0、前言
随着全球能源与环境问题的日益凸显，迫切地需要我们对生物质能源进行开发、研究和利用。生物质气化技术将成为未来10至20年内最为可行的技术之一．同时也是国际上生物质能源研究的热门方向。对于生物质气化设备来说，目前世界上应用最广泛的是固定床气化炉。随着科技的进步和技术的日趋成熟，欧美国家开始大力发展更为先进的循环流化床生物质气化技术，各种新形式的循环流化床气化装置不断涌现，其原料适应性更强，产气热值更高，生产能力和强度更大，调节范围更广。国内生物质气化主要采用常压固定床气化炉，从20世纪90年代开始，中国科学院广州能源研究所、浙江大学、中国科技大学和东南大学等单位逐步开展了对循环流化床气化装置的研究和应用。
1、流化床生物质气化炉
应用于生物质气化技术领域的循环流化床主要有外循环流化床，内循环流化床和双流化床。
1.1外循环流亿床生物质气化炉
外循环流化床是最为常见的生物质气化装置。其循环回路主要包括炉膛，循环灰分离器和飞灰回送装置．其装置如图l所示。外循环流化床的飞灰分离器布置在床外，灰分从炉膛溢出后经分离器分离后进人下降管，再经回料器回送至炉膛底部继续流化。外循环流化床循环效率高，负荷易调节，床内无埋管。国外外循环流化床在生物质气化领域的应用始于19世纪末，其技术较为成熟和完善，已经被广泛应用于工业化生产。
德国Lurgi公司于1986年在奥地利Pols开发了世界上第一台工业循环流化床气化炉，气化树皮产生燃料气；瑞典的Sydkraft AB公司于1996年建立了世界上第一座完整的使用木材作为燃料的IGCC气化发电厂；意大利THERMIEENERGY FARM生物质示范电厂于2002年在Cascina建成，其均基于外循环流化床生物质气化技术。
加拿大不列颠哥伦比亚大学与华中科技大学于2004年合作研究了外循环流化床中的生物质气化过程，并得到了与实验数据相吻合的平衡模型。
中国科学院广州能源所从”六五”开始承担相关国家研究课题，进行了许多循环流化床生物质气化的研究，并于2007年来建造了5.5 MW生物质气化联合循环发电示范电站，山东省科学院能源研究所和中国科技大学的陈平等也分别对生物质外循环炉的热电技术和实验特性进行了研究。
1.2内循环流化床生物质气化炉
内循环流化床是一种较新型式的流化设备。近年来在生物质气化领域被逐渐采用，其主要通过非均匀布风来实现床内颗粒的大尺度内部循环，增强了物料横向混合，延长了颗粒物料在床内的停留时间，并且有利于燃料在床内稳定、快速的燃烧，从而使床料的燃烧过程更稳定、充分。
Freedman和Merry首先提出了用不均匀布风来实现床内颗粒的大规模循环，并用液体进行了试验。目前，国内外学者研究的内循环流化床主要有隔板式内循环流化床、锥形内循环流化床、提升管式内循环流化床和非均匀布风式内循环流化床。
1. 2.1隔板式内循环流化床
隔板式内循环流化床是近年来被广泛研究并应用于生物质气化领域的一种内循环流化床，该床利用隔板将反应器分为流化床和移动床，易控制颗粒的循环速率，从而调节燃烧装置的负荷。
意大利的拉奎拉大学的Pier Ugo Foscolo等于2006年设计了一套隔板式内循环流化床生物质气化冷模装置并进行了冷态实验，其试验装置如图2，结果表明当床料量超过挡板上沿时颗粒循环开始发生，通过调节挡板的位置和气体流速可以控制固体循环率。
中国科学院广州能源研究所的原晓华，周肇秋，马隆龙等从2005年开始对隔板式内循环流化床中生物质气化过程进行实验研究，分别采用稻壳和锯末进行了热模气化实验。
1.2.2锥形内循环流化床
锥形内循环流化床结构较为简单，物料在提升管内进行反应后，进入放大段，由于气速降低，曳力大大减弱，加上挡板的碰撞和拦截作用使其发生转向和回落，从而沿壁回流至塔底浓相区，并再次被气流裹挟向上运动，实现大部分颗粒的内循环。
中国林业科学研究院林产化学工业研究所于开发了内循环锥形流化床气化炉用来进行秸秆富氧气化实验。但该项研究其它后续报道较少，其气化装置如图3所示。
1.2.3提升管式内循环流化床
提升管式内循环流化床是在气体喷嘴上设置提升管，顶部的“T”型管相当于分离器，有效地使颗粒分离落人床内，周围的环形区域为下降段，颗粒由提升管底部进入管内，形成循环。目前对于提升管式内循环流化床用于生物质气化方面的报道在国内外很少见�；侠砉ご笱У腄onglai Xie，C．JimLim对内循环流化床冷模制氢装置内的气固循环流动进行了研究，其装置属于提升管式内循环流化床，如图4所示。
1.2.4非均匀开孔式内循环流化床
非均匀开孔式内循环流化床主要特点是只有1个风室，通过不同的开孔率来达到非均匀布风，内部结构简单，对原料粒度要求低，多用于城市固体垃圾的焚烧，其作为生物质的热解气化设备也有一定的前景，但目前尚未有文献报道。
1.3双流化床生物质气化炉
双流化床气化装置主要是由两级反应器组合而成，从而将生物质的燃烧和气化过程相对分离开来，使热解产生的可燃气体不会被燃烧产生的烟气所稀释，因此可以得到纯净度更高的可燃气体。
国外生物质双流化气化技术主要是在20世纪才开始逐步发展起来，美国，加拿大，奥地利，新西兰，日本等许多国家在该项技术上较为领先，从目前已知文献来看，最早提出双流化床概念的是日本的D．Kunii博士，并于1975年建立了实验装置并着重关注了气化区和燃烧区的完全密封。法国南希大学Deglise X等于1985年合作建立了小型的工业化装置。
Battelle型流化床是美国Columbus OHrBattelle Memorial Institute研究中心于1 992年开发的多种固体流化床装置(The multisolid flu-id bed)，美国国家可再生能源实验室应用Battel-le双流化床技术进行了煤一生物质流化床高压联合气化的研究，并在弗蒙特州的柏林顿电站建立了气化发电技术示范厂且运行良好。其气化装置如图5所示。
1994年以来，奥地利维也纳工业大学Hof-bauer等人采用双流化床生物质气化技术进行了一系列理论和实验研究，并于2002年在澳大利亚建立了工业化实验装置，如图6所示，同时其致力于使用水蒸气进行生物质气化的研究。据作者所知，新西兰坎特伯雷大学Shusheng Pang教授与奥地利维也纳工业大学合作，对该项技术作进一步的研究和完善，其实验室已建成1座100 kW生物质蒸汽气化炉试验系统，并已成功运转2年以上。根据近年来的报道，荷兰也建立了一座名叫Milena的双流化床生物质气化工厂，目前已经投产，其装置基本与Hofbauer提出的相同。
日本横滨市石川岛播磨重工业有限公司的Takahiro Murakami，Xu等人自2003年开始进行基础性相关研究并设计了双流化床气化炉装置，如图7所示，该设备与维也纳工业大学提出的反应装置主要不同处在于床料分离循环过程。Xu等研究者于2008年提出了两段式双流化床气化装置( T-DFBG)，其装置如图8所示，该装置主要应用两段式气化器代替鼓泡流化床气化装置，下段的反应情形类似鼓泡流化床，而上段的主要作用是浓缩下段产生的产品气体并抑制可能发生的燃料颗粒的扬析，此装置可能会提高气化效率并降低产品气中焦油的含量。
我国对双流化床技术的研究目前还处在发展阶段。浙江大学热能工程研究所方梦祥等人在2003年开始对双流化床物料循环系统进行了较为初步的实验研究，并于近年建立了1 MW的双流化床气化装置；中国科学院的吕清刚等也对双流化床进行了设计及冷模实验，但其主要针对是煤的气化。
东南大学的沈来宏，高扬等人于2004年设计了1套双流化床装置，取名为串行流化床装置，并在2009年对该装置用于生物质气化制氢进行了模拟及实验研究，结果表明，燃烧反应器内燃烧烟气不会串混至气化反应器，该气化技术能够稳定连续地从气化反应器获得不含氮气的高品质合成气。
山东省科学院能源研究所的李松，范晓旭等于2009年发表关于双流化床生物质气化炉试验研究成果，并进行了技术推广。
2、几类循环流化床气化炉的对比及讨论
表1中例举了几例应用循环流化床进行的生物质气化实验的数据。
不同形式的流化床气化炉各自具有其特点。
外循环流化床：结构简单，循环率较大，气化强度较高，是目前生物质气化工业应用中最为广泛的循环流化床类型，由于烟气的稀释，其产气的纯度较双流化床低，燃气热值在5 000 kj/m3左右，床内温度通常在700℃—850℃间，因此需要外部添加一定量的辅助燃料，否则无法达到理想的产气温度。正常操作条件下不易发生结焦；产品气中的焦油含量普遍高于双流化床及内循环流化床的产气；回料系统控制较难，容易发生下料的困难，返料量较低时容易变成低速携带床，这也是双流化床运行中最主要的问题。
内循环流化床：通过非均匀布风，其内部流化工况中的横向混合要强于其它循环床，结构也更为简单，床内温度一般在600℃～800℃之间，不易结焦，产气的热值和氢气含量稍高于外循环流化床。通过研究报道，内循环流化床的稳定性和产气质量均优于外循环流化床，且不需要担心返料装置的控制问题，是目前国内外研究的热门课题。
双流化床：双流化床结构比另外2种循环流化床复杂。在上述3种循环流化床气化装置中其产气纯度最高、氢气含量最高、热值最高(通常为12Mj／M3—15 MJ／M3)。床内温度通常在850℃～1 100℃间，操作不当情况下易发生结焦，产气焦油量较少。由于燃烧段可为气化段提供大量的能量，因此该系统需要辅助燃料的量小于外循环流化床。高温运行不易达到稳定状态。双流化床气化技术要求和研究成本都很高。目前虽然许多国家都进行了工业化的试运行和投产，但部分学者仍指出许多工业化的生物质气化厂的运行是依靠政府的资金资助才得以维持，因此作者认为双流化床生物质气化设备的工业化不仅是科研问题，同时也是经济问题。这些都需要在以后的研究当中进一步解决。
循环流化床锅炉技术经过一个多世纪以来的发展已经趋于成熟和完善，但将其应用于生物质气化却是一项新兴的课题，循环流化床相比于固定床，鼓泡流化床等更适合于生物质能利用的工业化。
可以看出，不同形式的循环流化床相比较，各有其优点和不足。作者认为，在今后的研究应用中，应继续推广并完善外循环流化床生物质气化技术，同时积极开展对内循环流化床及双流化床生物质气化炉气化技术的研究，使其能早日投入到规�；ひ瞪腥ァ�
我国是一个农业大国，大力开发生物质气化技术，研究新型气化装置，对缓解我国能源紧张的局势有重要的作用，也符合我国国情，其将成为发展较快的新型产业之一，因此循环流化床生物质气化装置的应用具有良好的前景。
三门峡富通新能源生产销售的生物质锅炉，同时也出售生产生物质颗粒燃料的颗�；⒔崭蜒箍榛�、饲料颗�；然瞪璞浮�
