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如何高效利用我国农村生物质资源

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2022-12-22 08:19:54

如何高效利用我国农村生物质资源

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2025-08-25 09:53:43

对于生物质这个词大家都有肯能感到陌生, 所以我们先解释一下这个名词, 生物质是指 利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体,即一切有生命的可以生长的有机 物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。广义概念:生物质包括所有的植物、微生 物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作 物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念:生物质主要是指农林业生产过程中除 粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素) 、农产品加工业下脚料、农林废 弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。特点:可再生、低污染、分布广泛。 因为生物质中含有能量, 因此引伸出生物质能这个词, 生物质能就是太阳能以化学能形式贮 存在生物质中的能量形式, 即以生物质为载体的能量。 它直接或间接地来源于绿色植物的光 合作用,可转化为常规的固态、 液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源, 同时也是唯一一种可再生的碳源。 国内生物质的资源分布 因为生物质包括植物、动物和微生物,所以在分析生物质资源分布的时候,我们只考虑 植物的分布。我国农林生物质资源丰富、数量巨大,较常见的有秸秆、稻壳、薪材、锯末和 甘蔗渣等。 据统计,我国农作物秸秆可收集量约为 4.5 亿 t/年, 折合标准煤 1.8 亿 t, 稻壳 5000 万 t,折合标准煤 2000 万 t ;林业加工过程产生的木质废弃物约 2400 万 m3,折合标准煤 150 万 t ;各种天然薪材的合理提供量为 1.4 亿 t ,折合标准煤 0.74 亿 t。 农业生物质资源 我国是农业生产大国,农业生物质资源丰富。 每年的农业生产废弃物的产量约为 6.5 亿 t, 到 2010 年产量可达 7.3 亿 t,可产生 12EJ 的能量。农业生物质资源主要包括农作物秸秆和 农产品加工废弃物。农作物秸秆是我国广大农村地区传统的生活用能,其中水稻、玉米和小 麦秸秆占到 84.3%;农产品加工废弃物有稻壳、玉米芯、花生壳和甘蔗渣等。1999 年,我 国各地区主要农业生物质可利用量的合计总量达 5.6 亿 t。 列前 10 位的地区是: 山东、 河南、 河北、江苏、黑龙江、吉林、四川、湖北、安徽和内蒙古。其中,秸秆类生物质的主要流向 为 15%还田,24%饲用,2.3%用于工业,近 60%用于薪柴或露地燃烧。因此,我国农业生 物质资源具有巨大的应用潜力。 林业生物质资源 我国现有森林面积为 1.75 亿 hm2,其蓄积量为 124.56 亿 m3。2002 年,全国造林面积 为 777.10hm2,比上一年增长 56.8%。我国陆地林木生物质资源总量在 180 亿 t 以上,可用 于生产生物质能源的主要是薪炭林、 林业废弃物和平茬灌木等。 林业生物质能资源在我国农 村能源中占有重要地位。2002 年,我国农村消耗的林业生物质能资源约 1.66 亿 tce,占农村 能源总消费量的 21.2%。在丘陵、山区和林区等区域,农民 50%以上的生活用能依靠林业资 源。1999 年,我国林业生物质产量列前 10 位的地区是:黑龙江、内蒙古、四川、云南、吉 林、江西、湖南、广西、广东和山西。另外,我国有宜林荒山荒地约 4692.71 万 hm2,可以 开发种植高产能源植物。 (资料来自于百度百科) 我国生物质能源的利用现状 我们国家生物质能源的资源十分丰富, 然而我国生物质能源的开发利用起步较晚, 随着 近些年的研究和开发,经取得了明显的效果。但总体来说主要是作为燃料提供热能或发电、 农田有机肥料及多种化工产品等。 生物质作为燃料或发电 (1)直接燃烧 我国 9 亿多农村人口的生活用能大部分依赖于生物质能源。 然而直接燃烧热效率低, 目 前生物质的直接燃烧利用着重于研究开发提高燃烧的热效率, 减少有害物排放, 如研究开发 各种锅炉等用能设备上。生物质的燃烧,国外用于商业化发电,我国在这一方面仍需进一步 完善。 直接燃烧主要包括炉灶燃烧、压缩成型燃料燃烧、联合燃烧和焚烧垃圾。炉灶燃烧是传 统农村人们的用能方式, 因效率比较低而逐渐被淘汰。 压缩成型燃料燃烧是将生物质压缩成 型,使其密度增大,性能接近煤,相当于锅炉直接燃煤技术,而且尾气排放污染小,进行发 电很有发展前景, 其中颗粒成型燃烧尤适合家庭或暖房取暖。 联合燃烧是燃煤掺入生物质燃 烧,可减少二氧化硫及氮的氧化物的排放。焚烧垃圾是锅炉在 800—1000℃高温下燃烧垃圾 可燃组分, 释放热量供热或发电。 目前我国现代生物质能中用于直接燃烧的高效燃烧锅炉有 200 多台,效率均可达 80%,有几十家垃圾焚烧炉正常运行。 垃圾顾名思义是一种环境污染物,其实它是“放错位置的财富” ,许多国家和地区,已 经形成垃圾产业,垃圾的资源化既可以减轻环境污染,又可以缓解资源短缺。近年来,国外 不断开发出新型发电技术如城市生活垃圾发电,据试验焚烧 500t 垃圾可以发电 1 万千瓦? 时。匈牙利建造的一座大型垃圾发电厂,有 4 个垃圾燃烧室,每个燃烧室可燃烧 15t 垃圾? 电站既发电又给附近用户提供了高达 250℃的蒸汽。垃圾发电在丹麦、瑞典、德国、法国、 日本、英国等国家也得到重视和应用。污泥发电,日本东京大学发明了一种使污泥固化的方 法,据试验固化污泥每千克有 4000 大卡热量,相当于低质煤的发热量,用它进行发电,既 可节约能源,又可保护环境卫生。但是我国垃圾资源的产业化尚未形成。 我国生物质能直接燃烧发电处于起步阶段, 仍具有较大的发展潜能, 美国利用生物质如 废木材和农业废弃物燃烧发电技术已经成熟,其发电设备装机容量为 736MW。 (2)利用转化技术 生物质能源的开发利用, 按照转化产物的形态可分为生物质的液化和气化, 液化与气化 通常采用生物技术和热化学两种方法。 生物质的液化, 生物质的热解液化技术在我国目前尚处于试验研究阶段。 我国各大院校 如浙江大学对生物质废弃物在回转窑中的热解特性, 以及各种碱金属和相关无机元素在生物 质热解中的析出行为进行了研究, 上海理工大学、 东南大学等也正在从不同的角度对生物质 液化技术进行研究。 研究生物质液化是为了提高液体产物的产率, 减少固体残留物和气态产 物的量获得品质更高的液体产品。 生物质热解液化所得液体燃料习惯上称为生物柴油, 可以直接作为燃料使用, 也可以转 化为品位更高的液体燃料或价值更高的化工产品。 生物柴油的研究与开发起步晚, 有望在今 后几十年中迅速发展起来,形成生物柴油产业。统计数据表明,我国乙醇产量的 1/3 以木薯 为原料,2004 年广西乙醇产量为 30 万 t,其中木薯生产乙醇总量达到 10 万 t。利用生物质生 产酒精方面巴西和美国成绩很突出。 研究结果表明木薯作为燃料乙醇原料的综合效益居第二 位,它是生产生物乙醇的首选原料,目前科技工作者在木薯乙醇生产中已经开发出诸如连续 发酵、差压精馏等可与玉米乙醇生产相媲美的技术。黑龙江、吉林和河南三省建设陈化粮为 燃料乙醇生产工程,主要原料为玉米、甘薯等,并已在全国十余个城市开展了掺和 10%乙醇的 汽油醇燃料应用示范工作。 生物质的气化,我国生物质生产沼气研究工作开展的较好,利用秸秆和粪便通过发酵,产 生沼气后照明和生活用燃料。目前,我国特别是四川等地在农村已普遍使用了较为实用的沼 气池。沼气开发利用主要有农业沼气,工业沼气,城市下水道污水沼气,城市垃圾沼气。生物 质气化产物主要包含甲烷、乙烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等,这些产物可用做生活燃气 或工业用气。生物质气化是生物质热转化技术中历史最长、最具实用性的一种技术,但生物 质气化气存在的最大弱点,即气体中 H2/CO 值较低。 我国在技术与装置开发方面自 1990 年代 以来,已取得了一系列的成果,如主要集中于生物法和热化学转换法生物质的制氢技术,中国 科学院广州能源研究所开发研制的各式气化炉 ,可用于清洁供热供电和供气,部分产品已经 出口东南亚各国。 目前二甲醚的合成主要通过煤气化、 天然气气化以及重渣油气化等途径获 得的合成气来合成。 据报道,该研究所研究出利用生物质间接液化一步法合成二甲醚的方法。 发明专利是一种利用沼气重整生物质气化气合成二甲醚的新方法,工艺涉及生物质的高效洁 净利用领域,提供了一种完全由生物质高效清洁利用合成燃料二甲醚的绿色合成方法。?? 生物质转化成其他化工产品 上海大学环境与化学工程学院固体废物研究中心,利用水热技术对甘蔗渣、树叶和菜皮 ?种生物质垃圾的转化产物和机理进行了研究。结果表明,生物质转化得到的产物中含有大 量的腐植酸物质。这类腐植酸物质可以作为生态肥料,腐植酸含量能达到 45%左右具有良好 的肥效和经济价值。广西大学生物技术学科的研究人员针对此难题经过两年的攻关,成功地 研制了利用污泥制造成高效无污染的生态有机肥的技术,生产的肥料不仅能使农作物产量有 较大的提高,而且使果蔬的品质有极大的提高,深受农民的普遍青睐。2000 年该技术转让给 上市公司桂林集琦集团,当年便实现产业化。 我国农村生产沼气过程中,同时得到发酵液、 渣 等厌氧发酵残留物,作为农田的有机肥料,效果很好,从而使得生物质能源得到充分利用。我 国木薯生产乙醇技术趋于成熟,乙醇除了作为运输燃料替代汽油,还可以生产冰醋酸、 乙烯及 其下游产品。生物质的催化合成甲醇技术发达国家,如美国、日本、英国、法国、德国、俄 罗斯等,早在 10 年前就已开展了技术攻关研究。朱灵峰等研究者开展了此项研究工作,填补 了我国此研究领域的空白。 结果表明,解决了催化剂失活问题,秸秆类生物质热化学法制得的 低热值燃气通过适当处理制备的合成气,可直接催化合成甲醇。生物质能的研究工作逐渐转 向热解产品的深加工开发,如活性炭、 木醋液等应用研究领域。 木焦油是国际紧俏产品,木醋 液可形成多种化工产品。 (资料来源江西林业科技报 2006 年第 5 期) 开发和利用生物质能源已成为世界许多国家开源节流、化害为利和保护环境的重要措 施。据联合国环境保护机构发表的一份调查报告说,至少有多个工业化国家在开发利用“绿 色能源”方面取得了显著成绩,其中有些国家通过实施“绿色能源”计划,在很大程度上缓 解了本国能源紧缺的矛盾?同时有效地改善了环境。 而我们国家在拥有丰富的生物质资源时, 我们更要合理的开发与利用, 改善利用生物质 能源的技术,提高能源利用效率,使我国在利用生物质能源方面更加完善,最终使生物质能 源成为我国重要能源的之一。

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2025-08-25 09:53:43

植物通过叶绿素,在太阳光的作用下将二氧化碳和水合成为碳水化合物,从而完成了将太阳能变成化学能,并将其储存在生物体内的转换过程。地球上每年通过植物的光合作用合成的储存在植物体内的化学能大约相当于全世界每年消耗的能源总量的10倍。植物体内储存的能量称为生物质能。生物质能可以通过燃烧转换为热能,燃烧产生的二氧化碳又可再次通过光合作用转换成生物质能,因此,生物质能是可再生的能源。现在普通植物对太阳能的利用效率仅约4%,如果使植物对太阳能的利用效率提高到5%,那么,全世界现有农田的1/10所增产的农作物所提供的能量就相当于每年全世界消耗的化石能源的能量。因此,生物质能是一种很有前途的可再生能源。

生物质能可以直接燃烧,我国农村还有一半以上居民用燃烧木柴、秸秆取暖和炊事。但植物的直接燃烧会污染空气而影响生态环境。如果通过生物化学和热化学作用将植物变成甲烷、酒精,则可以获得高效、低价的能源,而且这些新产生的能源对空气污染和生态环境的影响轻微。但是这类能源的转换效率低,而且往往受季节和地区的影响。

如果在汽油中掺入10%~20%的酒精,使之变成汽油醇,则在汽车发动机不做任何改造的条件下开动汽车,除了可节省汽油,还可减少汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放量。但到目前为止,用糖或淀粉通过发酵来生产酒精的成本还较高,而且还要消耗粮食。因此如果能用农作物的副产品如植物纤维(秸秆、木屑、锯末等)生产廉价的酒精,则可大量节省汽油,并可减少汽车尾气对环境的污染。

另外,科学家也在寻找能直接产生烃类的植物,并将其变成农作物。除了大豆、油菜籽、油棕、油桐等作物外,已经发现了四十几种能产生烃类的植物。经过人工优选的油棕,每万平方米可收获14吨油料。海南的一种油楠大乔木的树芯内有一种黄色的油状树液,可直接用于照明,每棵大树可产生10~20千克这种可燃树液。另外,在海洋中还有某些海带或海藻类植物可以提炼合成天然气甚至可提炼汽车用的汽油和柴油。有研究认为,一公顷油菜田可生产1200升植物油和1060升氧气。其中植物油只有经过加工处理,可以变成生物柴油。种植各种能变成烃类的能源植物,可以实现将农田变成“油田”,而且是可再生的油田。在新世纪,各种能源植物的研究将成为发达国家开发可再生能源的新途径,而且还会使农业复兴。

生物质能的主要发展领域还包括:生物纤维发酵生产酒精;生物质热分解气化产生一氧化碳、氢气、甲烷等气体,经过净化可用于发电;在我国农村,将植物的秸秆等有机物封闭在窖中,在缺氧环境中使之发酵,产生沼气可用于取暖、炊事和照明。沼气还可用来发电,每立方米沼气可发电1.25~1.45千瓦时。由于我国还有8亿多居民生活在农村,因此发展沼气在我国有广阔的前景,而且发展沼气还可以将发酵后的秸秆等作为农肥使用,不仅增加土壤的肥力,还保护了环境。

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2025-08-25 09:53:43
生物能源既不同于常规的矿物能源,又有别于其他新能源,兼有两者的特点和优势,是人类最主要的可再生能源之一。

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生物质具体的种类很多,植物类中最主要也是我们经常见到的有木材、农作物(秸秆、稻草、麦秆、豆秆、棉花秆、谷壳等)、杂草、藻类等。非植物类中主要有动物粪便、动物尸体、废水中的有机成分、垃圾中的有机成分等。

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 随着人类大量使用矿物燃料带来的环境问题日益严重,各国政府开始关心重视生物质能源的开发利用。虽然各国的自然条件和技术水平差别很大,对生物质能今后的利用情况将千差万别,但总的来说,生物质能今后的发展将不再像最近200多年来一样日渐萎缩,而是重新发挥重要作用,并在整个一次能源体系中占据稳定的比例和重要的地位。

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我国发展展望

由预测可知,随着社会的发展,传统利用生物质能的比例将越来越少,到2050年,农村生物质能的利用中传统利用方法不到1%,但是,生物质能的现代化利用技术的比例将越来越高,到2050年可能达到农村总能耗的13%。另外,从预测中可以看出天然生物质能在农村能源的比例随时间推移将越来越少,从30%降到13.7%左右,但是不管那个时期,也不管那个方案,生物质能在农村能源中的比例都很大(高于14%),而且是最主要的可再生能源(占可再生能源的50%以上),这可以充分说明生物质能在今后几十年内在我国农村能源,甚至于我国能源体系的重要地位。

世界进展

合成生物学的发展,通过基于系统生物学原理的计算机辅助人工设计与次生代谢链的酶系统基因合成、代谢工程技术将富油生物进行基因工程改造成能够使生物柴油高产量与分泌的转基因生物,从而实现规模化利用太阳能的生物能源产业,美国著名的文特尔私立研究所已经获得几亿美元的投资,一旦成功产业化,将带来石油与汽车工业的技术变革。

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2025-08-25 09:53:43

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。

人类对生物质能的利用,包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等;间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等,它们通过微生物作用生成沼气,或采用热解法制造液体和气体燃料,也可制造生物炭。生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计,每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1440~1800亿吨( 干重 ),其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3~8倍。但是尚未被人们合理利用,多半直接当薪柴使用,效率低,影响生态环境。现代生物质能的利用是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,以及利用生物工程技术培育能源植物,发展能源农场。 2006年(丙戌年)底全国已经建设农村户用沼气池1870万口,生活污水净化沼气池14万处,畜禽养殖场和工业废水沼气工程2,000多处,年产沼气约90亿立方米,为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。

中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉,以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年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,年生产生物质燃气2,000万立方米。

发展生物质能源重在解决“五难”

面对全球性的减少化石能源消耗,控制温室气体排放的形势,利用生物质能资源生产可替代化石能源的可再生能源产品,已成为我国应对全球气候变暖和控制温室气体排放问题的重要途径之一,国家出台了具体的补贴措施,并且规划到2015年,生物质能发电将达1300万千瓦的目标。然而受原料收集难、政策补贴不到位等难题,生物质能源产业的发展规模和水平远远低于风能、太阳能的利用。如何发挥生物质能企业的生产积极性,尽快解决这些难题,为此,记者采访了中国农村能源行业协会生物质专委会秘书长肖明松,国家发展和改革委员会能源研究所研究员秦世平教授,以及可再生能源学会生物质能专业委员会秘书长袁振宏。

一难:认识不够

生物质能源正处在一个很尴尬的境地。国家发展和改革委员会能源研究所秦世平研究员开门见山地告诉本刊记者:“要说重要,在可再生能源中生物质能源是最重要的,但相比而言,它的产业化程度,发展规模都是最差的。这其中有一些客观原因,也有一些属于认识问题。”

生物质能源的重要性体现在以下四点,秦世平介绍:第一,我国是地少人多的国家,农林剩余物、城市垃圾等废弃物是生物质资源的主要来源,以往农民处理秸秆大多是一把火点着,城市垃圾多是填埋,但废弃物的处理是个刚性需求,随着国家对CO2的排放限制的提高,生物质的能源化利用成为更为先进和有效的方法;第二,我国化石能源短缺,其中液体燃料是最缺少的,而液体燃料只有利用生物质可以转化;第三,生物质能的各个生产阶段都是可以人为干预的,而风能、太阳能只能靠天吃饭,发电必须配合调峰,而生物质能源则不需要,甚至可以为其他能源提供调峰;第四,生物质原料需要收集,这样能够增加农民收入,刺激当地消费,可以有效促进农村经济的发展。一个2500万~3000万千瓦的电厂,在原料收集阶段农民获得的实惠约有五六千万元。“三农”问题解决好了,对于整个社会发展将起到非常重要的作用。

除了客观上发展规模受限以外,秦世平认为:对生物质能的认识各不相同,对其投资的额度,与地方的GDP增长是不相符的,资源的分散性导致生物质能源在一地的投资,最多也就2亿多;这在某些政府官员那来看,生物质能源有点像“鸡肋”,有呢吃不饱,丢了又有点可惜,并且地方政府还要帮助协调农民利益、禁烧等“麻烦事”。由此导致生物质能源整体项目规模较小,技术投入不足,尽管它是利国利农的好事,却处于发展欠佳的尴尬地位。

可再生能源学会生物质能专业委员会秘书长袁振宏也在电话里向记者表示,相比于煤炭、石油、天然气这些传统能源,生物质能源在技术上的投入显然要低得多。对于生物质能源发展,首先要从上层统一思想,提高对生物质能源重要性的认识,并要在技术上加大投入。

二难:补贴门槛过高

对生物质能源的支持,国家采取了多种补贴手段。但补贴门槛过高,手续繁琐、先垫付后补贴也困扰着不少企业。财政部财建[2008]735号文件规定,企业注册资本金要在1000万元以上,年消耗秸秆量要在1万吨以上,才有条件获得140元/吨的补助。对此,中国农村能源行业协会生物质专委会秘书长肖明松认为:1000万元的注册资金,是国家考虑防范企业经营风险时的必要手段,这对大企业无所谓,但对一些中小公司则很难达到。而1万吨秸秆的年消耗量,需要相当规模的贮存场地,由此带来的火灾隐患,成本增加问题也是企业不得不考虑的事情。事实上,如果扩大鼓励面的话,三五千吨也是适用的。受制于这些现实难题,财政部的万吨补贴政策遭遇落地难。

而参与国家补贴政策制定的秦世平对此解释说,国家制订政策的初衷并不鼓励生物质能源企业因陋就简,遍地开花,而是鼓励企业专门从事生物质能源,培养骨干型企业,这就需要一定的物质基础。一万吨的厂子,固定资产就大概需要400万元,加上流动资金,1000万元并不算多。而万吨规模在能源化利用上,刚称得上有点规模,只要是同一个业主,生产点可以分散,如果规模太小,补贴监管成本也太高。对于补贴方式上,秦世平承认存在一定缺陷,整个机制缺乏能源主管部门、技术部门的参与。制度怎样更有利于监管,公平公开还有待于进一步完善。而该行业的快速发展,补贴政策功不可没,但不能因为出现一些问题,因噎废食,取消这个补贴政策,那将会对刚刚起步的生物质能源化利用产业造成重大的打击。因为国家补贴不仅仅是提供资金,还表明国家对该行业的支持态度,对企业和投资具有强力的引导作用。

除此之外,固定电价也是补贴的重要一块。生物质发电是0.75元/度,垃圾和沼气发电是0.65元/度。增值税实行即征即退,所得税按销售收入的90%来计算。袁振宏则指出政府鼓励生产,生产完了没有销路,这个产业还是发展不起来。所以生产者和用户两头都要鼓励,为企业开拓市场。产业发展了国家才有政策,反过来不给政策,企业也难有市场。

三难:布局不好要吃亏

到底企业要建多大产能的好?秦世平经常碰到有企业负责人向他请教。

“没有最好,只有最适合的,适合的就是最好的。比如苏南地区每人只有几分地,那就没法收,这些地方就没法建大厂,但东北垦区就比较适合建大型电厂,有条件上规模,成本才越低,效益才越高。一定要因地制宜。密集地区可以建气化发电,做成型燃料,不一定去建发电厂。”

肖明松也建议企业要多方考虑,合理布局,否则很容易陷入发展困局。建生物质能电厂首先要考虑可持续发展,原料分散,就需要分散性利用,要考虑水资源、电力、人文环境是不是可以支撑这个项目。

四难:成本价格难控

受耕作制度的限制,我国农村土地高度分散,从资源的收集储存运输带来很大不利因素,在后续的环节上会放大很多倍。“有些人认为收集半径的扩大就是多一个油钱,实际上运输工具、人力成本都不一样。”秦世平解释说,“装机容量3万千瓦的生物质电厂,一年大概需要25万-30万吨秸秆,按我国户均10亩耕地计算,需要大约20万农户来完成,那么收购时你要带秤,光开票都需要20万张。还要一个个装车,不能实现高效的机械化。”

肖明松也非常理解企业的苦楚。“生物质能源要依赖农业,资源掌握在老百姓手里,农民的市场意识很好,完全随行就市。如果收集半径过大,需要农民花费大量时间收集、运输,那农民就会要求按外出打工时计算人力成本,如此一来,企业为原料支出的成本就会大大提高。如果企业坚持不抬价,就可能造成企业吃不饱,缩量生产,影响经济效益。每度电原料成本如果超出一定范围,无论怎么发电都是赔钱。加上人工费用近年来的快速增加,成本成了扼住企业脖子的一道枷锁。”

“所以准备入行的企业首先要考虑的是原料资源的可获得性,如果不成熟千万不要贸然进入。”肖明松认为地方政府可以进行协调,比如利用示范效应,鼓励农民种植秸秆作物,做好企业加农户的结合,平衡好企业和农户之间的利益。

五难:技术投入小

“我国的生物质能源技术与国外有一定的差距,但目前的技术加上国家的补贴可以维持产业化经营。技术进步永无止境,国外的技术、设备成本太高并不一定适合我们,轿车科技水平高,但要是去农田就不如拖拉机。”秦世平笑着向记者打了个比方。科研部门每年都在做前端的研究,力度并不大。从实验室到田间再到工业企业的规模化生产,技术的创新需要一个较长的时间。企业可以一边生产一边进行探索。

“目前存在的问题是,有些研究成果与生产有些脱节,并没有转化为生产力,推向社会。”肖明松说,一方面技术部门因缺少资金,无法进行规模化生产,另一方面为了尽可能多地收回技术成本,企业有意拉长新技术向市场投放的周期。“但是,我们现在面临的是国际化的市场,如果抱着老的技术不放,一旦有新技术投放市场,企业始终面临着效率低下,最终难以维持。”

“生物质能源的技术投入还很小,从宏观方面来说,现有能源还没有用尽。垄断企业控制着部分能源的终端,也限制了中小企业的技术投入。中石油若投入生物质能源,生产乙醇汽油很容易,因为燃料乙醇按标准要求添加到汽油里形成乙醇汽油,整个产业链他们可以控制,别人加不进去。当大能源还能够持续的时候,就不会在生物质能源上下太大的力气。”此外,国际石油、煤炭,天然气价格有一个联动关系,当他们的价格逼近生物质能源的产品价格时,企业就会有更多的利润,当化石能源资源枯竭到一定程度的时候,生物质能源的优势就体现出来了。 1. 直接燃烧

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. 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。

3. 液体生物燃料

由生物质制成的液体燃料叫做生物燃料。生物燃料主要包括生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇等。虽然利用生物质制成液体燃料起步较早,但发展比较缓慢,由于受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响,20世纪70年代以来,许多国家日益重视生物燃料的发展,并取得了显著的成效。

4.沼气

沼气是各种有机物质在隔绝空气(还原)并且在适宜的温度、湿度条件下,经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气的主要成分甲烷类似于天然气,是一种理想的气体燃料,它无色无味,与适量空气混合后即可燃烧。

1) 沼气的传统利用和综合利用技术

我国是世界上开发沼气较多的国家,最初主要是农村的户用沼气池,以解决秸秆焚烧和燃料供应不足的问题,后来的大中型沼气工程始于1936年,此后,大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的建立扩宽了沼气的生产和使用范围。

自20世纪80年代以来,建立起的沼气发酵综合利用技术,以沼气为纽带,将物质多层次利用、能量合理流动的高效农业模式,已逐渐成为我国农村地区利用沼气技术促进可持续发展的有效方法。通过沼气发酵综合利用技术,沼气用于农户生活用能和农副产品生产加工,沼液用于饲料、生物农药、培养料液的生产,沼渣用于肥料的生产,我国北方推广的塑料大棚、沼气池、气禽畜舍和厕所相结合的“四位一体”沼气生态农业模式,中部地区以沼气为纽带的生态果园模式,南方建立的“猪-果”模式,以及其他地区因地制宜建立的“养殖-沼气”、“猪-沼-鱼”和“草-牛-沼”等模式,都是以农业为龙头,以沼气为纽带,对沼气、沼液、沼渣的多层次利用的生态农业模式。沼气发酵综合利用生态农业模式的建立使农村沼气和农业生态紧密结合,是改善农村环境卫生的有效措施,也是发展绿色种植业、养殖业的有效途径,已成为农村经济新的增长点。

2)沼气发电技术

沼气燃烧发电时随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术,它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上,并装有综合发电装置,以产生电能和热能。沼气发电具有高效、节能、安全和环保等特点,是一种分布广泛且价廉的分布式能源。沼气发电在发达国家已收到广泛重视和积极推广。生物质能发电并网电量在西欧一些国家占能源总量的10%左右。

3) 沼气燃料电池技术

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时,它可以连续发电。依据电解质的不同,燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜(PEMFC)、磷酸(PAFC)、溶融碳酸盐(MCFC)及固态氧化物(SOFC)等。

燃料电池能量转换效率高、洁净、无污染、噪声低,既可以集中供电,也适合分散供电,是21世纪最有竞争力的高效、清洁的发电方式之一,它在洁净煤炭燃料电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面,有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。

5.生物制氢

氢气是一种清洁、高效的能源,有着广泛的工业用途,潜力巨大,来生物制氢究逐渐成为人们关注的热点,但将其他物质转化为氢并不容易。生物制氢过程可分为厌氧光合制氢和厌氧发酵制氢两大类。

6. 生物质发电技术

生物质发电技术是将生物质能源转化为电能的一种技术,主要包括农林废物发电、垃圾发电和沼气发电等。作为一种可再生能源,生物质能发电在国际上越来越受到重视,在我国也越来越受到政府的关注和民间的拥护。

生物质发电将废弃的农林剩余物收集、加工整理,形成商品,及防止秸秆在田间焚烧造成的环境污染,又改变了农村的村容村貌,是我国建设生态文明、实现可持续发展的能源战略选择之一。如果我国生物质能利用量达到5亿吨标准煤,就可解决目前我国能源消费量的20%以上,每年可减少排放二氧化碳中的碳量近3.5亿吨,二氧化硫、氮氧化物、烟尘减排量近2500万吨,将产生巨大的环境效益。尤为重要的是,我国的生物质能资源主要集中在农村,大力开发并利用农村丰富的生物质能资源,可促进农村生产发展,显著改善农村的村貌和居民生活条件,将对建设社会主义新农村产生积极而深远的影响。

7.原电池

通过化学反应时电子的转移制成原电池,产物和直接燃烧相同但是能量能充分利用。 脂肪燃料快艇(说明:本词条顶部图片即为脂肪燃料快艇)

新西兰业余航海家和环境保护家皮特·贝修恩宣布,他将驾驶以脂肪为动力的快艇“地球竞赛”号,进行一次环球航行。据悉,贝休恩将于2008年3月1日从西班牙的瓦伦西亚出发,开始全长约4.5万公里的环球航行。贝休恩表示,他打算挑战英国船只“有线和无线冒险”号于1998年创造的75天环球航行的世界纪录。

脂肪当燃料“地球竞赛”号被称为世界上最快的生态船,造价240万美元,融合多项高科技。“地球竞赛”号长约23.8米,形似一只展翅欲飞的天鹅。船身有三层外壳保护,内有两个功能先进的发动机,最高时速可达每小时40节(约74公里),即使航行在巨浪中,速度也不会减慢。

虽然动物脂肪种类丰富,但贝修恩计划只利用人类脂肪转化成的生物燃料作为“地球竞赛号”的动力来源,百分之百采用生物燃料完成一次环游世界的环保之旅。

为了能募集到足够的脂肪生物燃料,贝修恩身先士卒,主动躺到了手术台上。然而整形医生尽管做了很大努力,从他体内抽出的脂肪也只够制造100毫升的生物燃料。他的两名助手抽出的10升脂肪能够制成7升生物燃料,可供“地球竞赛”号航行15公里。

而皮特进行“绿色”环游世界之旅,以打破英国“有线和无线冒险者”号于1998年创造的75天环游世界的纪录,总共需要7万升的生物燃料,也就是说,皮特需要胖子志愿者们捐赠出大约7万公斤的脂肪。

纯情的跳跳糖
懦弱的蜻蜓
2025-08-25 09:53:43
回答摘自:中图分类号:TM619 文献标识码:A 文章编号:1672-9064(2009)06-0059-03

生物质发电技术发展探讨

陆智(广西电力工业勘察设计研究院广西南宁530023)

李双江(河北省电力勘测设计研究院)

郑威( 中南电力设计院)

生物质能是一种颇具产业化和规模化利用前景的可再生能源,对我国能源结构的优化意义重大。发展生物质发电,是构筑稳定、经济、清洁、安全能源供应体系,突破经济社会发展资源环境制约的重要途径。秸秆发电变无序焚烧为集中燃烧并发电、造肥,节省了大量煤炭资源,并增加农民收入。秸秆在生长和燃烧中不增加大气中CO2量,且含硫量极低,仅为0.1%。发展生物质发电,替代煤炭,可显著减少CO2等温室气体和SO2的排放,有巨大的环境效益。

1 生物质直接燃烧发电利用技术

生物质直燃发电就是将生物质直接作为燃料进行燃烧,用于发电或者热电联产。生物质直接燃烧具有以下特点:(1)生物质燃烧所放出的CO2大体相当于其生长时通过光合作用所吸收的CO2, 因此可以认为是CO2的零排放,有助于缓解温室效应;(2)生物质的燃烧产物用途广泛,灰渣可加以综合利用;(3)生物质燃料可与矿物质燃料混合燃烧,既可以减少

运行成本,提高燃烧效率,又可以降低SO2、NOx 等有害气体的排放浓度;(4)采用生物质燃烧设备可以最快速度实现各种生物质资源的大规模减量化、无害化、资源化利用,而且成本较低,因而生物质直接燃烧技术具有良好的经济性和开发潜力。

1.1 单燃生物直燃技术

在欧美发达国家主要燃烧的生物质是木本植物, 在我国,由于特殊的国情使得我们用于燃烧的物质基本局限于秸秆等草本类植物。据有关文献对秸秆的燃烧机理进行的研究,秸秆等生物质与常规燃料的区别主要有以下几点:(1)秸秆的含水量较大,约20%,是常规燃料的8~10 倍。因此,在锅炉相同出力的情况下,其烟气量约是常规燃料的1.5~2 倍。在锅炉受热面布置时,要充分考虑这一情况。(2)秸秆的堆积密度较小。秸秆投入炉内燃烧时,先落在炉床上,随着水分蒸发,开始漂浮在炉内进行燃烧。因此,在这类锅炉设计时, 一定要考虑到燃烧室的体积要大一些,使得燃料在炉内有足够的停留时间,得以完全燃烬。(3)从燃料的燃烧过程来看,大多数秸秆(除甘蔗渣外)在干燥后,挥发份快速脱离母体迅猛燃烧,挥发份不附着在秸秆表面燃烧,这与煤的燃烧机理是完全不同的。(4)逸出挥发份后的秸秆变黑成为暗红色焦炭粒子,未见明显的火焰,而且在炉膛高温火焰的辐射下,缓慢地燃烧,燃烬时间也较长。

1.1.1 层燃炉燃烧技术

层燃炉燃烧技术主要以炉排炉为代表,燃料在固定或者移动的炉排上实现燃烧,空气从下方透过炉排供应上部的燃料,燃料处于相对静止的状态,燃料入炉后的燃烧时间可由炉排的移动或者振动来控制,以灰渣落入炉排下或者炉排后端的灰坑为结束。

1.1.2 循环流化床燃烧技术

循环流化床锅炉独特的流体动力特性和结构使其具备很多独特的优点,如燃料适应性广,低温燃烧,燃烧效率高,负荷调节性能好等。瑞典、丹麦、德国等发达国家在流化床燃用生物质燃料技术方面具有较高的水平。美国爱达荷能源产品公司已经开发生产出燃生物质流化床锅炉, 锅炉蒸汽出力为4.5~50t/h,供热锅炉出力为36.67MW;美国CE 公司利用鲁奇技术研制的大型燃废木循环流化床发电锅炉出力为100t/h,蒸汽压力为8.7MPa; 美国B&W 公司制造的燃木柴流化床锅炉也于20 世纪80~90 年代初投入商业运行。此外,瑞典以树枝、树叶等林业废弃物作为大型流化床锅炉的燃料加以利用,锅炉热效率可达到80%;瑞典和丹麦正在实行利用生物质热电联产的计划,使生物质能在提供高品位电能的同时,满足供热的要求。

1.2 生物质与煤混合直燃技术

混合燃烧的技术优势:(1)生物质是可再生能源,煤粉炉中生物质共燃,可以利用现役电厂提供一种快速而低成本的生物质发电技术,也是一种最好(廉价而低风险)的利用可再生能源发电的技术。(2)煤粉燃烧发电效率高,可达35%以上,生物质共燃正是借用其高效率的优点,这是现阶段其它生物质发电技术难以比拟的。(3)生物质燃烧低硫低氮,在与煤粉共燃时可以降低电厂的SO2和NOx 排放。(4)对于煤粉燃烧电厂,共燃生物质意味着CO2排放的降低, 被公认为是现役燃煤电厂降低CO2排放的最有效措施。(5)我国生物质资源丰富,可利用未被利用的生物质折合近4 亿t 标准煤,且分布广泛,可就地利用;另一方面,大量利用生物质发电可增加农民收入,促进农业和农村经济的可持续发展。(6)生物质共燃技术简单,投资和运行费用低。生物质相对较便宜,对燃煤电厂而言还可增加燃料的选择范围和燃料适应性,降低燃料成本。丹麦哥本哈根AVEDORE 电厂,2002 年增加了热功率为105MW 的生物质发电设备,采用天然气(油)与麦秸混合燃烧工艺, 每小时秸秆消耗25t, 秸秆主要来源于芬兰和丹麦。生物质的水分含量用超声波测定,控制在25%左右。

2 生物质气化发电技术

生物质气化是在高温下部分氧化的转化过程。该过程是直接向生物质通气化剂(空气、氧气或水蒸汽),使之在缺氧的条件下转变为小分子可燃气体的过程。目前, 生物质气化技术大体上可按2 大类进行分类:①按气化剂分类,②按设备运行方式分类。

2.1 按气化剂类型分类

生物质气化技术按气化剂类型分类。其中,干馏气化其实是热解气化的一种特例。且由于干馏是吸热反应,应在工艺中提供外部热源以使反应进行。氧气气化则不需要提供外部热源,产品为热值为15000kJ/m3 的中热值气化气。空气气化由于N2的加入,使其可燃气成分含量降低,热值也随之降低在5000kJ/m3 左右,为低热值气体。氢气气化反应条件苛刻,需要在高温高压且具有氢源的条件下进行, 其气化气为热值高达22260~26040kJ/m3 的高热值气化气。

2.2 按气化装置运行方式分类

生物质气化技术按气化装置的运行方式分类。国内外已投入商业运行的气化方法主要有:固定床气化炉、流化床气化炉。固定床气化炉可分为下吸式、上吸式、横吸式和开心式。其中下吸式气化炉应用最广。

生物质原料由炉顶的加料口投入炉内,气化剂(空气、氧气)可以由顶部进入,也可以在喉部加入。气化剂与物料混合向下流动, 在高温喉管区发生气化反应。下吸式气化炉主要特点是气化强度高(相对于上吸式),工作稳定性好,可随时加料;由于燃烧区在热解区与还原区之间,因而干馏和热解的产物都要经过燃烧区,在高温下裂解H2和CO,使得气化中焦油含量大为减少。流化床气化炉按气化炉结构和气化过程,可将流化床气化炉分为循环流化床、双流化床和携带床四种类型。按吹入气化剂的压力大小,流化床气化炉又可分为常压流化床和加压流化床。其中循环流化床由于其众多优点,适用于大型商业化运行。循环流化床是唯一在恒温床上反应的气化炉。气化反应在床内进行,焦油也在床内裂解。流化介质一般选用惰性材料(沙子)或非惰性材料(石灰或催化剂),可增加传热及清洗可燃气,适合水分含量大、热值低、着火困难的生物质燃料。循环流化床气化炉的主要缺点是入料需要预处理,产气中灰分需要很好的净化处理和部件磨损严重。

典型操作条件为温度600℃,加工能力100kg/h,以杨木为原料时产气率可达65%。优点在于结构紧凑、传热速率高、气相停留时间短、有效抑制裂化,但是载气需求量大。气化产生的可燃气主要用来发电。生物质气化的发电技术有以下3 种方法:带有气体透平的生物质加压气化、带有透平或者引擎的常压生物质气化、带有朗肯循环的传统生物质燃烧系统。传统的生物质气化联合发电技术(BIGCC)包括生物质气化、气体净化、燃气轮机发电及蒸汽轮机发电。生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化为可燃气,可利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。气化发电工艺包括3 个过程:①生物质气化,把固体生物质转化为气体燃料;②气体净化,气化出来的燃气都带有一定的杂质,包括灰分、焦炭和焦油等,需要经过净化系统把杂质除去,以保证燃气发电设备的正常运行;③燃气发电。目前,国际上有很多发达国家开展提高生物质发电效率方面的研究, 如美国Battelle(63MW)项目,欧洲英国(8MW)和芬兰(6MW)的示范工程。

3 生物质直接燃烧技术与生物质气化技术的比较

生物质直接用来燃烧简化了环节和设备, 减少了投资,但利用率还比较低,利用的范围还不是很广。由于中国生物质分布分散,成为大规模利用生物质直接燃烧技术发电较大障碍。然而秸秆类生物质因为含有较多的K、Cl 等无机物质,在燃烧过程中很容易出现严重的积灰、结渣、聚团和受热面腐蚀等碱金属问题,碱金属问题是秸秆大规模燃烧利用面临的严峻挑战,这些还需要进一步研究解决问题的方法。生物质气化技术能够一定程度上缓解中国对气体燃料的需求, 生物质被气化后利用的途径也得到相应的扩展,提高了利用效率。

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13 Weigang,Wenli Song.Power production from biomass in Denmark.燃

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自由的鸭子
凶狠的鞋垫
2025-08-25 09:53:43
生物质能源应用技术研究开发 

 

 

摘要: 

生物质能是人类用火以来,最早直接应用的能源。生物质能的应用技术开发,旨在把森林砍伐和木材加工剩余物以及农林剩余物如秸杆、麦草等原料通过物理或化学化工的加工方法,使之成为高品位的能源,提高使用热效率,减少化石能源使用量,保护环境,走可持续发展的道路。本文从生物质能源应用技术的研究现状展开,并且对生物质能源的应用发展方向进行了描述。 

 

正文: 

    随着人类文明的发展,生物质能的应用研究开发几经波折,最终人们深刻认识到,石油、煤、天然气等化石能源的有限性,同时无节制地使用化石能源,大量增加CO2、粉尘、SO2等废弃物的排放,污染了环境,给人类赖以生存的星球,造成十分严重的后果。而使用大自然馈赠的生物质能源,几乎不产生污染,资源可再生而不会枯竭,同时起着保护和改善生态环境的重要作用,是理想的可再生能源之一。生物质能(biomass energy ),就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是唯一一种可再生的碳源。 

  七十年代,由于中东战争引发的能源危机以来,生物质的开发利用研究,进一步引起了人们的重视。美国、瑞典、奥地利、加拿大、日本、英国、新西兰等发达国家,以及印度、菲律宾巴西等发展国家都分别修定了各自的能源,投入大量的人力和资金从事生物质能的研究开发。我国生物质能研究开发工作,起步较晚。随着经济的发展,开始重视生物质能利用研究工作,从八十年代起,将生物质能研究开发列入国家攻关计划,并投入大量的财力和人力。已经建立起一支专业研究开发队伍,并取得了一批高水平的研究成果,初步形成了我国的生物质能产业。 

生物质能应用技术的研究开发现状  1.国外研究开发简介 

  在发达国家中,生物质能研究开发工作主要集中于气化、液化、热解、固化和直接燃烧等方面。 

  生物质能气化是在高温条件下,利用部份氧化法,使有机物转化成可燃气体的过程。产生的气体可直接作为燃料,用于发动机、锅炉、民用炉灶等场合。气化技术应用在二战期间达到高峰。随着人们对生物质能源开发利用的关注,对气化技术应用研究重又引起人们的重视。目前研究主要用途是利用气化发电和合成甲醇以及产生蒸汽。奥地利成功地推行建立燃烧木材剩余物的区域供电计划,目前已有容量为1000~2000kw的80~90个区域供热站,年供应10×109MJ能量。加拿大有12个实验室和大学开展了生物质的气化技术研究。1998年8月发布了由Freel,BarryA.申请的生物质循环流化床快速热解技术和设备。瑞典和丹麦正在实行利用生物质进行热电联产的计划,使生物质能在提供高品位电能的同时满足供热的要求。1999年,瑞典地区供热和热电联产所消耗的能源中,26是生物质。 

  美国在利用生物质能方面,处于世界领先地位,据报道,目前美国有350多座生物质发电站,主要分布在纸浆、纸产品加工厂和其它林产品加工厂,这些工厂大都位于郊区。装机容量达7000MW,提供了大约66000个工作岗位,根据有关科学家预测,到2010年,生物质发

电将达到13000MW装机容量,届时有4000000英亩的能源农作物和生物质剩余物用作气化发电的原料,同时,可按排170000个以上的就业人员,对繁荣乡村经济起到积极的推动作用。   流化床气化技术由于具有床内气固接触均匀、反应面积大、反应温度均匀、单位截面积气化强度大。反应温度较固定床低等优点,从1975年以来一直是科学家们关注的热点。包括循环流化床、加压流化床和常规流化床。印度Anna大学新能源和可再生能源中心最近开发研究用流化床气化农业剩余物如稻壳、甘蔗渣等,建立了一个中试规模的流化床系统,气体用于柴油发电机发电。1995年美国Hawaii大学和Vermont大学在国家能源部的资助下开展了流化床气化发电的工作。Hawaii大学建立了处理生物质量为100T/d的工化压力气化系统,1997年已经完成了设计,建造和试运行达到预定生产能力。Vermont大学建立了气化工业装置,其生产能力达200T/d,发电能力为50MW。目前已进入正常运行阶段。 

  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。目前,已开发的技术有:林产品加工厂的废料(如造纸厂的树皮、家具厂的边角料等)的专用燃烧蒸汽锅炉,国外造纸厂几乎都有专门的设备,用来处理废弃物。由于生物质形状各异,堆积密度小较松散,给运输和贮存以及使用带来了较大困难,影响生物质的使用。因此,从四十年代开始了生物质的成型技术研究开发。现已成功开发的成型技术按成型物形状分主要有三大类: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得园柱块状成型技术,以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成型技术和设备。美国颗粒成型燃料年产量达80万吨。 

成型燃料应用于二个方面:其一:进一步炭化加工制成木炭棒或木炭块,作为民用烧栲木炭或工业用木炭原料;其次是作为燃料直接燃烧,用于家庭或暧房取暧用燃料。日本、美国、加拿大等国家,开发了专用炉灶。在北美有50万户以上家庭使用这种专用炉灶作为取暧炉。   将生物质能进行正常化学加工,制取液体燃料如乙醇、甲醇、液化油等;是一个热门的研究领域。利用生物发酵或酸水解技术,在一定条件下,将生物质转化加工成乙醇,供汽车和其它工业使用。加拿大用木质原料生产的乙醇上产量为17万吨。比利时每年用甘蔗为原料,制取乙醇量达3.2万吨以上,美国每年用农林生物质和玉米为原料大约生产450万吨乙醇,计划到2010年,可再生的生物质可提供约5300万吨乙醇。 

  生物质能的另一种液化转换技术,是将生物质经粉碎预处理后在反应设备中,添加催化剂或无催化剂,经化学反应转化成液化油。美国、新西兰、日本、德国、加拿大国家都先后开展了研究开发工作,液化油的发热量达3.5×104KJ/kg左右,用木质原料液化的得率为绝干原料的50以上。欧盟组织资助了三个项目,以生物质为原料,利用快速热解技术制取液化油,已经完成100kg/hr的试验规模,并拟进一步扩大至生产应用。该技术制得的液化油得率达70,液化油低热值为1.7×104KJ/kg。 

  生物质能催化气化研究,旨在降低气化反应活化能,改变生物质热处理过程,分解气化副产物焦油成为小分子的可燃气体,增加煤气产量,提高气体热解;同时降低气化温度,提高气化速度和调整生物质气体组成,以便进一步加工制取甲醇或合成氨。欧美等发达国家科研人员在催化气化方面已经作了大量的研究开发,研究范围涉及到催化剂的选择,气化条件的优化和气化反应装置的适应性等方面,并且已经在工业生产装置中得到了应用。   2.国内研究开发 

  我国生物质能的应用技术研究,从八十年代以来一直受到政府和科技人员的重视。主要在气化、固化、热解和液化开展研究开发工作。 

  生物质气化技术的研究在我国发展较快,应用于集中供气、供热、发电方面。中国林科

院林产化学工业研究所,从八十年代开始研究开发了集中供热、供气的上吸式气化炉,并且先后在黑龙江、福建得到工业化应用,气化炉的最大生产能力达6.3×106kJ/hr。建成了用枝桠材削片处理,气化制取民用煤气,供居民使用的气化系统。最近在江苏省又研究开发以稻草、麦草为原料,应用内循环流化床气化系统,产生接近中热值的煤气,供乡镇居民使用的集中供气系统,气体热值约8000KJ/NM3。气化热效率达70/以上。山东省能源研究所研究开发了下吸式气化炉。主要用于秸杆等农业废弃物的气化。在农村居民集中居住地区得到较好的推广应用,并已形成产业化规模。广州能源所开发的以木屑和木粉为原料,应用外循环流化床气化技术,制取木煤气作为干燥热源和发电,并已完成发电能力为180KW的气化发电系统。另外北京农机院、浙江大学等单位也先后开展了生物质气化技术的研究开发工作。   我国生物质的固化技术在八十年代中期开始,现已达到工业化规模生产。目前国内有数十家工厂,用木屑为原料生产棒状成型物木炭。螺旋挤压成型机有单头和双头二种,单头机生产能力为120Kg/hr,双头机生产能力达200Kg/hr。1990年中国林科院林化所与江苏省东海粮机厂合作,研究开发生产了单头和双头二种型号的棒状成型机,1998年又与江苏正昌集团合作,共同开发了内压滚筒式颗粒成型机,机器生产能力为250~300kg/hr,生产的颗粒成型燃料尤其适用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亚取暖器材有限公司,从美国引进适用于家庭使用的取暖炉,通过国内消化吸收,现已形成生产规模。 

  生物发酵制气技术,在我国已经形成工业化,技术亦趋成熟,利用的原料主要是动物粪便和高浓度的有机废水。在上海亦已建成沼气集中供气系统。 

  沈阳农业大学从国外引进一套流化床快速热解试验装置,研究开发液化油的技术,和利用发酵技术制取乙醇试验。另外,中国林科院林化所进行了生物质催化气化技术研究。华东理工大学还开展了生物质酸水解制取乙醇的试验研究,但尚未达到工业化生产。 我国生物质能应用技术的展望 

  生物质能是一个重要的能源,预计到下世纪,世界能源消费的40来自生物质能,我国农村能源的70是生物质,我国有丰富的生物质能资源,仅农村秸杆每年总量达6亿多吨。随着经济的发展,人们生活水平的提高,环境保护意识的加强,对生物质能的合理、高效开发利用,必然愈来愈受到人们的重视。因此,科学地利用生物质能,加强其应用技术的研究,具有十分重要的意义。 

目前,我国已有一批长期从事生物质转换技术研究开发的科技人员,已经初步形成具有中国特色的生物质能研究开发体系,对生物质转化利用技术从理论上和实践上进行了广泛的研究,完成一批具有较高水平的研究成果,部分技术已形成产业化,为今后进一步研究开发,打下了良好的基础。 

从国外生物质能利用技术的研究开发现状结合我国现有技术水平和实际情况来看,本人认为我国生物质能应用技术将主要在以下几方面发展。   1.高效直接燃烧技术和设备 

  我国有12亿多人口,绝大多数居住在广大的乡村和小城镇。其生活用能的主要方式仍然是直接燃烧。剩余物秸杆、稻草松散型物料,是农村居民的主要能源,开发研究高效的燃烧炉,提高使用热效率,仍将是应予解决的重要问题。乡镇企业的快速兴起,不仅带动农村经济的发展,而且加速化石能源,尤其是煤的消费,因此开发改造乡镇企业用煤设备(如锅炉等),用生物质替代燃煤在今后的研究开发中应占有一席之地。把松散的农林剩余物进行粉碎分级处理后,加工成型为定型的燃料,结合专用技术和设备的开发,在我国将会有较大的

市场前景,家庭和暧房取暧用的颗粒成型燃料,推广应用工作,将会是生物质成型燃料的研究开发之热点。 

  2.集约化综合开发利用 

生物质能尤其是薪材不仅是很好的能源,而且可以用来制造出木炭、活性炭、木醋液等化工原料。大量速生薪炭材基地的建设,为工业化综合开发利用木质能源提供了丰富的原料。由于我国经济不断发展,促进了农村分散居民逐步向城镇集中,为集中供气,提高用能效率提供了现实的可能性。将来应根据集中居住人口的多少,建立能源工厂,把生物质能进行化学转换,产生的气体收集净化后,输送到居民家中作燃料,提高使用热效率和居民生活水平。这种生物质能的集约化综合开发利用,既可以解决居民用能问题,又可通过工厂的化工产品生产创造良好的经济效益,也为农村剩余劳动力提供就业机会。因此,从生态环境和能源利用角度出发,建立能源材基地,实施“林能”结合工程,是切实可行的发展方向。

谢谢。。。。。。。。。

糊涂的滑板
激情的未来
2025-08-25 09:53:43
1生物质混燃发电与直燃发电、气化发电的对比

常见的生物质发电技术有直燃发电、沼气发电、甲醇发电、生物质燃气发电技术等。目前,国内研究较多的是生物质直燃发电和生物质气化发电技术,对生物质混燃发电技术的应用研究有限。基于我国小火电数量多而污染重的特点,以及农村生物质本身来源广且数量大的特殊国情,本文先从技术和政策角度对生物质混燃发电技术进行讨论,然后分析生物质混燃发电的经济效益、环保效益和社会效益,后者更为重要。

1.1生物质直燃发电现状

生物质发电主要是利用农业、林业废弃物为原料,也可以将城市垃圾作为原料,采取直接燃烧的发电方式。如英国ELY秸秆直燃电站是目前世界上较大的秸秆直燃电厂,装机容量为3.8万kW,年耗秸秆约20万t。古巴政府与联合国发展组织等机构合作,预计投资1亿美元兴建以甘蔗渣为原料的环保电厂。我国直燃发电方面在南方地区有一定的规模。两广省份共有小型发电机组300余台,总装机容量800MW。生物质直接燃烧发电技术已比较成熟,由于生物质能源需要在大规模利用下才具有明显的经济效益,因而要求生物质资源集中、数量巨大、具有生产经济性。

1.2生物质气化发电现状

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。小型气化发电采用气化-内燃机(或燃气轮机)发电工艺,大规模的气化-燃气轮机联合循环发电系统作为先进的生物质气化发电技术,能耗比常规系统低,总体效率高于40%,但关键技术仍未成熟,尚处在示范和研究阶段。在气化发电技术方面,广州能源研究所在江苏镇江市丹徒经济技术开发区进行了4MW级生物质气化燃气-蒸汽整体联合循环发电示范项目的设计研究,并取得了一定成果。

1.3生物质混燃发电现状

生物质混燃发电技术在挪威、瑞典、芬兰和美国已得到应用。早在2003年美国生物质发电装机容量约达970万kW,占可再生能源发电装机容量的10%,发电量约占全国总发电量的1%。其中生物质混燃发电在美国生物质发电中的比重较大,混烧生物质燃料的份额大多占到3%~12%,预计还有更多的发电厂将可能采用此项技术。英国Fiddlersferry电厂的4台500MW机组,直接混燃压制的废木颗粒燃料、橄榄核等生物质,混燃比例为锅炉总输入热量的20%,每天消耗生物质约1500t,可使SO2排量下降10%,CO2排放量每年减少100万t。在我国生物质混燃发电技术应用不多,与发达国家相比还相距较远。但是该项技术可以减少CO2的净排放量,符合低碳经济的发展要求、符合削减温室气体的需要,具有很大的发展潜力。

在我国农村,农户土地分散导致秸秆收集难度较大,收集运输成本限制着秸秆的收集半径,加上秸秆种类复杂,若建立纯燃烧秸秆的电厂,难以保证原料的经济供应。掺烧生物质不失为一种更现实的解决方案,即把部分生物质和煤混燃,减少一部分耗煤。与生物质直燃发电相比,生物质混燃发电具有投资小、建设周期短、对原料价格易于控制等优势。从技术上看,混烧比纯烧具有更多的优越性:可以用秸秆等生物质替代一部分煤来发电,不必新建单位投资大、发电效率低的纯“秸秆”电厂。何张陈将混燃案例与气化案例作了比较,发现气化案例的发电成本要比混燃案例高,而且对生物质价格变化更敏感。兴化中科估计的单位装机容量投资约为丰县鑫源投资的11.3倍,约为宝应协鑫的1.4倍。混燃还可以提高秸秆等生物质的利用效率、缓解腐蚀问题、减少污染、简化基础设施。

2生物质混燃发电技术解析

由于我国小火电厂数量多并且污染大,与其废弃关闭,不如因地制宜的对一些小型燃煤电厂设备略加改造,利用生物质能发电。典型的生物质能发电厂设备规模小,装机容量<30MW;但是利用生物质混燃发电既可发挥现有煤粉燃烧发电的高效率,实现生物质的大量高效利用,而且对现役小型火电厂改造无需大量资金投资,凸显出生物质混燃发电的优越性,特别是生物质气化混烧发电通用性较强,对原有电站的影响比直接混烧发电对原有电站的影响小些。生物质锅炉按燃烧方式有层燃炉、流化床锅炉、悬浮燃烧锅炉等方案可供选择,对现役火电厂实施混燃技术改造,锅炉本体结构不需大的变化(主要改造锅炉燃烧设备)。改造主要涉及在已有燃料系统中进行生物质掺混,有以下3方式。

(1)在给煤机上游与煤混合,再一起制粉后喷入炉膛燃烧。

(2)采用专门的破碎装置进行生物质的切割或粉碎,然后在燃烧器上游混入煤粉气流中,或通过专设的生物质燃烧器喷入炉膛燃烧。

(3)将生物质在生物质气化炉中气化,产生的燃气直接通到锅炉中与煤混合燃烧。本文主要以第2种和第3种为研究对象。

技术上,生物质和煤混燃关键是生物质燃料的选择和积灰问题。燃料的选择可以通过管理手段并辅以掺混设备加以解决。下面主要讨论积灰问题。

生物质和煤混燃的可行性,在一定程度上受积灰的影响很大。不同燃料的积灰特性与多种因素相关,如灰的含量、飞灰的粒径分布、灰的组成和灰的流动性。积灰是必须考虑的重要因素,因为积灰对锅炉运行、锅炉效率、换热器表面的腐蚀和灰的最终利用都有重要影响。与煤相比,生物质(如秸秆)和煤混燃时,两种原料之间的相互作用会改变积灰的组成、降低颗粒的收集效率和灰的沉降速率。生物质灰中碱性成分(特别是碱金属K)含量也比较高,且主要以活性成分存在,从火焰中易挥发出来凝结在受热面上形成结渣和积灰,实际商业应用中生物质掺混比*高为15%,当掺比较小时,一般不会发生受热面灰污问题。国际和国内的经验均表明,生物质混燃发电在技术上没有大的障碍,技术上是完全可行的。