第2章　燃气化利用技术

2.1　气化制备生物燃气技术

2.1.1　生物质气化原理

2.1.1.1　生物质气化的概念

生物质气化是生物质热化学转换的一种技术，基本原理是在不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，使较高分子量的烃类化合物裂解，变成较低分子量的CO、H₂、CH₄等可燃性气体，在转换过程中要加气化剂（空气、O₂或水蒸气），其产品主要指可燃性气体与N₂等的混合气体^［1］。这种混合气体尚无准确命名，称燃气、可燃气、气化气的都有，下文称其为“生物燃气”。生物质气化原理如图2-1所示。

20世纪70年代，Ghaly首次提出了将气化技术应用于生物质这种含能密度低的燃料。生物质的挥发分含量一般在76%～86%，生物质受热后在相对较低的温度下就能使大量的挥发分物质析出^［3］。几种常见生物质燃料的工业分析成分见表2-1。

为了更好地理解生物质气化过程，在此介绍热值和挥发分两个基本概念。

①热值　也称发热值，是指单位质量的燃料完全燃烧时所产生的热量，它是衡量燃料质量优劣的重要指标。按照是否把生成物中水蒸气的汽化潜热计算在内，又分为高位热值和低位热值^［4］。几种生物质的热值见表2-2。

②挥发分　生物质的燃烧是在高温下进行的，生物质中木质纤维含量较多，其构成多为单键化合物，当生物质被加热时，其中的自由水首先被蒸发出来，湿物料变成干物料，在继续加热的情况下，温度不断升高，分子活动加剧，化合键被打开，释放出大量的可燃物质——可燃气体，这种可燃物质叫作挥发分^［4］。

生物质气化与沼气有着本质区别，沼气是生物质在厌氧条件下经过微生物发酵作用而生成的以CH₄为主的可燃气体。由于工艺原理的不同，生物质气化较适宜处理农作物秸秆和林业废物等一类的干生物质，而沼气技术较适宜处理牲畜粪便和有机废液等一类的生物质^［4］。

2.1.1.2　生物质气化的基本热化学反应

生物质气化在气化炉中完成，其反应过程非常复杂，目前这方面的研究尚未完全揭示其化学反应机制。且随着气化炉炉型、工艺流程、反应条件、气化剂的种类、原料等条件的改变，其反应过程也随之改变。但生物质气化的基本化学反应如下：

C+O₂CO₂

CO₂+C2CO

2C+O₂2CO

2CO+O₂2CO₂

H₂O+CCO+H₂

2H₂O+CCO₂+2H₂

H₂O+COCO₂+H₂

C+2H₂CH₄

为了更好地描述生物质的气化过程，现以上流式固定床气化炉为例，具体分析生物质的气化过程。

生物质在上吸式固定床气化炉中的气化过程可以用图2-2表示。生物质原料从气化炉上部加入，气化剂（空气、O₂或水蒸气等）从底部吹入，气化炉中生物质原料自上而下分成四个区域，即干燥层、热分解层、还原层和氧化层。炉内温度从氧化层向上递减。下面就四个反应区域分别描述生物质的气化过程。

（1）黑体后干燥层^［4］

上吸式气化炉的最上层为干燥层，从上部加入的生物质原料直接进入干燥层，湿物料在这里与下面三个反应区生成的热气体产物进行换热，使原料中的水分蒸发出去，生物质物料由含有一定水分的原料转变成干物料。干燥层的温度为100～250℃。干燥层的产物为干物料和水蒸气，水蒸气随着下述的三个反应区域的产热排出气化炉，而干物料则落入热分解层。

（2）黑体后热分解层^［4］

在氧化层和还原层生成的热气体，在上行过程中经过热分解层，将生物质原料加热。由前面叙述的气化原理可知，生物质受热后发生裂解反应。在反应中，生物质中大部分的挥发分从固体中分离出去。由于生物质的裂解需要大量的热量，在热分解层，温度基本为300～700℃。在裂解反应中，主要产物为炭、H₂、水蒸气、CO、CO₂、CH₄、焦油、木焦油、木醋液及其他烃类物质等，这些热气体继续上升，进入到干燥层，而炭则进入到下面的还原层。

（3）黑体后还原层^［4］

在还原层已经没有O₂存在，在氧化反应中生成的CO₂在这里与炭、水蒸气发生还原反应，生成CO和H₂。由于还原反应是吸热反应，还原层的温度也相应比氧化层略低，为700～900℃，其还原反应方程式为^［1］：

C+CO₂2CO-162297J

H₂O+CCO+H₂-118742J

2H₂O+CCO₂+2H₂-75186J

H₂O+COCO₂+H₂-43555J

C+2H₂CH₄

还原层的主要产物是CO、CO₂和H₂，这些热气体与氧化层生成的部分热气体上升进入热分解层，而没有反应完的炭则落入氧化层。

（4）黑体后氧化层^［4］

气化剂由气化炉底部进入，在经过灰渣层时与热灰渣进行换热，被加热的气化剂进入气化炉底部的氧化层，在这里与炽热的炭发生燃烧反应，放出大量的热量，同时生成CO₂。由于是限氧燃烧，O₂的供给是不充分的，因而不完全燃烧反应同时发生，生成CO，同时也放出热量。在氧化层，温度可达到1200～1300℃，反应方程式为^［1］：

C+O₂CO₂+408860J

2C+O₂2CO+246447J

在氧化层进行的均为燃烧反应，并放出热量，也正是这部分反应热为还原层的还原反应、生物质原料的热分解、干燥提供了热量。在氧化层中生成的热气体（CO和CO₂）进入气化炉的还原层，灰则落入底部的灰室中。

通常把氧化层和还原层联合起来称为气化区，气化反应主要在这里进行；而热分解层及干燥层则统称为燃料准备区或燃料预处理区。这里的反应是按照干馏的原理进行的，其载热体来自气化区的热气体^［4］。

如上所述，在气化炉内截然分为几个区域的情况实际上并不清晰，事实上，一个区域可以局部地渗入另一个区域，由于这个缘故，所述过程多多少少有一部分是可以互相交错进行的^［4］。

气化过程实际上总兼有燃料的干燥、热分解过程。气体产物中总是掺杂有燃料的干馏裂解产物，如焦油、醋酸、低温干馏气体。所以在气化炉出口，产物气体成分主要为CO、CO₂、H₂、CH₄、焦油及少量其他烃类（C_mH_n），还有水蒸气及少量灰分。这也是实际气化产生的可燃气热值总是高于理论上纯气化过程产生可燃气的热值的原因^［4］。

2.1.2　气化炉常见炉型、性能、特点及主要参数

生物质原料在气化炉中发生热化学反应生成可燃气体，可见气化炉是生物质气化设备的关键核心部件。气化炉的形式有多种，主要分为固定床和流化床两大类。

固定床一般是将生物质原料从气化炉顶部投入，生物质在气化炉中基本上按顺序层次进行气化反应。反应生成气体在炉内的流动靠风机来实现，安装在燃气出口一侧的风机是引风机，它靠抽力（在炉内形成负压）实现炉内气体的流动；安装在气化剂进口一侧的风机是鼓风机^［1］。根据气体在气化炉内的流动方向，可将固定床分为上吸式、下吸式、开心式和横吸式。

生物质原料在投入流化床气化炉之前需要经过粉碎预处理。粉碎后的生物质原料在气化炉中呈“沸腾”状态，气化反应速率快。气化剂由鼓风机从气化床底部吹入，带动生物质原料在炉内“沸腾”。按炉子结构和气化过程，可将流化床气化炉分为单流化床、循环流化床、双流化床和携带流化床四种类型^［1］。按供给的气化剂压力大小，流化床气化炉又可分为常压气化炉和加压气化炉两类^［1］。

2.1.2.1　上吸式固定床气化炉

上吸式固定床气化炉的工作过程如图2-3所示，生物质原料从气化炉顶部加入，而后由于重力作用逐渐由顶部下移至底部，灰渣从底部排出。气化剂（空气）从气化炉下部进入，由于燃气出口侧引风机作用，向上经过氧化、还原、热分解、干燥层，从燃气出口排出。因为生物质原料移动方向与气体流动方向相反，所以上吸式固定床气化也称为逆流式气化。

固定床上吸式气化炉有两种进气方式。一种是在气化机组上游安装风机，将气化剂（空气等）吹进气化炉，此方式气化炉内的工作环境为微正压。另一种方式是在气化机组下游安装罗茨风机或真空泵，将空气吸进气化炉，此方式气化炉内的工作环境为微负压。这两种方式都可以通过改变风机风量来改变气化炉气化剂的供氧量。但为防止生物燃气由生物质原料进料口向外泄漏，必须采用专门的加料措施才可实现连续加料（如螺旋给料器），或将炉膛上部设计较大，能储存一段时间的气化用料，运行时进料口密闭，待炉内生物质原料消耗完毕再停炉进料。这两种方式的不同之处在于炉膛底部的出灰，前者需要增加专门的装置才可连续出灰，而后者则不需要专门装置即可连续出灰。

上吸式气化炉的主要特点是生物燃气经过热分解层和干燥层时直接与生物质原料接触，这样可将其携带的热量直接传递给物料，使物料吸热干燥、热分解，与此同时降低了产出生物燃气的温度，使气化炉的热效率有所提高，而且热分解层和干燥层对生物燃气有一定的过滤作用，因此排出气化炉的生物燃气中灰含量减少。上吸式气化炉可以使用含水量较高的生物质原料（含水量可达50%），且对生物质原料尺寸要求不高。

但上吸式气化炉也有一个突出的缺点。在热分解层产生的焦油没有通过还原层和氧化层而直接混入生物燃气排出，这导致上吸式气化炉生产的生物燃气焦油含量高且不易净化。这种品质的生物燃气使用存在很大的问题，因为冷凝后的焦油会附着在管道、阀门管件、仪表以及燃气炉灶上，破坏气化系统的正常运行和用户的使用。自有生物质气化技术以来，焦油的脱除始终是一个技术瓶颈。上吸式气化炉因为这个缺点一般用在粗燃气不需要冷却和净化就可以直接使用的场合。

对于上吸式气化炉，温度是影响气化反应最主要的因素，但在一个自供热的上吸式气化炉中，反应温度主要受反应层高度、空气比、热损失的制约。下面简述反应层高度、空气比、热损失对上吸式气化炉气化反应的影响。

（1）黑体后反应层高度的影响^［6］

在上吸式气化炉中，反应温度随着反应层高度（料层高度）的增加而减小，在运行中，当其他条件已经确定（如生产量、空气比等），反应层高度反映了温度。为了获得品质比较高的生物燃气，必须控制较高的热分解层温度，它可以通过控制反应层高度来实现。生物质热值随各参数变化比较见表2-3。

可见，在实际运行中控制床层高度是控制反应温度及气体质量的方法。气化炉直径小时，相同温度下所对应的床层较低，生产量增加时，相同温度下的床层升高。床层温度受生产量、空气比及热损失等因素的影响，因此可根据反映产物分布与温度的关系、反应过程所需热量计算及热平衡方程式等归纳出床层高度H与床层温度T、空气比N、生产量M及热损失Q₁的函数式：

H=f（T，N，M，Q₁）　　

下式中T₁为热分解层最上层的温度，即选定的最低度，800℃为热分解层的最下层温度，即最高温度，则热分解层的高度H可按下式计算：

式中　M——生产量，kg/（m²·h）；

Q₁——损失热量与加入气化炉的总热量之比， %；

N——空气比，表示实际加入空气量与原料完全燃烧所需空气量之比， %；

C_pi——气体中组分Y_i的比热容，kcal^[注]/（kg·℃）；

Y_i——气体中组分i的含量， %。

在不同的生产量、空气比及热损失等情况下用计算机模拟的温度随总料层高度变化的规律分别表示在图2-4～图2-7中。

（2）黑体后空气比的影响^［6］

对于批量生产来说，空气比会在一定幅度内自动调节。表2-4列出一组实验数据，实验在直径为850mm的上吸式气化炉中进行，使用的生物质原料为含15%水分的木块。

（3）黑体后热损失的影响^［6］

燃烧反应所产生的热量除了为气化过程提供必需的能量以外，还消耗于补偿热损失方面。热损失是气化过程唯一不可回收的能量，它的大小除直接影响热效率以外还影响反应温度，如图2-6所示，因而影响气体质量等而再次降低热效率，因此它使热效率几乎按绝对值的平方关系递减，减少热损失是提高气体质量与热效率最实质性的措施。在运行中应控制热损失不大于5%。图2-7表示当选择最上层温度为600℃时，在不同的加料量与空气比下，应确定的床层高度，从图中可见为了保证热分解过程在不低于600℃的温度下进行，应根据生产量的大小，控制料层高度在400～700mm之间。

2.1.2.2　下吸式固定床气化炉

下吸式固定床气化炉的基本结构和气化反应如图2-8所示，生物质原料从气化炉顶部加入，依靠重力逐渐由顶部移动到底部，空气从热分解层进入，向下经过各反应层，燃气由反应层下部罗茨风机或真空泵吸出，灰渣从底部排出。由于生物质原料移动方向与气体流动方向相同，所以也叫顺流式气化。炉内的物料从上而下分为干燥层、热分解层、氧化层、还原层。

固定床下吸式气化的最大优点是生成的生物燃气中焦油含量比上吸式低很多，因为挥发分中的焦油在氧化层和还原层里进一步进行了氧化和裂解成小分子烃类化合物的反应，因此，这种气化技术比较适宜应用于需要使用洁净燃气的场合。固定床下吸式气化炉一般均采用安装在气化机组下游的罗茨风机或真空泵将空气吸进气化炉，气化炉内的工作环境为微负压，这样做的优点是进料口不需要严格的密封即可实现连续进料，这对于秸秆一类的生物质非常重要，因为这类生物质的堆积密度很小，因此要设计一个能容纳一定料量的炉膛相当困难，即便能够做到，也很难保证气化能够稳定运行。但微负压工作环境会导致炉膛底部连续出灰困难，若不增加专门的连续出灰装置，则只能将炉膛底部做得足够大来存放灰渣，运行每隔一段时间停机清除一次灰渣。固定床下吸式的最大缺点是炉排位于高温区，容易粘连熔融的灰渣，寿命难以保证^［7］。

保证固定床下吸式气化炉的稳定运行，对于木炭和木材等优质原料并不太难，但对于秸秆和草类等物理性质较差的低品质原料就难了很多，因为秸秆等物料在挥发分大量析出后，其体积会迅速缩小，从而使得秸秆半焦依靠自身重力向下移动的能力变得很差。因此，热解层和氧化层极易发生局部穿透，为了及时填充穿透空间并阻止气流短路，合理设计进料机构和炉膛形状，辅以合理的拨火方式都是必需的^［7］。

下吸式气化炉的一些操作特性如图2-9～图2-11所示。图2-9显示的是气化炉内不同高度的温度分布与运行时间的关系，T₁～T₅是从气化炉喉部到顶部的温度。从A点开始产生可燃气体，气化炉进入正常运行阶段。因为不再向炉内进料，到B点料层逐渐下降，至气化炉不再产生生物燃气。如图2-9所示，在开始阶段炉内各反应层温度逐渐升高，产生生物燃气后，温度逐渐稳定，到运行后期，温度再次升高。各反应层的温度有较明显区别，因此，可根据气化炉内的温度监控气化炉的运行情况^［4］。

图2-10所示为气化炉内料层高度与温度的关系，A点为开始产生可燃气体点，B点为停止进料点。曲线A和B之间的区域为气化炉温度分布区域。图2-11所示为物料含水量和产气时间的关系。

2.1.2.3　横吸式固定床气化炉

图2-12所示为横吸式固定床气化炉。与上吸式、下吸式气化炉相同，横吸式气化炉生物质原料从气化炉顶部加入，灰分落入底部的灰室。横吸式气化炉的特点是气化剂从气化炉的侧向进入，生物燃气从对侧排出，气体横向通过氧化层，在氧化层及还原层发生热化学反应。反应方程式与其他固定床气化炉相同。但是横吸式气化炉的反应温度很高，容易发生灰熔化和结渣情况。故横吸式气化炉多用于灰含量很低的生物质原料。

　

横吸式气化炉的一个主要特点是气化炉有中存在一个高温燃烧区，即图2-12中氧化层。在高温燃烧区，温度可达2000℃以上。高温区的大小由进风喷嘴形状和进气速率决定，不宜过大或过小^［4］。

目前横吸式固定床气化炉也已经进入商业化运行阶段，主要应用在南美洲^［4］。

2.1.2.4　开心式固定床气化炉

图2-13是开心式固定床气化炉示意。开心式气化炉结构及气化原理与下吸式气化炉类似，是下吸式气化炉的一种特殊形式。开心式气化炉是我国研制的一种炉型，其结构简单，氧化还原层区域小，反应温度较低，主要用于稻壳气化^［4］。

　

2.1.2.5　流化床气化炉

生物质流化床气化研究比固定床气化研究起步要晚很多。流化床气化炉内有一个热砂床，生物质燃烧气化反应均在热砂床上发生。当以一定的流速吹入气化剂时，在此效果下，炉内物料颗粒、流化床料和气化剂充分接触、均匀受热，在炉内成“沸腾”状态，气化反应速率高，产气率较固定床要高。

流化床与固定床相比，具有以下优点^［4］：a.流化床可以使用粒度很小的原料，对灰分的要求也不高；b.流化床气化效率和强度都较高，因此，其气化炉断面较小；c.流化床气化的产气能力可在较大范围内调节，且气化效率不会显著降低；d.流化床使用的燃料颗粒很细，传热面积大，故传热效率高，且气化反应温度分布均匀，这使得结渣可能性降低。

流化床气化炉具有的不足之处^［4］：a.产出气体的显热损失大；b.由于流化速率较快，燃料颗粒较小，故产出的生物燃气含尘量较大；c.流化床要求床内燃料分布均匀，温度均匀，运行控制和检测手段较复杂。

（1）黑体后单流化床气化炉

单流化床气化炉是最基本、结构最简单的流化床气化炉，它只有一个流化床反应器，其结构如图2-14所示。

单流化床气化炉的气化剂一般为空气，从流化床底部由鼓风机引入，经过底部布风板吹入流化床中与生物质颗粒发生气化反应，生成的生物燃气直接由气化炉出口排出进入气体净化系统。单流化床气化炉反应温度一般在800℃^［4］左右。单流化床气化炉一般流化速率较慢，适合颗粒尺寸较大的生物质原料，且一般情况下需使用石英砂等流化介质作为床料和加热载体。单流化床存在飞灰和夹带炭颗粒严重的问题，运行成本较高，不适用于小型气化系统，一般在大中型气化系统中运用。

（2）黑体后循环流化床气化炉

循环流化床与单流化床的主要区别是，在生物燃气排出口处，设置有旋风分离器或袋式分离器，其工作原理如图2-15所示。与单流化床气化炉相比，循环流化床气化炉内流化速率较高，这使得产出的生物燃气中含有大量的固体颗粒（床料、炭颗粒、未反应完全的生物质原料等），经过分离器，这些固体颗粒返回流化床，再次发生气化反应并保持气化床密度。循环流化床气化炉的反应温度一般在700～900℃^［4］之间。循环流化床适用于颗粒较小的生物质，在多数情况下，可以不需要床料就运行，故循环流化床运行最简单。

（3）黑体后双流化床气化炉^［4］

图2-16为双流化床气化炉示意，双流化床气化炉分为两个组成部分，即气化炉反应器和燃烧炉反应器。在气化炉反应器中，生物质原料发生热解气化反应，生成生物燃气排入净化系统，同时生成的炭颗粒送入燃烧炉反应器，并在其中发生氧化燃烧反应。该反应使床层温度升高，经过升温的高温床层材料，返回气化炉反应器中，起到气化反应所需要的热源效果。可见，双流化床气化炉碳转化率也较高。

2.1.3　生物燃气的净化

2.1.3.1　生物燃气含有的主要杂质

生物质气化装置内排出未经净化的生物燃气含有杂质，也称为粗燃气。如果不经净化将粗燃气直接通过管道送入集中供气系统或锅炉、燃气轮机等使用设备，将会影响供气、用气设备和管网的正常运行。因此必须在气化系统之后对生物燃气进行净化处理，使之达到可使用燃气的质量标准。气化炉内产生的生物燃气主要含有以下杂质。

（1）黑体后焦油与灰分

焦油是生物质气化过程中不可避免的衍生产物。其主要生成于气化过程中的热解阶段，当生物质被加热到200℃以上时，组成生物质的纤维素、木质素、半纤维素等成分的分子键将会发生断裂，发生明显热分解，产生CO、CO₂、H₂O、CH₄等小的气态分子。而较大的分子为焦炭、木醋酸、焦油等，此时的焦油称为一次焦油，其主要成分为左旋葡聚糖，其经验分子式为C₅H₈O₂。一次焦油一般都是原始生物质原料结构中的一些片段，在气化温度条件下，一次焦油并不稳定，会进一步发生分解反应（包括裂化反应、重整反应和聚合反应等）成为二级焦油。如果温度进一步升高，一部分焦油还会向三级焦油转化^［8］。焦油是含有成百上千种不同类型、性质的化合物，其中主要是多核芳香族成分，大部分是苯的衍生物，有苯、萘、甲苯、二甲苯、酚等，目前可析出的成分有100多种^［8］。

生物质原料除了有机物之外，还有一定数量的无机矿物质，在生物质热化学转化过程中，这些残留的无机物质被称为灰分^［9，10］。目前生物质灰分主要成分有K、Na、Ca、Mg、Al、Fe、Si等，但不同的生物质，灰分含量及成分均会有所不同^［9］。

（2）黑体后有机酸

在生物质热转化过程中会产生有机酸，如乙酸、丙酸等。虽然大部分有机酸会冷凝并排出，但仍有一定量的有机酸以蒸气形式存在于生物燃气中。这些有机酸蒸气对输气管道和灶具有很强的腐蚀作用^［9］。

（3）黑体后水

生物质原料中含有一定量的水分，气化过程中，水被加热成为蒸汽，不但带走较多的热量，还降低气化炉内温度，降低气化效率^［9］。

2.1.3.2　燃气净化技术与设备

（1）黑体后湿式净化法

湿式净化是采用水洗喷淋的方法脱除焦油和灰分的一种燃气净化方法，该方法对焦油的脱除效果较明显。大部分焦油都是可溶于水的，并且生物燃气在被水洗喷淋的同时降低了温度，这有利于焦油的冷凝和脱除。湿式净化法具有结构简单、技术已经成熟并且商业化、操作方便简单等诸多优点。但是湿式净化是用水直接喷淋，使用后的水如不处理会造成严重的二次污染，与此同时，被脱除的焦油中的能量也没得到充分利用，造成能量的浪费^{［11，12］}。

洗涤塔是最常用也是最简单的气体洗涤装置。根据燃气净化的要求，洗涤塔有单层、多层之分。为了增大燃气与水的接触面积，可在洗涤塔内充装填料，洗涤塔内气体流速一般在1m/s以下，停留时间为20～30s^［13］。燃气在上升过程中，反复与水滴接触，使固体和焦油颗粒与水混合，形成密度远大于气体的液滴，落到下部排出，净化后的燃气由洗涤塔上部排出。洗涤塔的脱除效率取决于气体和水的接触，沿截面水滴的均匀分布和合理尺寸的填料会显著提高效率^［13］。一般设计完善的洗涤塔，效率可达95%～99%^［13］。

喷射洗涤器也是生物质气化系统中常用的燃气净化设备。洗涤水由喷嘴雾化成细小水滴，与待净化的燃气同方向流动，但两者之间存在很高的速率差。在向下流动的过程中，气流先加速而后减速，以此来增加气流与洗涤水滴的接触。洗涤水最后进入水分离箱后，速率大大降低，这使得携带了灰粒和焦油的液滴从气体中分离出来^［13］。喷射洗涤器一般效率可达到95%～99%，它的缺点是压力损失大，需要消耗较多的动力^［13］。

（2）黑体后干式净化法

干式净化法是以棉花、海绵或活性炭等强吸附材料作为过滤材料，当燃气通过过滤材料时，利用惯性碰撞、拦截、扩散以及静电力、重力等吸附机制，把燃气中的焦油、灰分等杂质吸附在过滤材料中^［12］。干式净化法是一种有效去除细小颗粒杂质的方法，根据过滤材料孔隙的大小，可以滤出0.1～1μm的小粒径杂质^［13］。干式净化法依靠过滤材料的容积或表面来捕集颗粒，其容纳颗粒的能力有限，因此过滤材料再生重新使用是一个技术瓶颈。当然，使用过的过滤材料可作为气化原料烧掉，避免二次污染^［9］。袋式过滤器常采用间歇振打和反吹的方法，但袋式过滤器对燃气的含水量比较敏感^［13］。干式净化法具有运行稳定、高效、成本低的优点。

（3）黑体后电捕焦油法

电捕焦油器是一种高效的脱除焦油和灰尘设备，尤其对0.01～1μm的焦油和灰尘微粒有很好的脱除效率。电捕焦油器首先将气体在高压静电氛围下电离，使焦油雾滴带有电荷，带电雾滴吸引不带电雾滴逐渐聚合成较大的复合物，最后在重力作用下从燃气流中下落。电捕焦油法具有压降阻力损失小、净化燃气量大的优点，但电捕焦油器对处理燃气的氧含量、颗粒浓度及比电阻等参数要求较高，且电捕焦油法设备初投资和运行成本都较高，操作管理的要求也较高^［9］。

（4）黑体后裂解净化法

裂解净化法是在高温下将生物质气化过程中所产生的焦油裂解为可利用的永久性小分子可燃气体的方法，是当前最有效合理的焦油脱除及利用方法。裂解净化法分为直接热裂解净化法和催化裂解净化法。直接热裂解法需要在气化炉内或净化装置中达到很高的温度（1000～2000℃），促使焦油发生裂解反应，实现较为困难；催化裂解净化法是使用催化剂促使焦油发生裂解反应，反应温度较直接热裂解显著降低（750～900℃），并可使焦油裂解率达到99%。裂解净化法的缺点是工艺较复杂，催化裂解过程催化剂失活严重，成本太高，很难在我国农村地区推广使用^［9］。

（5）黑体后微生物法脱除焦油

据文献报道，部分微生物如假单胞菌、黄杆菌、芽孢杆菌、节细菌属、红球菌属、诺卡氏菌等能有效降解焦油中的某些成分。国内田沈^［14］、杨秀山^［15］等用微生物降解生物质气化产生的焦油，但目前该方法还处于实验室阶段，不具备商业运用条件。

2.1.4　气化技术的应用^{［16～19］}

2.1.4.1　生物质气化供热技术

生物质气化供热是指生物质气化后生成的生物燃气，进入燃烧器中燃烧放出热量，为终端用户提供热能。生物质气化供热可分为集中供热和分散供热两种形式。集中供热系统由热源、热网和热用户三部分组成。热源为由生物质气化炉、过滤器、锅炉、热交换器等设备构成的系统，热网为连接热源和热用户的管路系统，热用户为使用热能的单位，即居民用户。由热源生产的蒸汽或热水通过管网输送给一个区域热用户采暖，具体流程如图2-17所示。生物质气化集中供热最大的特点是生物燃气直接进入锅炉燃烧，因而对生物燃气的品质要求较低，不需要高质量的燃气净化和冷却系统，整体热源系统相对简单，生物燃气中所含焦油也可直接进入锅炉燃烧，热利用率高。分户供热是相对于集中供热而言的，每家每户都由独立的热源、热网和热用户组成。热源主要是指燃气壁挂炉，热网为热源到各个供热房间的管路，热用户主要指各个供热房间，具体流程如图2-18所示。

2.1.4.2　生物气化集中供气技术

生物质气化集中供气技术是指以以农林废弃物为主的生物质为原料，通过气化生成生物燃气，利用管网输送到农村（或区域）各用户用于炊事，以替代农村居民常用的薪柴、煤或罐装液化石油气。通常集中供气以农村的一个自然村为单位建立气化站。生物质集中供气系统主要包括原料预处理设备、进料装置、气化炉、燃气净化系统、储气柜和输气管网。推广生物质集中供气技术，除减少化石能源的使用和提高生物质利用效率外，其重要意义在于提高农民生活质量和生活品位，以加速农村城镇化建设，并减少因秸秆直接燃烧而造成的大气环境污染^［9］。经过20多年的努力，我国农林地区生物质气化集中供气技术逐渐成型完善，自行研发的气化集中供气系统已经进入推广示范阶段。目前国内拥有较为成熟的生物质气化集中供气应用工程的单位有山东能源研究所、广州能源研究所、辽宁省能源研究所、浙江大学、天津大学、山东大学等。

2.1.4.3　生物气化发电技术

生物质气化发电是指生物质经热化学转化在气化炉中气化生成可燃气体，经过净化后驱动内燃机或小型燃气轮机发电。其发电技术的基本原理是经加热、部分氧化把生物质转化为可燃气体（主要成分为CO、H₂、CH₄、C_mH_n、CO₂等），再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电，气化发电技术是可再生能源技术中最经济的发电技术之一，它既能解决生物质难以燃用而又分布分散的问题，又可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑而污染少的优点，是生物质能最有效、最洁净的利用方法之一。生物质发电技术在发达国家已受到广泛重视。奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典和美国等国家的生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速。例如奥地利成功地推行了建立燃烧木材剩余物的区域供电站计划，生物质能在总能耗中的比例由原来的2%～3%激增到1999年的10%，到20世纪末已增加到20%以上。到目前为止，该国已拥有装机容量为1～2MW的区域供热站及供电站80～90座。瑞典和丹麦正在实施利用生物质进行热电联产的计划，使生物质能在转换为高品位电能的同时满足供热的需求，以大大提高其转换效率。1991年，瑞典地区供热和热电联产所消耗的燃料26%是生物质。美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位，1992年利用生物质发电的电站已有1000家，发电装机容量为650×10⁴kW，年发电42×10⁸kW·h。目前，国际上有很多先进国家开展了提高生物质气化发电效率这方面的研究，如美国Battelle （63MW）和夏威夷（6MW）项目，欧洲英国（8MW）和芬兰（6MW）的示范工程等，但由于焦油处理技术与燃气轮机改造技术难度很高，仍存在一些问题，系统尚未成熟，限制了其应用推广。