導(dǎo)語：如何才能寫好一篇生物燃料的特點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關(guān)鍵詞】生物質(zhì)燃料；燃煤鍋爐；節(jié)能

1、引言

某木制品公司使用一臺YGL-350MA型有機熱載體鍋爐作為供熱動力，由于其廠內(nèi)產(chǎn)生了大量的木削廢料，可作為燃料使用，因此就直接采用木削作為有機熱載體鍋爐燃料，導(dǎo)致鍋爐熱效率十分低下，其能效問題尤為突出，造成了很大的浪費，也產(chǎn)生了多余的排放。根據(jù)現(xiàn)場測試和燃料的分析，發(fā)現(xiàn)鍋爐日常生產(chǎn)使用負荷情況下，鍋爐熱效率為43.16%，與相關(guān)法規(guī)要求的鍋爐熱效率相差很大。所以本文就現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)和燃料分析，結(jié)合鍋爐結(jié)構(gòu)特點，以找出燃料變化引起熱效率低下的原因，分析小型燃煤鍋爐直接使用生物質(zhì)燃料引發(fā)的節(jié)能問題。

2、生物質(zhì)燃料的分析與燃燒特點

所謂生物質(zhì)燃料，是包括植物材料和動物廢料等有機物質(zhì)在內(nèi)的燃料，是最古老燃料的新名稱。通常我們說的谷殼、木削、莖狀農(nóng)作物、花生殼、樹皮、鋸末等，總之是以往農(nóng)業(yè)社會常用的燃料，隨著工業(yè)的發(fā)達慢慢不用而廢棄，現(xiàn)在卻發(fā)現(xiàn)這些燃料產(chǎn)生的污染遠遠低于現(xiàn)代工業(yè)的主要燃料-煤。所以這幾年出現(xiàn)了許多的專門用于生物質(zhì)燃料的鍋爐，同時也有許多燃煤鍋爐改造成燃燒生物質(zhì)燃料，但真正能充分利用燃料的實例很少。

2.1 生物質(zhì)燃料的成分分析

以上某木制品公司的木削經(jīng)檢測工業(yè)成分分析：收到基灰分為7.32%，收到基水分為13.32%，干燥無灰基揮發(fā)分為83.57%，收到基低位發(fā)熱量為14425kJ/kg ；另一公司使用谷殼作為燃料經(jīng)檢測工業(yè)成分分析：收到基灰分為12.65%，收到基水分為12.28%，干燥無灰基揮發(fā)分為78.81%，收到基低位發(fā)熱量為13142kJ/kg。綜合長期檢測數(shù)據(jù)，各種生物質(zhì)燃料的工業(yè)成分分析如表1。

根據(jù)以上成分分析可得出，生物質(zhì)燃料的揮發(fā)分、H的含量高，說明其易燃燒且燃燒的速度快，能適應(yīng)爐膛水冷條件高的鍋爐，同時產(chǎn)生的煙氣量比煤多，所以爐膛要比普通的燃煤鍋爐要大。也正因為揮發(fā)分、H的含量高，燃料時產(chǎn)生了大量水蒸汽，吸收了大量熱，且C含量相對較少，所以生物質(zhì)燃料的低位發(fā)熱量相對較低。同樣出力的鍋爐，如燃料為生物質(zhì)，其需要燃料量要比煙煤多出近一倍。

2.2 生物質(zhì)燃料開發(fā)及燃燒特點

生物質(zhì)燃料通俗一點說，就是農(nóng)林產(chǎn)品的副產(chǎn)品，生物質(zhì)燃料的利用就是一個變廢為寶的過程，生物質(zhì)燃料的來源廣泛，易得，適合農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)的鍋爐使用。我國十分重視生物能源的開發(fā)和利用。生物質(zhì)燃料顆粒產(chǎn)品在我國推廣應(yīng)用還很少，我們還是直接進行燃燒為主，其燃料燃燒狀況也不容樂觀，燃料熱值利用還很低。因為生物質(zhì)燃料本身被認為是廢料利用，從企業(yè)管理層到政府管理層都對其真正高效地利用不夠重視。

現(xiàn)在生物質(zhì)燃料燃燒往往不徹底，浪費極大，主要原因是使用單位不了解生物質(zhì)燃燒燃燒的特點，現(xiàn)分析如下：

（1）生物質(zhì)燃料揮發(fā)分、H的含量高，單位重量的燃料需要氧氣量較煙煤多。

（2）生物質(zhì)燃料都很輕，燃料燃燒時一般隨著煙氣一邊飄一邊燃燒，如引風(fēng)過大或煙氣流程短，可能燃料會在尾部煙道中還在燃燒，嚴重威脅引風(fēng)機的運行，也造成浪費。

（3）部分生物質(zhì)燃料有“爆竹”現(xiàn)象，出現(xiàn)噴火，應(yīng)注意，避免燒傷。

3、燃煤鍋爐使用生物質(zhì)燃料現(xiàn)狀

在廣大的農(nóng)村，以往的我們現(xiàn)稱之為生物質(zhì)燃料的產(chǎn)品都放在田間地頭燃燒，作為肥料使用，使田間到處彌曼著白煙，同時污染環(huán)境。在使用生物質(zhì)燃料時，這些使用單位大部分未改造爐膛就直接使用生物質(zhì)燃料，這樣燃燒時鍋爐房內(nèi)往往是“烏煙瘴氣”的，燃料亂堆亂放，燃料熱值的利用很低。燃燒過程中產(chǎn)生的煙灰往往堵塞煙道，使鍋爐正火燃燒，產(chǎn)生浪費，鍋爐出力也往往不足。

4、使用生物質(zhì)燃料的燃煤鍋爐熱效率簡單測試

鍋爐熱效率簡單測試是一種利用鍋爐熱反平衡的方法來測量鍋爐熱效率的方式。所謂鍋爐熱反平衡就是測量出鍋爐運行各種部位和形式的能量損失，扣除這些能量損失的百分比，得出鍋爐熱效率。這種方法能更好檢測出鍋爐運行過程中能量浪費的重點所在，能夠通過檢測、分析，能抓住解決鍋爐能效問題的關(guān)鍵，從而因地置宜的提出解決方案。

5、燃煤鍋爐使用生物質(zhì)燃料提高鍋爐熱效率的建議

根據(jù)以上能量損失檢測，目前大部分使用生物質(zhì)燃料的燃煤鍋爐主要能效問題是：（1）排煙溫度很高，一般會達到400℃以上，主要生物質(zhì)燃料在尾部煙管內(nèi)繼續(xù)燃燒引起的；（2）氣體未完全燃燒熱損失高，尾部煙氣CO含量高，由于燃料的飛動易使局部氧氣供應(yīng)缺少，使氣體未完全燃燒；（3）固體未完全燃燒熱損失高，也是因為燃料的飛動并燃燒，有的未完全燃燒就進入煙囪。相對這些問題提出以下鍋爐改造建議：（1）嚴格控制風(fēng)量及爐膛負壓，降低煙氣流動速度，降低燃料飄動速度；（2）擴大爐膛體積，才能增加燃料量，使之出力不會因使用生物質(zhì)燃料而明顯下降，拆除所有爐拱，生物質(zhì)易點燃，爐拱作用不大，而且灰渣很少，也可降低爐排高度；（3）在爐膛出口處增加二次風(fēng)，阻擋大量燃料飛走，并增加煙路中氧含量使燃燒能順利進行。

6、結(jié)束語

隨著生物質(zhì)燃料的廣泛應(yīng)用使，用生物質(zhì)燃料的燃煤鍋爐的改選工作已顯得尤為重要，生物質(zhì)燃料的產(chǎn)業(yè)化也將形成，它有益于我國現(xiàn)行的能源利用結(jié)構(gòu)，有益于節(jié)能降耗的基本國策。

參考文獻：

[1] 孫達衛(wèi)，賈連發(fā)，張宏偉. 鍋爐的三種熱效率.廣州；曖通空調(diào).2001.6

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新型案例教學(xué)設(shè)計

基于對微生物燃料電池多年的研究基礎(chǔ)及對環(huán)境工程專業(yè)的認識，筆者總結(jié)了微生物燃料電池與以下課程的結(jié)合。

1.水質(zhì)工程學(xué)教學(xué)

微生物燃料電池作為一種有應(yīng)用前景的新技術(shù)，近年來得到廣泛關(guān)注，也取得了進展。而微生物燃料電池可以作為案例，引入到水質(zhì)工程學(xué)的教學(xué)中來。在講授生物處理部分，可以引入微生物燃料電池這項新技術(shù)。首先需要向?qū)W生講清楚微生物燃料處理廢水的原理。在微生物燃料電池陽極室內(nèi)，同時發(fā)生著厭氧生物處理、電化學(xué)氧化、生物氧化與生物混凝等多個過程，并逐一介紹此四個過程的原理特征。然后向?qū)W生介紹當(dāng)前應(yīng)用微生物燃料電池技術(shù)進行污染處理的研究狀況。近年來，一系列富含生物可降解有機物的廢水，在微生物燃料電池中逐漸被嘗試用來產(chǎn)電，同時廢水本身得到降解。在介紹完整體研究狀況后，任課教師可以根據(jù)熟悉的特征廢水，展開而深入地向?qū)W生展示。需要提及的是，氮污染控制是當(dāng)下環(huán)境保護工作的重點，微生物燃料電池處理含氮廢水是該技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域最重要的應(yīng)用之一，也與中國地質(zhì)大學(xué)（北京）以地下水污染防治為特色的環(huán)境工程教學(xué)特點密切相關(guān)。微生物燃料電池生物脫氮的研究最早開始于2004年，研究者發(fā)現(xiàn)當(dāng)陰極電勢控制在-500mV時，微生物能夠直接以陰極作為電子供體將NO3-還原[7]，這對微生物燃料電池處理含氮廢水的實際應(yīng)用具有十分重要的意義。同時也需要向?qū)W生說明，當(dāng)前受制于材料成本，微生物燃料電池處理廢水還只停留在實驗室研究，還未真正應(yīng)用。這樣既向?qū)W生傳授了生物水處理的相關(guān)知識，又激發(fā)學(xué)生進行深入了解研究的動力，培養(yǎng)了學(xué)生善于思考與聯(lián)想的能力。在講授水處理系統(tǒng)部分時，在講解完生活污水傳統(tǒng)的處理工藝的基礎(chǔ)上，可以針對當(dāng)下相對難以處理的工業(yè)廢水，介紹基于微生物燃料電池的新型處理工藝。如筆者所在的課題組嘗試用UASB-MFC-BAF的組合工藝處理糖蜜酒精廢水[8]，高效去除污染物的同時，并獲得1410.2mW/m2的最大功率密度。其中，在UASB單元高效去除COD并進行硫酸鹽還原，MFC單元氧化硫化物的同時產(chǎn)電，BAF單元去除色度并降解苯酚衍生物。與常規(guī)工藝的結(jié)合為MFC在污水處理方面的應(yīng)用提供了新的思路，成為一種很有前途的處理方式。這除了向?qū)W生傳遞了水處理工藝的相關(guān)知識，也示范了工藝組合的特點與基本規(guī)律，培養(yǎng)了學(xué)生講自己所學(xué)的水處理技術(shù)融會貫通，靈活運用的能力。

2.固體廢物處理處置工程教學(xué)

堆肥處理是主要的資源化技術(shù)之一，在講到堆肥部分時，可以介紹微生物燃料電池固體廢物堆肥中的應(yīng)用案例，即微生物燃料電池既可以處理廢水，也可以處理固體廢物，展示了該技術(shù)良好的發(fā)展前景。其在固體廢物堆肥中，底物不需要頻繁更換，而且有機質(zhì)含量高，堆肥過程自身產(chǎn)熱可提高溫度，為堆肥過程中形成的高度復(fù)雜的微生物種群的富集和生長提供了更加穩(wěn)定的外部環(huán)境，當(dāng)前以廚余垃圾和園林肥料為原料的堆肥微生物燃料電池也已經(jīng)有報道[9]。剩余污泥是城市污水處理廠運行中最為頭疼的問題，在講授城市污水處理廠剩余污泥處理處置部分時，可以著重介紹微生物燃料電池在剩余污泥資源化過程中的應(yīng)用，微生物燃料電池可以將剩余污泥中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為最清潔的電能，為污泥資源化提供了新的思路。具體包括直接利用剩余污泥與間接利用剩余污泥兩方面，前者是直接以剩余污泥為燃料，在輸出電能的同時，能達到良好的污泥減量效果；后者是分別以剩余污泥微波預(yù)處理上清液與剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸作為燃料，可以有效地資源化利用剩余污泥，同時達到污泥減量的目的。將此類案例介紹給學(xué)生，既可以傳授了固體廢物資源化與處置的相關(guān)知識點，又可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高教學(xué)質(zhì)量，并且進一步培養(yǎng)了學(xué)生環(huán)境工程意識和環(huán)境工程研究的能力，進一步培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決環(huán)境工程實際問題的能力。

3.環(huán)境學(xué)教學(xué)

環(huán)境學(xué)是環(huán)境類專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，旨在使學(xué)生正確理解和掌握與環(huán)境問題有關(guān)的基本概念、基本知識以及基本原理，以便為學(xué)習(xí)后續(xù)課程奠定必要的基礎(chǔ)。而微生物燃料電池與其課程教學(xué)也有密切聯(lián)系，可以成為增強教學(xué)效果的有力工具。污染物是環(huán)境工程的處理目標(biāo)，而污染物指標(biāo)是檢驗環(huán)境技術(shù)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，在水體污染教學(xué)方面，五日生活需氧量（BOD5）的含義與測定是教學(xué)中的一項重要內(nèi)容。常規(guī)BOD5測定主要采用呼吸法，該法測定較為復(fù)雜，而且耗時長，基于微生物燃料電池工作原理的BOD5傳感器具有良好的應(yīng)用前景，其電流或電壓與污染物濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，而且能夠快速響應(yīng)，并且測量范圍較寬，結(jié)果具有良好的重復(fù)性，因此成為微生物燃料電池實際應(yīng)用領(lǐng)域較為重要的直接應(yīng)用方向。在利用微生物燃料電池類型的傳感器測定BOD5時，以待測廢水為陽極液，通過之前測定的電壓與濃度對應(yīng)關(guān)系，讀取電壓值，便可換算為BOD5的濃度。此測定方法發(fā)現(xiàn)電池轉(zhuǎn)移電荷與BOD5之間呈明顯的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達到0.99，標(biāo)準(zhǔn)偏差為3%~12%。而且微生物燃料電池類型的BOD5傳感器響應(yīng)快，恢復(fù)能力強，當(dāng)污水濃度發(fā)生變化時，電流滯后1h即可達到穩(wěn)定。而且微生物燃料電池型BOD5測定方法的另一突出優(yōu)點是可連續(xù)運行，無需路外保養(yǎng)。通過介紹微生物燃料電池在測定BOD5中的應(yīng)用，可以加深學(xué)生對BOD5的理解，傳授了水體污染指標(biāo)的概念，也培養(yǎng)了學(xué)生觸類旁通、理論聯(lián)系實際的能力。在環(huán)境學(xué)課程講授中，會涉及全球的能源與環(huán)境問題，也會提到一些新型的清潔能源如氫能、核能等。此時可以介紹微生物燃料電池電助產(chǎn)氫的相關(guān)知識，這也是微生物燃料電池可能直接利用的主要形式。根據(jù)電化學(xué)理論，電解水的分解電壓為1.6V，而在無氧氣存在的條件下，在雙室微生物燃料電池陰極施加一個遠小于水的分解電壓的小電壓（一般小于0.8V），可以促進外電路轉(zhuǎn)移至陰極的電子和陽極轉(zhuǎn)移至陰極的質(zhì)子結(jié)合而生成氫氣，從而達到利用微生物燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生氫氣的目的，該工藝產(chǎn)生的氫氣純度較高，并可以積累和儲存以及運輸，克服了以前微生物燃料電池輸出功率低、無法直接應(yīng)用的缺點，從而促進微生物燃料電池技術(shù)朝著實際應(yīng)用又邁進了一步。這一方面可以吸引學(xué)生更深的了解微生物燃料電池技術(shù)，而且培養(yǎng)學(xué)生的研發(fā)興趣與愛好，另一方面?zhèn)魇诹藲淠艿惹鍧嵞茉吹南嚓P(guān)知識，拓展了氫能的來源，啟發(fā)了學(xué)生深入探究、勤于聯(lián)想的能力，取得良好的教學(xué)效果。

課堂教學(xué)實踐

在中國地質(zhì)大學(xué)（北京），筆者主要參與環(huán)境工程專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課的教學(xué)。在實際教學(xué)中，將微生物燃料電池的研究心得與實際教學(xué)相結(jié)合，對教學(xué)起到很好的促進作用。如在環(huán)境專業(yè)基礎(chǔ)課有機化學(xué)的教學(xué)中，在講授烯烴部分時，講到石墨烯作為微生物燃料電池陽極的優(yōu)點，更多地利用了其比表面積大、易于微生物附著的特征，促進了微生物燃料電池的產(chǎn)電與污染物去除，使得學(xué)生對于石墨烯的應(yīng)用有了更直觀的認識，對教學(xué)起到了促進與拓展的作用，符合當(dāng)下理論聯(lián)系實際的教學(xué)思路。在環(huán)境專業(yè)主干課環(huán)境生態(tài)學(xué)的教學(xué)中，將水生生態(tài)系統(tǒng)部分引入微生物燃料電池的概念，介紹了產(chǎn)電微生物的工作原理及特性，并介紹了沉積物微生物燃料電池的工作原理及應(yīng)用，這不僅向?qū)W生傳遞了水生生態(tài)系統(tǒng)中的環(huán)境微生物的類群與功能，以及污染物在水生生態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律等知識點，而且可以使學(xué)生明晰微生物燃料電池的在其中所起的作用，形象地展示了微生物燃料電池參與污染遷移轉(zhuǎn)化的過程，對于此部分知識的教學(xué)，起到很好的促進作用。講到這些案例時，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情都比較高漲，教學(xué)效果明顯提升。可見微生物燃料電池確實是良好的教學(xué)載體，有助于提高環(huán)境工程教學(xué)的質(zhì)量，筆者在后續(xù)教學(xué)中還需進一步完善提煉。

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[關(guān)鍵詞]生物質(zhì) 能源使用現(xiàn)狀 參考數(shù)據(jù) 燃燒

[中圖分類號]U676.3 [文獻碼]B [文章編號]1000-405X（2013）-6-187-1

1 生物質(zhì)資源概述

1.1 生物質(zhì)燃料的概念

生物質(zhì)的原料主要為玉米等農(nóng)作物的秸稈、稻草、稻殼、木屑、蘆葦、蒿草、樹枝、樹葉等生物質(zhì)廢棄物。這些農(nóng)林剩余物經(jīng)粉碎、混合、擠壓、烘干等工藝，最后制成顆粒狀燃料，可直接作為生物質(zhì)燃料熄滅，具有熄滅時間長、爐膛溫度高、經(jīng)濟實惠等特性，因而能夠作為煤炭、自然氣、電、油等能源的補充以至是替代能源。

1.2 我國能源使用現(xiàn)狀

如今我國大力倡導(dǎo)能源的利用效率，以高新技術(shù)開發(fā)低污染、可再生的新能源，逐步取代石油，煤，天然氣等不可再生能源，是解決能源危機和環(huán)境問題的重要途徑。在我國冬季采暖常用的方式就是應(yīng)用煤炭、燃油供暖。耗能高、污染大，是這些供暖方式是有很大的弊端的。一到冬季，礦物質(zhì)燃料在供暖中的大量運用，嚴重地污染著我們身邊的空氣環(huán)境。國內(nèi)能源專家普遍以為：生物質(zhì)燃料是很好的清潔性可再生能源，在環(huán)保形勢日益嚴峻的今天，應(yīng)該依據(jù)實踐，以生物質(zhì)燃料取代煤、油燃料。

據(jù)調(diào)查，采用生物質(zhì)燃料的取暖鍋爐，1小時耗費生物質(zhì)顆粒約8kg，依照冬季取暖時節(jié)5個月計算，共需求耗費生物質(zhì)顆粒約124噸，以每噸650元計，需求消費近9000元，相比過去燃煤的破費，每個冬季可儉省1612元，并且無污染，有利于維護環(huán)境。此外，當(dāng)前采用電、油、燃氣的供暖及供氣企業(yè)，由于各類清潔燃料價錢的上漲，迫切需求清潔、經(jīng)濟的替代燃料。因而物質(zhì)燃料鍋爐的推行具有重要意義。

2 鍋爐生物質(zhì)能技改項目概況

2.1 鍋爐工況的分析

減少和防止鍋爐四管漏泄要從備件的運行操作和檢修工藝等最基本方面人手，堅持預(yù)防為主，質(zhì)量第一的方針。組織由鍋爐檢修、鍋爐運行、熱工、電氣、化學(xué)、金屬和熱力試驗人員組成的攻關(guān)小組，做好基礎(chǔ)工作，分析原因，提出合理的措施，開展長期、經(jīng)常性的防止受熱面漏泄的工作。進行了較為全面的工業(yè)性試驗。根據(jù)鍋爐生物質(zhì)料層的高度和布置要求，對燃煤鍋爐的前墻水冷壁管進行重新設(shè)計制作，增加前鍋爐的排表面的距離，增大其空間，對生物質(zhì)粉料噴口和二次風(fēng)，增加鏈條爐排長度并在爐前新設(shè)片狀生物質(zhì)小料斗，根據(jù)熱力計算工況增大省煤器受熱面，以適應(yīng)生物質(zhì)燃料燃燒特性。

2.2 爐內(nèi)壁溫

鍋爐內(nèi)壁溫隨負荷的變化。從爐內(nèi)壁溫曲線上可以看出，爐內(nèi)壁溫隨著負荷的增加而增加，同時總體壁溫水平偏高。處于水平煙道右側(cè)和入口在三通渦流區(qū)中的管壁溫水平最高。這是熱偏差與水利偏差相疊加的結(jié)果，實際運行證明了這一點，該管在管材提高檔次前常發(fā)生爆管。爐內(nèi)壁溫測點采用金屬噴涂法安裝熱電偶，測量值是正誤差，曾做過標(biāo)定，試驗值偏高10℃-15℃。熱偏差在通過調(diào)節(jié)爐膛火焰中心位置以達到調(diào)節(jié)再熱氣汽溫的目的。燃燒器下擺，爐膛出口煙溫下降，各級受熱面的壁溫也隨著下降，對改善對流受熱面的運行條件，作用是非常明顯的。調(diào)整好噴嘴角度，由于噴嘴角度檢修不當(dāng)，使火焰沖刷水冷壁及爐墻而結(jié)焦。應(yīng)根據(jù)結(jié)焦規(guī)律和爐膛結(jié)構(gòu)調(diào)整噴嘴方位，一般是將火焰盡可能調(diào)向爐膛中心中心切圓附近以減少結(jié)焦。在此使用優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)在鍋爐內(nèi)燃燒，在穩(wěn)定燃燒區(qū)域比較集聚。生物質(zhì)燃燒得很干凈，不留過多灰燼。同時在大量增加燃燒量的情況下，加大鼓引風(fēng)至最大保證其壓力平衡，可以降低其燃燒熱度。并且能源節(jié)省也很明顯。

2.3 鍋爐燃燒生物質(zhì)與煤的燃料特性對比及燃燒特點

生物質(zhì)中硫的含量極低，基本上無硫化物的排放。所以，利用生物質(zhì)作為替代能源，對改善環(huán)境，減少大氣中的CO2含量，在“溫室效應(yīng)”都有極大的好處。因此，將生物質(zhì)作為化石燃料的替代能源，便能向社會提供一種各方面都可被接受的可再生能源。下面表2典形生物質(zhì)成型燃料和煤的工業(yè)分析及元素分析

分析表2生物質(zhì)成型燃料的特點：

（1）灰分少，燃燒得充分，殘余量極少，利于減少鍋爐排熱損失。

（2）相比與煤炭生物質(zhì)含量很高，一般超過50%，它的含氧量也多于煤炭，容易燃燒火勢旺。然而，碳的含氧量較低，因此它的發(fā)熱值較相對低，要想達到鍋爐的熱力，必須加大燃料供給量，同時還要滿足完全燃燒的條件。

（3）生物質(zhì)的硫的含量極低，對環(huán)境的保護的相當(dāng)有益的，污染空氣指數(shù)小。

從礦物能源資源有限和因大量使用會造成環(huán)境狀態(tài)惡化的戰(zhàn)略觀點出發(fā)，結(jié)合我國擁有豐富生物質(zhì)資源的現(xiàn)實，逐步發(fā)展工業(yè)鍋爐生物質(zhì)的燃燒技術(shù)，對節(jié)約常規(guī)能源、優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，將有積極意義。

常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)業(yè)配備的燃煤鍋爐進行改燃生物質(zhì)的改造，取得了成功，為我國家節(jié)能減排工作作出了貢獻。對新能源的開發(fā)利用做好榜樣，起到了較好的實踐示范作用。同時為各企業(yè)今后的發(fā)展開啟先導(dǎo)。

3 結(jié)語

在發(fā)展中國家中，好的鍋爐能提高效率減少燃料垃圾的收集的排放，使得生活環(huán)境得到提升，新的先進技術(shù)替代陳舊的工業(yè)市場中的燃燒技術(shù)。在生物能源項目和市場規(guī)模不斷擴大。在各類市場應(yīng)用大規(guī)模的轉(zhuǎn)換裝置的趨勢將會持續(xù)。增加燃料適應(yīng)性，降低風(fēng)險，使得費用最小化，并通過將燃煤鍋爐改造為生物質(zhì)能鍋爐其節(jié)能減排的功效較為明顯，同時也將生物質(zhì)能利用效率大大提高。采用規(guī)模經(jīng)濟對生物質(zhì)能整體來說非常重要。能源系統(tǒng)的發(fā)展是個整體，生物質(zhì)的使用將日漸成為人們生產(chǎn)運輸燃料或生物材料的重要工具。

參考文獻

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我國生物質(zhì)資源(農(nóng)作物秸稈)豐富，但利用率不高。為了高效利用生物質(zhì)資源，本文就生物質(zhì)成型燃料的加工技術(shù)與裝備進行初步研究，以探討綜合利用生物質(zhì)資源的技術(shù)途徑。

一、影響生物質(zhì)成型燃料加工裝備性能的因素分析

1、生物質(zhì)原料的來源與特點

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)林廢棄物資源十分豐富。我國每年總量約有7億噸的農(nóng)作物秸稈，另外，我國每年還有大量的林業(yè)采伐和林木制品加工廠產(chǎn)生的廢棄物。如枝椏、小徑木、板片、木屑等，總量也近1億噸。生物質(zhì)成型燃料。是以枝條、樹皮、秸稈等農(nóng)林剩余物為原料。這些原料具有來源廣泛、分散、種類多、質(zhì)地不統(tǒng)一等特點。決定了成型燃料加工技術(shù)與裝備的設(shè)計必須做到滿足原料來源的廣泛性、多樣性和方便靈活性。

2、生物質(zhì)成型燃料的特點要求與使用對象

生物質(zhì)成型燃料是將生物質(zhì)原料經(jīng)過粉碎、調(diào)質(zhì)等處理，在高壓條件下，壓縮成顆粒狀且質(zhì)地堅實的成型物，除應(yīng)具有比重大、便于貯存和運輸、著火易、燃燒性能好、熱效率高(是直接燃燒的5倍以上)的優(yōu)點外。還應(yīng)具有灰分小、燃燒時幾乎不產(chǎn)生SO2、不會造成環(huán)境污染等優(yōu)點。可作為工業(yè)鍋爐、住宅區(qū)供熱、農(nóng)業(yè)暖房及戶用炊事、取暖的燃料。成型燃料的這些特點。決定了成型燃料加工技術(shù)與裝備的設(shè)計必須在充分考慮生物質(zhì)原料特點的基礎(chǔ)上，保證生物質(zhì)原料的粉碎細度達到成型的要求，燃料成型的密度、成型設(shè)備的有關(guān)模板、?？?、壓輥等成型關(guān)鍵部件，在盡可能滿足噸料加工能耗較少，加工關(guān)鍵設(shè)備使用壽命較長，加工的成型燃料性能具有較好的燃燒性能的要求下，應(yīng)具有實用性、適應(yīng)性和經(jīng)濟性。

3、生物質(zhì)成型燃料加工技術(shù)與設(shè)備的國內(nèi)外現(xiàn)狀

成型燃料有顆粒狀和棒狀兩大類。根據(jù)成型主要工藝特征的差別，國內(nèi)外生產(chǎn)生物質(zhì)壓縮燃料的工藝大致可劃分為濕壓(冷壓)成型、熱壓成型、碳化成型等3種。按成型加壓的方法不同來區(qū)分，技術(shù)較為成熟、應(yīng)用較多的成型燃料加工機有輥模擠壓式(包括環(huán)模式和平模式)、活塞沖壓式(包括機械式、液壓式)、螺旋擠壓式等三種機型，其中輥模擠壓式成型機采用的是濕壓(冷壓)成型工藝，活塞沖壓式、螺旋擠壓式成型機都采用的是熱壓成型工藝。

國外開發(fā)工作始于20世紀40年代。1948年日本申報了利用木屑為原料采用螺旋擠壓方法生產(chǎn)棒狀成型燃料的第1個專利，60年代成立了成型燃料行業(yè)協(xié)會。70年代初，美國研究開發(fā)了環(huán)模擠壓式顆粒成型機，并在國內(nèi)形成大量生產(chǎn)。瑞士、瑞典、西歐等發(fā)達國家都先后開發(fā)研究了沖壓式成型機、輥模擠壓式顆粒成型機。其中已有120多年歷史的世界著名飼料機械生產(chǎn)企業(yè)――德國卡爾公司(Kahl)生產(chǎn)的動輥式平模制粒機，不僅能生產(chǎn)中低密度的顆粒飼料，而且還能生產(chǎn)較優(yōu)高密度的顆粒燃料，成品產(chǎn)量大、能耗低而且質(zhì)量好，在歐洲和東南亞國家使用較為廣泛。在最早開發(fā)螺旋擠壓成型燃料生產(chǎn)技術(shù)的日本也有采用環(huán)模顆粒成型機加工木屑成型燃料的大型生產(chǎn)企業(yè)。如今，固化成型燃燒在日本、歐、美等地已經(jīng)商品化，在丹麥的一座叫阿文多的發(fā)電廠，還利用木屑壓縮顆粒來發(fā)電。1985年日本平均每戶家庭消耗成型燃料達750kg。1985年美國生產(chǎn)成型燃料達200萬t以上。

我國從20世紀80年代中期起開始了成型燃料的開發(fā)研究，一方面組織科技攻關(guān)，另一方面，引進國外先進機型。經(jīng)消化、吸收，研制出各種類型的適合我國國情的生物質(zhì)壓縮成型機。用以生產(chǎn)棒狀、塊狀或顆粒生物質(zhì)成型燃料。全國現(xiàn)有生物質(zhì)壓縮成型廠35個。生物質(zhì)成型燃料的種類按其密度分為中密度(800―1100Kg/m3)和高密度(1100―1400kg／m3)二種，前者適宜于家庭爐灶或小型鍋爐用，也可滿足自動爐排機械加料的大型鍋爐用，后者更適于進一步加工成為炭化產(chǎn)品。

國內(nèi)主要的幾種成型燃料生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)狀分述如下：

1)螺旋擠壓技術(shù)

螺旋擠壓成型技術(shù)是目前生產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料最常采用的技術(shù)，尤其是以機制炭為最終產(chǎn)品的用戶，大都選用螺旋擠壓成型機。

1990年中國林科院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所與江蘇省東海糧食機械廠合作，完成了國家“七五”攻關(guān)項目――木質(zhì)棒狀(螺旋擠壓)成型機的開發(fā)研究工作，并建立了1000t／年棒狀成型燃料生產(chǎn)線；1 993年前后，中國大陸的一部分企業(yè)和省農(nóng)村能源辦公室從日本、中國臺灣、比利時、美國引進了近20條生物質(zhì)壓縮成型生產(chǎn)線，基本上都采用螺旋擠壓式，以鋸木屑為原料，生產(chǎn)“炭化”燃料。棒狀成型燃料的形狀為直徑50*10-3m2左右、長度450*10-3m2左右，橫截面為圓形或六角形，每根重約1Kg，用于蒸發(fā)量≤1000kg／h工業(yè)鍋爐或民用爐灶。

國內(nèi)現(xiàn)已有包括陜西武功縣輕工機械廠、河南省鞏義合英實業(yè)公司等在內(nèi)的近十家廠家生產(chǎn)此種類型的設(shè)備。

螺旋擠壓成型機的優(yōu)點是：

①成品密度高。以木屑、稻殼、麥草等為原料，國內(nèi)生產(chǎn)的幾種螺旋擠壓成型機加工的成型棒料的密度都在1100～1400Kg／m3。

②成品質(zhì)量好、熱值高，更適合再加工成為炭化燃料。

螺旋擠壓成型機的缺點是：

①產(chǎn)量低，目前國產(chǎn)設(shè)備的最高臺時產(chǎn)量不到150Kg／h，距離規(guī)?；a(chǎn)的產(chǎn)量要求相差較大。

②能耗高，粉料在螺旋擠壓成型前先要經(jīng)過電加溫預(yù)熱，擠壓成型過程的噸料電耗就在90Kwh／t以上。

③易損件壽命短，國產(chǎn)設(shè)備主要工作部件――螺桿的最高壽命不超過500h，距離國際先進水平1000h以上還有不小的差距。

④原料要求苛刻。螺旋擠壓成型機采用連續(xù)擠壓，成型溫度通常調(diào)整在220～280℃之間，為了避免成型過程中原料水分的快速汽化造成成型塊的開裂和“放炮”現(xiàn)象發(fā)生，一般要將原料含水率控制在8～12％之間，所以對有的物料要進行預(yù)干燥處理，增加了加工成本。這一點，對于移動式的成型燃料加工系統(tǒng)來說也許是一個致命傷，因為與旋擠壓成型工藝相銜接還需有配套的烘干機。

2)活塞沖壓技術(shù)

這種設(shè)備的優(yōu)點是成型密度較大，允許物料水分高達20％左右，但因為是油缸往復(fù)運動，間歇成型，生產(chǎn) 率不高，產(chǎn)品質(zhì)量不太穩(wěn)定，不適宜炭化?；钊降某尚湍Ｇ蝗菀啄p，一般100h要修一次，有的含SO2少的生物質(zhì)材料可維持300h。

另據(jù)報道，2003年，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)承擔(dān)完成了科技部研究項目“秸稈壓塊成型燃料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的可行性研究”，開發(fā)了HPB―m2型液壓驅(qū)動式秸稈成型機，采用活塞套筒雙向擠壓間歇成型。生產(chǎn)率：400kg／h；噸料成型電耗：60Kwh／t左右。

另外北京三升集團研發(fā)了機械傳動、活塞擠壓成型技術(shù)，在工業(yè)化生產(chǎn)中密度飼料塊的同時，還生產(chǎn)高密度(>900Kg／m3)的燃料塊。

3)輥模擠壓技術(shù)

生物質(zhì)顆粒燃料的輥模擠壓成型技術(shù)是在顆粒粒飼料生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。二者的主要區(qū)別在于纖維性物料含量的多少和成型密度的高低。用輥模擠壓式成型機生產(chǎn)顆粒成型燃料一般不需要外部加熱，依靠物料擠壓成型時所產(chǎn)生的摩擦熱，即可使物料軟化和黏合。對原料的含水率要求較寬。一般在10％～40％之間均能成型。其最佳水份成型條件為18％左右，相比于螺旋擠壓和活塞；中壓而言，輥模擠壓成型法對物料的適應(yīng)性最好。因此。國內(nèi)一些生產(chǎn)秸稈顆粒飼料的企業(yè)在生產(chǎn)顆粒飼料的同時也生產(chǎn)顆粒燃料，以提高設(shè)備的利用率。

以國內(nèi)知名飼料機械生產(chǎn)企業(yè)――江蘇正昌集團為代表的我國飼料機械業(yè)界，目前在環(huán)模制粒機和平模制粒機的設(shè)計、制造方面，已積累了豐富的經(jīng)驗，某些方面已達到世界先進水平。在生物質(zhì)顆粒成型燃料加工機械的研發(fā)方面也進行了多年的探索，并取得了可喜的成績。

4)環(huán)模擠壓成型技術(shù)

1994～1998年，江蘇正昌集團公司聯(lián)合中國林科院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所承擔(dān)了國家林業(yè)局下達的項目“林業(yè)剩余物制造顆粒成型燃料技術(shù)研究”。該項目以江蘇正昌集團公司生產(chǎn)的KYW32型環(huán)模式飼料顆粒成型機為基本結(jié)構(gòu)，研究成功了以木屑和刨花粉為主要原料的顆粒燃料成型機，臺時產(chǎn)量在250Kg／h左右，產(chǎn)品規(guī)格：直徑6*10-3m2，長度為8-15*10-3m2，顆粒密度>1000Kg／m3，其熱值為4800kcal／Kg左右。產(chǎn)品質(zhì)量達到日本“全國燃料協(xié)會”公布的顆粒成型燃料標(biāo)準(zhǔn)的特級或一級。但是由于當(dāng)時在材料和加工工藝等方面的原因，主要易損件環(huán)模在面對粗纖維物料時，暴露出了使用壽命短的缺陷。使用成本高，成為環(huán)模式制粒機難以在生物質(zhì)成型燃料領(lǐng)域大面積推廣的重要原因。但是，該項目的開展，為我國今后在輥模擠壓成型燃料技術(shù)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。

5)平模擠壓成型技術(shù)。由于在平模制造工藝水平和主要加工物料對象方面與國外的差距等原因，以前國內(nèi)在對平模式制粒機的研究方面不夠深入，國內(nèi)能生產(chǎn)的最大平模直徑只有400*10-3m2。2000年，我所承擔(dān)了農(nóng)業(yè)部引進國際先進農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)項目(簡稱“948”項目)――秸稈顆粒飼料加工技術(shù)與設(shè)備的引進，在引進國際上著名的德國卡爾公司(Kahl)的38-780型大型平模式制粒機的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國實際，又進行了多處技術(shù)改進和創(chuàng)新。2003年12月，該項目通過了農(nóng)業(yè)部“948”項目辦公室的驗收。

與其他生物質(zhì)成型顆粒(塊)加工技術(shù)相比。大型平模式制粒機的優(yōu)點在于：

①原料適應(yīng)性廣。平模式制粒機壓制室空間較大，可采用大直徑壓輥，因而能將諸如秸稈、干甜菜根、稻殼、木屑等體積粗大、纖維較長的原料強行壓碎后壓制成粒，對原料的粉碎度要求降低了。另外，平模式制粒機在壓縮纖維性物料時，原料水分在15～25％(最佳18％左右)都能被壓縮成型。大多數(shù)情況下，不需要對原料進行干煤。

②產(chǎn)量大。經(jīng)江蘇省農(nóng)機鑒定站檢測，SZLP-780型平模制粒機在以100％苜蓿草粉為原料時，產(chǎn)量可達2100kg／h。在此后進行的以木屑為原料的制粒試驗時，當(dāng)成型顆粒密度在1100Kg／m3時，產(chǎn)量達到1500Kg／h，是國內(nèi)現(xiàn)有成型顆粒燃料加工設(shè)備所達到的最大產(chǎn)量。

③噸料耗電低。一方面，平模式制粒機由于壓制室空間大、壓輥直徑大的原因，能將粒度相當(dāng)大的原料制成顆粒，因而能克服環(huán)模擠壓制粒機和螺旋式擠壓機在這方面的局限，這就減少了物料在粉碎工段的能耗；另一方面，與環(huán)模制粒機相比，平模?？讕娣e比值高，出料孔多。而且出料顆粒密度和大小比較一致。

④輥模壽命長。由于工作原理的差異，平模式制粒機壓輥的線速度比環(huán)模式的低，因而輥、模的磨損比較慢。而且，平模在一側(cè)面工作面磨損后可翻過來使用另一側(cè)面，可以提高使用壽命。

⑤成型密度可調(diào)。壓輥和壓模之間的工作間隙和壓力可通過液壓式中央螺母調(diào)節(jié)裝置使壓輥同步升降，操作簡單省時。既可生產(chǎn)中低密度的顆粒飼料，也可生產(chǎn)較高密度的顆粒燃料，一機多用。

但總體來看，目前，我國的生物質(zhì)固化成型裝備在設(shè)備的實用性、系列化、規(guī)?；线€很不足，距國際先進水平還有不小的差距。這一問題以成型機最為突出，表現(xiàn)在生產(chǎn)率低、成型能耗高、主要工作部件壽命短、機器故障率多、費用高等方面。

4、生物質(zhì)成型燃料加工技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展趨勢

進入二十一世紀以來，人們愈加感覺到石化能源漸趨枯竭，在對可持續(xù)發(fā)展、保護環(huán)境和循環(huán)經(jīng)濟的追求中，世界開始將目光聚焦到了可再生能源與材料， “生物質(zhì)經(jīng)濟”已經(jīng)浮出水面。以生物能源和化工產(chǎn)品生產(chǎn)為主的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)正在興起，引起了世界各國政府和科學(xué)家的關(guān)注。許多國家都制定了相應(yīng)的計劃，如日本的“陽光計劃”，美國的“能源農(nóng)場”，印度的“國家戰(zhàn)略行動”等。2005年“可再生能源法”在我國正式頒布實施，所有這些。預(yù)示著各國在包括生物質(zhì)成型燃料開發(fā)在內(nèi)的生物質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域的競爭進入一個白熱化時代。

雖說生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是世界發(fā)展之大勢和新興的朝陽產(chǎn)業(yè)，但其當(dāng)前成本與價格尚難與石油基產(chǎn)品競爭，這一點對于成型燃料來說，表現(xiàn)得尤其明顯。因此，以降低儲運成本和壓縮成型成本為目的，尋求技術(shù)上的創(chuàng)新、突破，成為生物質(zhì)成型燃料領(lǐng)域最大的命題。降低顆粒燃料的噸料能耗、降低設(shè)備的使用成本。也成為本“863”項目所追求的最大目標(biāo)。

在生物質(zhì)固化成型技術(shù)裝備研究、開發(fā)方面，國內(nèi)外的發(fā)展趨勢是裝備生產(chǎn)專業(yè)化、產(chǎn)品生產(chǎn)批量擴大化、生產(chǎn)裝備系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。尤其在國內(nèi)應(yīng)在設(shè)備實用性、系列化上下功夫。不斷降低成本并提高技術(shù)水平，為21世紀大規(guī)模開發(fā)利用生物質(zhì)能提供必要的技術(shù)儲備。

5、生物質(zhì)成型燃料加工技術(shù)與設(shè)備的先進性與性價比

生物質(zhì)成型燃料加工技術(shù)與設(shè)備先進程度的高低必須與其性價比有機的結(jié)合起來綜合考慮。單一講究技術(shù) 和設(shè)備的先進性，不考慮技術(shù)的投入成本和市場的接受程度，不考慮技術(shù)和設(shè)備的性能與市場接受的價格合理之比，再先進的技術(shù)在市場上如得不到應(yīng)用，也得不到用戶的認可，這種技術(shù)起碼可以說是不完全適用的技術(shù)。生物質(zhì)成型燃料加工技術(shù)與裝備的先進性主要體現(xiàn)在以下幾方面：一是理想的噸料加工耗能量；二是適度的關(guān)鍵部件的使用壽命；三是良好的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成；四是合理的加工工藝路線等等。因此，在研究和設(shè)計生物質(zhì)成型燃料加工技術(shù)和加工設(shè)備時，要在盡可能低的噸料耗能的前提下，使得產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與合理，在產(chǎn)品得到較高的使用壽命的基礎(chǔ)上，保證產(chǎn)品的價格盡可能適應(yīng)市場的接受程度。使生物質(zhì)成型燃料加工技術(shù)與裝備的先進性與產(chǎn)品的性價比有機結(jié)合與統(tǒng)一，以利于推廣應(yīng)用。

二、生物質(zhì)成型燃料加工裝備技術(shù)方案技術(shù)特征

1、技術(shù)路線和技術(shù)方案

考慮到上述一些因素，我們在研究設(shè)計時充分借鑒利用現(xiàn)有技術(shù)成果，并在利用國產(chǎn)制粒機進行成型燃料加工試驗的基礎(chǔ)上，優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計，采用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，研發(fā)關(guān)鍵部件；其系統(tǒng)技術(shù)方案如下所述。

(1)技術(shù)方案分析

我們研究設(shè)計的技術(shù)方案及機組總體配置示意見以下附圖：

本技術(shù)方案以秸稈等農(nóng)林廢棄物為原料，既可將多物料聯(lián)合粉碎機、粉料輸送組合裝置、制粒機等有機集成組裝在一臺拖車上，形成一個可移動的顆粒燃料加工設(shè)備系統(tǒng)，又可將多物料聯(lián)合粉碎機、粉料輸送組合裝置、制粒機等有機集成組裝在一個固定場所進行加工。系統(tǒng)各部分的設(shè)計方案說明如下：

1)多物料一次粉碎機

適應(yīng)的原料包括經(jīng)自然風(fēng)干的玉米稈、棉稈以及麥稈、稻草等，充分考慮到了移動式成型燃料加工系統(tǒng)對原料應(yīng)具有廣泛適應(yīng)性的要求特點。采用搓揉裝置和錘片粉碎、篩分裝置的有機組合技術(shù)，對原料進行切段粉碎復(fù)合作業(yè)。粉碎后的粉料過篩后經(jīng)風(fēng)管直接輸送到粉料暫貯箱中輸送至制粒機中；人工只要把待粉碎的原料放到加料斗里即可，大大減輕了勞動強度，并改善了勞動條件。

2)粉料輸送組合裝置

秸稈類生物質(zhì)經(jīng)粉碎后，堆密度很低，輸送過程中容易結(jié)拱，使送料受阻。本裝置的作用是接受由粉碎機經(jīng)風(fēng)管輸送來的粉料，通過簡易脈沖裝備向制粒機內(nèi)連續(xù)不斷地輸送粉料。

該裝置將采用料倉防結(jié)拱技術(shù)，有效地避免因纖維性物料流動性差，而導(dǎo)致喂料不均勻情況的發(fā)生。

3)顆粒燃料制粒機

這是本技術(shù)裝備的核心和關(guān)鍵。根據(jù)移動式作業(yè)特點考慮上述的多種因素。采用平模制粒技術(shù)方案。實施時通過試驗，進一步優(yōu)化設(shè)計平模制粒成型?？?，調(diào)整顆粒燃料制粒工藝，減小功率，降低主軸轉(zhuǎn)速，增加輥模壓力，保證得到較高密度、質(zhì)量穩(wěn)定的成型燃料的。

在主要工作部件(同時也是主要易損件)壓輥和模具的加工方面。充分利用國內(nèi)輥模制造領(lǐng)域技術(shù)工藝和設(shè)備方面的優(yōu)勢，采用新材料和新工藝，進一步提高輥模耐磨性。

4)系統(tǒng)集成技術(shù)

上述3部分集成裝在1臺拖車上，可以靈活方便地在村鎮(zhèn)間轉(zhuǎn)移。成為一個流動的加工車間，適應(yīng)了農(nóng)村秸稈原料既分散、季節(jié)性又強的實際作業(yè)條件。同時，可以根據(jù)不同的用戶要求，也可將上述3部分集成在固定的工作場所進行作業(yè)。

本技術(shù)方案在粉碎機喂料、粉料輸送、成型顆粒篩分等環(huán)節(jié)充分考慮到了自動化的有機銜接，因此，整個系統(tǒng)的操作工人只要有3―5名即可。

如上所述，本方案全面考慮了農(nóng)村的實際條件，從有效發(fā)揮機組加工效能、減輕人工勞動強度等方面著眼，優(yōu)化了系統(tǒng)的設(shè)計。整個加工系統(tǒng)總功率80KW左右，處理能力500―1000Kg／h。是可以滿足課題確定的指標(biāo)要求。

(2)設(shè)備投資分析

本技術(shù)方案以枝條、秸稈等農(nóng)林廢棄物為原料，有機集成從原料篩分、粉碎到制粒成型的工藝，形成為一個整體可移動的加工設(shè)備系統(tǒng)，其中從粉碎到壓縮成型所需的設(shè)備投資合計約為20萬元。綜合分析國內(nèi)外現(xiàn)有成型燃料加工設(shè)備的生產(chǎn)率和設(shè)備投資情況，本項目制的成型燃料加工設(shè)備系統(tǒng)有較大競爭優(yōu)勢。

2、生物質(zhì)成型燃料加工技術(shù)與裝備技術(shù)特征

(1)技術(shù)特征

1)多物料一次粉碎技術(shù)。該技術(shù)針對不同來源、不同生物質(zhì)原料，采用組合粉碎轉(zhuǎn)子等結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)多種生物質(zhì)原料一次粉碎，并達到制粒成型所需的細度要求。

2)物料流量自動調(diào)節(jié)技術(shù)。該技術(shù)就是主要是根據(jù)成型機加工成型燃料的產(chǎn)量要求，采用簡易脈沖、負壓輸送等機構(gòu)自動調(diào)節(jié)來自于粉碎機粉碎后的生物質(zhì)原料的流量，在保證成型機不發(fā)生堵塞的情況下，使輸送到成型機的物料流量達到最大。

3)顆粒燃料成型技術(shù)。該技術(shù)就是將由粉碎機輸送來的生物質(zhì)原料。通過平面輥壓和平模將原料壓制成顆粒成型燃料。動力通過減速傳動機構(gòu)帶動主軸運轉(zhuǎn)，不同直徑模孔的平模可以根據(jù)需要進行更換，成型燃料加工過程可以通過檢查視窗口直接觀察并可通過打開視窗進行維護和修理，模輥間隙和壓制壓力實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，確保顆粒成型燃料的密度符合規(guī)定的要求。

4)既可移動又可固定場所連續(xù)生產(chǎn)機組集成技術(shù)。該技術(shù)就是根據(jù)用戶需要將多物料一次粉碎機和顆粒燃料成型加工機有機的集成為連續(xù)生產(chǎn)機組。這種機組既可安裝在固定場所，也可集成在平板機車上，所需加工動力既可適用于電力。也可適用于柴油機動力機等。

(2)主要技術(shù)指標(biāo)

1)成型燃料加工機組

總功率：80KW左右；生產(chǎn)能力：500―1000Kg／h；

可方便地整體轉(zhuǎn)移作業(yè)；

2)成型燃料加工成本

農(nóng)林剩余物固化成型燃料成本低于煤的價格，噸料能耗≤70KWh／t；

3)成型燃料產(chǎn)品性能

密度≥1g／cm3；

水分≤12％。

進料流量可調(diào)。

三、生物質(zhì)成型燃料加工裝備的設(shè)計與研究

1、多物料一次粉碎機的設(shè)計

多物料一次粉碎機采用同軸搓揉旋切裝置和錘片式粉碎、下置式篩分裝置有機組合技術(shù)。電機動力通過皮帶盤驅(qū)動轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，使秸稈通過搓揉旋切裝置，搓揉旋切成3～5厘米長，再進入錘片粉碎室，經(jīng)受錘片撞擊剪切而粉碎。另一方面，物料與物料之間、物料與錘片之間相互摩擦進一步破碎。小于篩孔的粉體被排出粉碎室。大于篩孔的原料則繼續(xù)被錘片打擊、粉碎、直至通過篩孔，從而達到粉碎的目的。其結(jié)構(gòu)示意如下圖所示。

本粉碎機主要由：轉(zhuǎn)子、機座、上下殼體、操作料斗、傳動裝置等五大部分組成?？紤]到使用與維護的需要，設(shè)計了方便安裝更換篩片和錘片的簡易拆卸機構(gòu)?？梢苑奖阌脩羰褂?。

多物料一次粉碎機的主要設(shè)計技術(shù)參數(shù)為：轉(zhuǎn)子直徑：720m2m2，主軸轉(zhuǎn)速：2700rpm2一3500rpm2，錘片數(shù)量：128片，配用功率：22kw，軸承型號：NSK SN520， 吸風(fēng)量：3300m3/h，產(chǎn)量：500～1 000Kg／h，整機重量：1200Kg，外形尺寸(m2m2)：2975×1730×1140。篩片面積(m2m2)：1120×540。

2、顆粒燃料成型機的設(shè)計

根據(jù)技術(shù)方案，成型機采用平面輥壓和平模的組合結(jié)構(gòu)，而這種結(jié)構(gòu)按執(zhí)行部件的運動狀態(tài)分，有動輥式、動模式、模輥雙動式三種。由于后兩種僅適用于小型平模燃料成型制粒機，較大機型一般用動輥式。因此本機即采用動輥式結(jié)構(gòu)。按磨輥的形狀分，又可以分為錐輥式和直輥式兩種?？紤]到加工的工藝性本機設(shè)計為直輥式。其工作原理如下圖所示。

由圖可以看出，電動機通過減速箱驅(qū)動主軸，主軸帶動磨輥。磨輥繞主軸公轉(zhuǎn)的同時也繞磨輥軸自轉(zhuǎn)。加工顆粒時，生物質(zhì)原料被送入平模機的喂料室。在分料器和刮板的共同作用下均勻地鋪在平模上，主軸帶動的壓輥連續(xù)不斷地滾過料層。將物料擠壓進入模孔，物料在模孔中經(jīng)歷成型、保型等過程。具體過程為：供料區(qū)內(nèi)的物料在重力作用下緊貼在平模上，當(dāng)壓輥向前滾動，物料進入變形壓緊區(qū)。這時因受到擠壓，原料粒子不斷進入粒子間的空隙內(nèi)，間隙中的空氣被排出，粒子間的相互位置不斷更新，粒子間所有較大的空隙逐漸都被能進入的粒子占據(jù)。隨著壓輥繼續(xù)滾動，被壓實的原料進入擠壓成型區(qū)，?？椎腻F孔部分和前半部分都屬于擠壓成型區(qū)，該區(qū)內(nèi)，壓力繼續(xù)增加。粒子本身發(fā)生變形和塑性流動，在垂直于最大主應(yīng)力的方向被延展。并繼續(xù)充填周圍較小的空隙，由于壓輥和物料間的摩擦作用加劇而產(chǎn)生大量熱量。導(dǎo)致原料中含有的木質(zhì)素軟化。粘合力增加，軟化的木質(zhì)素和生物質(zhì)中固有的纖維素聯(lián)合作用。使生物質(zhì)逐漸成形，這時部分殘余應(yīng)力貯存于成型塊內(nèi)部，粒子結(jié)合牢固但不甚穩(wěn)定。成型塊在擠壓作用下進入?？椎谋Ｐ投?，在該段不利于形狀保持的殘余應(yīng)力被消除，顆粒被定型。一定時間后以圓柱狀態(tài)被擠出，旋轉(zhuǎn)的切刀將物料切斷，形成顆粒。由掃料板將顆粒送出。

本燃料成型機主要由：電動機、傳動箱、主軸、喂科室、壓輥、平模、切刀、掃料板、出料口等九大部分組成。考慮到加工密度的調(diào)節(jié)和輥模間間隙的調(diào)整，設(shè)計有液壓調(diào)節(jié)機構(gòu)，一是保證加工過程中的加工壓力的穩(wěn)定。二是保證輥模問間隙的自動調(diào)節(jié)。同時考慮到安裝與維修的方便性。在制粒室周圍設(shè)計有觀察與調(diào)節(jié)窗口。

顆粒燃料成型機設(shè)計的主要技術(shù)參數(shù)為：平模直徑：520m2m2。壓輥轉(zhuǎn)速：56rpm2，壓輥壓強：100m2pa，配用功率：45Kw，整機重量：1 500Kg，外形尺寸(m2m2)：1530×840×2047，產(chǎn)量：500―1000Kg／h。顆粒直徑：10m2m2一20m2m2，顆粒長度：30m2m2，顆粒產(chǎn)品密度：≥1g／m3。

3、生物質(zhì)成型顆粒燃料加工裝備的集成設(shè)計

生物質(zhì)成型顆粒燃料加工裝備的集成設(shè)計，就是將多物料一次粉碎機和顆粒燃料成型機，通過負壓簡易脈沖風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)有機的連接起來，一方面要求加工系統(tǒng)在加工過程中確保生物質(zhì)原料的輸送均勻，防止堵塞與結(jié)拱，另一方面要保證加工系統(tǒng)在加工過程中不會對環(huán)境造成嚴重污染，同時盡可能少用人工作業(yè)，減少作業(yè)勞動強度和用工量。因此。系統(tǒng)的集成設(shè)計成兩種方案，一是直接將集成系統(tǒng)安裝在固定場所。二是將系統(tǒng)集成安裝在可移動的平板車上。

4、生物質(zhì)成型燃料加工裝備有關(guān)重要技術(shù)參數(shù)的研究結(jié)論

(1)生物質(zhì)原料壓縮特性

粉碎后的生物質(zhì)原料(秸稈)在壓縮過程中。是在一定壓力下，通過秸稈的塑性變形和其本身的木質(zhì)素軟化固化成型的。在壓縮過程中可分為3個階段：松軟階段、過渡階段和壓緊階段。在壓力較小時，成型密度隨壓力的增大顯著增大，但達到壓緊階段后，變化緩慢，趨于常數(shù)。一般情況下，在壓力為85m2Pa時，制粒的成型效果就較好，將壓力控制在85―100m2Pa范圍內(nèi)就可以達到較理想的成型要求。同時通過試驗，探索了生物質(zhì)壓縮力和壓縮密度的關(guān)系。確定了壓縮力、壓縮密度、壓縮量的關(guān)系。

(2)生物質(zhì)原料的特性對成型的影響

生物質(zhì)原料具有流動性差、相互牽連力較大的特性，是成型喂入和壓縮的瓶頸。對于不同的原料、不同的含水率、不同的粒度，壓縮特性有很大的差異，并對成型過程和產(chǎn)品質(zhì)量有很大的影響。當(dāng)原料水分過高時，加熱過程中產(chǎn)生的蒸汽不能順利地從燃料中心孔排出，造成表面開裂，嚴重時產(chǎn)生爆鳴。但含水率太低。成型也很困難，這是因為微量水分對木素的軟化、塑化有促進作用。成型原料的含水率一般在16％左右。植物秸稈易壓縮，在壓力作用下變形較大，壓縮比在9～12之間，木屑廢料較難壓縮，壓縮比在5～9之間。粒度小的原料輕易成型，粒度大的較難壓縮。試驗與研究的結(jié)果表明，生物質(zhì)的特性對于解釋和說明物質(zhì)的機械變化過程很有價值。

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【關(guān)鍵詞】燃料品質(zhì)； 燃燒特性； 尾部負壓

1.前言

生物質(zhì)鍋爐的燃燒是生物質(zhì)燃燒發(fā)電的重要環(huán)節(jié)，其燃燒的穩(wěn)定性又在整個鍋爐燃燒中起著至關(guān)重要的作用。了解燃料品質(zhì)，把握鍋爐燃燒特性尤為重要。

2.生物質(zhì)循環(huán)硫化床鍋爐燃燒方式及燃料特點

生物質(zhì)循環(huán)流化燃燒采用的是生物質(zhì)燃料流化態(tài)的燃燒方式，燃料的特點是熱值相對于燃煤較低，發(fā)電單耗多，密度小，顆粒大，水分多，含揮發(fā)分多，其中夾雜的石頭，泥土等雜物多，燃料一旦被淋濕，易結(jié)團，因其需量和供應(yīng)的特點，它在燃燒中品種變化大，對鍋爐穩(wěn)定燃燒影響大。

3.燃料品質(zhì)決定鍋爐燃燒的穩(wěn)定性

以廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司為例，來看看燃料品質(zhì)對燃燒的影響。

3.1.首先，其生物質(zhì)燃燒鍋爐主要參數(shù)、結(jié)構(gòu)如下：

HX220―9.8-IV1型號鍋爐是高溫高壓、單汽包、汽水自然循環(huán)、平衡通風(fēng)鍋爐，露天布置；鍋爐采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)；循環(huán)物料分離采用絕熱式旋風(fēng)分離器。這里重點說一下尾部煙道的情況：尾部煙道由汽冷包墻組成的上煙道和絕熱式的下煙道組成，上煙道內(nèi)布置3組低溫過熱器，下煙道內(nèi)布置有省煤器、光管臥式安裝的一，二次風(fēng)空氣預(yù)熱器。整個煙道分層分級都布置有檢測負壓，溫度的各類測點。

3.2近期，鍋爐燃料的品種形式、規(guī)格及其他基本情況如下：

雜腐率超過8%的主要特征，腐爛變黑或目測外觀泥沙雜質(zhì)較多，也可以用水洗沉淀法來判斷。水份超標(biāo)明顯特征，表皮青綠，易壓榨出水。

3.3生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐穩(wěn)定燃燒的因素

影響生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐穩(wěn)定燃燒的因素其實有很多，但是最主要的不外乎床溫床壓、風(fēng)料配比、爐膛及尾部負壓、剩余氧量、氣溫氣壓等等，并且它們之間都相互關(guān)聯(lián)，往往一個參數(shù)發(fā)生變化，其他參數(shù)也隨之變化。

3.4參數(shù)曲線最能表現(xiàn)鍋爐燃燒的問題。用近期兩次停機時尾部煙道負壓分布和開機時以及正常運行狀態(tài)下做個對比：

圖1是正常燃燒狀態(tài)下鍋爐尾部煙道的負壓分布。可以看出，低溫過熱器前的壓力是-2.0KP左右，省煤器的壓力是-2.5KP左右，二次風(fēng)空預(yù)器前的壓力是-3.0KP左右，一次風(fēng)空預(yù)器前的壓力是-3.3KP，機組排煙壓力是-5.0KP左右，幾個數(shù)據(jù)曲線分布均勻，之間的間隔不大，說明這時的鍋爐燃燒穩(wěn)定理想，風(fēng)煙系統(tǒng)是穩(wěn)定的，負荷在50MW左右，達到了額定負荷，據(jù)查，這時的燃料配比是碎樹皮：干樹頭：木尾：散料=3：3：1：3， 鍋爐給料系統(tǒng)順暢無堵料。

圖2是某次開機時鍋爐尾部煙道的負壓分布。因鍋爐經(jīng)歷從啟動燒油到投料退油槍到并網(wǎng)帶負荷一系列過程，這時的負壓分布有一些波動，幾個參數(shù)的數(shù)值因為尾部煙溫的步步提升而有節(jié)奏的有所減少，呈現(xiàn)階梯狀態(tài)，總的來說，數(shù)據(jù)之間的差值穩(wěn)定，待到滿負荷時也趨于圖1的狀態(tài)。這也屬于正常情況。

圖3是鍋爐A次停機時尾部煙道負壓分布。從曲線可以看出以上的幾個數(shù)據(jù)差值已經(jīng)很大了，低溫過熱器前的壓力是-3.5KP左右，而且后期還有所增大，到了-4.2KP左右，省煤器前的壓力是-4.5KP左右，到了停機時幾乎趨近于-5KP，而二次風(fēng)空預(yù)器前的壓力和一次風(fēng)空預(yù)器前的壓力在停機前的10小時都已經(jīng)接近-5KP，機組排煙壓力也從之前的-4.7KP漸變到-5KP，經(jīng)查，除低溫過熱器前的壓力顯示正常外，其他幾個數(shù)據(jù)負壓值到已經(jīng)頂表。分析得出結(jié)論，低溫過熱器區(qū)域可能嚴重堵塞。經(jīng)檢修，發(fā)現(xiàn)低溫過熱器確實嚴重堵塞。具體分析時發(fā)現(xiàn)近時段鍋爐燃料多是含雜腐率、不可燃物（石塊，泥土）較多的濕樹皮（壓榨樹皮），比例占到50%-60%，。此類燃料在燃燒時產(chǎn)生的灰分在低溫過熱器熔化，結(jié)焦造成堵塞，即使加大吹灰力度也無濟于事，這導(dǎo)致尾部煙道前正壓不斷，其后負壓頂表，嚴重影響鍋爐燃燒工況，負荷率一再降低，設(shè)備經(jīng)受很大的危害，不得不計劃停機。

圖4是鍋爐B次停機時尾部煙道負壓分布。曲線顯示鍋爐低溫過熱器前的壓力是-1.5KP左右，省煤器的壓力是-2.5KP左右，二次風(fēng)空預(yù)器前的壓力是-2.8KP左右，一次風(fēng)空預(yù)器前的壓力是-3.1KP，機組排煙壓力是-6.2KP左右。很明顯，前4個數(shù)據(jù)壓差都比較平穩(wěn)，但是最后的一次風(fēng)空預(yù)器前后壓差卻高達3KP之多。分析得出：空預(yù)器下部，即一次風(fēng)空預(yù)器區(qū)域有堵塞。經(jīng)查，近時段鍋爐燃料多是建筑廢料、干樹頭和碎樹皮。停機后檢修人員不僅證實一次風(fēng)空預(yù)器堵塞的猜想是正確的，還發(fā)現(xiàn)爐膛布風(fēng)板有風(fēng)帽被鐵釘?shù)热刍F制物覆蓋現(xiàn)象。這正是導(dǎo)致停機的原因。

要說明的是，上述的事例分析是在不考慮人為控制因素下進行的。當(dāng)然，人為控制技術(shù)有一定影響，但是在沒有出現(xiàn)操作失誤的情況下可以忽視。那么，從以上四張曲線圖的對比可以看出，在燃燒風(fēng)料配比，床溫床壓，剩余氧量等參數(shù)控制在允許范圍內(nèi)的情況下，進入爐膛的燃料品質(zhì)嚴重影響了鍋爐燃燒狀態(tài)。事實證明，碎料，干料利于提升鍋爐效率，也是鍋爐運行在良好的環(huán)境中，負荷率高，折損低，反之。濕料，含灰分高的料不僅給料困難，容易造成堵料，而且降低了鍋爐燃燒溫度，還不能保證燃燒的負壓環(huán)境，嚴重破壞燃燒的內(nèi)外兩大循環(huán)，不利于鍋爐輻射面的熱交換，熱效率低，負荷率低，損耗大。因此，可以說，燃料品質(zhì)決定了生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐燃燒的穩(wěn)定性。

4.總結(jié)

生物質(zhì)燃燒發(fā)電是一項較新的技術(shù)，涉及到很多環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)又有諸多因素，搞清各個環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，熟悉各個因素之間關(guān)系，并在理論與實踐的緊密結(jié)合中加以改善和利用，有助于技術(shù)的推廣，惠及全民。

參考文獻

[1]蔡永祥，蔡宏偉，陳俊《流化床生物質(zhì)燃燒技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展》《工業(yè)鍋爐》 2011（06）

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關(guān)鍵詞：生物質(zhì)燃料 小型火力發(fā)電機組 改造技術(shù) 可行性研究

中圖分類號：TK223 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0117-01

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，能源需求不斷增加，同時能源使用生態(tài)化理念也應(yīng)運而生，節(jié)能減耗清潔生產(chǎn)已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)與政府研究的重要課題。在國家生態(tài)經(jīng)濟戰(zhàn)略推進落實過程中，眾多的小型燃煤火電因耗能與污染生產(chǎn)而關(guān)停，電力企業(yè)也在不斷開展能源研發(fā)與資源利用技術(shù)創(chuàng)新工作，以求實現(xiàn)資源利用最大化。這種情況下，眾多火電企業(yè)將目光投向了生物質(zhì)改造利用，因此小型燃煤火電機組轉(zhuǎn)換生物質(zhì)燃料技術(shù)的可行性研究提上日程。筆者在本文中著重分析了小火電生物質(zhì)改造轉(zhuǎn)化技術(shù)的必要性與系統(tǒng)性，并就其應(yīng)用風(fēng)險進行了闡述。

1 小火電機組進行生物質(zhì)改造的意義分析

近年來，一些小型火電電力生產(chǎn)運營過程中存在著污染嚴重、耗能過多等弊端，這與當(dāng)今生態(tài)和諧社會建設(shè)要求嚴重不符，因此小型燃煤火電發(fā)電機組進行生物質(zhì)燃料改造具有必要性。此外，生物質(zhì)改造能夠降低生產(chǎn)成本，還能提升企業(yè)生產(chǎn)生態(tài)效益，具有明顯的推廣優(yōu)勢。

1.1 小火電進行生物質(zhì)改造的緊迫性

與大型發(fā)電機組生產(chǎn)運營情況相比，小火電具有高耗煤、低產(chǎn)量、高污染、低經(jīng)濟效益的“兩高兩低”特征，因而被冠以“能源消耗與環(huán)境污染大戶”的專稱。隨著近年來國家經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整措施的落實，小型火電已經(jīng)成為經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點整頓對象，并對一批嚴重耗能與污染的小火電實施了關(guān)停政策，迫于形勢壓力，小火電必須進行生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整，并著重進行能源改造，加大新能源創(chuàng)新與應(yīng)用研發(fā)。

生物質(zhì)燃料具體表現(xiàn)為柴薪等有形物質(zhì)，區(qū)別于太陽能與風(fēng)能等清潔可再生能源，生物質(zhì)燃料的情節(jié)性主要取決于燃料改造技術(shù)，但是生物質(zhì)具有一項明顯的能源優(yōu)勢便是可再生并且可運輸，這就為生物質(zhì)開發(fā)應(yīng)用提供了便利，也為小型火電進行生物質(zhì)氣燃料改造提供了條件。

1.2 小火電生物質(zhì)改造技術(shù)及其應(yīng)用意義

現(xiàn)階段，國家不斷提倡進行能源改造與清潔能源研發(fā)，這為生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供了政策支持，國家還對生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化應(yīng)用進行經(jīng)濟政策規(guī)定，為生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供了良好的外部環(huán)境。小型火電進行生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化主要是進行就地取材，既節(jié)省了煤耗，還降低了污染，而且企業(yè)發(fā)展還享有國家基金與經(jīng)濟傾斜，能為企業(yè)經(jīng)濟效益的實現(xiàn)提供保證。

2 小型燃煤火電發(fā)電機組生物質(zhì)改造的可行性與風(fēng)險性分析

2.1 小火電生物質(zhì)改造技術(shù)可行性分析

小型燃煤發(fā)電機組進行生物質(zhì)燃料轉(zhuǎn)換具有明顯的可能性。進行生物質(zhì)能源改造需要資金少，而且還可以進行生物質(zhì)燃料混燃，其中的各種改造方案都具有明顯的可能性。小型燃煤發(fā)電機組改造活動集合理化設(shè)計、整合技術(shù)、試驗驗證等各環(huán)節(jié)于一體，因而生物質(zhì)能源改造具有系統(tǒng)性。生物質(zhì)能源改造技術(shù)的可能性與系統(tǒng)性決定了該技術(shù)具有可行性。

2.1.1 生物質(zhì)能源改造的可能性

現(xiàn)階段，我國小型火電發(fā)電機組進行生物質(zhì)能源改造主要有三類設(shè)計，每種方案設(shè)計都具有可能性。

小型火電生物質(zhì)燃燒利用主要分為生物質(zhì)純?nèi)寂c生物質(zhì)混燃兩種，這兩種應(yīng)用技術(shù)都具有可能性。所謂生物質(zhì)純?nèi)技粗干镔|(zhì)直燃，該種技術(shù)應(yīng)用不存在難點，但是具有一定的應(yīng)用弊端。生物質(zhì)直燃技術(shù)的應(yīng)用首先要進行燃料機改進，以使燃料設(shè)備能應(yīng)用于生物質(zhì)燃燒，還要在生物質(zhì)燃燒過程中進行純?nèi)急锥丝朔?。生物質(zhì)混燃技術(shù)在現(xiàn)階段應(yīng)用比較廣泛，主要是將生物質(zhì)與煤等碳化燃料進行混合燃燒應(yīng)用，該技術(shù)能夠有效降低氮氧化物的排放，而且在混燃過程中還能有效降低生物質(zhì)的活性指數(shù)，有效降低溫室氣體的排放，具有良好的生態(tài)效益。

小型燃煤發(fā)電機組生物質(zhì)燃料改造還包含流化床燃燒技術(shù)設(shè)計與層燃爐燃燒技術(shù)設(shè)計，這兩方面技術(shù)主要是根據(jù)生物質(zhì)燃燒進行的技術(shù)設(shè)計。其中流化床燃燒技術(shù)主要是進行生物質(zhì)的流態(tài)化燃燒，該技術(shù)能夠保證生物質(zhì)的充分燃燒，而且能滿足生物質(zhì)多元燃料混合燃燒需求，燃料普適性較高。流化床燃燒技術(shù)因為這些優(yōu)勢具有廣泛的應(yīng)用前景。而生物質(zhì)層燃爐燃燒技術(shù)主要是應(yīng)用層燃爐排進行生物質(zhì)燃燒，該種燃燒技術(shù)應(yīng)用時間較長，流化床燃燒技術(shù)便是基于該種燃燒技術(shù)進行的燃燒技術(shù)創(chuàng)新，相比于層燃技術(shù)，流化床技術(shù)能夠有效降低火電運行成本，且操作設(shè)備簡單，易于推廣。

小型火電生物質(zhì)改造主要是針對生物質(zhì)燃燒進行設(shè)備改造，基于此小型電廠進行了燃燒設(shè)備與系統(tǒng)改造處理，還進行了發(fā)電機組鍋爐低成本設(shè)計改良。此間的設(shè)計與改造主要根據(jù)企業(yè)經(jīng)濟條件、設(shè)備運行情況實際情況進行的改良，具有明顯的可行性。

2.1.2 小火電生物質(zhì)改造系統(tǒng)性分析

小型火電生物質(zhì)改造作為一項系統(tǒng)化的技術(shù)，其技術(shù)要點從設(shè)計環(huán)節(jié)到技術(shù)可行性預(yù)測再到技術(shù)方案的確定都經(jīng)過科學(xué)論證，有效提升了改造技術(shù)的可行性。

在生物質(zhì)改造技術(shù)中著重進行了燃料供應(yīng)量設(shè)計與工藝系統(tǒng)改良，并基于小型火電設(shè)備運行與需求情況進行了鍋爐參數(shù)設(shè)計。小型火電生物質(zhì)改造轉(zhuǎn)化中還進行了燃料可供性與入爐形式預(yù)測分析。生物質(zhì)供應(yīng)是影響企業(yè)生產(chǎn)運營成本的重要因素，確定合理化的生物質(zhì)供應(yīng)也能影響項目成敗；而生物質(zhì)入爐形式是影響生物質(zhì)能否全面燃燒的關(guān)鍵因素，還能影響到燃燒設(shè)備的使用性能，不科學(xué)的入爐形式會縮短設(shè)備的使用壽命，還能影響企業(yè)生產(chǎn)運營的安全可靠性。

2.2 小火電生物質(zhì)改造轉(zhuǎn)換技術(shù)風(fēng)險性分析

小型火電生物質(zhì)轉(zhuǎn)換改造技術(shù)在應(yīng)用中尚存在一定風(fēng)險，主要表現(xiàn)為技術(shù)風(fēng)險、市場風(fēng)險、實施與投資風(fēng)險等，這些風(fēng)險的存在主要影響技術(shù)管理水平，需要進行有效的技術(shù)管理措施加強。小型火電生物質(zhì)技術(shù)的技術(shù)風(fēng)險主要表現(xiàn)為鍋爐改造與生物質(zhì)燃燒技術(shù)。我國的生物質(zhì)改造技術(shù)尚未發(fā)展成熟，也并未形成與國際技術(shù)的接軌，因此技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用中管理措施的不到位引發(fā)風(fēng)險不由必然性。此外，生物質(zhì)改良轉(zhuǎn)換技術(shù)還具有一定的市場風(fēng)險與投資風(fēng)險。該種風(fēng)險主要是由于生物質(zhì)的供應(yīng)與生產(chǎn)回報具有眾多的不確定因素，以致風(fēng)險指數(shù)較高。

3 結(jié)語

小型火電生物質(zhì)燃料改造與轉(zhuǎn)換技術(shù)具有十分明顯的可行性，但是也具有一定的風(fēng)險性，雖然風(fēng)險的存在并不會影響技術(shù)的實施與應(yīng)用，但是我們?nèi)詰?yīng)該加大技術(shù)的風(fēng)險管理，以全面提升轉(zhuǎn)換技術(shù)的科學(xué)化與可行性水平。

參考文獻

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關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐改造；生物質(zhì)燃燒機；生物質(zhì)成型燃料；應(yīng)用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.057

0 引言

燃煤鍋爐在使用過程中排塵濃度大，產(chǎn)生的二氧化硫含量高，對大氣環(huán)境造成較大的污染，為加強大氣環(huán)境治理，采用天然氣、生物質(zhì)、等清潔能源對現(xiàn)有的燃煤鍋爐進行整治改造，完成燃煤鍋爐大氣污染治理，已勢在必行。

考慮到采用生物質(zhì)燃燒機對燃煤鍋爐進行改造，現(xiàn)有的鍋爐設(shè)備和輔機設(shè)備不動，只配套一臺生物質(zhì)燃料機和除塵設(shè)施，構(gòu)成簡單，總投資少，改造時間短，施工工程量小，能有效的降低二氧化硫、煙塵排放量，達到環(huán)保要求。另一方面可避免改用燃氣爐帶來的經(jīng)濟負擔(dān)（采用天然氣改造，現(xiàn)有鍋爐主機拆除，訂購天然氣鍋爐全部設(shè)備，加上天然氣公司管道配置和調(diào)壓箱等配套設(shè)備，投資較大，而且運行費用也比生物質(zhì)燃料高）。根據(jù)我公司實際情況，綜合考慮，決定采用生物質(zhì)顆粒燃燒機對現(xiàn)有的4噸燃煤鍋爐進行改造。

1 生物質(zhì)顆粒燃燒機的構(gòu)成特點

生物質(zhì)顆粒燃燒機是一種使用生物質(zhì)顆粒作為燃料，提供熱能轉(zhuǎn)換的設(shè)備。其燃燒過程為：燃料被螺旋給料機送入燃燒室引燃后，顆粒以半氣化懸浮狀態(tài)進行低溫燃燒，火焰與切線旋流配風(fēng)會合，形成高溫噴射狀火焰噴出。

燃燒機采用沸騰或半氣化燃燒加切線旋流式配風(fēng)設(shè)計，燃燒充分、穩(wěn)定，效率高，在微壓狀態(tài)下不發(fā)生回火和脫火，熱負荷調(diào)節(jié)范圍寬，無污染，環(huán)境效益明顯。而且投資和運行費用低，運行時比采用天然氣的鍋爐加熱成本降低40%以上，在小型燃煤鍋爐改造中得到了大量應(yīng)用。

我們選用臨沂木子原熱能科技有限公司自主研制生產(chǎn)的生物質(zhì)智能燃燒機，整機由控制系統(tǒng)，自動送風(fēng)系統(tǒng)，點火系統(tǒng)，自動除焦系統(tǒng)組成，主要特點為：

（1）采用耐高溫稀土合金材料，無負壓開放式燃燒，可連續(xù)持久運行，故障率低。

（2）采用雙絞籠雙進料電機，解決運行中卡料、堵料、進料不暢及回?zé)?，回火問題。

（3）采用公司專利產(chǎn)品，自動除焦除灰裝置，可自主設(shè)定除焦流程，時刻保持燃燒室內(nèi)配氧充足，燃燒充分。

（4）采用PLC可編程控制，燃燒設(shè)備中送風(fēng)，送料電機同時接受鍋爐壓力、水位、溫度信號與控制信號，實現(xiàn)運行過程中自動調(diào)節(jié)。

（5）用于燃煤鍋爐改造直接對接即可，無需改變鍋爐以前所有配置，且操作簡單、使用方便，維護量小。

2 燃燒機的安裝使用

（1）拆除原燃煤鍋爐上煤系統(tǒng)，在前爐拱中間位置根據(jù)燃燒機燃燒室出口口徑開口，并用耐火水泥將周邊密封。將燃燒機燃燒室頭端與鍋爐開口處對接，固定密封。

（2）檢查鍋爐供電，供水，風(fēng)機系統(tǒng)，檢查鍋爐氣泡水位情況，清理爐膛積灰，將生物質(zhì)原料加入燒燃機料倉。

（3）將鍋爐引風(fēng)機風(fēng)量調(diào)至較小，開啟燃燒機。手動啟動時，點擊控制器面板上的手動鍵，手動進料，同時按（點火）“啟動”鍵和（鼓風(fēng)）“小火”鍵，60秒后，噴火口噴出火焰，按（點火）“停止”鍵，燃燒機開始工作。

（4）運行中，根據(jù)需要調(diào)整（鼓風(fēng)）和（進料）中的“大火”，“中火”，“小火”鍵來調(diào)整火力的大?。赐ㄟ^變頻器控制上料電機和鼓風(fēng)電機的轉(zhuǎn)速）。一般大風(fēng)配大料，中風(fēng)配中料，小風(fēng)配小料，但盡量不要小風(fēng)配大料，否則會因配風(fēng)不足，導(dǎo)致燃燒不盡冒煙。

（5）除灰時間的設(shè)置，應(yīng)根據(jù)燃料灰渣情況進行調(diào)節(jié)，時間短了可導(dǎo)致沒有燒盡的燃料推出燃燒室外，時間太長又會導(dǎo)致灰渣太多影響燃燒，一般可在10-20分鐘內(nèi)調(diào)節(jié)。

（6）自動啟動時，點擊控制器面板上的“自動”鍵，10-15分鐘后，設(shè)備會自動進入工作狀態(tài)，隨鍋爐蒸汽壓力大小自動調(diào)節(jié)鼓風(fēng)、上料參數(shù)。

（7）停機時，提前15分鐘停止進料，待燃燒室內(nèi)燃料燒盡后（約0.5小時），停止鼓風(fēng)，斷開電源。

3 應(yīng)用中的幾個問題

（1）選用生物質(zhì)燃燒機時，其熱能輸出功率要與配套鍋爐標(biāo)稱的蒸汽產(chǎn)量匹配，只有良好的匹配，才能發(fā)揮生物質(zhì)燃燒機的性能，保證爐膛穩(wěn)定燃燒，達到預(yù)期的熱能輸出，獲的鍋爐良好熱效率。在實際應(yīng)用在中，可選比鍋爐標(biāo)稱蒸汽量大一規(guī)格，如4噸鍋爐可選300萬大卡燃燒機，以確保使用效果。

（2）設(shè)備的內(nèi)置參數(shù)設(shè)定好后，非專業(yè)人員不得隨意改變，隨便改動設(shè)備參數(shù)，易導(dǎo)致燃燒機出現(xiàn)異常，不能正常工作。

（3）燃料必須使用直徑6-8mm木質(zhì)生物質(zhì)顆粒，不能使用顆粒碎屑和雜質(zhì)太多的顆粒。

（4）嚴禁將任何金屬品進入料斗，以防損壞送料系統(tǒng)。

（5）若出現(xiàn)阻料和卡料，可用木棍捅下來，不能用鋼筋、鐵絲，以防卷入螺桿，造成螺桿損壞。

（6）燃燒正常使用后。要經(jīng)常檢查觀察料倉，及時添加燃料，料倉內(nèi)燃料不能少于三分之一，嚴禁無燃料工作。

（7）爐膛應(yīng)保持負壓，嚴禁正壓太大。

（8）運行中，不可因用氣量增加而加料過猛，當(dāng)燃料用量增加時，易導(dǎo)致降低燃燒機效率。

（9）工作過程中可通過爐子觀火口，觀察燃燒室出口生物質(zhì)顆粒燃燒情況。

（10）經(jīng)常清理燃燒室內(nèi)部灰渣，不工作時將生物質(zhì)顆粒燃燒完成或清理干凈。

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關(guān)鍵詞：葡萄糖燃料電池 生物燃料電池 直接燃料電池 研究進展

中圖分類號：TM911 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2015）06-0289-02

燃料電池作為一種新型能源，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、功率密度高、響應(yīng)速度快、啟動時間短、潔凈、無污染、噪聲低等優(yōu)點，適用于可移動動力源、電動車以及分散電站，既可以集中供電也適合分散供電。葡萄糖是具有潛在的巨大能量密度的生物質(zhì)燃料，其完全轉(zhuǎn)化為CO2將轉(zhuǎn)移24個電子，經(jīng)熱力計算可得理論能量密度為4430 Wh?kg-1[1]。造紙、釀酒等工業(yè)廢水中都含有大量的葡萄糖，且相較于甲醇等生物質(zhì)燃料，葡萄糖具有無毒無臭、清潔等特點，可成為代替甲醇作為燃料電池的能源。

一、葡萄糖燃料電池的分類

根據(jù)葡萄糖燃料電池（Glucose fuel cell， GFC）按照催化劑的種類可以分為葡萄糖生物燃料電池（Biofuel cell， BFC））和葡萄糖直接燃料電池（Direct glucose fuel cell， DGFC）。葡萄糖生物燃料電池是以微生物或酶為催化劑，將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種特殊燃料電池。 微生物燃料電池（Microbial fuel cell， MFC）是通過微生物的催化反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，相對酶燃料電池（Enzyme biofuel cell， EBFC）壽命較長。但由于細胞膜的傳質(zhì)阻礙，使電子從微生物轉(zhuǎn)移到電極上的比較困難，導(dǎo)致其產(chǎn)電性能較低。酶生物燃料電池通過的酶來催化燃料的氧化和氧的還原。一方面，單酶只能部分氧化葡萄糖，能輸出的能量密度較低；另一方面酶是蛋白質(zhì)，其壽命很短也很容易受到環(huán)境的影響，所以大多酶生物燃料電池只能部分氧化燃料且壽命有限。近年來的一些研究中，在堿性溶液下使用貴金屬催化劑（如鉑）來代替酶或微生物，以增加葡萄糖燃料電池的產(chǎn)電性能[2]。這些貴金屬由于其長期穩(wěn)定性和生物相容性，成為葡萄糖燃料電池中合適的催化劑。所以使用金屬催化劑的葡萄糖直接堿性燃料電池逐漸得到關(guān)注。

二、葡萄糖生物燃料電池

生物燃料電池是利用酶或者微生物組織作為催化劑將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一類電池。19世紀80年代，研究人員試圖用生物燃料電池從天然作物的廢棄物中產(chǎn)生電能，出現(xiàn)了采用固定酶電極和電子介體的生物燃料電池。20世紀90年代起，利用微生物發(fā)電的技術(shù)出現(xiàn)了較大突破，生物燃料電池在環(huán)境領(lǐng)域的研究與應(yīng)用也逐步發(fā)展起來。

微生物燃料電池具有酶生物燃料電池所不具備的優(yōu)點，如長期工作穩(wěn)定性好以及對燃料的催化效率較高等。與微生物燃料電池使用全細胞微生物作為生物催化劑，因為沒有細胞膜限制傳質(zhì)，而且沒有微生物分子的稀釋作用而實現(xiàn)的高的酶負載量，酶生物燃料電池可能有更高的能量輸出。由于酶電極催化反應(yīng)的性質(zhì)不同，不同酶修飾的電極可以分別用于酶生物燃料電池的陽極或陰極。酶生物燃料電池通常在陽極利用氧化還原酶作為生物催化劑通過氧化化學(xué)化合物產(chǎn)生電能。酶生物燃料電池的陽極主要有含有輔基FAD 的氧化酶（如葡萄糖氧化酶，GOx） 電極、具有輔基NAD（P）+的脫氫酶（如乳酸脫氫酶，LDH） 電極。研究較多的陰極有微過氧化物酶電極、漆酶Lac 電極、膽紅素氧化酶BOD 電極、HRP 電極。根據(jù)電極上固定酶數(shù)量的不同，可以分為單酶電極和多酶電極。固定化GOx電極是酶燃料電池中采用最多的酶陽極。以陽極為葡萄糖氧化酶修飾電極為例，電池工作時，在GOx的輔因子FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸） 的作用下葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸內(nèi)酯并最終轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸。反應(yīng)產(chǎn)生的電子通過介體轉(zhuǎn)移到電極上，H+透過質(zhì)子交換膜傳到陰極；Lac和BOD常用作O2 還原的生物催化劑，O2被還原為水。

完全氧化燃料能夠獲得很高的能量輸出，但是大多數(shù)酶生物燃料電池中，都只采用一個酶來部分氧化生物燃料。例如雖然葡萄糖具有很高的能量密度，但它需要12個酶氧化步驟才能完全氧化它，因此單一酶生物燃料電池只能獲得有一個相對較低的能量密度。多酶電極是用固定在同一電極上的多種酶催化連續(xù)或同時發(fā)生的多個反應(yīng)。多酶電極擴大了酶燃料電池可使用燃料的范圍，提高了輸出電流或電壓，具有單酶電極難以達到的性能。在已有的研究中，多酶級聯(lián)的范圍從簡單的雙酶系統(tǒng)到復(fù)雜的仿代謝途徑酶系統(tǒng)。在一個生物燃料電池中，第一個使用的一種酶級聯(lián)的是Palmore等[3]，利用以NAD（P）+為輔酶的醇脫氫酶（ADH）、醛脫氫酶（AldDH）和甲酸脫氫酶（FDH）的多酶級聯(lián)，將甲醇完全至二氧化碳。這是第一次將酶串聯(lián)然后將燃料完全氧化的研究，但是這個理論適用于氧化所有的生物燃料。此后，科學(xué)家們開始研究使用代謝途徑中的多酶應(yīng)用于生物燃料電池以提高其能量輸出，Akers等[4]用相同與甲醇的酶級聯(lián)用于氧化乙醇，Daria等[5]利用三羧酸循環(huán)（Kreb’s cycle）中多酶完全氧化乳酸，Xu等[6]利用一個六酶級聯(lián)將葡萄糖氧化為CO2。

三、葡萄糖直接燃料電池

葡萄糖直接燃料電池即是以金屬催化劑作為葡萄糖燃料電池的催化劑催化氧化葡萄糖，將反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。直接燃料電池不用與生物燃料電池一樣考慮適宜酶及微生物活性的pH、溫度、營養(yǎng)物等環(huán)境條件，因此此類燃料電池也具有較強的穩(wěn)定性。在目前的葡萄糖直接燃料電池的研究中，常用于催化葡萄糖反應(yīng)的催化劑通常分為貴金屬如鉑、金和銀，合金和過渡金屬及過渡金屬氧化物等。

直接燃料電池大多是采用膜電極組件作為空氣陰極的單室燃料電池。直接葡萄糖燃料電池根據(jù)其反應(yīng)環(huán)境可以分為堿性葡萄糖燃料電池和中性葡萄糖燃料電池；根據(jù)其使用的離子交換膜可以分為無膜燃料電池、陰離子交換膜燃料電池（AEM-DGFC）和陽離子交換膜電池（CEM-DGFC）。

非酶催化劑在CEM-DGFC中作為陽極催化劑催化葡萄糖氧化，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的過程如下[7]。

陽極反應(yīng)：

陰極反應(yīng)：

在陽極催化層表面，氫氧根離子與陽極反應(yīng)生成的H+發(fā)生反應(yīng)，促進陽極表面反應(yīng)的正向進行，從而影響電池的性能。在CEM-DGFC中，葡萄糖氧化反應(yīng)生成的H+從陽極通過陽離子交換膜向陰極轉(zhuǎn)移，在陰極與空氣中的氧氣發(fā)生氧還原反應(yīng)，傳遞電子，因此空氣陰極處氣體為氧氣或空氣即可。

非酶催化劑在AEM-DGFC中作為陽極催化劑催化葡萄糖氧化，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的過程如下[8]：

陽極反應(yīng)：

陰極反應(yīng)：

在陽極催化層表面，氫氧根離子的濃度直接影響電極表面葡萄糖氧化反應(yīng)的動力，從而影響電池的性能。在AEM-DGFC中，陰極上空氣中的氧氣和水發(fā)生氧還原反應(yīng)生成OH-，通過陰離子交換膜轉(zhuǎn)移至陽極發(fā)生葡萄糖氧化反應(yīng)，因此陰極處需同潮濕空氣或潮濕氧氣。

四、總結(jié)與展望

隨著經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境、能源之間的矛盾越來越突出，燃料電池因其綠色無污染且原料來源廣泛、生物相容性好，是一種可再生的綠色能源，越來越受到人們的關(guān)注。

目前葡萄糖燃料電池的研究還處于基礎(chǔ)理論研究階段，還存在電池的輸出功率比較低、使用壽命短等問題。但隨著生物、電化學(xué)、材料學(xué)和環(huán)境工程等學(xué)科交叉研究的深入，特別是傳感器和生物電化學(xué)研究的快速發(fā)展，以及對電極材料、納米材料科學(xué)等研究的層層深入，葡萄糖燃料電池的研究必然會得到更快的發(fā)展。并將有望成為一種電子裝置在疾病的診斷和治療、航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻

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[2]Basu D， Sood S， Basu S. Performance comparison of PtCAu/C and PtCBi/C anode catalysts in batch and continuous direct glucose alkaline fuel cell [J]. Chemical Engineering Journal， 2013， 228（867-870.

[3]Palmore G T R， Bertschy H， Bergens S H， et al. A methanol/dioxygen biofuel cell that uses NAD+-dependent dehydrogenases as catalysts： application of an electro-enzymatic method to regenerate nicotinamide adenine dinucleotide at low overpotentials [J]. Journal of Electroanalytical Chemistry， 1998， 443（1）： 155-161.

[4]Akers N L， Moore C M， Minteer S D. Development of alcohol/O2 biofuel cells using salt-extracted tetrabutylammonium bromide/Nafion membranes to immobilize dehydrogenase enzymes [J]. Electrochimica Acta， 2005， 50（12）： 2521-2525.

[5]Sokic-Lazic D， de Andrade A R， Minteer S D. Utilization of enzyme cascades for complete oxidation of lactate in an enzymatic biofuel cell [J]. Electrochimica Acta， 2011， 56（28）： 10772-10775.

[6]Xu S， Minteer S D. Enzymatic biofuel cell for oxidation of glucose to CO2 [J]. ACS Catalysis， 2011， 2（1）： 91-94.

篇9

一直以來，中國生物質(zhì)能源的發(fā)展較遠落后于風(fēng)能及太陽能，甚至不少人士認為生物質(zhì)能源在我國成不了“大氣候”。作為中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授、生物質(zhì)工程中心主任的程序則認為，部分人之所以對生物質(zhì)能有誤解，是因為不了解生物質(zhì)能的潛力和升級換代的技術(shù)。

在第一代生物燃油已近極限，第二代纖維素生物乙醇技術(shù)、經(jīng)濟可行性久“攻”不克的情況下，“先進生物燃料”特別是熱化學(xué)途徑的生物天然氣和木質(zhì)原料氣化合成燃油有望脫穎而出。

《能源》：全球生物質(zhì)能源的發(fā)展經(jīng)歷了第一代生物燃油和第二代纖維素生物乙醇技術(shù)的發(fā)展，目前，這兩種生物質(zhì)能的發(fā)展情況如何？

程序：目前，這兩種技術(shù)的發(fā)展都遇到了瓶頸，這也助長了部分人認為生物質(zhì)能發(fā)展不起來的認識。

發(fā)達國家能源界的學(xué)者和企業(yè)家越來越認識到，第一代生物燃料作車用有不確定性。因為需要和化石燃油摻混，其總用量有限，也就是所謂的“混合墻”限制。

從2010年起，第一代生物燃料增長形勢就明顯受挫了。2009-2010年產(chǎn)量增長率還有13.6%，而2010-2011年僅有3.1%。

對于第二代生物燃料，在美國曾經(jīng)呼聲很高。但是，雖然經(jīng)歷了連續(xù)多年的研發(fā)熱潮，目前仍沒有完全突破商業(yè)化的障礙。其關(guān)鍵在于纖維素乙醇的生產(chǎn)成本還遠未達到預(yù)想的價位。而且，這種技術(shù)使用的原料需要用酸、堿等預(yù)處理，會造成環(huán)境問題。

《能源》：第一代和第二代生物質(zhì)能技術(shù)都難以繼續(xù)往前發(fā)展，那按您的說法，生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)要靠什么得以推進？

程序：所以，我說現(xiàn)在要提“先進生物燃料”的概念。實際上在2009年，美國環(huán)保署就率先提出了要支持“先進生物燃料”研發(fā)的原則。所謂先進生物燃料，就是指第一代生物能源以外的一類新型生物燃料。它們的生命全周期的溫室氣體排放量，比化石燃料低至少50%。

它采用的技術(shù)路線有多條，最主要的方式是用木質(zhì)纖維類作為原料，如林木下腳料和廢棄物、秸稈等，通過熱化學(xué)途徑，生產(chǎn)生物合成液體或氣體燃料，英文為Biomass to Liquids，簡稱 BtL。

《能源》：“先進生物燃料”的最大特點是什么？與前面兩代技術(shù)相比，“先進生物燃料”有哪些優(yōu)點？

程序：生物質(zhì)的組成成分，一般來講可以分為六類：淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素。第一代生物質(zhì)能技術(shù)利用的成分是淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)。第二代技術(shù)用的是纖維素。

但事實上，生物質(zhì)所含能量中，淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)占40%，纖維素占了20%，剩下占40%的半纖維素和木質(zhì)素在前面兩種方式中并不能被利用。唯一能全部利用這六大類成分的方法是燃燒，也就是通過生物質(zhì)電廠，但它的熱量轉(zhuǎn)化效率在這幾種方式中是最低的，是最不經(jīng)濟的方式。

通過熱化學(xué)方式生產(chǎn)“先進生物燃料”，恰恰能利用和轉(zhuǎn)化半纖維素和木質(zhì)素，顯著提高生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化效率，而且大大拓寬了原料的來源。

生產(chǎn)出的生物合成燃料，屬于所謂的“直接使用燃油”，就是說，可以在發(fā)動機不改裝的情況下，以純態(tài)或高摻混比車用，因而完全擺脫了前面所說的第一代生物燃料的“混合墻”制約。

《能源》：那目前，“先進生物燃料”在國外的發(fā)展情況如何？是否有成熟項目？

程序：在2009-2013年的5年間，先進生物燃料項目，包括中試和生產(chǎn)性示范的，數(shù)目增加了3倍，而它的總產(chǎn)量則擴大了10倍，達到了年產(chǎn)24億公升（相當(dāng)于168萬噸）。

歐盟國家對用氣化-費托合成途徑制作生物柴油、航空煤油的熱情很高。一些大型企業(yè)集團如Uhde、UPM、Axen，也都在進行商業(yè)化的努力。

德國的科林（Choren）公司在世界上第一次生產(chǎn)出用木屑合成的液體柴油。2012年9月，科林公司將氣化技術(shù)轉(zhuǎn)讓給德國林德（Linde）集團。林德與芬蘭Forest BtL Oy合作，在芬蘭建設(shè)一座年產(chǎn)13萬噸的生物合成柴油/石腦油廠，計劃于2016年底投產(chǎn)。

美國倫泰克公司在科羅拉多州建成了BtL商業(yè)示范廠并投產(chǎn)，年產(chǎn)能1萬噸生物合成燃油。該公司還計劃2015年在加拿大安大略省建成年產(chǎn)能為60萬噸生物氣化合成柴油和航煤廠。

《能源》：那您的意思是，目前這一技術(shù)并未達到商業(yè)化程度？這其中的制約因素是什么？

程序：是的，目前它的技術(shù)成熟度還沒有完全達到商業(yè)化生產(chǎn)、應(yīng)用的程度，但是已經(jīng)達到半商業(yè)化了，我認為離商業(yè)化也不遠了。

根據(jù)測算，能夠達到有規(guī)模經(jīng)濟效益的年生產(chǎn)產(chǎn)能，終端產(chǎn)品應(yīng)該在20萬噸以上。

目前主要的制約因素是，項目規(guī)?；螅瑫枰薮髷?shù)量的原料，該如何解決原料問題。還有，如何保證相應(yīng)的較低成本，以及預(yù)處理大幅度增大的難度如何克服。

《能源》：先進生物燃料的研究和開發(fā)在我國處于一個怎樣的情況？

程序：據(jù)我調(diào)研，目前采用生物質(zhì)氣化-合成途徑制取生物燃油的，主要是武漢陽光凱迪新能源公司在做。這家公司于2013年初取得突破，其年產(chǎn)1萬噸的半工業(yè)化裝置于1月投產(chǎn)，并且連續(xù)正常運行至今。

據(jù)了解，目前，該公司技術(shù)放大到年產(chǎn)20萬噸級工業(yè)化規(guī)模的工藝包已經(jīng)完成。計劃在兩年時間內(nèi)，分別在湖北新洲和廣西北海籌建年產(chǎn)能10萬和30萬噸的生物質(zhì)氣化合成燃油的工廠，原料主要為林業(yè)剩余物和進口的棕櫚油榨渣、枝葉，預(yù)計2016年底建成。

《能源》：先進生物燃料的生產(chǎn)成本大約為多少？是否又是需要補貼才能盈利？我國要發(fā)展先進生物燃料，需要面臨的阻礙有哪些？

程序：陽光凱迪采用的方式生產(chǎn)出以生物合成柴油為主體的合成燃油，目前的成本是可控制在8000元/噸以內(nèi)。如果今后規(guī)?；耍杀緫?yīng)該會有大幅的下降。

在這種成本條件下，不需要政府補貼，也是可以盈利的。目前，陽光凱迪急待向國家要的不是補貼，而是油品準(zhǔn)入市場的政策，希望產(chǎn)品能夠到市場上去參與公平競爭的準(zhǔn)入。因為我國的油品市場準(zhǔn)入具有壟斷性，如果陽光凱迪生產(chǎn)的生物合成油不能進入市場合法交易，那陽光凱迪就會陷入困境。

《能源》：那您對我國發(fā)展先進生物燃料有哪些建議？

篇10

【關(guān)鍵詞】 生物質(zhì)燃料 估算低位熱值 收購燃料 合理定價 燃料有效利用

隨著世界能源結(jié)構(gòu)多元化、高效化、清潔化的開發(fā)和利用，生物質(zhì)以其低碳、可再生的特點受到人們的重視，以生物質(zhì)能源為燃料的鍋爐也應(yīng)運而生。

燃料的發(fā)熱量是燃料的一個很重要的特性，它是單位質(zhì)量的燃料完全燃燒時所能釋放出的最大發(fā)熱量，發(fā)熱量的高低取決于其化學(xué)組成以及可燃成分的多少，并與燃燒條件有關(guān)，發(fā)熱量是衡定燃料質(zhì)量的重要指標(biāo)。

生物質(zhì)是由纖維素、粗纖維素、木質(zhì)素的碳水化合物、粗蛋白、蛋白酶、以及與微量元素等共同組成多種復(fù)雜 高分子有機化合物的復(fù)合體。自然環(huán)境下生物質(zhì)燃料都含有一定量的水分，因種類的不同而變化。生物質(zhì)中的水分以不同的形態(tài)存在， 即化合結(jié)晶水、內(nèi)在水分和外在水分?；辖Y(jié)晶水用于生物質(zhì)的合成。內(nèi)在水分以物理化學(xué)結(jié)合力被吸附在 生物質(zhì)內(nèi)部的毛細管中，其含量比較穩(wěn)定，一般5%左右；由于內(nèi)在水分所處的位置結(jié)構(gòu)其水分的蒸汽壓力小于同溫度下純水的蒸汽壓力，所以在常溫下很難除去，必須在105℃至110℃下用加熱干燥設(shè)備才能除去，是一個較為恒定值。生物質(zhì)的外在水分以機械吸附攜帶方式存在于生物質(zhì)的表面、結(jié)構(gòu)間隙以及較大毛細孔中，與其運輸和儲存緊密相關(guān)。外在水分可用自然干燥法除去，在自然環(huán)境條件下，生物質(zhì)燃料的外在水分不斷蒸發(fā)，直到外在水分的蒸汽壓力與空氣的水蒸汽壓力相同時，達到氣液兩相平衡，此時失去的水分是外在 水分，但失去水分的多少決定于相伴空氣的 溫度和空氣的相對濕度，隨自然環(huán)境的變化是一個相對的變量，所以外在水分是一個相對值而不是一個絕對值。一般來講，水分是生物質(zhì)燃料中的雜質(zhì)，它即增加了運輸和設(shè)備運行與檢修中的費用、又降低生物質(zhì)燃料的熱值等。

燃料熱值的高低取決于燃料中含有可燃成分的多少，但是，燃料的發(fā)熱量（熱值）并不等于可燃組成的C、H、S發(fā)熱量的代數(shù)和。因為它們是在生長過程中通過光合作用等有機合成的產(chǎn)物，并于生物質(zhì)的種屬，植物的部位、生長地域、環(huán)境條件等有關(guān)。對于生物質(zhì)燃料高位熱值的測定通過常用的元素分析法不僅十分繁瑣而且設(shè)備復(fù)雜，必須有專業(yè)的化學(xué)實驗室來完成。在實際操作中，對于工廠技術(shù)人員，用門捷列夫經(jīng)驗公式估算和氧彈量熱器來測定燃料熱值并不實用，又沒有較為成熟的經(jīng)驗公式。

燃料的熱值分為高位熱值HHVdaf由專業(yè)化實驗室測得和低位熱值（凈熱值）LHV。HHVdaf是燃料實際最大可能發(fā)熱量，它是揮發(fā)份和固定碳的燃燒反應(yīng)熱之和。燃料燃燒后煙氣中的水蒸汽包含了燃料中元素H在燃燒時與氧氣反應(yīng)生成的水蒸汽、燃燒過程中燃料的內(nèi)在水分和外在水分形成氣相的水蒸汽、冷空氣中的過熱水蒸汽。實際應(yīng)用中燃料在燃燒設(shè)備燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓ㄟ^尾部換熱面時的溫度仍相當(dāng)高，一般都在100℃以上，，而且水蒸汽在煙氣中的分壓力又比大氣壓力低，所以此時燃燒反應(yīng)產(chǎn)物中的水和燃料中攜帶的全水份仍然都是氣相的飽和蒸汽或過熱蒸汽，不能凝結(jié)成液相的水。為了有效地防止低溫腐蝕，這部分汽化潛熱就無法利用，而被排入大氣，燃料的實際可利用熱值就減小，所以從燃料高位熱值HHVdaf中扣除掉這部分水蒸汽的汽化潛熱，再減去灰渣熱焓（無冷渣系統(tǒng)）后，就得到所能利用的凈熱值LHV。

由于生物質(zhì)各種屬燃料的有機物物質(zhì)成分變化范圍較小，工業(yè)分析中只要查出專業(yè)實驗室對各種生物質(zhì)燃料的高位熱值HHVdaf（見表）的測定值，再測定出生物質(zhì)燃料的全水分、全灰分、知道灰分的比熱容，就可較準(zhǔn)確地估算出單位質(zhì)量的生物質(zhì)燃料可利用的低位熱值LHV，生物質(zhì)的低位熱值可以用以下公式進行估算：

LHV=HHVdaf（100%-Mar-Aar）-25M`ar-Am×C×Δt

式中：HHVdaf―生物質(zhì)燃料的高位熱值 kJ/kg

Mar―水分收到基質(zhì)量分數(shù)%、

Aar―灰分收到基質(zhì)量分數(shù)%

Am―每公斤生物質(zhì)燃料含灰分質(zhì)量 Kg

C ―灰分的比熱容 kJ/kg℃

Δt―灰渣溫度與環(huán)境溫度的溫差 ℃

M`ar―水分收到基百分數(shù) %

25M'ar-1大氣壓下水分收到基轉(zhuǎn)化蒸汽熱焓KJ/Kg燃料

幾種主要生物質(zhì)燃料的高位熱值 單位KJ/Kg（如表1）

灰分的比熱容 C

干泥土 0.879 kJ/kg℃ 砂石0.921kJ/kg℃

影響生物質(zhì)的燃燒特性因素.有揮發(fā)份V固定碳C水分M

灰分A等；燃料的（燃燒熱）熱值來源于揮發(fā)份、固定碳的燃燒反應(yīng)熱；其燃燒機理基本與煤相同，不同之處生物質(zhì)固定碳燃燒多為剝落性燃燒。灰分視為生物質(zhì)中不能燃燒的礦物雜質(zhì)，它可分為兩種即生物質(zhì)自身結(jié)構(gòu)的礦物質(zhì)和在采取、運輸、儲存過程中的生物質(zhì)所攜帶的外部雜質(zhì)?；以窃谏镔|(zhì)燃燒或在空氣中經(jīng)過一系列的分解，化合等復(fù)雜反應(yīng)后所剩余的殘渣。在生物質(zhì)的燃燒過程中，少量的飛灰對燃燒有催化作用（石英砂除外），有助于加強有焰燃燒與相間的能量傳輸；但隨著灰分含量的增大，使單位質(zhì)量的可燃物質(zhì)的含量相對減少很多，相應(yīng)燃料的熱值減少就越多，并降低燃燒溫度，阻礙燃燒過程中的輻射傳熱，降低燃燒速度，包裹焦炭顆粒，阻礙氧氣向焦炭內(nèi)部擴散，增大機械不完全燃燒熱損失；并在燃燒過程中的熱泳、慣性碰撞、以及煙道、尾部換熱面的凝結(jié)，化學(xué)反應(yīng)過程中，增加受熱面與換熱面的積灰、磨損和腐蝕，使排煙飛灰熱焓增大等。所以一般視灰分為生物質(zhì)燃料中的渣質(zhì)，增加運行費用。

在生物質(zhì)燃燒的熱解過程中分為水分析出階段、分子斷鏈熱分解階段和縮聚階段（焦炭降解階段）三個階段。由于高分子有機化合物的失水，化學(xué)鍵斷裂，自由基的形成以及重組反應(yīng)，形成揮發(fā)分而完成相變過程，后期縮聚階段形成殘?zhí)?。在整個燃燒過程中伴隨著同相燃燒和異相燃燒，在揮發(fā)分開始燃燒時，按照鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的機理，H和水蒸氣對CO的燃燒反應(yīng)具有觸媒作用，少量2%（空氣干燥后的燃料中所含內(nèi)在水分的質(zhì)量百分數(shù)遠遠超過此臨界值）的水蒸氣可以減小生物質(zhì)燃燒的活化能、降低可燃質(zhì)燃燒著火點、便于低溫燃燒，改善生物質(zhì)燃燒后期焦碳燃燒的溫度場，加快燃燒速度，并影響煙氣中NOx的排放量。但隨著內(nèi)外在水分的增加，在層燃鍋爐中，質(zhì)地較軟的生物質(zhì)燃料會在加熱過程中出現(xiàn)軟化黏結(jié)以及布風(fēng)不均現(xiàn)象，這種現(xiàn)象產(chǎn)生了一定的后果，例如：造成燃料的料層與通風(fēng)間隙不均和單位質(zhì)量可燃質(zhì)的燃燒面積縮減，降低爐膛內(nèi)燃料反應(yīng)溫度與化學(xué)反應(yīng)速度，延長固態(tài)可燃質(zhì)在推動或轉(zhuǎn)動機械式燃燒設(shè)備上的停留時間，增加物理不完全燃燒熱損失，削弱爐膛火焰充滿度，減少爐膛的容積熱強度、壁面熱強度、截面熱強度，加大煙氣過剩空氣系數(shù)，降低鍋爐出力。在燃料燃燒的過程中因水分蒸發(fā)汽化以及過熱要消耗大量的熱量，（無論是層燃或流化燃燒，水蒸氣導(dǎo)致可燃物質(zhì)與氧氣的濃度場減弱、爐膛燃燒溫度場的溫度降低，影響化學(xué)反應(yīng)速度），煙氣體積增大，隨之煙氣帶走的熱量損失增多，伴隨引風(fēng)機電耗加大，廠用電率增高等，經(jīng)濟效率下降。化學(xué)燃燒反應(yīng)雖然是放熱反應(yīng)，然而水分子蒸發(fā)與過熱卻要吸收熱量，因此大多數(shù)生物質(zhì)燃燒自維持燃燒時，要求其水分不大于65%，超過此數(shù)值則需加入輔助燃料來助燃。

為了確保證生物質(zhì)燃料的經(jīng)濟價值、發(fā)揮其潛力，在生物質(zhì)的采獲、晾曬、運輸、儲存的過程中應(yīng)避免外在水分和機械攜帶水分的混入。根據(jù)蓋斯定律可知，防止微生物發(fā)酵、腐爛是保證生物質(zhì)燃燒熱值不致降低的有效措施。因此對生物質(zhì)燃料的低位熱值進行估算，控制水分、灰分，為收購燃料、合理定價以及生物質(zhì)燃料的有效利用，使之發(fā)揮較好的經(jīng)濟效益而提供參考。

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