一 秸稈固化成型技術(shù)
（一）技術(shù)原理
秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。木質(zhì)素為光合作用形成的天然聚合體，在植物中的含量一般為15%～30%。木質(zhì)素不是晶體，沒有熔點但有軟化點，當溫度為70℃～110℃時開始軟化，具有一定的粘度；在200℃～300℃時，呈熔融狀、粘度高，此時施加一定的壓力，增強分子間的內(nèi)聚力，可將它與纖維素緊密粘接，并與相鄰顆?；ハ嗾辰Y(jié)，使植物體變得致密均勻，體積大幅度減少，密度顯著增加。秸稈固體成型燃料就是利用木質(zhì)素充當粘合劑將松散的秸稈等農(nóng)林剩余物擠壓成顆粒、塊狀和棒狀等成型燃料。秸稈固化成型燃料是一種優(yōu)質(zhì)燃料，具有高效、潔凈、點火容易、二氧化碳零排放、便于貯運和運輸、易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)模應用等優(yōu)點。秸稈固化成型后，燃燒特性可得到明顯改善，使用時火力持久，爐膛溫度高，可為農(nóng)村居民提供炊事、取暖用能，也可以作為農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)（糧食烘干、蔬菜、煙葉等）、設施農(nóng)業(yè)（溫室）、養(yǎng)殖業(yè)等不同規(guī)模的區(qū)域供熱燃料，另外也可以作為工業(yè)鍋爐和電廠的燃料，替代煤等化石能源。
（二）技術(shù)流程
農(nóng)林廢棄物的固體成型技術(shù)按生產(chǎn)工藝分為粘結(jié)成型、壓縮顆粒燃料和熱固體成型工藝，可制成棒狀、塊狀、顆粒狀等各種形狀。固體成型的工藝流程主要是將回收的農(nóng)作物秸稈粉碎、堆放軟化（含水率控制在15%～35%之間）、經(jīng)上料機將物料送進生物質(zhì)燃料成型機內(nèi)模壓成型、冷卻、定量包裝。
（三）適宜區(qū)域
生物質(zhì)固體成型燃料適用于糧食主產(chǎn)區(qū)或農(nóng)產(chǎn)品加工廠附近，即農(nóng)作物秸稈或農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物資源量大的區(qū)域。此外，亦可用于林業(yè)資源豐富的區(qū)域，木材加工廠附近區(qū)域等。
（四）技術(shù)操作要點
1. 干燥。生物質(zhì)的含水率在20%~40%之間，通過自然晾曬或烘干方法進行干燥，滾筒干燥機進行烘干，將原料的含水率降低至8%~10%。原料太干，壓縮過程中顆粒表面的碳化和龜裂有可能會引起自燃；而原料水分過高時，加熱過程中產(chǎn)生的水蒸汽就不能順利排出，會增加體積，降低機械強度。
2. 粉碎。秸稈類原料需通過粉碎機進行粉碎處理，通常使用錘片式粉碎機，粉碎的粒度由成型燃料的尺寸和成型工藝所決定。
3. 調(diào)濕。加入一定量的水分后，可以使原料表面覆蓋薄薄的一層液體，增加粘結(jié)力，便于固體成型。
4. 成型。生物質(zhì)通過固體成型，一般不使用添加劑，此時木質(zhì)素充當了粘合劑。
（五）注意事項
1. 與煤相比，生物質(zhì)具有較高的揮發(fā)分含量
農(nóng)作物秸稈中的揮發(fā)分一般在76%～86%之間，其存儲了超過2/3的熱量，且一般在200℃～300℃時開始析出。如果此時無法提供足夠的助燃空氣，則未燃盡的揮發(fā)分被氣流帶出，形成黑煙，傳統(tǒng)的燃煤鍋爐設計方法和操作規(guī)程并不適合于農(nóng)作物秸稈。
2. 灰分含量高
由于秸稈類生物質(zhì)中的灰分含量通常較高，因此，顆粒燃料的灰分沉積速度一般大大超過煤的燃燒，有的甚至超出煤炭大約一個數(shù)量級。此外，積灰中通常存在大量的KCl等氯化物，也是需要注意的一個問題。
3. 結(jié)渣現(xiàn)象嚴重
在秸稈生長過程中，會吸收包含一定含量的堿金屬元素（包括K、Na、Cl、S、Ca、Si、P等），其以鹽或者氧化物的形式存在于生物質(zhì)機體內(nèi)部或者灰分等雜質(zhì)中。當秸稈類生物質(zhì)固體成型燃料燃燒時達到的溫度遠遠高于灰熔點溫度范圍，導致爐底的秸稈灰在800℃～900℃時就開始軟化，溫度過高時灰分會全部或者部分發(fā)生熔化，導致結(jié)渣率較高，試驗表明玉米秸稈顆粒燃料的結(jié)渣率在50%以上。這不僅影響燃燒設備的熱性能，而且會危及燃燒設備的安全。
4. NOx排放量較高
生物質(zhì)燃燒設備產(chǎn)生的NOx主要是由燃料中的N元素氧化產(chǎn)生的，既來自氣相燃燒也來自固定碳燃燒過程。其他NOx可能是某些特定條件下由空氣中的N元素形成的。生物質(zhì)燃燒排放的最主要NOx是NO，它在大氣中會轉(zhuǎn)變?yōu)?span>NO2。
二 秸稈沼氣生產(chǎn)技術(shù)
（一）戶用秸稈沼氣生產(chǎn)技術(shù)
沼氣是由多種成分組成的混合氣體，包括甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）和少量的硫化氫（H2S）、氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、氮氣（N2）等氣體，一般情況下，甲烷占50%～70%，二氧化碳占30%～40%，其他氣體含量極少。戶用秸稈沼氣生產(chǎn)技術(shù)是一種以現(xiàn)有農(nóng)村戶用沼氣池為發(fā)酵載體，以農(nóng)作物秸稈為主要發(fā)酵原料的厭氧發(fā)酵沼氣生產(chǎn)技術(shù)。
1. 技術(shù)流程
戶用秸稈沼氣生產(chǎn)技術(shù)流程圖見圖1所示。
2. 適宜區(qū)域
適合全國各糧食產(chǎn)區(qū)。總的來說，北方地區(qū)以玉米秸稈和小麥秸稈為主要發(fā)酵原料，南方地區(qū)以稻草為主要發(fā)酵原料。可根據(jù)農(nóng)作物秸稈的種類和特性，選擇不同的發(fā)酵工藝。
3. 技術(shù)操作要點
（1）秸稈收集與粉碎。戶用秸稈沼氣的原料主要為玉米秸稈、小麥秸稈和水稻秸稈等。常見戶用秸稈沼氣的原料量為：6立方米的沼氣池，所需干秸稈約為300千克；8立方米的沼氣池，所需干秸稈約為400千克；10立方米的沼氣池，所需干秸稈約為500千克。將所需秸稈收集后，堆積在開闊區(qū)域讓其自然晾曬和風干，隨后對風干的秸稈進行機械粉碎或鍘切，秸稈長度控制在5厘米以下。
（2）潤濕與堆漚處理。①潤濕：粉碎后的干秸稈，須先進行潤濕處理。以8立方米的沼氣池為例：400千克秸稈需加水300~400千克（或等量沼液），充分攪拌，濕水程度以用手捏緊秸稈有少量的水滴下為宜。潤濕后將秸稈放置1天以上，以確保濕透。②堆漚：通過堆漚可以初步破壞秸稈的纖維—木質(zhì)結(jié)構(gòu)，有利于后期厭氧發(fā)酵過程中被厭氧菌消化分解。以8立方米的沼氣池為例，400千克干秸稈，需添加秸稈預處理復合菌劑約1千克，添加碳酸銨5千克。如果采用沼液浸泡秸稈，可不添加復合菌劑。添加菌劑和碳酸銨時需翻堆一次，以保證菌劑和碳酸銨與秸稈充分混勻。堆漚時間一般為夏季3天，春秋季4~5天，冬季6~7天，可根據(jù)氣溫適當進行調(diào)整，以秸稈表面長滿白色菌絲為宜。
（3）進料準備。為使秸稈沼氣池啟動更為順利，原料中可添加適量畜禽糞便（糞便可不用堆漚），將堆漚好的秸稈和畜禽糞便混勻后一起投入池內(nèi)。以常見的水壓式沼氣池為例，6立方米的沼氣池干秸稈約300千克、牛糞或豬糞約700千克，8立方米的沼氣池干秸稈約400千克、牛糞或豬糞約800千克，10立方米的沼氣池干秸稈約500千克、牛糞或豬糞約1000千克。
（4）進料。秸稈沼氣池進料時，應添加相應的接種物，接種物可以是沼渣或活性污泥。如果沒有接種物，也可將畜禽糞便加水浸透后，覆蓋薄膜進行堆漚后作為接種物。接種物的總量控制在1000~2000千克，在進料時采取分層加入的方式，即邊進料邊加入接種物，也可與發(fā)酵原料混勻后一起投入到池內(nèi)。由于秸稈碳氮比較高，為得到合適的碳氮比，需添加氮源。如果添加碳酸銨，添加總量控制在8~10千克（或碳酸氫銨約15千克，均先溶化好再添加）；如果加入人畜糞尿，添加總量為300~500千克。物料裝入沼氣池后，根據(jù)實際情況添加水2000~3000千克，直到發(fā)酵料液離天窗下沿500~550毫米為止。戶用沼氣發(fā)酵的適宜溫度為15℃以上，因此進料宜選取在氣溫較高的季節(jié)。
（5）啟動。密封沼氣池池口。連續(xù)放氣1~3天，當沼氣壓力表的壓力達到2千帕以上時開始試火，直至能點燃且火苗穩(wěn)定，此時表明沼氣池已啟動成功，生產(chǎn)的沼氣可正常使用。
4. 注意事項
（1）補充氮源
秸稈沼氣池運行過程中應補充氮源。氮源通過進料口投入，一般每15天需加1～2千克碳酸按（或碳酸氫按1.5～3千克）。與廁所連通且有糞尿進入的沼氣池可不需補充氮源。
（2）添加秸稈
秸稈沼氣池正常啟動并運行約60天后，需定期添加秸稈。每7天左右向池內(nèi)補充粉碎并經(jīng)過堆漚處理的秸稈15～25千克，同時視水壓間水位的高低補充水量或排出一定量的沼液、沼渣。
（3）攪拌
每次添加氮源、秸稈時必須用手動泵強回流攪拌，攪拌時間約為30分鐘；與廁所連通的沼氣池也需每7天用手動泵強回流攪拌1次，每次30分鐘。
（4）大換料
秸稈沼氣池運行一年左右必須進行大換料，大換料的時間應選在每年的10月或4月，低溫季節(jié)不宜進行大換料。大換料前10天應停止進料，同時準備好足夠的新料，待出料后可立即重新啟動。出料時先抽出大部分沼液，留約10%～30%活性污泥為主的料液作為接種物，然后從出料間用耙扒出秸稈渣。池內(nèi)結(jié)殼嚴重的應打開活動蓋進行出料。
（二）大中型秸稈沼氣生產(chǎn)技術(shù)
大中型秸稈沼氣生產(chǎn)技術(shù)是指以農(nóng)作物秸稈（玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈等）為主要發(fā)酵原料，單個厭氧發(fā)酵裝置容積在300立方米以上的沼氣生產(chǎn)技術(shù)。
1. 技術(shù)流程
大中型秸稈沼氣生產(chǎn)技術(shù)流程圖見圖2所示。
2. 適宜區(qū)域
適合全國廣大農(nóng)村地區(qū)?？筛鶕?jù)收集的農(nóng)作物秸稈種類和特性，選擇適宜的發(fā)酵工藝。
3. 技術(shù)操作要點
（1）秸稈貯存。農(nóng)作物秸稈貯存設施的容積應根據(jù)秸稈特性、收獲次數(shù)、消耗量等因素確定，通常以秸稈收獲周期內(nèi)需要消耗的秸稈量進行設計和貯存，以保證原料供應。秸稈沼氣工程場區(qū)內(nèi)或附近應設置秸稈短期堆放場所，可根據(jù)需要設置長期堆放場所，以滿足工程長期連續(xù)運行的原料需求。自然堆放秸稈水分含量應小于18%，青貯秸稈水分含量控制在65%~75%。
（2）秸稈預處理。秸稈原料的預處理有物理、化學和生物等方法。其中：
① 物理預處理，主要是利用機械、熱等方法來改變秸稈的外部形態(tài)或內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，如機械剪切或破碎處理、蒸汽爆破、膨化等。
② 化學預處理，使用酸、堿、有機溶劑等作用于秸稈，破壞細胞壁中半纖維素與木質(zhì)素形成的共價鍵，破壞纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，打破木素與纖維素的連接，達到提高秸稈消化率的目的，如酸處理、堿處理、氨處理和氧化還原試劑處理等。
③ 生物預處理，在人工控制下，利用一些細菌、真菌等微生物的發(fā)酵作用來處理秸稈，如青貯、白腐菌處理等。
（3）沼氣生產(chǎn)。大中型秸稈沼氣工程選用的工藝需根據(jù)原料特性及工藝特點，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析比較后確定，要能適應兩種或以上秸稈的物料特性及發(fā)酵要求。
（4）日常運行維護。定期監(jiān)測厭氧發(fā)酵裝置內(nèi)料液pH值、總堿度、溫度，沼氣成分，產(chǎn)氣量，物料高度，罐內(nèi)壓力等參數(shù)，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整發(fā)酵裝置運行工況或采取相應措施。主要參數(shù)應滿足沼氣中CH4含量大于50%，pH為6.8～7.5，總堿度（以重碳酸鹽計算）大于2000mg/L，厭氧發(fā)酵裝置內(nèi)每天的溫度變化應控制在設計范圍以內(nèi)。
（5）出料。按工藝設計要求定期排出沼液沼渣。厭氧發(fā)酵裝置放空清理時，需停止進料，并打開厭氧發(fā)酵裝置頂部檢修人孔，強制通風24h；人員進入?yún)捬醢l(fā)酵裝置清理前，應先進行氣體成分檢測和活動物試驗，測試合格后方可進入，且宜佩戴防毒面具；同時發(fā)酵裝置外部必須有人進行安全保護，防止意外發(fā)生。
（6）發(fā)酵剩余物處理利用。大中型秸稈沼氣工程的發(fā)酵剩余物宜先固液分離，沼液盡量回流利用，沼渣可加工成固體有機肥或作為有機基質(zhì)。場區(qū)內(nèi)發(fā)酵剩余物貯存調(diào)節(jié)設施的有效容積應不小于5天平均出料量。
4. 注意事項
大中型秸稈沼氣生產(chǎn)技術(shù)以生產(chǎn)沼氣為核心，由于沼氣為易燃易爆氣體，所以在生產(chǎn)過程中的首要問題是安全問題。主要包括消防系統(tǒng)、危險物料的安全控制、電氣防火、建構(gòu)筑物防火、建構(gòu)筑物防雷、應急疏散與火災報警等。
三 秸稈熱解氣化技術(shù)
（一）秸稈氣化技術(shù)
該技術(shù)是以生物質(zhì)為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸汽或氫氣等作為氣化劑（或稱氣化介質(zhì)），在高溫條件下通過熱化學反應將生物質(zhì)中可燃的部分轉(zhuǎn)化為可燃氣的過程。生物質(zhì)氣化時產(chǎn)生的氣體，主要有效成分為CO、H2和CH4等，稱為生物質(zhì)燃氣。
1. 技術(shù)流程
集中供氣系統(tǒng)的基本模式為：以自然村為單元，系統(tǒng)規(guī)模為數(shù)十戶至數(shù)百戶，設置氣化站（氣柜設在氣化站內(nèi)），敷設管網(wǎng)，通過管網(wǎng)輸送和分配生物質(zhì)燃氣到用戶的家中，為農(nóng)村居民提供炊事用能。集中供氣系統(tǒng)中包括原料前處理（切碎機）、上料裝置、氣化爐、凈化裝置、風機、儲氣柜、安全裝置、管網(wǎng)和用戶燃氣系統(tǒng)等。
2. 適宜區(qū)域
秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)的技術(shù)適用于秸稈資源豐富地區(qū)，以自然村為單位為農(nóng)村居民提供炊事用能。
3. 技術(shù)操作要點
秸稈類原料首先用切碎機進行前處理，然后通過上料機構(gòu)送入氣化爐中。秸稈在氣化爐中發(fā)生氣化反應，產(chǎn)生粗煤氣，由凈化系統(tǒng)去除其中的灰分、炭顆粒、焦油和水分等雜質(zhì)，并冷卻至室溫。經(jīng)凈化的生物質(zhì)燃氣通過燃氣輸送機被送至儲氣柜，儲氣柜的作用是貯存一定容量的生物質(zhì)燃氣，以便調(diào)整炊事高峰時用氣，并保持恒定壓力，使用戶燃氣灶穩(wěn)定地進行工作。儲氣柜中生物質(zhì)燃氣通過管網(wǎng)分配到各家各戶，管網(wǎng)由埋于地下的主、干及支管路組成，為保證管網(wǎng)的安全穩(wěn)定的運行，需要安裝閥門、阻火器和集水器等附屬設備。用戶的燃氣系統(tǒng)包括室內(nèi)燃氣管道、閥門、燃氣計量表和燃氣灶，因生物質(zhì)燃氣的特性不同，需配備專用的燃氣灶具。
4. 注意事項
生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)在使用時，應注意以下問題：
（1）一氧化碳中毒。秸稈氣化CO含量約20%，需要注意安全隱患。
（2）防止二次污染。粗燃氣含有焦油等有害雜質(zhì)，采用水洗法凈化過程中會產(chǎn)生大量含有焦油的廢水，如果隨意傾倒，就會造成對周圍土壤和地下水的局部污染。
（3）減少燃氣中的焦油含量。由于系統(tǒng)的規(guī)模較小，生物質(zhì)燃氣中的焦油不能完全凈化，影響系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行和用戶使用。
（二）秸稈干餾技術(shù)
該技術(shù)是將秸稈經(jīng)烘干或曬干、粉碎，在干餾釜中隔絕空氣加熱，制取醋酸、甲醇、木焦油抗聚劑、木餾油和木炭等產(chǎn)品的方法，亦稱秸稈炭氣油多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。通過秸稈干餾生產(chǎn)的木炭可稱之為機制秸稈木炭或機制木炭。根據(jù)溫度的不同，干餾可分為低溫干餾（溫度為500℃~580℃）、中溫干餾（溫度為660℃~750℃）和高溫干餾（溫度為900℃~1100℃）。100千克秸稈能夠生產(chǎn)秸稈木炭30千克、秸稈醋液50千克、秸稈氣體18千克。生物質(zhì)的熱裂解及氣化還可產(chǎn)生生物炭，同時可獲得生物油及混合氣。
1. 技術(shù)流程
干餾的工藝流程包括原料干燥、干餾、氣體冷凝冷卻、木炭冷卻和供熱系統(tǒng)?？刹捎米匀桓稍锖腿斯じ稍锏姆绞剑话阋笤系暮实陀?span>20%。干餾產(chǎn)生的蒸汽氣體混合物在焦油分離器或列管冷凝器中進行冷凝冷卻，使其中可凝結(jié)的蒸汽冷凝為木醋酸、焦油。木炭可在干餾釜或?qū)ｉT的冷卻設備進行冷卻。供熱系統(tǒng)可為木材干餾提供熱量，所用的燃料包括干餾產(chǎn)生的木煤氣、煤氣或煤等。由單一木炭生產(chǎn)變?yōu)槟咎俊⑷細?、焦油、木醋液、甲醇的?lián)合生產(chǎn)。
2. 適宜區(qū)域
（1）農(nóng)業(yè)
生物炭在農(nóng)業(yè)上的應用是指在土壤中加入生物炭顆?；蜉d有菌體、肥料或與其它材料混配的功能型生物炭復合材料，主要作功能包括改良土壤，增加地力，改善植物生長環(huán)境，提高土地生產(chǎn)力及產(chǎn)品品質(zhì)。應用領域主要是農(nóng)田、林地和草坪。
（2）能源
生物炭燃燒性能好，具有發(fā)熱值高、清潔、無污染等特點。塑型后生產(chǎn)出的“炭化生物質(zhì)煤”具有較高的堆密度與強度，便于儲藏、運輸，且清潔環(huán)保，燃燒效率高，可替代燃氣、煤炭等不可再生能源，用作農(nóng)村分散供熱、供暖的新能源，也可用于城市集中供暖、發(fā)電等。
（3）環(huán)境保護
生物炭具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學性質(zhì)，可以耐強酸、強堿，能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎，能減少諸如重金屬、殘留農(nóng)藥等有毒物質(zhì)對作物的傷害；生物炭對一些氣體包括NH4、SO2、H2S、NO2、CO2、O2、H2、CHC的吸附容量按生物炭容積的倍數(shù)計，用生物炭吸附重金屬及有害氣體等具有操作簡單、經(jīng)濟可行、效果良好等優(yōu)點。
（4）生物炭的副產(chǎn)品
生物炭的副產(chǎn)品包括焦油、裂解氣、木醋液等。焦油和裂解氣作為慢速熱裂解生產(chǎn)生物炭過程中的副產(chǎn)品，是一種潛在的能源物質(zhì)和化工原料，焦油中主要含有醛、酮、酸、酯、醇、呋喃、酚類有機物、水等，可作為液體燃料可用于窯爐、鍋爐等產(chǎn)熱設備。裂解氣中CH4的含量約為60%，CO2約為35%，還含有少量的H2、CO等氣體。裂解氣的低位熱值約為21MJ/m3。裂解氣通過凈化后可直接燃燒用于炊事、烘干農(nóng)副產(chǎn)品、供暖、照明等用途。
木醋液是指生物質(zhì)熱裂解冷凝后產(chǎn)生的堿性餾出液，木醋液主要成分為酚類和酮類?？捎米黾倚箫曫B(yǎng)場所的消毒劑、除臭劑，也可以用于農(nóng)藥助劑或農(nóng)藥，或促進作物生長的葉面肥，特別是在有機農(nóng)作物中有顯著效果。木醋液作為葉面肥主要作用為增進作物根部與葉片的活力，減緩老化，降低果實酸度，延長果實貯藏時間，提高風味；防治土壤與葉片上一些病蟲害，促進土壤有益微生物的繁殖；增加農(nóng)藥效果等。
3. 技術(shù)操作要點
（1）原料準備。根據(jù)秸稈炭化要求貯備原料。如果以固化秸稈為原料，必須配備必要的秸稈固化設備，并按照工藝對秸稈進行固化。生產(chǎn)1t木炭需要固化成型秸稈3t，原秸稈4t。
（2）切碎。粒度較小的秸稈經(jīng)篩選后可直接使用。對于較長的秸稈，要利用鍘切機切成長短適中的原料。
（3）干燥。秸稈直接炭化，可對原料進行自然干燥、人工干燥或烘干，一般要求原料的含水率低于20%。烘干的熱源可利用秸稈炭化過程中產(chǎn)生的煤氣（又稱秸稈氣）。
（4）包裝入庫。木炭貯存切記防火、防潮、防水。
