生物质颗粒燃料及生物质气化技术概述.docx

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生物质颗粒燃料及生物质气化技术概述

生物质颗粒燃料

生物质燃料由秸秆、稻草、稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉籽壳等以及“三剩物”经过加工产生的块状环保新能源。

生物质颗粒的直径一般为6~10毫米。

根据瑞典的以及欧盟的生物质颗粒分类标准，若以其中间分类值为例，则可以将生物质颗粒大致上描述为以下特性：

生物质颗粒的直径一般为6~8毫米，长度为其直径的4~5倍，破碎率小于1.5%~2.0%，干基含水量小于10%~15%，灰分含量小于1.5%，硫含量和氯含量均小于0.07%，氮含量小于0.5%。

若使用添加剂，则应为农林产物，并且应标明使用的种类和数量。

欧盟标准对生物质颗粒的热值没有提出具体的数值，但要求销售商应予以标注。

生物质颗粒燃料多为稻壳、花生壳、油茶壳、棉籽壳，直径6~8毫米，长度直径的4~5倍宽度0.5cm

1基本特性

2背景资料

3优势

4推广问题

5问题解决

6技术参数

一、生物质颗粒燃料基本特性

根据瑞典的以及欧盟的生物质颗粒分类标准，若以其中间分类值为例，则可以将生物质颗粒大致上描述为以下特性：

生物质颗粒的直径一般为6~10毫米，长度为其直径的4~5倍，破碎率小于1.5%~2.0%，干基含水量小于15%，灰分含量小于2%，硫含量和氯含量均小于0.07%，氮含量小于0.5%。

若使用添加剂，则应为农林产物，并且应标明使用的种类和数量。

欧盟标准对生物质颗粒的热值没有提出具体的数值，但要求销售商应予以标注。

瑞典标准要求生物质颗粒的热值一般应在16.9兆焦上。

二、生物质颗粒燃料背景资料

生物能源技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。

许多国家都制定了相应开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场等，其中生物能源的开发利用占有相当大的份额。

国外很多生物能源技术和装置已经达到商业化应用程度，同其他生物质能源技术相比较，生物质颗粒燃料技术更容易实现大规模生产和使用。

使用生物能源颗粒的方便程度可与燃气、燃油等能源媲美。

以美国、瑞典和奥地利等国为例，生物能源的应用规模，分别占该国一次性能源消耗量的4%、16%和10%；在美国，生物能源发电的总装机容量已超过1MW，单机容量达10～25MW；在欧美，针对一般居民家用的生物质颗粒燃料及配套的高效清洁燃烧取暖炉灶已非常普及。

中国也十分重视生物能源的开发和利用。

20世纪80年代以来，中国政府一直将生物质能源利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用新技术的研究和开发，使生物质能技术有了进一步提高。

但中国生物质能的利用研究主要集中在大中型畜禽场沼气工程技术、秸秆气化集中供气技术和垃圾填埋发电技术等项目[1]，对于生物质能颗粒燃料产品的生产加工与直接燃烧利用的研究还刚刚起步。

国内部分高校和科研机构开展了生物质颗粒成型技术的研究，取得了一定成绩。

但是，生物质能源颗粒产品在中国推广应用还很少，为了使中国生物质能源颗粒尽快产业化和商业化，我们对其推广应用中存在的问题进行了分析，并探讨了解决的对策与方法。

三、生物质颗粒燃料优势

1.生物质颗粒燃料发热量大，发热量在3900~4800千卡/kg左右，经炭化后的发热量高达7000—8000千卡/kg。

2.生物质颗粒燃料纯度高，不含其他不产生热量的杂物，其含炭量75—85%，灰份3—6%，含水量1—3%，绝对不含煤矸石，石头等不发热反而耗热的杂质，将直接为企业降低成本。

3.生物质颗粒燃料不含硫磷，不腐蚀锅炉，可延长锅炉的使用寿命，企业将受益匪浅。

4.由于生物质颗粒燃料不含硫磷，燃烧时不产生二氧化硫和五氧化二磷，因而不会导致酸雨产生，不污染大气，不污染环境。

5.生物质颗粒燃料清洁卫生，投料方便，减少工人的劳动强度，极大地改善了劳动环境，企业将减少用于劳动力方面的成本。

6.生物质颗粒燃料燃烧后灰碴极少，极大地减少堆放煤碴的场地，降低出碴费用。

7.生物质颗粒燃料燃烧后的灰烬是品位极高的优质有机钾肥，可回收创利。

8.生物质颗粒燃料是大自然恩赐于我们的可再生的能源，它是响应中央号召，创造节约性社会。

生物质颗粒作为一种新型的颗粒燃料以其特有的优势赢得了广泛的认可；与传统的燃料相比，不仅具有经济优势也具有环保效益，完全符合了可持续发展的要求。

首先，由于形状为颗粒，压缩了体积，节省了储存空间，也便于运输，减少了运输成本。

其次，燃烧效益高，易于燃尽，残留的碳量少。

与煤相比，挥发份含量高燃点低，易点燃；密度提高，能量密度大，燃烧持续时间大幅增加，可以直接在燃煤锅炉上应用。

除此之外，生物质颗粒燃烧时有害气体成分含量极低，排放的有害气体少，具有环保效益。

而且燃烧后的灰还可以作为钾肥直接使用，节省了开支。

四、生物质颗粒燃料推广问题

1.传统技术制粒成本高

中国采用的制粒方法均为传统生产方法，木质颗粒的制粒原理见图1，它与现有的饲料制粒方式相同，即原料从环模内部加入，经由压辊碾压挤出环模而成粒状。

其工艺流程见图2，包括原料烘干、压制、冷却、包装等。

该工艺流程需要消耗大量能量，首先在颗粒压制成型过程中，压强达到50～100MPa，原料在高压下发生变形、升温，温度可达100℃～120℃，电动机的驱动需要消耗大量的电能；第二，原料的湿度要求在12%左右，湿度太高和太低都不能很好成粒，为了达到这个湿度，很多原料要烘干以后才能用于制粒；第三，压制出来的热颗粒（颗粒温度可达95℃～110℃）要冷却才能进行包装。

后2项工艺消耗的能量在制粒全过程中占25%～35%，加之成型过程中对机器的磨损比较大，所以传统颗粒成型机的产品制造成本较高。

2.对生物质能颗粒认识不够深

大多数人对生物质能颗粒具有高能、环保、使用方便的特性认识不够，甚至许多用能单位根本就不知道有生物质能颗粒产品，更谈不上认识和应用。

3.服务配套措施跟不上

生物质能颗粒产品生产出来后，运输、贮藏、供应等服务措施跟不上，用户使用不方便。

五、生物质颗粒燃料问题解决

1.引进ETS制粒新技术、降低制粒成本

ETS（EcoTreSystem）是意大利研制开发的新型木质颗粒制粒生产系统，原理见图3。

它对原料的湿度适应性强，湿度为10%～35%时就可以成粒，所以大部分原料不需要干燥即可直接用于制粒；成粒以后的升温只有10℃～15℃，压制出来的颗粒温度一般只有55℃～60℃，无须冷却即可直接进行包装，通常可以去掉干燥和冷却2道工序，如图4所示。

这种制粒方法能耗很低（比传统的工艺方法减少60%～70%的能量消耗），而且机器磨损也大大减小，总成本降低很多。

对于不同的原料，ETS系统在整个生产制粒过程的单位能量消耗为25～60kWh/t、生产成本为68～128美元/t，而传统工艺的单位能耗为80～180kWh/t，可见，ETS生产效率显著提高。

据调查，中国农村自制土灶的热效率最高为20%～25%，即使经过改造，节柴灶的热效率也仅为38%～40%。

经测算，ETS制粒过程仅消耗其本身所含能量的1%左右，生物质能颗粒燃烧器（包括炉、灶等）的热效率为87%～89%，因此按保守的估计，使用专用燃烧器燃用生物质颗粒产品可提高热效率47%左右。

木质颗粒在美国市场的小包装零售价格为170美元/t，大包装价格约为135美元/t；在瑞典的交货价格为150美元/t；散装的木质颗粒在阿姆斯特丹的离岸价为80美元/t。

如果中国引进ETS技术生产木质颗粒，产品的生产成本比国外要低很多。

经测算，批量生产成本为240元/t左右，零售价格为320元人民币/t（39美元/t），这样的价格在国际市场上的竞争力是毋庸置疑的，在国内可与煤炭价格相抗衡。

因此，在中国引进EST制粒技术是经济的、可行的。

2.加强生物质能源利用的宣传力度

发展生物质能源具有良好的生态效益和社会效益。

法国政府认为，发展生物质能源，不仅可以保护环境，缓和气候变化，还能促进农业的可持续发展；使用生物质能源替代石油、煤炭等传统能源，每年可减少原油进口量1,100万t，相当于省下了25亿到30亿欧元，减排CO21,600万t。

美国的实践表明，生物质能源发电的劳动密集程度比传统发电方式高。

将于2005年实施的法国生物质能源发展规划，可为法国全境创造和提供3万个就业岗位。

中国劳动力成本低，发展生物质能源比发达国家更具竞争力，将为成千上万的人创造就业机会。

有数据表明，中国每100亿元人民币产值的生物质能源工业可提供100多万个就业岗位。

中国现有森林年均净耗量34,395万m3，其中薪材占29.8%，为10250万m3；，如果将这些薪材制成木质颗粒用来发电（发电效率按30%计），每年可发电1,230亿kWh，每年可创产值369亿元，增加369万个工作岗位。

3.国家制定相应的配套政策

生物质燃料的推广必须要国家的支持，国家应通过制定能源税、环境保护税等政策来促进生物质能源的发展，使环保意识及可持续发展意识深入人心。

六、生物质颗粒燃料技术参数

1、（以1000kg/h蒸汽锅炉即每小时可以把1000kg的水变成蒸汽的锅炉为例）

选用锅炉设备

需燃料数量

热源单价

运行成本

燃油（轻柴油）锅炉

66kg

6.3元/kg

415.8元

燃油（重油）锅炉

70kg

4.5元/kg

315元

天然气锅炉

75Nm³

3.5/Nm³

263元

电锅炉

720kw

1.2/kwh

864元

生物质颗粒燃料锅炉

200kg

1.2元/kg

240元

2、（以每小时把1000kg的水从20℃加热到60℃的热水消耗的能量为例）

选用能源

需燃料数量

热源单价

运行成本

轻柴油

4.5kg

6.3元/kg

28.4元

重油

5kg

4.5元/kg

22.5元

天然气

5.3Nm³

3.5/Nm³

18.5元

电

47kw

1.2/kwh

56.4元

电（使用热泵能耗比为1:

3:

5）

47kw÷3.5=13.4KW

1.2元/kwh

16元

生物质颗粒燃料

10.4kg

1.2元/kg

12.4元

生物质气化技术概述

1.背景

生物质气化以木头等为原料，在氧气不充足情况下，加热使木头等生物质裂解产生合成天然气，再用合成天然气加热却暖或发电。

生物质气化与传统的烧木头等方式加热不同，传统烧木头、秸秆等是在氧气充足情况下燃烧，而生物质气化是在氧气不充分情况下加热。

气化的基本定义为：

不完全氧化的热化学反应过程，把含碳物质转化成一氧化碳、氢气、二氧化碳及碳氢化合物如甲烷等。

反应温度一般大于700°C，一般在700－1000°C间。

生物质气化主要过程如下：

生物质预处理后à进入气化炉à加氧气或水蒸气à燃烧气化à产生的气体出来除焦油à气体冷却à气体净化（除硫化氢、除二氧化碳）à甲烷化à合成天然气（合成气）。

合成气在此作为加热及其他燃料驱动蒸汽机及发电机发电。

合成气进一步加工，比如经过费－托反应可以生成液体生物柴油。

此过程在二战时，被德国比较大规模地采用，弥补石化柴油不足。

如今，生物质气化的研究与应用主要以奥地利、芬兰、英国和德国为主要国家。

2.生物质气化主要工艺

2.1生物质气化过程发生了如下反应：

1）水－气反应：

C＋H2O＝H2+CO

2）还原反应：

CO2+C=2CO

3）甲烷化：

C+2H2=CH4

4）水－气转换反应：

CO+H2O=CO2+H2

CO热值：

12.64MJ/Nm3

H2热值：

12.74~18.79MJ/Nm3

CH4热值：

35.88~39.82MJ/Nm3

空气、氧气和水蒸气可作为气化媒介。

但不同媒介对过程与结果有不同的影响。

空气便宜，但产出气的热值低；氧气贵，产出气热值高；用水蒸气做媒介产生热值与氧气相当，但也耗费比较高的热能。

2.2生物质气化炉类型

生物质气化炉主要分三种类型，但还6~有其他个性化炉子：

1.固定／移动床气化