生物质颗粒燃料及生物质能论文

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目录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66kg6.3元/kg415.8元燃油（重油）锅炉70kg4.5元/kg315元天然气锅炉75Nm³3.5/Nm³263元电锅炉720kw1.2/kwh864元生物质颗粒燃料锅炉200kg1.2元/kg240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4.5kg6.3元/kg28.4元重油5kg4.5元/kg22.5元天然气5.3Nm³3.5/Nm³18.5元电47kw1.2/kwh56.4元电（使用热泵能耗比为1:3:5）47kw÷3.5=13.4KW1.2元/kwh16元生物质颗粒燃料10.4kg1.2元/kg12.4元摘要如今,节能减排越来越多地和新能源共同出现。上世纪70年代以来,新能源开发利用受到世界各国的普遍重视,许多国家都将开发利用新能源作为提高能源安全、应对气候变化和实施可持续发展战略的重要途径。近几年,随着国际石油价格不断攀升,电力供应日趋紧张,能源问题已成为制约经济社会可持续发展的瓶颈。石油、煤炭等传统能源大量消耗及其造成的环境污染,对能源枯竭的担心和对气候变化的忧虑,促使人们不仅致力于开发传统化石能源的替代品———新能源,而且更多地注重提高能源使用效率和关注能源的环境效益。因此,生物质能、太阳能、风能、水能、核能、地热、天然气等新型清洁能源的开发愈加成为国际新能源发展领域的热点。为了优化能源结构,保障能源安全,保护环境和可持续发展,能源多样化已成为我国能源战略的核心目标之一。开发新型能源与高效节能技术成为我国的当务之急。我国农村节能减排有着巨大的市场和潜力。在农村开发利用可再生的生物质能源,既能发展节约型农业,推动经济增长方式转变,又能实现农业废弃物的二次利用,搞好农村环境污染防治,推进农村节能环保工作。关键字：新能源、生物质能、可持续发展第一章我国农村环境现状和生物质资源情况1.1我国农村环境现状近年来,我国农村环境问题日益突出,农村生产和生活中存在的环境问题,已成为农村经济社会可持续发展的制约因素。随着我国农业生产能力大幅度提高,畜禽养殖业污水、粪便、农作物秸秆以及残留农膜等农业生产过程中的废弃物大量增加,面源污染问题突出。全国因固体废弃物堆存而占用和毁损的农田面积已超过13.33万hm2,3亿多农村人口面临饮水不安全问题。一些地区由于环境污染引发的各类疾病明显上升,还有一些地区农田污水灌溉、过量施用化肥和农药,导致农作物品质下降、减产甚至绝收。1.2我国农村生物质资源情况我国有丰富的生物质能资源,开发程度还很低,开发利用有巨大潜力。据测算,目前我国农村每年产生生活污水约80亿t,生活垃圾约1.2亿t,畜禽粪便排放总量达25亿t,农作物秸秆6亿多t,农产品加工业废弃物(稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣、棕榈壳等)超过1亿t。这些农业生产废弃物、污染物等生物质资源的资源化综合利用率很低,大部分没有得到有效利用。此外,有不少荒山、荒坡、盐碱地等边际性土地待开发,可种植甜高粱、甘蔗、木薯、甘薯等非粮能源作物。第二章生物质、生物质能的概念和生物质资源类型2.1生物质和生物质能的概念生物质是指通过光合作用形成的各种有机体,包括所有的动物、植物和微生物。生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量。从广义上讲,生物质能是以生物质为载体的太阳能,它直接或间接来源于绿色植物的光合作用,一般是指能作为燃料的这部分生物质。地球上的生物质能极为丰富。陆地上的树木、草类、农作物秸秆、江河湖海中的藻类等水生植物、动物的粪便、生活垃圾、某些工业生产中的废液和有机废物等,都是可以利用的生物能源。2.2生物质资源类型生物质资源一般分为4大类:固体生物质、液体生物燃料、沼气和垃圾。固体生物质包括农业废弃物、林业废弃物等,农业废弃物主要指农业生产和加工过程中形成的废弃物,如农作物秸秆、稻壳等;林业废弃物主要指林木生产、采用和加工过程中形成的废弃物。液体生物燃料主要指以非粮食能源作物、树生能源油料等为原料生产的生物柴油、生物乙醇等。通过生物质资源利用所获取的能源即生物质能,其表现形式有热能、电能、沼气以及各种生物燃料。第三章生物质和生物质能的主要利用方式3.1农作物秸秆的综合利用我国广大农村具有丰富的农作物秸秆资源,有效利用率还很低。每年夏收、秋收期间,各地政府通过疏堵结合,加强农作物秸秆禁烧工作。但是,仍有许多农作物秸秆白白烧掉,或者作为烧柴直接燃烧,一方面造成了环境污染,另一方面也造成资源的极大浪费。若将这些秸秆资源多渠道、多途径利用就能实现废物的二次利用,大大提高其利用率,不仅节约农业资源,增加农民收入,还能起到节能环保的作用。农作物秸秆综合利用工作,各地多是以机械化秸秆还田作肥料作为主渠道,秸秆堆沤还田技术、秸秆压块饲料技术、秸秆青贮饲料技术、利用秸秆作基料种植食用菌技术等循环农业技术不同程度地得到推广应用。比如秸秆还田,不仅可以保墒节水,增强土壤肥力,防止土壤的板结、退化、沙化,还可以抑制杂草的生长,免打除草剂,省时省力,节约开支。随着我国节能环保技术的进步和创新,农作物秸秆成为清洁、环保、可再生的生物质能的重要来源,可将生物质能转化成高能效的液体或气体燃料,而且秸秆成本低,污染少,效益高。秸秆气化站建设、秸秆沼气项目、秸秆发电项目、秸秆固化成型燃料项目、秸秆生产乙醇项目等的新能源开发,正在各地不断出现。但这些技术在我国刚刚起步,比如秸秆发电项目也仅限于个别地区,秸秆回收辐射范围不大,回收利用量都还有限。以河北省为例,晋州、威县、成安生物质发电示范项目建成后,涿鹿、赤诚生质能发电(秸秆发电)项目今年也被核准。3.2液体生物燃料的开发利用巴西是全球生产生物乙醇最多的国家,以甘蔗为主要原料生产乙醇燃料,2005年的产量达到1300万t,占世界生物乙醇总产量的48%。美国主要以玉米为原料生产乙醇燃料,2005—2006年用于生产乙醇燃料的玉米达到4200万t,占国内总消耗量的24%。荷兰等欧洲国家主要以从东南亚、印尼、马来西亚等进口的棕榈油为主要原料生产液体燃料,导致一些发展中国家为了增加生物燃料的出口,甚至大片砍伐热带雨林,从而引发森林、湿地等自然保护区的流失,其环境破坏作用甚至可能超过生物燃料所带来的好处。发展生物燃料成为应对全球能源危机和气候变化的有效途径之一,但必须注重生物燃料的可持续发展,不能以牺牲环境为代价,顾此失彼。2006年我国燃料乙醇产能已达132万t,成为继巴西和美国之后的第三大燃料乙醇生产国。“十一五”末期,我国生物燃料乙醇生产能力计划达到522万t·a-1,到2020年发展燃料乙醇至1500万t。然而,随着建设燃料乙醇项目的热情高涨,其主要原料玉米的价格上升明显。且生产1t燃料乙醇平均需要消耗3.3t玉米,“人车争粮”趋势凸显。以粮食生产燃料乙醇的能源转换方式,逐渐被证实不符合我国国情,2006年底被国家发改委叫停。我国以非粮作物为原料的生物能源产业正处于一个关键发展时期,当前制约其发展的主要瓶颈是原料短缺。我国液体生物燃料的发展定位必须正确,要坚持不与人争粮、不与粮争地、不破坏生态环境的原则,要坚持走原料多元化的道路。我国有大量盐碱地、荒山、荒地等未利用土地资源,可规模化开发利用的能源作物较多,可因地制宜的开发用于燃料乙醇的甜高粱、甘蔗、木薯、甘薯、甜菜等和用于生物柴油的棉花(籽)、蓖麻等能源作物。我国自主选育的甜高粱系列品种已经在黑龙江、内蒙古、山东、河北、新疆等地大面积种植,并开展了以甜高粱为原料的燃料乙醇生产试点。而甘蔗、木薯、甘薯、甜菜等非粮作物制取燃料乙醇尚处于起步阶段,今后这些资源的开发利用将会加大。为满足国家对液体生物燃料的原料需要,国家林业局宣布0.133亿hm2林地将用于生物质能源开发。今年首批在云南、四川启动4万多hm2。树生能源油料是生物柴油、发电所需的原料,有些树种的果实含油量高达50%。“十一五”期间,中国将通过培育生物质能源林满足600万t生物柴油的供应和1500万kW机组发电所需原料。林业生物质能源是一种可再生能源,通过发展生物质能源林基地建设,实现林油一体化,解决能源的可替代问题,也解决了生态问题。这些树木在提供生物质能源的同时,发挥着巨大的生态效益,还可以解决农民的致富问题。此外,国内首条利用秸秆生产燃料乙醇的生产线在山东省东平县正式投产,国内首家10万t生物酶法生产生物柴油项目(通过生物作用将废弃的动、植物油脂转化为生物柴油)在河北省秦皇岛市正式启动。开展生物柴油、生物乙醇等的研发和产业化示范,成为当前我国生物能源产业发展迫切需要解决的重大问题。3.3垃圾无害化处理和资源化利用我国农村生活垃圾只有小部分进行了简易填埋,绝大部分则是倾倒于渠道、江河、田地、村头、路边等,成为污染环境的公害。即使简易填埋,不仅占用土地,也往往会污染地下水和土壤。垃圾也是可以利用的生物质资源,可以结合农村环境污染防治,将其变废为宝,为广大农村生产生活中的垃圾找到出路,解决好农村的节能环保问题。浙江省诸暨市利用福建丰泉环保集团研发的LHC中型生活垃圾热解焚烧系统,“火攻”农村垃圾的做法值得推广。这种专门针对我国县城、乡镇农村开发的中型垃圾焚烧炉,整套造价(3000万元)相当于建一个卫生填埋厂,运行费用大约每吨50~60元,也相当于卫生填埋的费用。这种新工艺焚烧炉破解了农村生活垃圾焚烧成本高(热值低、灰分高、渣土多)、环保难达标(往往造成空气污染,产生大量二恶英等强致癌物质)的难题,环保部门对其检测的结果表明各种排放指标远远低于国家标准。垃圾经高温焚烧后形成的炉渣,可以用作生产建材产品的原料———砖;焚烧产生的高温烟气,通过余热锅炉转换为热水,可以用于集中供暖和供热水;大中城市城乡结合部、县城、城镇等还可以利用产生的热水、蒸汽,开办大众浴池、温室游泳馆、温室植物园、社区活动中心等,发展循环经济,实现环境保护和经济发展的双赢。3.4畜禽粪便无害化处理和资源化利用我国每年产生的25亿多t畜禽粪便,若能有效地利用,可以产生数量巨大的沼气,成为农村高效清洁的优质燃料。同时,可以解决大量畜禽粪便对环境污染的问题,尤其是减少地表水和地下水源的污染。3.4.1户用沼气池建设农村沼气池建设,即“畜禽养殖—沼气—果(菜)种植”三位一体的生态农业体系、循环经济模式,一般是建于农家庭院,作为一项“生态家园富民工程”。各地农村沼气池建设方兴未艾,把沼气池建设与改水、改厕、改圈、改灶联系起来,与文明生态村创建、乡村清洁工程相结合,使人畜禽粪便直接放入沼气池中发酵,产生高效清洁的优质燃料———沼气。沼气用于农户做饭、烧水、照明,解决了用沼气农户70%以上的生活用能,产生的沼液、沼渣作为优质有机肥料,并促生庭院经济如养猪业、蔬菜林果业、日光大棚等的发展,为农民增收节支;沼气的使用,能够节约大量的煤、电、薪柴,保护森林资源,减少排放大量的CO2、SO2等有害气体;能够美化清洁农家庭院,解决农村脏乱差的现象,提高农村生活质量,产生的经济效益、生态效益和社会效益都非常显著。近年来,我国农村沼气建设卓有成效,经验之一就是国家和各级地方政府的支持引导。仅2003—2006年,国家共安排55亿元国债资金在4.8万个村建设沼气。目前,我国已经推广农村户用沼气池1800多万户,沼气普及率11%,适宜农户沼气普及率达到18.74%。3.4.2大中型沼气池建设在畜禽养殖业发达的乡镇、城郊及大中型养殖场,建设大中型沼气池,实现沼气集中供气。根据养殖场所在地的经济发展水平、养殖业和种植业布局等具体情况,因地制宜地选择生产沼气、堆肥、各类环境工程等技术模式,切实解决农村畜禽养殖污染问题,实现畜禽养殖污染物的资源化综合利用,使污染物达标排放。据国家环境保护总局2006年发布的《国家农村小康环保行动计划》,到2010年,完成500个规模化畜禽养殖污染防治示范工程建设,其中东、中、西部分别完成200个、180个、120个示范工程建设。在重点流域、区域和规模化畜禽养殖污染物排放量较高的地区,优先建设规模化畜禽养殖污染防治示范工程。农业部发布的《农业生物质能产业发展规划(2007—2015年)》提出:到2010年全国农村户用沼气总数要达到4000万户,占适宜农户的30%左右,年生产沼气155亿m3;新建规模化畜禽养殖场、养殖小区沼气工程4000处,年新增沼气3.36亿m3。到2015年,全国农村户用沼气总数要达到