生物质能开发利用应用节能技术

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生物质是地球上广泛存在的物质,它包括所有动物、植物和微生物,以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。各种生物质都具有一定的能量。以生物质为载体、由生物质产生的能量,便是生物质能。生物质能是指来源于木材、秸秆、动物粪便等生物质的能源。与化石能源不同,他们来自新近生存过的生物,这些生物质可以通过直接燃烧来获取能量,也可以转化为生物质燃料。我国是一个农业大国,生物质资源十分丰富。但是生物质能在我国商业用能结构所占的比例极小,主要被作为一次能源在农村被利用,大部分被直接作为燃料燃烧或废弃,利用水平低,浪费严重,且污染环境,所以充分开发、系统合理的应用生物质能,对改善我国农村的能源利用环境,加大生物质能源的高品位利用具有重要的意义。

*1生物质燃料的特性

1)含碳量少,生物质燃料的含碳量最高不会超过50%,相当于褐煤的含碳量。特别是固定碳的含量明显比较煤少,所以该燃料燃烧的时间短,而且能量密度比较低。

2)挥发分多,该燃料中的碳多数和氢结合成分子量较低的碳氢化合物,遇热易分解析出挥发物,挥发分里所含能量占其所有能量的一半以上,若燃烧不充分会产生黑烟污染环境。

3)含氧量多使得生物质易燃,且不需要太多的氧气供应。

4)生物质燃料密度小,比较容易燃烧尽,灰渣中残留的碳少,但对燃料的运输不利。

与煤的燃烧类似,生物质燃料的燃烧过程可以分为:预热、干燥、挥发份析出和焦炭燃烧四个阶段。在℃时热分解开始,在℃时挥发分可以析出近80%。

*2生物质压缩成型

生物质燃料在直接燃烧时存在挥发分逸出过快、空气供给难以控制等问题。

这些问题在一般的炉灶中不易解决,村民使用时也控制不好。为了改善此类问题,将分布散、形体轻、储运困难、使用不便的生物质燃料压缩成型后使用,能提高燃料的热值,改善燃烧性能,此项技术称为生物质压缩成型技术。在20世纪80年代,此项技术得到较大规模的发展。

农村以秸秆、稻壳等为主的生物质资源丰富,在收集过程中尽可能减少夹带泥土,防止燃烧时结渣,条件允许宜采用机械化收集。

压缩成型过程中的加热一方面可以是原料中含的木质素软化,起到粘结的作用;另一方面还可以使原料本身变软,容易压缩。或者加入粘结剂,例如加入10%—20%的煤粉或炭粉可以达到增加压块热值的作用,再者加入粘结剂可增加粘结力便于成型。保型是在生物质成型后的一段套筒内进行的,其内径略大于压缩成型的最小部位直径,以便使已成型的物料消除部分应力,随着温度的降低固定形状。生物质压缩成型燃料可广泛应用于各种类型的家庭取暖炉、热水锅炉、热风炉和小型发电设备,是煤料的一种很好的替代品。

*3生物质的热化学转化

随着人类的进步和社会的发展,人们对能源的需求数量越来越多,品位越来越高,对生物质能的利用也改变了传统的直接燃烧方式,先将其转化为高品位能源,然后再进行利用。在转换技术方面最近大力发展的新技术主要有气化技术和干馏技术。

3.1气化技术

生物质气化是生物质热化学转换的一种技术,是在不完全燃烧条件下,将原料加热,使较高分子量的有机碳氢化合物链裂解,变成家底分子量的CO、H2、CH4等可燃气体,在转换过程中要加气化剂。秸秆、稻壳、柴草等农业废弃物气化利用热值高。据测算,直接燃烧只能利用其热值的20%,这不但造成了资源的极大浪费,而且焚烧的烟雾也对大气环境造成了严重污染;若将其放到气化炉灶内燃烧,则可使热值的利用率提高到80%以上,机械统一控制空气的供给量,可使燃烧充分,烟尘排放量少,残余的灰烬也很少(小于7%),比一般农家直接燃烧热值利用率可提高60%以上。

3.2生物质干馏制气

生物质干馏技术以其燃气热值高、产能大等优势,成为生物质能利用的一个重要方向。生物秸秆经破碎后连续装入干馏炉顶,靠输料机挤压和秸秆自重落入干馏室内,实现连续干馏制气过程。干馏炉为立式箱形结构,外热式。干馏炉由干馏室和燃烧室组成,干馏室两侧各有一个燃烧室,燃烧室又分为加热段和空气预热段。

采用干馏方法生产的生物质燃气符合城市燃气质量要求,可用于发电或作为城市燃气气源。

以上两种制气方法,若应用压缩成型后的生物质燃料为原料,其转化效率要远远高于秸秆等生物质原料直接粉碎后应用的效率,产气热值也会大大提供高。

*4生物质能合理应用

生物质能的开发和利用具有巨大的潜力,主要包括两方面:一是建立以沼气为中心的农村新能量、物质循环系统,使秸秆中的生物能以沼气的形式缓慢地释放出来,解决燃料问题;二是建立能量农场、能量林场及海洋能量农场。

沼气利用技术:生物质汽化 将固体生物质转化为气体燃料,称为生物质汽化。其基本原理是含碳物质在不充分氧化(燃烧)的情况下,会产生出可燃的一氧化碳气体,即煤气。制造煤气的设备称为汽化炉,人们故意不给足氧气,让含碳物质在没有足够空气的情况下燃烧,“焖”出一氧化碳来。

生物质液化:将固体生物质转化为液体燃料,称为生物质液化。它包括间接液化和直接液化两种。间接液化是指通过微生物作用或化学合成方法生成液体燃料,如乙醇(酒精)、甲醇;直接液化则是采用机械方法,用压榨或提取等工艺获得可燃烧的油品,如棉籽油等植物油,经提炼成为可替代柴油的燃料。

生物质热分解:这是一项很有潜力的技术,用于制取人造石油。一些生物质通过热分解,可制取生物油、生物炭和可燃烧气体,使生物质得到充分利用。

能源农场:即建立以获取能源为目的的生物质生产基地,以能源农场的形式大规模培育生物质,并加工成可利用的能源。要对土地进行合理规划,尽可能利用山地、非耕荒地和水域,选择适合当地生长条件的生物质品种进行培育、繁殖,以获得足够数量的高产能植物。在海洋、江河,要充分利用海藻和水生物提取能源,建立海洋能源农场或江河能源农场。同时,将基因工程等现代生物技术广泛应用于能源农场中,以提高能源转化率。

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