一 秸秆固化成型技术
（一）技术原理
秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。木质素为光合作用形成的天然聚合体，在植物中的含量一般为15%～30%。木质素不是晶体，没有熔点但有软化点，当温度为70℃～110℃时开始软化，具有一定的粘度；在200℃～300℃时，呈熔融状、粘度高，此时施加一定的压力，增强分子间的内聚力，可将它与纤维素紧密粘接，并与相邻颗粒互相粘结，使植物体变得致密均匀，体积大幅度减少，密度显著增加。秸秆固体成型燃料就是利用木质素充当粘合剂将松散的秸秆等农林剩余物挤压成颗粒、块状和棒状等成型燃料。秸秆固化成型燃料是一种优质燃料，具有高效、洁净、点火容易、二氧化碳零排放、便于贮运和运输、易于实现产业化生产和规模应用等优点。秸秆固化成型后，燃烧特性可得到明显改善，使用时火力持久，炉膛温度高，可为农村居民提供炊事、取暖用能，也可以作为农产品加工业（粮食烘干、蔬菜、烟叶等）、设施农业（温室）、养殖业等不同规模的区域供热燃料，另外也可以作为工业锅炉和电厂的燃料，替代煤等化石能源。
（二）技术流程
农林废弃物的固体成型技术按生产工艺分为粘结成型、压缩颗粒燃料和热固体成型工艺，可制成棒状、块状、颗粒状等各种形状。固体成型的工艺流程主要是将回收的农作物秸秆粉碎、堆放软化（含水率控制在15%～35%之间）、经上料机将物料送进生物质燃料成型机内模压成型、冷却、定量包装。
（三）适宜区域
生物质固体成型燃料适用于粮食主产区或农产品加工厂附近，即农作物秸秆或农产品加工废弃物资源量大的区域。此外，亦可用于林业资源丰富的区域，木材加工厂附近区域等。
（四）技术操作要点
1. 干燥。生物质的含水率在20%~40%之间，通过自然晾晒或烘干方法进行干燥，滚筒干燥机进行烘干，将原料的含水率降低至8%~10%。原料太干，压缩过程中颗粒表面的碳化和龟裂有可能会引起自燃；而原料水分过高时，加热过程中产生的水蒸汽就不能顺利排出，会增加体积，降低机械强度。
2. 粉碎。秸秆类原料需通过粉碎机进行粉碎处理，通常使用锤片式粉碎机，粉碎的粒度由成型燃料的尺寸和成型工艺所决定。
3. 调湿。加入一定量的水分后，可以使原料表面覆盖薄薄的一层液体，增加粘结力，便于固体成型。
4. 成型。生物质通过固体成型，一般不使用添加剂，此时木质素充当了粘合剂。
（五）注意事项
1. 与煤相比，生物质具有较高的挥发分含量
农作物秸秆中的挥发分一般在76%～86%之间，其存储了超过2/3的热量，且一般在200℃～300℃时开始析出。如果此时无法提供足够的助燃空气，则未燃尽的挥发分被气流带出，形成黑烟，传统的燃煤锅炉设计方法和操作规程并不适合于农作物秸秆。
2. 灰分含量高
由于秸秆类生物质中的灰分含量通常较高，因此，颗粒燃料的灰分沉积速度一般大大超过煤的燃烧，有的甚至超出煤炭大约一个数量级。此外，积灰中通常存在大量的KCl等氯化物，也是需要注意的一个问题。
3. 结渣现象严重
在秸秆生长过程中，会吸收包含一定含量的碱金属元素（包括K、Na、Cl、S、Ca、Si、P等），其以盐或者氧化物的形式存在于生物质机体内部或者灰分等杂质中。当秸秆类生物质固体成型燃料燃烧时达到的温度远远高于灰熔点温度范围，导致炉底的秸秆灰在800℃～900℃时就开始软化，温度过高时灰分会全部或者部分发生熔化，导致结渣率较高，试验表明玉米秸秆颗粒燃料的结渣率在50%以上。这不仅影响燃烧设备的热性能，而且会危及燃烧设备的安全。
4. NOx排放量较高
生物质燃烧设备产生的NOx主要是由燃料中的N元素氧化产生的，既来自气相燃烧也来自固定碳燃烧过程。其他NOx可能是某些特定条件下由空气中的N元素形成的。生物质燃烧排放的最主要NOx是NO，它在大气中会转变为NO2。
二 秸秆沼气生产技术
（一）户用秸秆沼气生产技术
沼气是由多种成分组成的混合气体，包括甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）和少量的硫化氢（H2S）、氢气（H2）、一氧化碳（CO）、氮气（N2）等气体，一般情况下，甲烷占50%～70%，二氧化碳占30%～40%，其他气体含量极少。户用秸秆沼气生产技术是一种以现有农村户用沼气池为发酵载体，以农作物秸秆为主要发酵原料的厌氧发酵沼气生产技术。
1. 技术流程
户用秸秆沼气生产技术流程图见图1所示。
2. 适宜区域
适合全国各粮食产区。总的来说，北方地区以玉米秸秆和小麦秸秆为主要发酵原料，南方地区以稻草为主要发酵原料。可根据农作物秸秆的种类和特性，选择不同的发酵工艺。
3. 技术操作要点
（1）秸秆收集与粉碎。户用秸秆沼气的原料主要为玉米秸秆、小麦秸秆和水稻秸秆等。常见户用秸秆沼气的原料量为：6立方米的沼气池，所需干秸秆约为300千克；8立方米的沼气池，所需干秸秆约为400千克；10立方米的沼气池，所需干秸秆约为500千克。将所需秸秆收集后，堆积在开阔区域让其自然晾晒和风干，随后对风干的秸秆进行机械粉碎或铡切，秸秆长度控制在5厘米以下。
（2）润湿与堆沤处理。①润湿：粉碎后的干秸秆，须先进行润湿处理。以8立方米的沼气池为例：400千克秸秆需加水300~400千克（或等量沼液），充分搅拌，湿水程度以用手捏紧秸秆有少量的水滴下为宜。润湿后将秸秆放置1天以上，以确保湿透。②堆沤：通过堆沤可以初步破坏秸秆的纤维—木质结构，有利于后期厌氧发酵过程中被厌氧菌消化分解。以8立方米的沼气池为例，400千克干秸秆，需添加秸秆预处理复合菌剂约1千克，添加碳酸铵5千克。如果采用沼液浸泡秸秆，可不添加复合菌剂。添加菌剂和碳酸铵时需翻堆一次，以保证菌剂和碳酸铵与秸秆充分混匀。堆沤时间一般为夏季3天，春秋季4~5天，冬季6~7天，可根据气温适当进行调整，以秸秆表面长满白色菌丝为宜。
（3）进料准备。为使秸秆沼气池启动更为顺利，原料中可添加适量畜禽粪便（粪便可不用堆沤），将堆沤好的秸秆和畜禽粪便混匀后一起投入池内。以常见的水压式沼气池为例，6立方米的沼气池干秸秆约300千克、牛粪或猪粪约700千克，8立方米的沼气池干秸秆约400千克、牛粪或猪粪约800千克，10立方米的沼气池干秸秆约500千克、牛粪或猪粪约1000千克。
（4）进料。秸秆沼气池进料时，应添加相应的接种物，接种物可以是沼渣或活性污泥。如果没有接种物，也可将畜禽粪便加水浸透后，覆盖薄膜进行堆沤后作为接种物。接种物的总量控制在1000~2000千克，在进料时采取分层加入的方式，即边进料边加入接种物，也可与发酵原料混匀后一起投入到池内。由于秸秆碳氮比较高，为得到合适的碳氮比，需添加氮源。如果添加碳酸铵，添加总量控制在8~10千克（或碳酸氢铵约15千克，均先溶化好再添加）；如果加入人畜粪尿，添加总量为300~500千克。物料装入沼气池后，根据实际情况添加水2000~3000千克，直到发酵料液离天窗下沿500~550毫米为止。户用沼气发酵的适宜温度为15℃以上，因此进料宜选取在气温较高的季节。
（5）启动。密封沼气池池口。连续放气1~3天，当沼气压力表的压力达到2千帕以上时开始试火，直至能点燃且火苗稳定，此时表明沼气池已启动成功，生产的沼气可正常使用。
4. 注意事项
（1）补充氮源
秸秆沼气池运行过程中应补充氮源。氮源通过进料口投入，一般每15天需加1～2千克碳酸按（或碳酸氢按1.5～3千克）。与厕所连通且有粪尿进入的沼气池可不需补充氮源。
（2）添加秸秆
秸秆沼气池正常启动并运行约60天后，需定期添加秸秆。每7天左右向池内补充粉碎并经过堆沤处理的秸秆15～25千克，同时视水压间水位的高低补充水量或排出一定量的沼液、沼渣。
（3）搅拌
每次添加氮源、秸秆时必须用手动泵强回流搅拌，搅拌时间约为30分钟；与厕所连通的沼气池也需每7天用手动泵强回流搅拌1次，每次30分钟。
（4）大换料
秸秆沼气池运行一年左右必须进行大换料，大换料的时间应选在每年的10月或4月，低温季节不宜进行大换料。大换料前10天应停止进料，同时准备好足够的新料，待出料后可立即重新启动。出料时先抽出大部分沼液，留约10%～30%活性污泥为主的料液作为接种物，然后从出料间用耙扒出秸秆渣。池内结壳严重的应打开活动盖进行出料。
（二）大中型秸秆沼气生产技术
大中型秸秆沼气生产技术是指以农作物秸秆（玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆等）为主要发酵原料，单个厌氧发酵装置容积在300立方米以上的沼气生产技术。
1. 技术流程
大中型秸秆沼气生产技术流程图见图2所示。
2. 适宜区域
适合全国广大农村地区。可根据收集的农作物秸秆种类和特性，选择适宜的发酵工艺。
3. 技术操作要点
（1）秸秆贮存。农作物秸秆贮存设施的容积应根据秸秆特性、收获次数、消耗量等因素确定，通常以秸秆收获周期内需要消耗的秸秆量进行设计和贮存，以保证原料供应。秸秆沼气工程场区内或附近应设置秸秆短期堆放场所，可根据需要设置长期堆放场所，以满足工程长期连续运行的原料需求。自然堆放秸秆水分含量应小于18%，青贮秸秆水分含量控制在65%~75%。
（2）秸秆预处理。秸秆原料的预处理有物理、化学和生物等方法。其中：
① 物理预处理，主要是利用机械、热等方法来改变秸秆的外部形态或内部组织结构，如机械剪切或破碎处理、蒸汽爆破、膨化等。
② 化学预处理，使用酸、碱、有机溶剂等作用于秸秆，破坏细胞壁中半纤维素与木质素形成的共价键，破坏纤维素的结晶结构，打破木素与纤维素的连接，达到提高秸秆消化率的目的，如酸处理、碱处理、氨处理和氧化还原试剂处理等。
③ 生物预处理，在人工控制下，利用一些细菌、真菌等微生物的发酵作用来处理秸秆，如青贮、白腐菌处理等。
（3）沼气生产。大中型秸秆沼气工程选用的工艺需根据原料特性及工艺特点，经技术经济分析比较后确定，要能适应两种或以上秸秆的物料特性及发酵要求。
（4）日常运行维护。定期监测厌氧发酵装置内料液pH值、总碱度、温度，沼气成分，产气量，物料高度，罐内压力等参数，并根据监测数据及时调整发酵装置运行工况或采取相应措施。主要参数应满足沼气中CH4含量大于50%，pH为6.8～7.5，总碱度（以重碳酸盐计算）大于2000mg/L，厌氧发酵装置内每天的温度变化应控制在设计范围以内。
（5）出料。按工艺设计要求定期排出沼液沼渣。厌氧发酵装置放空清理时，需停止进料，并打开厌氧发酵装置顶部检修人孔，强制通风24h；人员进入厌氧发酵装置清理前，应先进行气体成分检测和活动物试验，测试合格后方可进入，且宜佩戴防毒面具；同时发酵装置外部必须有人进行安全保护，防止意外发生。
（6）发酵剩余物处理利用。大中型秸秆沼气工程的发酵剩余物宜先固液分离，沼液尽量回流利用，沼渣可加工成固体有机肥或作为有机基质。场区内发酵剩余物贮存调节设施的有效容积应不小于5天平均出料量。
4. 注意事项
大中型秸秆沼气生产技术以生产沼气为核心，由于沼气为易燃易爆气体，所以在生产过程中的首要问题是安全问题。主要包括消防系统、危险物料的安全控制、电气防火、建构筑物防火、建构筑物防雷、应急疏散与火灾报警等。
三 秸秆热解气化技术
（一）秸秆气化技术
该技术是以生物质为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸汽或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过热化学反应将生物质中可燃的部分转化为可燃气的过程。生物质气化时产生的气体，主要有效成分为CO、H2和CH4等，称为生物质燃气。
1. 技术流程
集中供气系统的基本模式为：以自然村为单元，系统规模为数十户至数百户，设置气化站（气柜设在气化站内），敷设管网，通过管网输送和分配生物质燃气到用户的家中，为农村居民提供炊事用能。集中供气系统中包括原料前处理（切碎机）、上料装置、气化炉、净化装置、风机、储气柜、安全装置、管网和用户燃气系统等。
2. 适宜区域
秸秆气化集中供气系统的技术适用于秸秆资源丰富地区，以自然村为单位为农村居民提供炊事用能。
3. 技术操作要点
秸秆类原料首先用切碎机进行前处理，然后通过上料机构送入气化炉中。秸秆在气化炉中发生气化反应，产生粗煤气，由净化系统去除其中的灰分、炭颗粒、焦油和水分等杂质，并冷却至室温。经净化的生物质燃气通过燃气输送机被送至储气柜，储气柜的作用是贮存一定容量的生物质燃气，以便调整炊事高峰时用气，并保持恒定压力，使用户燃气灶稳定地进行工作。储气柜中生物质燃气通过管网分配到各家各户，管网由埋于地下的主、干及支管路组成，为保证管网的安全稳定的运行，需要安装阀门、阻火器和集水器等附属设备。用户的燃气系统包括室内燃气管道、阀门、燃气计量表和燃气灶，因生物质燃气的特性不同，需配备专用的燃气灶具。
4. 注意事项
生物质气化集中供气系统在使用时，应注意以下问题：
（1）一氧化碳中毒。秸秆气化CO含量约20%，需要注意安全隐患。
（2）防止二次污染。粗燃气含有焦油等有害杂质，采用水洗法净化过程中会产生大量含有焦油的废水，如果随意倾倒，就会造成对周围土壤和地下水的局部污染。
（3）减少燃气中的焦油含量。由于系统的规模较小，生物质燃气中的焦油不能完全净化，影响系统长期稳定运行和用户使用。
（二）秸秆干馏技术
该技术是将秸秆经烘干或晒干、粉碎，在干馏釜中隔绝空气加热，制取醋酸、甲醇、木焦油抗聚剂、木馏油和木炭等产品的方法，亦称秸秆炭气油多联产技术。通过秸秆干馏生产的木炭可称之为机制秸秆木炭或机制木炭。根据温度的不同，干馏可分为低温干馏（温度为500℃~580℃）、中温干馏（温度为660℃~750℃）和高温干馏（温度为900℃~1100℃）。100千克秸秆能够生产秸秆木炭30千克、秸秆醋液50千克、秸秆气体18千克。生物质的热裂解及气化还可产生生物炭，同时可获得生物油及混合气。
1. 技术流程
干馏的工艺流程包括原料干燥、干馏、气体冷凝冷却、木炭冷却和供热系统。可采用自然干燥和人工干燥的方式，一般要求原料的含水率低于20%。干馏产生的蒸汽气体混合物在焦油分离器或列管冷凝器中进行冷凝冷却，使其中可凝结的蒸汽冷凝为木醋酸、焦油。木炭可在干馏釜或专门的冷却设备进行冷却。供热系统可为木材干馏提供热量，所用的燃料包括干馏产生的木煤气、煤气或煤等。由单一木炭生产变为木炭、燃气、焦油、木醋液、甲醇的联合生产。
2. 适宜区域
（1）农业
生物炭在农业上的应用是指在土壤中加入生物炭颗粒或载有菌体、肥料或与其它材料混配的功能型生物炭复合材料，主要作功能包括改良土壤，增加地力，改善植物生长环境，提高土地生产力及产品品质。应用领域主要是农田、林地和草坪。
（2）能源
生物炭燃烧性能好，具有发热值高、清洁、无污染等特点。塑型后生产出的“炭化生物质煤”具有较高的堆密度与强度，便于储藏、运输，且清洁环保，燃烧效率高，可替代燃气、煤炭等不可再生能源，用作农村分散供热、供暖的新能源，也可用于城市集中供暖、发电等。
（3）环境保护
生物炭具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎，能减少诸如重金属、残留农药等有毒物质对作物的伤害；生物炭对一些气体包括NH4、SO2、H2S、NO2、CO2、O2、H2、CHC的吸附容量按生物炭容积的倍数计，用生物炭吸附重金属及有害气体等具有操作简单、经济可行、效果良好等优点。
（4）生物炭的副产品
生物炭的副产品包括焦油、裂解气、木醋液等。焦油和裂解气作为慢速热裂解生产生物炭过程中的副产品，是一种潜在的能源物质和化工原料，焦油中主要含有醛、酮、酸、酯、醇、呋喃、酚类有机物、水等，可作为液体燃料可用于窑炉、锅炉等产热设备。裂解气中CH4的含量约为60%，CO2约为35%，还含有少量的H2、CO等气体。裂解气的低位热值约为21MJ/m3。裂解气通过净化后可直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明等用途。
木醋液是指生物质热裂解冷凝后产生的碱性馏出液，木醋液主要成分为酚类和酮类。可用做家畜饲养场所的消毒剂、除臭剂，也可以用于农药助剂或农药，或促进作物生长的叶面肥，特别是在有机农作物中有显著效果。木醋液作为叶面肥主要作用为增进作物根部与叶片的活力，减缓老化，降低果实酸度，延长果实贮藏时间，提高风味；防治土壤与叶片上一些病虫害，促进土壤有益微生物的繁殖；增加农药效果等。
3. 技术操作要点
（1）原料准备。根据秸秆炭化要求贮备原料。如果以固化秸秆为原料，必须配备必要的秸秆固化设备，并按照工艺对秸秆进行固化。生产1t木炭需要固化成型秸秆3t，原秸秆4t。
（2）切碎。粒度较小的秸秆经筛选后可直接使用。对于较长的秸秆，要利用铡切机切成长短适中的原料。
（3）干燥。秸秆直接炭化，可对原料进行自然干燥、人工干燥或烘干，一般要求原料的含水率低于20%。烘干的热源可利用秸秆炭化过程中产生的煤气（又称秸秆气）。
（4）包装入库。木炭贮存切记防火、防潮、防水。
