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秸秆能源化利用技术主要有哪些?

作者:秸秆综合处理交流网 浏览: 发表时间:2021-05-12 21:13:58

秸秆能源化利用技术主要有哪些?

秸秆在我国的广大农村很常见,广大农民朋友对秸秆的处理呢大多是焚烧或是烧柴做饭,对秸秆缺乏有效的利用,而且无论是焚烧还是烧柴做饭都会给环境造成污染。其实有很多农民朋友可能还不知道在大家眼中看似不起眼的秸秆还能进行能源化的利用呢。而随着我国经济的不断发展,能源短缺的问题日益突出,那开发利用农作物秸秆,对于缓解能源危机,减轻环境污染,保护生态环境具有一定的现实意义。   

  

    秸秆能源化利用技术主要有哪些?

  目前,秸秆能源化利用技术主要包括:秸秆沼气技术、秸秆成型燃料技术、秸秆气化集中供气技术、秸秆热解炭化技术、秸秆直燃发电技术等。

  什么是秸秆沼气技术呢?

  简单的说,秸秆沼气技术是指利用沼气设施设备,以农作物秸秆为主要原料,在严格的厌氧环境和一定的温度、水分、酸碱度等条件下,经过微生物的厌氧发酵产生可燃气体的技术。秸秆做沼气发酵原料主要是采用小麦、玉米、花生、大豆等农作物秸秆,农村常用的秸秆沼气主要分为全秸秆沼气发酵和秸秆与人畜粪便混合沼气发酵。

  秸秆沼气技术它有什么优点呢?我们听孟所长的介绍。

  一是,秸秆沼气是环境友好的清洁能源,其产物是沼气和固体有机肥料,可实现废弃物的零排放;二是,秸秆沼气的能源利用价值高于秸秆直接燃烧及秸秆热裂解气化,粗略测算,1千克秸秆的沼气产能6.0MJ左右,秸秆直燃产能1.9~1.5MJ,热解气化气产能1.0~1.3MJ;三是,沼气利用与输送系统的投资及维护更为经济(无焦油、热值高)。

  秸秆沼气技术有哪些?

  目前,我国的秸秆沼气技术主要有两种:户用秸秆沼气,大中型秸秆沼气。户用秸秆沼气有可分为单户秸秆沼气工程与联户秸秆沼气工程。大中型沼气工程分为湿法沼气工程、干法沼气工程。

  秸秆沼气的原料需要预处理吗?

  农作物秸秆通常是由木质素、纤维素、半纤维素、果胶和蜡质等化合物组成其产气特点是分解速度较慢,产气周期较长。使用这种原料在入池前需进行预处理,以提高产气效果。一般地,首先将秸杆铡成3厘米长左右。将秸秆铡短或粉碎到3厘米以下,玉米秸秆用揉搓机粉碎,稻草和麦秸用铡草机粉碎,每立方米沼气池需秸秆50公斤以上。按每100公斤秸秆加100公斤水的比例混合均匀,润湿15-24小时。翻动秸秆,使秸秆于水混合均匀,最终使秸秆含水率达到65-70%。

  秸秆沼气主要成份是什么?

  专家:沼气是一种混合气体,沼气成分不仅取决于发酵原料的种类、相对含量,而且随着发酵条件及发酵过程的不同而变化。沼气的主要成分有甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2),还有少量氢(H2)、一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)等。沼气燃烧的主要成分是甲烷。按容积比来计算,甲烷约占50%~70%,二氧化碳约占20%~40%。沼气是无色气体,略有臭鸡蛋气味是因为含有少量硫化氢的原因。

  秸秆沼气物理性质是怎样的?

  因为沼气是混合气体,所以其物理性质由组成沼气的单一气体的性质和相对含量决定,如果二氧化碳(CO2)含量超过50%,相对密度大于空气,气体泄漏后不易扩散;正常沼气产气状况下,二氧化碳小于50%,沼气较易扩散。

  秸秆沼气利用需要配备专用灶具吗?

  沼气利用需要配备专用灶具。按照燃烧方式的不同,沼气燃烧器分为扩散式燃烧器、大气燃烧器和无焰式燃烧器。

  第一是,扩散式燃烧器,结构比较简单,沼气在压力作用下进入管道并从火孔中逸出,沼气没有和空气预先混合,在燃烧室内沼气依靠扩散作用和空气混合并逐渐燃烧。这种燃烧器的适用范围,低压沼气(30-40mm水柱甚或更低),火焰长,要求燃烧均匀。适用于燃烧温度要求不高,但要求均匀的地方,如食品工业、热水器等。

  第二是,大气式燃烧器,依据大气式燃烧方法设计,沼气在一定压力下,以一定流速从喷嘴流出,进入吸气收缩管,燃气靠自身能量吸入一定空气,在燃烧器内与空气混合,然后经头部火孔流出,进行燃烧。

  第三是,无焰式燃烧器,沼气和燃烧所需全部空气预先混合,一般采用引射器吸入空气,经混合后完全燃烧。

  目前,应用比较普遍的是后两种燃烧器。常用的沼气燃烧装置有沼气灶、沼气灯、沼气热水器、沼气饭煲,另外,还有沼气发电机等。

  沼液的用途主要有哪些呢?

  沼液的用途很多,目前主要包括肥料、抗虫剂、浸种液以及栽培营养液基质等。

  (1)肥料。沼液中的氮磷钾等营养元素都是以速效养分的形式存在,其速效营养能力很强,养分可利用率高,是一种多元的速效复合肥,可进行根外施肥或叶面喷施,其营养可迅速被果树和作物茎叶吸收,参与光合作用,从而增加产量,提高品质,同时增强抗病和防冻能力。长期使用沼液能促进土壤团粒结构的形成,增强土壤保水保肥能力,改善土壤理化特性,提高土壤温度和土壤中有机质、全氮、全磷及有效磷等养分,同时减少污染,降低用肥成本。用沼液也可作基肥浇灌果树,可增加产量,改善水果品质。

  此外,沼液还可用作追肥,对小麦、白菜等作物、蔬菜均有较好的增产作用。

  (2)抗病虫剂。沼液对某些病虫害的防治效果与现行农药功效相似,甚至更好。如稻田沼液基肥的实施可使白叶枯病、纹枯病的病情降低,叶蝉、稻飞虱等虫害密度下降50%以上;喷施麦田可防治赤霉病、全蚀病、根腐病等;喷施蔬菜如番茄、青椒、花菜等可控制晚疫病、花叶病;喷施玉米对大斑病、小斑病等有良好的抑制作用,对于玉米螟幼虫防治具有明显作用。此外,沼液喷施柑橘叶面,还可以杀死红蜘蛛、黄蜘蛛等。

  (3)浸种液。沼液不但没有病菌、虫卵,而且可以杀死种子表面的病菌、虫卵,含有吲哚乙酸、腐殖酸、生长素、赤霉素等物质,可以当作浸种液,种子吸收了沼液中的各种营养物质和微生物分泌的多种活性物质,能够刺激种子胚乳中酶的活动,促进胚细胞分裂,刺激生长发育。沼液浸种就是利用沼液中所含“生理活性物质”营养组分对种子进行播种前处理,不但对种子根腐病菌、纹枯病菌、小球菌核病菌、棉花炭疽病菌、甘薯黑斑病菌、玉米大小斑病菌具有较强的抑制作用,而且还可以提高种子的发芽率,促进种子生理代谢和植物根系的发育。有助于作物后期生长代谢,从而提高植物素质,增强植物抵御干旱等自然灾害的能力。根据目前的使用效果表明,用沼液给水稻、小麦、番茄、海椒等作物浸种可使种子萌发快、发芽率高、芽齐苗壮、根系发达及抗逆性强,并能够实现增产,一般地,水稻可增产5%~10%,小麦增产5%~7%,棉花增产9%~20%。

  此外,沼液浸种对于烟草、红薯等也有增产作用。

  (3)栽培营养基质。沼液可以用作水培基质,将其酸碱度(pH值)调整到5.5~6.0左右,用于种植番茄、黄瓜、西葫芦等蔬菜,具有良好的增产效果。

  沼渣的特点和用途主要有哪些?

  秸秆发酵过程中,原料中没有被微生物分解或分解不完全的物质与随同发酵原料进入反应器的尘土及其他杂质剩余物就是沼渣。沼渣中有发酵过程中形成的微生物菌团,以及未完全分解的纤维素、半纤维素、木质素等,另外,还有微生物菌团,其有机质含量达到40%以上,腐殖酸含量达到20%左右,是很好的有机肥料。使用沼渣有机肥料具有很多优点:

  (1)增强土壤保水、保肥能力,提高营养元素释放的持久性。沼渣中富含腐植质,带有正负电荷,负电荷居多,所以具有较强的吸附阳离子能力,可以避免随水流失,而且随时可以被根系附近的其他阳离子交换出来供作物吸收。

  (2)提高土壤有机质。沼渣中含有多种有机物质和微生物菌团,这些物质在施用后对土壤的理化特性具有明显的改善作用,尤其对于盐碱地的改良效果更佳明显。

  (3)促进作物的生理活性,提高粮食产量。沼渣中的腐植酸在一定浓度下可促进植物的生理活性。腐植酸盐的稀溶液能改变植物体内糖类代谢,促进还原糖的积累,提高细胞渗透压,增强作物抗旱能力;过氧化氢酶的活性能够加速种子发芽和养分吸收,从而增加生长速度;加强作物的呼吸作用,增加细胞膜的透性,增强根系发育。

  (4)减少农药和重金属污染。沼渣中的腐植质有助于消除土壤中的农药残留和重金属污染,以及酸性介质中铝、铁、锰的毒性;同时,沼渣中的腐植酸还能与某些金属离子络合,由于络合物的水溶性而使有毒的金属离子有可能随水排出土壤,减少对作物的危害,以及对土壤的污染。

  沼渣的用途较多,主要有以下几种:

  (1)沼渣制作棉花营养钵。沼渣中含有较多的吲哚乙酸和有机质,可提高棉花发苗率,提早现蕾花期,有利于延伸有效开花结铃期,从而达到增产增收的目的。

  (2)沼渣玉米营养土。沼渣肥料作为玉米催苗的基肥使用可以使玉米茎秆粗壮,根须增加,抓地牢固,增强玉米的抗倒伏能力,和其他速效氮肥配合使用可以起到明显的增产作用。

  (3)沼渣有机肥。通过向沼渣中添加微量元素,可以生产高效生物有机肥,对于作物增产作用更加明显。

  什么是秸秆气化集中供气技术?

  秸秆气化集中供气技术是我国农村能源建设推出的一项新技术。它是以农村丰富的农作物秸秆为原料,经过热解和还原反应后生成可燃性气体,又称作秸秆燃气,通过输配管网送到农户家中,供炊事、采暖燃用。秸秆燃气生产技术原理是,作物秸秆中的碳元素质量分数约为40%,其次为氢、氮、氧、镁、硅、磷、钾、钙等元素。秸秆的有机成分以纤维素,半纤维素为主,质量分数为50%。这些生物质原料,在缺氧条件下加热,使之发生复杂的热化学反应的能量转化过程。此过程实质是植质中的碳、氢、氧等元素的原子,在反应条件下按照化学键的成键原理,变成一氧化碳、甲烷、氢气等,可燃性气体的分子。这样植物生物质中的大部分能量就转移到这些气体中。

  秸秆气化分为固定床气化和流化床气化,下面分别介绍:

  (1)固定床气化

  经预处理后(含水量<20%)的秸秆原料,由上料器送入气化炉内进行热解气化,产生的燃气经净化系统去除灰分和焦油,燃气净化多采用喷淋和水洗等湿式净化、旋风和扩散等干式净化,或两者的结合,焦油含量一般为每立方米燃气20毫克以下;储气装置应用为水压式湿式和柔膜干式,前者应用广泛,而后者多用于寒冷的北方地区;为完善设备性能,有的采用了在线分析、焦油污水处理、燃气加臭等配套装置;净化后的洁净燃气,由输配系统送入用户,作为炊事用气、供热和发电等。

  (2)流化床气化

  流化床气化技术具有气、固接触,混合均匀和转换率高的优点,是唯一在恒温床上进行反应的气化,反应温度为700℃~850℃,原料要求相当小的颗粒。其气化反应在流化床内进行,产生的焦油也可在流化床内裂解。流化介质一般选用惰性材料(如砂子),由于灰渣的热性质易发生床结渣而丧失流化床功能,因此要控制好运行温度。

  国家对这秸秆气化技术开发利用和示范推广工作十分重视,“七五”期间开始进行科研攻关,“八五”期间由国家科委、农业部在山东、辽宁等地进行试点,从1996年开始在全国各地示范推广。

  秸秆气化集中供气技术的优缺点有哪些?

  固定床气化与流化床气化不同,各自具有其优缺点,具体介绍如下:

  (1)固定床气化。

  优点:原料适用范围广,可处理绝大多数的可燃秸秆原料;产气速度快、产气性能稳定;气化效率高。缺点:燃气热值低,气化机组运行连续性差;自动化水平低。适用范围:该技术原料适用性强,涵盖玉米秆、玉米芯、麦秆、棉柴、稻草、木屑、果壳等绝大多数可燃生物质,可广泛应用于秸秆资源丰富的地区。

  (2)流化床气化。

  优点:较大的灵活性。如5兆瓦规模所需的秸秆消费量约为每年3万吨,适合于乡镇级规模,可以避免长距离运输;单位投资较低。在效率为25%以上的情况下,设备投资约为每千瓦4000元,若包括输电设备等,则总投资约为每千瓦5000元,与煤电投资相当;国产化程度高,技术可复制性强。针对中国农业生产集中化程度较低的现状而开发,在发展中国家大部分地区具有较好的复制性。

  缺点:对秸秆原料要求苛刻。流化床反应对原料粒度要求比较严格,因此带来了原料预处理成本高、原材料被限制等缺陷;系统复杂,占地面积大。流化床反应过程较为复杂,控制繁多,不宜操作。

  秸秆气化集中供气设备有哪些?

  主要有固定床气化炉与流化床气化炉,两者都有各自的特点和一定的适用范围,固定床结构简单、操作便利,运行模式灵活,适用于中小规模生产;而流化床适合于工业化、大型化,设备较复杂、投资大。充分考虑目标市场的实际情况,选择技术路线,采用最适宜的技术。

  秸秆气化气的主要成份及用途是什么?

  秸秆燃气中的主要成分有:一氧化碳(CO)、氢气(H2)、甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)和氮气(N2)等,可燃烧的成分是一氧化碳、氢气和甲烷。秸秆气化产生的可燃气热值,随气化剂的种类和气化炉的类型不同而有较大的差异。我国秸秆气化所用的气化剂大多是空气,产出的可燃气热值一般在4200-7560KJ/m3之间,属低热值可燃气。秸秆气化气可用于村镇居民炊事用燃气。

  秸秆气化集中供气技术的主要副产品有哪些?用途是什么?

  秸秆气化的主要副产品有木质炭、焦油以及木醋液。主要用途如下:

  (1)木质炭:主要作为燃料炭,因不含致癌物质,特别适合熏烤食物;可用于冶金还原物和渗碳剂,因杂质低,特别适用于有色冶金业;作为水处理剂,吸附水中杂质;作为废气吸附剂,用于环保工业;可以制作各种类型的活性炭;可作为土壤改良剂,改良土壤;可以代替碳黑,作为各种添加剂。

  (2)木焦油:是生产油漆的原料,是橡胶产业的添加剂,可进一步加工提炼制造多种名贵药物;可以作为抗凝剂、防腐剂、粘接剂;是生产防水材料、防腐涂料、船舶漆和木焦油系硬质聚氨酯泡沫的优良原料(作为多元醇组份原料)。在农业上,与底肥混合施田,能起到杀虫增产作用,在工业上,用于阻聚剂中,是橡胶生产不可缺少的原料。在国际市场比较畅销,可以直接出口。

(3)木醋液:木醋液中含有多种有机酸,是植物生长的良好促进剂,同时也是有机肥料生产中的良好添加剂,喷到农作物或蔬菜叶面上,有明显防病驱虫增产作用,提高产量,是农业部重点推广的“绿色食品”即植物的杀虫剂;木醋液是畜禽饲料添加剂,用于畜禽养殖业上,可提高产量,而且能提高抗病能力。木醋液可以提出醋酸,用于食品有机合成工业,可以制造醋酸钙、醋酸钠,用于染料工业等。也可用于蔬菜、蛋类上,有明显的保鲜防腐作用;同时被国内一些医药化工企业采用,生产出农作物、花草防虫药。在韩国、日本等国家,作为人体护肤用品及口服饮用,可起到清肠、美容、软化血管等作用。

 


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