0、前言
大米草(Spartina)为多年生禾本科植物，生长于沿海滩涂地区。为抵御风浪、保滩护堤、促淤造陆，我国一些沿海地区在1984年从美国将其引进（1-3）。但大米草根系发达、繁殖能力极强，具有耐盐、耐碱、耐淹，抗逆性强，适应性广等生长特点，大面积、高密度的大米草疯长、蔓延，破坏了近海生物栖息环境，同时影响了海水的交换能力，引发赤潮，对当地的经济和生态带来了巨大灾难，变成了全球性的、被称为“食人草”的害草。在我国，北起辽宁锦西、南到广东电白100多个县（市）的沿海海滩上均有生长，大约2亿亩，其密度为150～2640株／m2。据统计，大米草草场一般每公顷年产鲜草15-30吨，高者可达37,5吨以上。面对如此巨大的大米草资源，如何变害为利、交废为宝已成为国际公认的难题。
目前，国内外已有利用大米草作为牲畜饲料、制取食品、药物等，但用量较少。对规模化、工业化应用，尤其是将大米草气化转化为清洁能源等技术的应用尚无报道。基于以上资源状况和研究背景，本文采用热解气化技术，解决了原料富含钾、钠、氯等元素引发的碱金属问题，将大米草中的碳、氢等元素转化为一氧化碳、氢气，甲烷等可燃气体，通过净化处理后，成为优质、廉价的清洁能源，实现了气、电、热三联供。
1、大米草的组成成分及气化工艺的确定
1.1大米草的组成成分
大米草是禾本植物，本身含碳化物和碳氢化合物，从植物学看，是由纤维素、半纤维素和木质素等组成，但其组成成分又有别于其他植物的秸秆，其成分如表l所示。从表1中可以看出，与普通的生物质秸秆相比，大米草中碳、氢含量较高，并含有氯、硫、钙、硅、磷等元素。
1.2大米草气化工艺的确定
从大米草成分中可以看出，碳和氢的含量较高，这将有利于获取较高热值的燃气，但其中还含有钾、钠、氯、硫、钙、硅、磷等无机元素。根据大米草所含无机元素的种类数量、热化学转化工艺与采用的具体反应设备类型不同，将引发不同的碱金属问题。在高温燃烧环境下，碱金属及其相关无机元素可能在炉膛内形成熔渣或进入气相，以蒸汽和飞灰颗粒的形式沉积于受热面，影响热效率，同时对换热面造成严重腐蚀；在采用流化床进行燃烧或气化反应时，原料中碱金属可能与床料反应形成低熔点的共晶化合物而引起颗粒聚团，一般认为，颗粒聚团是灰中钾、钠等元素的化合物与砂中的Si0，反应，生成低熔点的共晶体，熔化的晶体沿砂的缝隙流动，将砂料粘结，形成结块，破坏流化。反应方程式如下：
2SiOZ+Na20→Na20·2S102 (1)
4Si02+K20→K20·4Si02 (2)
这两个反应可以形成熔点仅为650—700℃低于流化床通常运行温度的共晶体化合物，正是这些熔融态的物质充当颗粒之间的粘合剂而引起了聚团。颗粒聚团发生后降低了床内的流化质量，往往引起床内温度不均，出现局部高温，增加床内的处于熔化状态的碱金属化合物出现的机会，加剧聚团趋势，最终导致流化失败。另外，氯在高温状态时易造成炉内部件腐蚀，导致设备维护费用上升，降低设备的可用率和缩短运行周期。当然，使用添加剂、水洗或燃烧前低温热解气化（低于500℃）可以去除部分钾和氯，但大米草的规模化利用将难以实现。因此，本文采用固定床气化工艺进行大米草气化，其系统工艺流程如图2所示，该系统主要由物料预处理和输送系统、气化炉、燃气净化系统、贮气柜和燃气输配系统、燃气供热系统和燃气内燃发电机组等部分组成。
2、大米草气、电、热系统
2.1丈米草的气化
根据大米草的特性，研制气化设备使其符合大米草元素成分及燃烧和气化特性的要求：采用进风量自动调节，并通过试验获取了适合大米草的气化炉高径比，确保了物料层、氧化层和还原层处于合适的高度，实现了炉内梯度燃烧；炉膛内采用倒锥体设计，彻底解决了物料下落过程中的膨料问题：选择合理的炉村材料，抑制由于气态氯的释放不断将金属由管道表面内层向外层输送，降低金属的腐蚀。上述结构的改进和优化实现了炉内的梯度燃烧和气化，并可调控反应速度，提高燃气热值，提高炉内氧化还原区的反应温度以降低焦油含量。
燃气净化设备采用集喷淋、冲激、降膜吸收和脱湿功能于一体的闭路循环净化系统，对燃气中的灰分和焦油进行有效的去除。该系统具有集成创新，一次性无动力排出污物，净化效率高，焦油含量低等优点。
在运行过程中，从布置于燃气管道上的取样口对燃气进行了取样，取样过程贯穿于整个气化过程的始终，平均间隔约20分钟进行一次取样，燃气取样分析结果见表2．气体成分采用气相色谱分析仪进行分析。通过分析可以得出燃气中CO、H2、CnHm、CH4、02、C02和N2的体积百分含量和热值。
2.2燃气供热
本系统中的供热是由气化机组制取的大米草燃气，通过输配管网送至燃气锅炉进行燃烧而实现的，燃气锅炉产生的蒸汽由供热管道送至用户。锅炉中的专用燃烧器采用动力燃烧方式。燃烧器具有下列优点：可使用较低压力空气或热空气，在较高过剩空气系数下仍能确保火焰稳定，使火焰被吹熄的可能性降至最低；燃气的适用范围大，当燃气质量发生变化时，只需改变燃气与空气的比例。另外，该燃烧器带有完备的安全保护装置：
(1)该燃烧器具有自动点火装置。为清除炉膛内的残余燃气，防止暴燃，设计了点火前延时吹扫。
(2)燃气在冷态点火启动时不易点火，本系统设计了互套点火装置。
(3)为保证安全，该燃烧器设计了熄火报警装置，水位及温度控制装置。
经实际运行测试，供热锅炉的热效率为90%以上。
2.3燃气发电
2.3.1燃气发电机组
本系统中选用40kw燃气内燃发电机组，该发电机组为适用于低热值燃气，开发了自吸式燃气，空气混合器，提高了发电效率；解决了燃气供给与内燃机接口、点火系统、机组调速、控制系统的有效衔接，实现了全过程自动控制：
(1)燃气／空气混合器
燃气／空气混合器是燃气与内燃机的接口部件，它是提高发电机组效率，防止燃气中残留焦泊对管路堵塞的关键。本系统采用自吸式专用燃气／空气混合器，可以满足发动机在不同工况下对大米草燃气，空气不同混合比的要求，且具有混合时间长、混合气均匀、混合比稳定的特点。
(2)点火系统
点火系统由点火控制模块、点火线圈、高压线、火花塞等组成。由于大米草燃气的热值较低，只有天然气的1/4—1/6左右，因此点火系统采用每个火花塞使用一个高压线圈的方式，具有点火能量高，点火时间准确，点火时间调整方便等特点。
(3)电子调速系统
本内燃机发电机组采用了电子调速系统，调速响应快，性能优良。同时该调速系统工作稳定，抗干扰性强，可满足长时间运行的需要。
(4)发电机组控制系统
发电机组的控制系统的控制屏用于控制发电机组的电能输送，具有欠电压、过电流、自动调速、逆功率保护等功能，同时，可以监控发动机的转速、水温、油温、油压、排气温度等参数并设有声光报警输出。
40kw燃气内燃发电机组技术性能参数如表3。
表4为燃气发电机组发电过程中，机组的输出功率和燃气消耗量，由表4可知，随着输出功率的增大，燃气消耗量呈下降趋势，气耗率由1.8降至1.3，当发电功率达到最大时，与此相对应的气耗率也相应达到最小值，这说明当内燃机处于高负荷状况下，燃气进行充分的燃烧，发电效率较高。
由表5可以看出，大米草气体燃料发电机组在标定功率点(发电机组输出功率为39kW，发动机转速为1500r/min)的主要有害排放物HC的浓度为44ppm左右，CO排放的浓度为0.54%，NO排放的浓度为57ppm左右，利用波许烟度计所测的烟度为0 BSU，说明发动机的碳烟排放极低。试验过程中发电机负载在连续运行中能够保持稳定状态，说明气化设备所产燃气品质较高且稳定，能够满足发电的要求。
3、结论
本项目的研究成功，可以建设独立、完整、资源一能源一环境一体化的大米草能源系统，将廉价低品质资源转换为高品质能源（气、电、热）。它适合于分散、独立的生物质能源利用体系，其系统规模有较大灵活性。依托本技术，可以将大米草转变为清洁能源，控制大米草的生长繁殖、减缓由此给当地经济和生态环境带来的危害。同时开发并扩大了可再生能源的原料利用范围，通过对原料种类和能源供给方式的扩展，该技术同样可应用于其他农林废弃物的处理，是生物质能综合利用的一条有效途径。这不仅可以全面扩展生物质资源的能源化应用领域，更可有效改善我国能源产业结构，具有重大的能源战略意义。
三门峡富通新能源销售生物质锅炉同时也出售生产生物质颗粒燃料的颗粒机、秸秆压块机、饲料颗粒机等机械设备。
