、生物质燃料总量十分丰富

    生物质能是世界第四大能源 ，仅次 于煤炭、石油和天然气。根据 生物学 家估算， 地球陆地每年生产 1000～1250 亿吨生物质；海洋年生产 500 亿 吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量，相当于 目前世界总能耗的 10 倍。我国可开发为能源的生物质资源到 2010 年已达

    3 亿吨。 随着农林业的发展， 特别是炭薪林的推广，生物质资源还将越来 越多。

    4、生物质气化技术

    4.1、生物质气化原理

    生物质气化是指将生物质原料（柴薪、锯末、麦秆、稻草等）压制成型或 简单破碎加工处理后，送入气化炉中，在欠氧的条件下进行气化裂解，从而得到 的可燃气体，根据应用需要有时还要对产出气经行净化处理从而得到优质的产品 气。

    生物质气化原理是在一定的热力学条件下，借助于气化介质（空气、氧气 或水蒸气等）的作用，使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原、重整反应，热解伴生的焦油进一步热裂化或催化裂化成为小分子碳氢化合物，获得 CO、H2 和CH4 等气体。

    由于生物质由纤维素、半纤维素、木质素、惰性灰等组成，含氧量和挥发 份高，焦炭的活化性强，因此生物质与煤相比，具有更高的气化活性，更适合气 化。生物质气化主要包括气化反应、合成气催化变换和气体分离净化过程（直接 燃用的不用分离净化）。

    生物质气化反应原理如图 2-1 所示：

图 2-1 生物质气化反应原理图

    生物质气化化学反应式（以空气为气化介质）：

    CH1.4O0.6+0.4O2+1.5N2=0.7CO+0.3CO2+0.6H2+0.1H2O+(1.5N2)

    生物质气化的主要参数：

    1）风量当量比：

    理论当量比为 0.28，由于原料与气化方式的不同，实际运行中， 控制的当量比在 0.2~0.28 之间。

    2）气体产率：

    气化炉的气体产率约为 1.9～2.3Nm3/kg。 3）气化效率： 生物质燃料气化活性高，气化效率高，可达 90％以上。 

    4）气体热值：

    根据生物质原料的不同，所产生物质气的热值不同，参考《生物质燃气的成 分分析表》表 1 所示为各种原材料的生物质燃气成分表：

    表 2-1 生物质燃气的成分分析表

    表 2-2 几种典型燃气及燃-空混合气热工性质对比

    4.2、生物质可燃气的优点

    1）环保清洁型气体燃料；

    2）燃烧特性好，燃尽率高；

    3）含硫量极低，仅为燃料油的 1/20 左右，不用采取任何脱硫措施即可达到 环保要求；

    4）含氮量极低，燃烧时不用采取任何脱硝措施即可达到环保要求；

    5）燃气含灰量低；

    6）“0”排放：黄瓜视频污下载排放的 CO2 与其在生长过程中吸收的 CO2 相同， 且替代了化石能源，减少了净排放，根据《京都议定书》机制，生物质燃料 CO2 为生态“0”排放。

    4.3、生物质可燃气的热值、主要成分、燃烧产物

    1）生物质气体燃料的热值：一般为 5～8MJ/m3；

    2）生物质气体燃料的成分：其主要可燃成份为 CO、H2 和 CH4 和一些 C2H4 高分子碳氢化合物及少量焦油；

    3）生物质气体燃料的燃烧产物：生物质气体燃料是一种可再生的环保清洁 型能源，硫含量很低，主要燃烧产物为 CO2、H2O、N2。

    4.4、生物质可燃气的应用

    生物质可燃气，即将生物质原料在生物质气化炉中通过高温气化，转化为生 物质可燃气，替代燃料油或天然气应用于钢铁窑炉、玻璃窑炉、陶瓷窑炉等。

    生物质可燃气的品质优于现在工业用的煤转气（水煤气）基本相当，含尘量 和焦油含量更低、更环保。

    生物质可燃气是一种非常清洁的生活和工业燃料，未经净化的生物质气体燃 料可以直接通过管道输送应用到扎钢加热炉、炼铜反射炉、坩锅炉、工业锅炉及 水泥回转炉和耐火材料隧道窑等燃料品质要求较低的工业窑炉上。经过除尘除焦 等净化工序后，其应用范围可推广到陶瓷窑炉、玻璃窑炉、热风炉和电厂等燃料 品质要求较高的工业窑炉上。

    5、工艺简介

    生物质气化技术是广东宝杰环保科技有限公司自主开发的新型生物应用技 术。

    5.1 工艺流程

    生物质气化系统主要工艺流程如图 2-2 所示：

图 2-2 生物质气化炉工艺流程图

    5.2、生物质气化炉系统组成

    1）上料传送设备： 上料传送设备选择性能稳定的皮带式传送机。 

    2）储料仓：储料仓可以储存 6 小时用量的燃料，确保生产连续进行。 

    3）进料螺旋给料机： 进料螺旋给料机采用调速电机控制，进料稳定，可以根据锅炉负荷调节进料量。

    4）气化炉本体： 气化炉本体是整套系统的核心设备，生物质固体燃料在本体中高温裂解、气化，转变成高温生物质燃气。

    5）风机： 风机提供本体生物质高温气化所需的空气。 

    6）自控仪表：自控仪表是整个系统的控制神经，用于控制正常运行，生产跟踪，及故障报 警分析。

    7）旋风除尘设备： 用于处理生物质燃气，确保干净的燃气进入窑炉。 

    5.3、生物质气化炉工艺简介

    1）生物质气化原理：将生物质原料在一定的热力条件下，利用气化介质（空 气、氧气或水蒸汽等）的作用，使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原和重整 反应，热解伴生的焦油进一步热裂化或催化裂化成为小分子的碳氢化合物，获得 CO、H2和CH4等可燃气体。

    2）生物质气化炉：根据生物质气化原理设计制造而成，将生物质原料压制 成型或是简单破碎加工处理后，送入气化炉内，在欠氧的条件下进行气化裂解， 从而得到可燃气体。由于生物质由纤维素、半纤维素、木质素、惰性灰等组成， 含氧量和挥发份高，焦炭的活化性强，因此比煤具有更高的气化活性，更适合气 化。生物质气化简单工艺流程示意图如下所示：

    以上流程图是上吸式气化炉的工作过程，原料自上而下，气化过程自下而上。 所产燃气从下而上，经出口将新入炉原料干燥后，自身得以冷却再从炉内引 出进入净化装置，从而产生清洁的可燃气体。

    3）节能环保，增加企业经济效益的目的 

    A、生物质气化炉采用的原料一般为农、林业和部分工业企业废弃的生物质废料，如柴薪、锯末、麦秆、稻草等，达到变废为宝、综合利用和提高企业经济 效益的目的，一吨生物质原料的热值相当于一吨普通煤的热值，经过气化炉转化 为燃气后，燃烧更完全，利用率更高。

    B、由于生物质气化活性高，气化率高，可达90%以上。原料经过气化炉气化 后，残余的部分固定炭可出售给回收公司作为原料，残余的固定炭作是一种紧俏 的炭基复合肥添加原料，可以有效提高土壤的肥效，增加农作物的产量和农产品 的品质。

    C、气化炉在生产过程中无焦油产生，通过独特的设计，将伴生的焦油经二 次裂解后全部成为可燃气体，不存在废焦油和废液处理问题及污染物排放。

    D、生物质气化产气率约为1.9－2.3Nm3/kg之间，气化后的燃气容易着火、燃烧完全、清洁环保，完全杜绝了直燃生物质原料出现的结焦、颗粒物排放量大 和燃烧不完全等热效率低和环保压力大的问题，可显著提高锅炉热效率的同时并 大幅度降低锅炉废气中污染物的排放。

    E、由于生物质气化燃气中含S02成份少，锅炉排烟温度可以进一步降低，达 到有效利用热量，提高锅炉热效率。并且生物质气化燃气体夹带的粉尘颗粒物极 少，粉尘颗粒物的环保处理压力大为降低，用常规的水膜除尘器即可以完全满足 废气中颗粒物浓度限值的排放要求。

    F、生物质气化后的燃气不含任何的SO2气体，因此，采用生物质气化炉后的 工业锅炉废气排放完全可以达到SO2的浓度限值要求。

    G、对于生物质气化炉关于氮氧化物排放处理，通过设计一套烟气再循环系 统，将锅炉出口的烟气抽取25%左右，与气化燃气混合后再燃烧，达到抑制氮氧 化物产生的目的，完全可以达到环保排放关于氮氧化物的浓度限值要求。

    6、使用生物质能的经济性优势

    6.1、 生物质气化炉的环保特性

    1）燃料自动连续进料，不会出现生物质直燃的脏、乱、差现象；

    2）生物质气化炉气化过程中，炉内为微正压，安全可靠；

    3）正常生产时，气化炉所有设备壁表温度小于 80℃，符合相关规定；

    4）在气化炉生产时，不会排放任何烟气、废水，产生的炭灰，仍有经济价值，经过密 封装袋处理，既可以做蚊香，也可以用来做果园废料等。

    6.2、生物质能源经济性优势（见表 3－1 和 3－2）

    表 3-1 生物质能源技术应用性对比

    表 3-2 各种燃料经济性对比表（10t/h 蒸汽锅炉）

    三、研究结论

    综上所述，生物质气化炉不仅节能上有显著效果，而且在环保达标上完全 符合的有关要求，是一项利国利民的新技术，新产品，应大力提倡推广运用。

第四章 配套工业锅炉技术方案

    一、生物质气化炉配套工业锅炉的工艺流程如下图所示：

二、配套工艺流程简介 

    简单破碎后的生物质原料（水份高的需经过干燥处理），用上料机输送至气化炉顶，再由螺旋给料机输送入炉内。气化炉设有自动点火装置和紧急排空装 置，在生产启动时，通过自动点火装置点燃气化炉内燃料，产生高温烟气对炉内 生物质原料进行加热升温，原料在炉内分别经过氧化、裂解和还原反应，生产的 可燃气体经过气化炉引风机送入锅炉燃烧器点燃后燃烧，产生高温烟气供工业锅 炉产生蒸汽。燃烧器采用专门的燃气燃烧器，为降低废烟气的氮氧化物含量，将 锅炉出口的烟气抽取约25%与燃气混合后再燃烧，可有效抵制烟气中氮氧化物的 产生。多余的烟气经过水膜除尘器去除少量残余的粉尘颗粒物后达标排放。

    气化炉设置有紧急排气装置，在非正常情况下，可将多余的可燃气体点燃 后排入大气，不会产生将燃气直接排入大气造成污染的情况。为防止燃气在炉膛 内非正常爆燃造成的破坏，锅炉在炉膛侧面新增一个防爆门。锅炉设计了有效的 熄火检测装置，当锅炉燃烧器由于各种原因熄火时，会自动切断燃气的供应，同 时启动引风机抽取炉内残留的可燃气体，在联锁未解除前，燃烧器前的燃气快关 阀不会打开，有效保护锅炉设备的安全。同时会联锁启动气化炉非正常情况下的点火及排空，确保气化炉的安全。 

    三、气化炉配套工业锅炉后主要污染物及治理方案

    1、主要污染物

    1.1、废气：锅炉燃烧生物质气化燃气后的废烟气。

    1.2、废渣：气化炉生产中产生的部分固定炭和水膜除尘器处理的废渣。

    1.3、废液：水膜除尘器循环水。

    1.4、噪音：气化炉引风机、锅炉燃烧器用鼓风机、烟气再循环用引风机、 锅炉引风机运行产生的噪音及锅炉安全阀动作排汽的噪音等。

    2、具体污染物治理方案

    2.1、废烟气中夹带的微量粉尘颗粒物，经过水膜除尘器进行处理，其除尘 效率达到96%以上，水膜除尘器与锅炉同步保持正常运行，确保废气排放的颗料 物含量小于20mg/Nm3, 废气排放符合《锅炉大气污染物排放标准》GB13721-2014 的标准要求。

    2.2、生物质燃气无任何SO2气体产生，因此，废气中的的SO2排放完全符合《锅炉大气污染物排放标准》GB13721-2014的标准要求。

    2.3、新增烟气再循环系统，用一台引风机从锅炉出口烟道中抽取约 25%的总排放烟气量，送入燃烧器前与气化燃气混合，以降低混合气体的氧气浓度，达 到抑制烟气中氮氧化物产生的目，确保废气中的氮氧化物含量小于 200mg/Nm3, 废气排放符合《锅炉大气污染物排放标准》GB13721-2014 的标准要求。

    2.4、噪音治理：气化炉引风机、锅炉鼓风机和锅炉引风机均采用变频电机， 其进口安装有消声器，确保现场设备在正常运行中，其噪音控制在 60 分贝以下。 锅炉安全阀排汽管安装有消声器，确保安全试验或动作时，其排汽噪音不大 于 60 分贝。锅炉主控制室建采取夹心泡沫板作为墙体和顶棚，具有较好的隔音 和隔热效果。

    2.5、生物质气化炉生产中产生的部分固定炭，通过收集装袋，交与废物处 理回收公司用于制造炭基复合肥或其他有用产品，本项目不产生外排废渣。

    2.6、在气化炉非正常情况下，会通过紧急排空阀将多余的燃气通过燃烧后 排入大气，并设置紧急情况下的自动点火，燃烧后紧急排气的装置，不会产生未 经燃烧的燃气排入大气的现象。

    2.7、经过除尘及烟气再循环等处理措施后，达到合格排放标准的烟气从烟囱排放入大气。在烟囱入口开设烟气取样口，定期取样分析烟气中的污染物完全 符合《锅炉大气污染物排放标准》GB13721-2014 的排放标准。

第五章 部分已实施成功案例

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