生物质能的主要利用形式包括什么?
生物质能的主要利用形式包括直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。
1、直接燃烧
当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶,推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施,被国家列为农村新能源建设的重点任务之一。生物质的直接燃烧和固化成型技术的研究开发主要着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。
现已成功开发的成型技术按成型物形状主要分为大三类:以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状成型物技术,欧洲各国开发的活塞式挤压制的圆柱块状成型技术,以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成型技术和设备。
2、热化学转换
是指在一定的温度和条件下,使生物质气化、炭化、热解和催化液化,以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。
①生物质气化:生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热,同时通入空气、氧气或水蒸气,来产生品位较高的可燃气体。它的特点是气化率可达70%以上,热效率也可达85%。生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电等不同用途,这对于生物质原料丰富的偏远山区意义十分重大,不仅能改变他们的生活质量,而且也能够提高用能效率,节约能源。
②生物质碳化
生物质颗粒碳化燃料是各种生物质经过干燥、转性、混料、成型、碳化等复杂过程连续生产出来的一种新型燃料,其与煤性质相同,是可供各种燃烧机、生物质锅炉、熔解炉、生物质发电等的高效、可再生、环保生物质燃料,此种燃料在国际认证为零污染燃料。
③生物质热解
通常是指在无氧或低氧环境下,生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程,是生物质能的一种重要利用形式。
3、生物质化学转换
通过生物质的厌氧发酵制取甲烷,用热解法生成燃料气、生物油和生物炭,用生物质制造乙醇和甲醇燃料,包括有机物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。沼气转化是有机物质在厌氧环境中,通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气。乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。生物制氢,生物质通过气化和微生物催化脱氢方法制氢。
一、发展生物质能供暖的重要性与可行性
生物质能作为可再生能源重要的组成部分,具有优质、稳定的特点,也是唯一一种能转化为多种形式的新能源,更是一种适合在我国广大农村担当重任的供热形式。在具有资源有优势的县、乡镇、村发展生物质能供暖是因地制宜取暖的具体体现。同时,从原料收集、就地加工转化到就地消费,覆盖50公里的生物质能源圈实现县域循环,取之于民、用之于民,对于美丽乡村建设、增加农民收入、实现碳排放的平衡都具有深远意义。
加之目前生物质原料的收集、储存、烘干技术以及清洁供暖的工艺技术、设备、环保等已都完全成熟,在国家各省市不断出台支持政策的前提下,在县一级乡镇工业园发展生物质能清洁供暖可以说是扬帆起航正当时。
从不同供暖方式的经济性比较看,据我们了解,同样供热面积的前提下,以目前的燃料成本,达到同样的室温,在同样的供暖天数、室外温度、建筑条件下,燃煤取暖成本22元/建筑平方,生物质能25元天然气37元电取暖47元(房间达到标准温度),煤炭及生物质能等余热供暖成本是15元/建筑平方!
此外,国际能源署对生物质能源的定位、发达国家的利用经验以及我国对生物质能利用的成功经验都已经充分证明优先利用生物质能是科学的用能之路。比如,在生物质发电及热电总装机居全国第一的山东,自2017年开始大力开展生物质能推广示范县建设,重点支持生物质热电联产项目,尤其是冬季清洁供暖项目,山东省财政每年给予首批试点的阳信、郓城和泗水三个县2000万元支持资金,并且连续支持三年。
生物质能的主要利用形式包括直接燃烧和发电、生物质裂解与干馏、生物质致密成型、生物质气化及发电、生物质热解液化、燃料乙醇、生物柴油 、能源作物。
1、直接燃烧和发电:直接燃烧大致可分炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾焚烧和致密成型燃料燃烧四种情况。我国小型生物质燃烧发电也已商业化,南方地区的许多糖厂利用甘蔗渣发电。广东、广西两地共有小型发电机组380台,总装机容量达800兆瓦,云南省也有一些此类电厂。
2、生物柴油:目前我国生物柴油研究开发尚处于起步阶段。先后有上海内燃机研究所和贵州山地农机所、中国农业工程研究设计院、辽宁省能源研究所、中国科技大学、河南科学院化学所、华东理工大学、云南师范大学农村能源工程重点实验室等单位都对生物柴油作了不同程度的研究,并取得可喜的成绩。
3、生物质致密成型:致密成型燃料燃烧是把生物质固化成型后再采用传统的燃煤设备燃用,主要优点是将分散和疏松的生物燃料进行集中和加密,以便于储存和运输,使之成为便捷和清洁高效的能源。主要缺点是生产成本偏高。
4、生物质气化及发电:我国已开发出多种固定床和流化床小型气化炉,以秸秆、木屑、稻壳、树枝等为原料生产燃气,热值为4~10兆焦/立方米。
目前用于木材和农副产品烘干的有800多台,村镇级秸秆气化集中供气系统近600处。兆瓦级生物质气化发电系统已推广应用20多套。“十五”期间,按照国家高科技发展计划(863计划)已建成4兆瓦规模生物质气化发电的示范工程。
5、能源作物:能源作物种植是近期发展起来的新型产业,是随着生物质能开发与利用的不断深入和扩大逐步形成的。能源作物是指各种用以提供能源的植物,通常包括速生薪炭林、能榨油或产油的植物、可供厌氧发酵用的藻类和其它植物等。
许多能源作物是自然生长的,收集比较困难。现在人们有意识地培育一些能源作物,经过嫁接、驯化、繁殖,不断提高产量,以满足对能源不断增长的需要。甜高粱就是一种很好的能源作物。
生物质供热具有以下优势:
可再生性:每年都可再生,且产量大;
低污染性:生物质硫含量、氮含量低,燃烧过程中产生的硫氧化物、氮氧化物都较低;所产生的二氧化碳可被植物吸收利用,二氧化碳的净排放量为零,可有效地减少温室效应;
广泛的分布性:缺乏煤炭的地域可充分利用生物质能,但是生物质能源水分很高、灰分很小、挥发性很高、发热值偏低。
生物质燃料供热技术使用可再生能源:
如木屑、草类、垃圾处理残留物和农作物肥料处理残留物。如果木材废物是制造业的副产品,在工业木材处理厂使用木材废物作为燃料是当然选择。
我国是一个农业大国,农林生产中所产生的物质种类多,产量巨大,较常见的有:植物秸秆、玉米芯、稻壳、锯末等,利用生物质燃料供热具有很大的发展潜力。