根據生物學家估計,地球陸地每年生產1000-1250 億噸生物質;海洋每年生產500億噸生物質。生物質能源的年產量遠遠超過全世界總能源志求ffl和,相當于世界總耗能的10倍,從補充和替代能源的角度講,生物質能作為僅次于煤炭,石油和天然氣的世界第四大能源. 是替代由A油制取的汽油和柴油.成為可冉生能源汗發 利用的亞要方向。我國是一個農業大國,生物質資源極 為豐富.開發利用潛力巨大據專家測笄,我國生物質能源每年可用總折合標煤約5億噸(其中農作物秸稈 約冇3億噸,折合標煤約1.5億噸),若能利用其一半, 就相當于找到一個年產5000萬噸石油的大油田。從環境 保護的角度講,合理利用農林生物質能源,不僅可減少 農業桔桿、林業加工廢棄物等自然腐爛所產生的CH4, 也可避免就地焚燒而直接造成的環境污染;而且生物質 木身N含t比煤少得多,這對于減少M氧化物的生成非 常有利;同時生物質本身含Sfi極低(一般少1%), 不到煤的.因此不要煙氣脫硫裝S,既降低成本,又有利于杯境;燃燒過程中排放出的CO2其生長過程光合作用中所吸收的一樣多,實現CO2的零排放;生物質燃料的使用還可降低t金屬污染物的排放,可間接減少燃燃煤產生的廢氣,廢渣等污染因此,生物質能源是國際公認的清潔能源。
1、國內外生物成能源技術應州現狀
受世界石油資源、價格、環保和全球氣候變化的影響,20世紀代以來,許多國家對生物質燃料的發展,制定了相應的開發研究計劃,并取得了顯著的成效。如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農場和巴西的酒精能源計劃等。其它諸如丹麥、荷蘭、德國、法國、加拿大、芬蘭等國,多年來一直也在 進行研究與開發,并形成了各具特色的生物質能源研發體系,擁有各自的技術優勢。目前,全球生物質能發 電裝機容量已超過5000萬千瓦,可代替9000多萬噸標準 煤。其中美國生物質能發電在世界上處于領先地位, 生物質能發電總裝機容量超過1萬兆瓦,占美國可再生能源發電裝機容量的40%以上。有關資料顯示,預計到 2020年,西方發達國家15%的電力將來自生物質能發電。
近年來,我國高度重視生物質能源利用工作,相繼 出臺了一系列政策法規,鼓勵和支持相關產業的發展, 中國科學院制定的2050年我國生物質資源科技發展路線 圖指出,中國要由生物質資源大國向生物質資源及生物爐和發電廠的燃料等。相當于替代38.3萬tee,減少溫室 氣體排放83萬噸/年,為農民增收節支2.3億元,社會、 生態和環境效益顯著。
2、我國生物質成型燃料制備技術的特點及存在的問題
2.1我國生物質成型燃料制備技術的特點
生物質成型燃料加工技術是按成型加壓的方法不同 來區分的,目前國內外技術較為成熟、應用較多的生物質成型燃料加工機有螺旋擠壓式、活塞沖壓式(包括機 械式、液壓式)、棍模碾壓式(包括環模式和平模式) 等。按照其成型過程是否對原料輔助加熱,上述三種加 工方式又分為冷成型和熱成型兩類工藝;螺旋擠壓式、 活塞沖壓式都屬于熱壓成型工藝,輥模碾壓式采用的是 冷壓成型工藝。
2.2我國生物質成型燃料制備存在的問題
在生物質成型燃料的制備過程中也暴露了一些問題。 總體來說,目前我國的生物質固化成型裝備在設備的實用 性、系列化、規;线很不足,距國際先進水平還有不 小的差距。主要表現在生產率低、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。
(1 )產量低,目前國產設備的最高臺時產量不到 1500千克,距離規;a的產量要求較大;如環模顆粒機420型,配套動力95千瓦,生產能力僅為800~ 1000千克/小時。
(2) 能耗高,粉料在螺旋擠壓成型前先要經過電加 溫預熱,擠壓成型過程每噸料電耗就在90kW • h以上; 系統配套能耗更高。
(3) 易損件壽命短,國產設備主要工作部件螺桿的 最高壽命不超過500小時,距離國際先進水平1000小時以 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擠 壓,成型溫度通常調整在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” 現象發生,一般要將原料含水率控制在8% ~ 12%之間, 所以有的物料要進行預干燥處理,,增加了加工成本; 環模、平模冷壓造粒成型,對原材料的選擇要求較高, 國內大部分使用鋸末、稻殼類制造生物質顆粒燃料,更 多更廣泛的生物質得不到利用,一次性使用原生秸稈生 物料生產生物質(秸稈)成型燃料難度更大。
(5)原生秸桿連續工業化生產國內還處于空白, 如大量的玉米秸稈、稻秸、棉花秸、小麥桔、樹皮、樹 枝類等,由于含水量高,粗粉碎難度大無法得到有效利 用。國內原生秸稈連續工業化生產的成套設備還在研究 開發中。
(6) 生物質(秸稈)成型燃料因傳統加工工藝和 裝備原因造成了成本過高,限制了生物質(秸稈)成型 燃料在我國的發展。
3、生物質(秸稈)成型燃料
3.1生物質(秸稈) 成型燃料的產生原生生物質燃料和煤碳等直接燃料相比,存在許多的不足。
(1)含碳量較少,含固定碳少。生物質燃料中含碳 量最高的也僅50%左右,相當于生成年代較少的褐煤的 含碳量。特別是固定碳的含量明顯地比煤炭少。因此, 生物質燃料不抗燒,熱值較低。
(2) 含氫量稍多,揮發分明顯較多。生物質燃料 中的碳多數和氫結合成低分子的碳氫化合物,遇一定的 溫度后熱分解而折出揮發物。所以,易被引燃,燃燒初 期,析出量較大,在空氣和溫度不足的情況下易產生鑲 黑邊的火焰。
(3) 含氧量多。生物質燃料含氧量明顯多于煤炭, 這使生物質燃料熱值低,但易于引燃。在燃燒室需氧量 相對較低。
(4) 密度小。生物質燃料的密度比煤炭低,質地比較疏松,特別是農作物秸稈和類類。這使得燃料易于燃 燒和燃盡,灰燼中殘留的碳量較燃用煤炭少。
(5) 含硫量低。生物質燃料含硫量大多少于0.2%
3.2生物質(秸稈)成型燃料與原生物質燃料的比較 相比之下,原生物質經過干燥、粉碎,在經生物質成 型轉化為顆粒成型燃料,其密度可達到0.8~1.35g/cm3,體 積壓縮比為7 ~1晰,便于儲存、運輸和處理;同時生 物質成型燃料的設備簡單,易于操作,價格相對低廉, 易于推廣。成型的(秸稈)成型燃料的燃燒與分散的生 物質的燃燒相比具有以下優點:
(1)成型的(秸稈)成型燃料的密度遠遠大于原 生物質,其結構與組織特征決定了揮發分的逸出速度與 傳熱速度都大大降低,揮發分逸出速度變慢,燃燒速度 適中,能夠使揮發分放出的熱量及時傳遞給受熱面。
(2揮發分燃燒所需要的氧氣與外界擴散的氧氣 能夠很好的匹配,揮發分能夠充分燃盡,又不過多的加 人空氣,減少了大量氣體不完全燃燒的損失及排煙的熱 損失。
(3)揮發分燃燒后,剩余的焦炭骨架結構一樣,運 動的氣流不能使骨架解體懸浮,這時炭的燃燒所需要的 氧與靜態滲透擴散的氧相當,從而減少了固體不完全燃 燒與排煙熱損失,燃燒時間明顯延長,燃燒相對穩定。 3.3生物質(秸稈)成型燃料的應用技術優勢在生物質(秸稈)成型燃料的制備中,生物質(秸 桿)成型燃料在不添加任何粘結劑條件下成型,并保證 較高強度是一大技術難題。國內有多家公司對此進行了 技術研發和創新,其中通過多年技術攻關,從工藝和裝備技術上創新,研發出 —套新型工藝裝備。該工藝技術成套設備的優點是:能 —次性將高濕秸稈生物質加工成符合標準的BBDF顆粒 燃料,該成套設備對生物質物料的適應范圍廣,前處理 粉碎采用無篩結構和生物質物理調質后再采用該公司專 利造粒機成型,提高了成形效果,節約了能量消耗,噸 (秸稈)成型綜合生產成本比傳統加工技術裝備下降了 30%,為生物質(秸稈)成型燃料的低成本加工提供了 技術裝備。該公司研發的單機生產線年產可達2萬噸的生 物質(秸稈)成型燃料項目的工藝流程見下圖。
該公司生物質(秸稈)成型燃料示范項目技術經 濟指標:
(1) 生產能力為不低于3噸/小時,直徑為20 ~ 30mm,長度不大于100mm,最小產量不低于3噸;
(3) 全套生產線產品噸電耗不大于110度;
(4) 生物質(秸桿)成型燃料水分不大于20%, 料水分不大于30%;
(5) 采用無干燥成套設備工藝;
(6) 易損件消耗每噸產品低于28元人民幣。
3.4生物質(秸稈)成型燃料的經濟效益
據有關統計數據,我國水稻、玉米、小麥和棉花等 農作物秸桿年產總量6.04億噸,其中約有15%即0.91億噸 被用來直接還田造肥,25%即1.5丨億噸被作為飼料,9% 即0.54乙噸被用做工業原料,除此之外,約51%即3.08 億噸可以作為能源用途,其中已有1.9億噸被農民在爐 灶內直接燃燒用來炊事和采暖,其余約1.18億噸則被廢 棄在田間地頭或在田間直接焚燒,不僅浪費資源,也污 染環境。另外,每年全國薪柴1.糾乙噸,林產工業木材 剩余物4000萬立方米,造紙業產生的木材剩余物約1萬 立方米,甘蔗渣4000萬噸,糧谷加工廠谷殼_萬噸, 這些剩余物絕大部分淪為廢棄物,成為各行業的環境負 擔,增加處理成本。另外,我國尚有不宜種植糧食作 物、但可以種植能源植物的土地約1億公頃,可人工造 林土地有311萬公頃,按這些土地20%的利用率計算, 每年約可生產10億噸生物質。由此可見,我國的生物質 資源量相當豐富。
以生物質為載體,由生物質產生的能量,便是生物 質能,將生物質用于能源即為生物質能源。從經濟角度 講,農林業秸桿及其加工剩余物等均為廢棄資源,對其 加以再利用,變廢為寶,增加農民收人,符合循環經濟 理念。從社會角度看,有關數據表明,在我國每10億元人民幣產值的生物質能源工業可提供100多萬個就業 崗位。我國現有森林年均凈耗量為34,395萬立方米,其 中薪材占29.8%,為10,250萬立方米,如果將這些薪材 制成木質成型燃料用來發電(發電效率按30%計),每 年可發電1230億度,每年可創產值369億元,增加369萬 個工作崗位我國勞動力成本低,發展生物質能源比任何會產生農林業秸桿及其有加工剩余物的地方,都可 以加工、銷售和利用(秸桿)成型燃料,實現農林生物 質資源最充分、高效、便捷利用。
目前,生物制(秸稈)成型燃料市場行情非常好。1)價 格方面:在美國市場上,小包裝生物質(秸桿)成型燃 料零售價格為170美元/噸,高時達280美元/噸;在瑞典 的交貨價格為150美元/噸,高時達250美元。目前國內市 場還不完善,廣東省木質顆粒批發價為750 ~ 850元/噸, 高時達1100元/噸,大連地區木質顆粒批發價為人民幣700 ~ 750元/噸,農作物(秸桿)成型燃料批發價為人民幣 430~ 600元/噸,北京地區約為人民幣650元/噸。2)需 要量方面:國際市場具有廣闊的市場空間,亞洲的日 本、韓國具有較大市場,特別是歐美市場潛力都非常, 年需求生物質成型燃料4000萬噸;在國內市場由于不可 再生能源資源匱乏,急需替代能源,目前年需求生物質 成型燃料3000萬噸。
基于生物質(秸稈)成型燃料的諸多優點和廣闊的 市場前景,國家發改委制訂的《全國生物質能開發利用 工作情況及初步安排意見》和《生物質成銦燃料發展規 劃》中指出,近期內,結合解決農村基本能源需要和改 變農村用能方式,開展生物質(秸稈)成型燃料應用示 范點建設,年消耗(秸稈)成型燃料500萬噸,代替300 萬噸煤;到2020年,使生物質(秸稈)成型燃料成為普 遍使用的一種優質燃料,年消耗(秸稈)成型燃料5000 萬噸,代替3000萬噸燃煤。
5、結語
目前,我國生物質(秸稈)成型燃料開發利用處于初期發展階段,但其工藝技術水平已基本成熟;相關企 業的技術裝備為生產企業的規模化、產品的生產成本 降低奠定了基礎,相信在3-5年內,我國的生物質(秸 稈)成型燃料產業將會得到迅速發展。由于生物質燃料 的可再生屬性,生物質顆粒燃料的原料儲備相當豐富, 生物質(秸桿)成型燃料燃燒性能優越,并且低碳、環 保,隨著對環境問題的日益重視和全球資源緊缺的現實 壓力,國家必然將加大新能源開發利用力度,從資金、 技術、電價、稅收等方面制定一系列扶持政策,降低生 物質(秸稈)成型燃料的研發和生產成本,推進生物質 (秸稈)成型燃料產業的健康發展。