1生物质成型燃料技术的研究现状  

1.1能源短缺与过分依赖矿物燃料带来了严重的环境污染

随着经济的快速发展,矿物能源的消耗量逐年增加,2001年我国CO2排放量达到30亿t,占全球排放量的13%,居世界第二位。我国环境污染问题日趋严重。

1.2生物质资源丰富,目前利用率很低,浪费严重

我国生物质(秸秆、林木残余物等)有机物资源总量达9亿多吨[1]。生物质能源具有清洁、可以再生、含S很低、CO2零排放、分布广的特点。由于生物质成型燃料设备的稳定性和可靠性较低、加工成本偏高。目前对生物质的利用率仍然很低,荒烧现象屡禁不止,浪费严重。

1.3国外生物质成型燃料技术的研究现状

美国秸秆利用主要是打捆技术,用途不是作燃料,而是饲料或其他工业的原料。欧洲国家主要把生物质用作燃料和发电,替代油和煤,加工设备、锅炉、热风炉、发电设备等都已产业化、规模化。日本、美国及欧洲一些国家生物质成型燃料的燃烧设备已经定型,且已产业化,在加热、供暖、干燥、发电等领域已普遍推广应用。  目前国外生物质成型方式有4种,即环模和平模式、螺旋挤压、机械活塞及液压活塞式。螺旋挤压成型研制最早,在印度、泰国、马来西亚等东南亚国家和我国一直占据着主导地位。

1.4国内生物质成型燃料技术研究现状

中国从20世纪80年代引进螺旋式生物质成型机。21世纪以来,生物质颗粒成型技术发展日趋成熟。宇锐机械在颗粒饲料机的基础上先后研究出了多种类型的环模、平模颗粒成型机。同时开发了配套的生物质专用锅炉和生活用炉。

生物质成型燃料技术的现状与前景分析

2生物质成型燃料的关键技术  

2.1原料收集是制约成型燃料技术发展的技术瓶颈(收、运、储)

中国生物质原料在收集方面与国外不同。管理制度不同、地块小而分散,收集机械化水平低,打捆和定向收集没有提到日程,收集是难点。没有充足的原料,生物质成型燃料技术就不可能迅速发展。原料的收集是制约成型燃料技术发展的技术瓶颈。

2.2生物质原料自身的多样性及复杂性

生物质原料的种类繁多,其木质素、纤维素、果胶质等成分含量有较大差别。生物质原料的力传导性很差,反弹性很强,被压缩成型的条件也有很大差异。生物质原料由低密度压缩成高密度的原料喂料问题,原料的含水量随原料种类、地域、季节及气候不同变化问题,所以原料水分问题成为制约热压成型的一大难题。

2.3成型燃料设备工作环境的恶劣性

生物质原料在收集过程中携带的许多粉尘、泥土砂粒,不仅会加剧成型部件的磨损,还会造成成型设备润滑系统的污染,影响设备的使用寿命和稳定运行。所以提高成型部件的使用寿命是成型技术的又一难题。

2.4成型燃料燃烧过程中的结渣与玷污倾向

生物质原料中含有较多的钾、钙、铁、硅、铝等成分,在高温下极易燃烧沉灰,易于在传热壁面形成结渣和沉积,直接影响热量的传导和炉具的热利用率。

2.5成型燃料燃烧过程中低温条件下的焦油析出问题

间断燃烧是农村生活用能的主要特点,生物质炉具的封火性能要好,并且由于封火后炉内温度降低,高挥发分含量的秸秆会有大量焦油析出,在短期内使烟囱、炉口等部位堵塞。

3生物质成型燃料成型工艺与设备  

3.1生物质秸秆成型燃料循环利用技术

(1)工艺流程

生物质原料的收集→干燥→粉碎→成型→燃烧。

(2)流程设备

流程所用设备包括收集设备、烘干设备、粉碎设备、成型设备、生物质专用燃烧炉、各种生活用炉及燃烧器。其中成型机是关键设备,根据成型方式的不同,生物质成型机可分为螺旋挤压成型、模压(平模及环模)成型、活塞冲压(机械及液压)成型和压块成型等。

3.2生物质成型燃料特征及用途

原料丰富,农林废弃物、各类作物秸秆等;纤维素含量高,70%左右;S含量大大低于煤;燃料密度大,0.8~1.3,便于贮存和运输;产品形状规格多,颗粒、棒、块状等,利用范围广;热值与中质煤相当,燃烧速度比煤快11%以上,燃烧充分、黑烟少、灰分低、环保卫生,可高品位利用;可形成产业,经济和社会环保效益明显。  可取代煤作为生物质专用燃炉、锅炉、壁炉、茶水炉、发电炉及农村生活用炉的燃料,能有效地解决农村荒烧秸秆、缓解部分地区能源短缺问题,保护大气环境,具有良好的产业前景。

4生物质成型燃料技术的发展前景  

(1)生物质秸秆从田间收集→干燥→粉碎→成型→燃烧所需设备必须配套,才能在农村、城镇推广应用。收集环节是瓶颈,必须配套发展生物质秸秆收集设备。

(2)生物质秸秆资源量大充足,覆盖面广,价格低,可以再生。农艺专家已提出秸秆应适量还田,不能连年全部还田,饲料化处理量有限,多数地区都采取了禁烧秸秆措施,为成型燃料技术的发展提供了原料保证。

(3)我国城市燃煤污染严重,大中城市已取缔2t以下燃煤锅炉,急于寻求清洁的替代能源,改燃天然气或电,成本较高,而天然气、石油短缺,大量依赖进口,已影响国家能源安全[6-7]。这给生物质成型燃料技术的发展带来了“机遇”。

(4)据预测,地下石油、天然气及煤的贮量,按目前的利用速度只够用60年左右。按FAO2000年的最新报道,到2050年前后,生物质发电及高品位能源利用要占40%。可见,生物质成型后作燃料,是未来国际可再生能源的发展方向。

(5)国家已制定了生物质能源中长期发展目标:在生物质成型燃料的利用方面由目前的不足50万吨/年,提高到2020年的2000万吨/年。这给生物质成型燃料技术的应用找到了“市场”。

(6)国家先后出台了很多生物质能源利用的相关法律法规,一些地区已把生物质成型燃料设备列入了农机补贴目录。《可再生能源法》2006年1月1日已正式实施。2009年农业部将颁布实施生物质成型燃料与成型设备技术条件、试验方法的标准。生物质成型设备和成型燃料的加工和生产将更加规范。

(7)生物质成型燃料燃烧后的灰尘及排放指标比煤低,可实现CO2、SO2降排,减少温室效应,有效地保护生态环境。生物质成型燃料进入规模化生产后,不仅环保效益明显,而且还可安排农民就业,增加收入,经济和社会效益显著。

(8)从成型设备分析,成型燃料设备操作简单,使用方便,适合农村使用。粉碎机、成型机的加工工艺并不复杂,液压式成型机易损件的使用寿命已达1000h以上,粉碎与成型单位产品能耗可降至60kWh/t。生物质成型燃料的生产放在农村,成型燃料炉的使用可设在中、小城镇或农村,这样秸秆从粉碎、成型到燃烧即可形成产业化。

(9)生物质专用燃烧炉及锅炉已基本成熟。设计的小型生物质燃烧炉(生活和取暖)已在农村应用,燃烧效果好,封火时间达12~24h。

(10)通过前几年的试点示范,已取得了生物质成型燃料规模化生产的一些经验,探索了多种规模化生产示范模式和管理模式。生物质成型燃料设备的稳定性、可靠性及主要性能指标都有较大提高。