生物质燃料的制备及燃烧性能研究综述

文献综述

魏然

（四川理工学院材料与化学工程学院，四川自贡 643000）

摘要

生物质燃料是植物材料和动物废料等有机物质在内的燃料，作为煤炭、石油和天然气的最佳替代品，因其资源总量的丰富性、分布的广泛性，以及快速的可再生性，当前世界各国对生物质燃料的开发研究正开展的如火如荼。本文综述了几种当前最主要的生物质燃料的利用形式及其制备方法和燃烧特点。

关键词：生物质，燃料，制备，燃烧

前言

生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。包括农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等。生物质能，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。生物质能直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，生物能是由太阳能转化而来，取之不尽、用之不竭，所以生物质燃料也是一种具备替代煤、石油等不可再生燃料的新型燃料。

目前生物质燃料的利用方式主要是直接燃烧，沼气，燃料乙醇、生物柴油等液体燃料，以及生物质气化燃料和生物质固体成型燃料。

1生物质燃料开发和利用的现状

生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。包括农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等。生物质能，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。生物质能直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，生物能是由太阳能转化而来，取之不尽、用之不竭，所以生物质燃料也是一种具备替代煤、石油等不可再生燃料

的新型燃料。

生物质能作为仅次于煤炭、石油和天然气的世界第四大能源，其组成是碳氢化合物，资源总量十分丰富，并且分布广泛。根据生物学家估计，地球陆地每年生产1000亿~1250亿吨生物质；海洋每年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量，相当于世界总耗能的10倍。生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。有许多国家都制定了相应的开发研究计划，在日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其它诸如丹麦、荷兰、德国、法国、加拿大、芬兰等国，多年来一直在进行各自的研究与开发，并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系，拥有各自的技术优势。目前，全球生物质能发电装机容量已超过5000万千瓦，可代替9000多万吨标准煤。美国生物物质发电在世界上处于领先地位，生物质能发电总装机容量超过1万兆瓦，占美国可再生能源发电装机的40%以上。有关资料显示，到2020年，西方发达国际15%的电力将来自生物质发电。

中国是世界人口大国，又是当前世界经济发展最迅速的国家之一，中国2009年消费22.5亿吨标准油的能源，比美国高约4%(约21.6亿吨标准油)，已成为全球最大的能源消费国。而我国生物质能消费尚不足总能源消费的1%，大力发展生物质能对我国节能环保、优化能源结构、保持可持续发展都将起到显著作用为了促进可再生能源的发展，根据《可再生能源法》的要求，国家发展改革委已组织编制了《可再生能源中长期发展规划》，提出了2010年和2020年可再生能源发展目标和任务，其中生物质能是重要的发展领域。规划提出的全国生物质能开发利用的主要目标是：到2010年，生物质发电装机容量达到550万千瓦，沼气年利用量达到190亿立方米，燃料乙醇年利用量达到200万吨，生物柴油年利用量达到20万吨，生物质固体成型燃料达到100万吨，建成50个绿色能源示范县。到2020年，生物质发电装机容量达到3000万千瓦，沼气年利用量达到400亿立方米，燃料乙醇年利用量达到1000万吨，生物柴油年利用量达到200万吨。生物质固体成型燃料达到5000万吨，绿色能源县普及到500个。同时，为促进节能减排、加快建设节约型社会，我国政府通过税收的合理调节支持生物质等可再生能源产业的发展，对属于生物质能源的垃圾发电实行增值税即征即退政策，对国家批准的定点企业生产销售的变性燃料乙醇实行增值税先征后退，对国家批准的定点企业生产销售的变性燃料乙醇实行免征消费税政策。

实用上，生物燃料是指通过生物资源生产的燃料乙醇和生物柴油等，可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源开发利用的重要方向。受世界石油资

源、价格、环保和全球气候变化的影响，20世纪70年代以来，许多国家日益重视生物燃料的发展，并取得了显著的成效。中国的生物燃料发展也取得了很大的成绩，特别是以粮食为原料的燃料乙醇生产，已初步形成规模。

美国科学家最新的研究成果显示，作为目前应用最广泛的两种生物燃料，生物柴油和乙醇燃料尽管比化石燃料更加优越，但不可能满足社会的能源需求。研究人员发现，即使美国种植的所有玉米和大豆都用于生产生物能源，也只能分别满足全社会汽油需求的12%和柴油需求的6%。而玉米和大豆首先要满足粮食、饲料和其他经济需求，不可能都用来生产生物燃料。生物燃料大有可为。

生物质燃料的特点主要有：

1)生物质燃烧所释放的二氧化碳大体相当于其生长时通过光合作用所吸收掉二氧化碳，因此可以认为是二氧化碳零排放。

2)生物质热解后含有大量的挥发分，燃点低，容易燃烧、

3)生物质含氮硫极少，燃烧产物对环境无污染。

4)生物质燃烧后，灰分中含有植物生长所必需的多种营养元素，课作为良好的农用肥料。

2生物质燃料主要制备方法

2.1直接燃烧

生物质直接燃烧是将生物质直接作为燃料燃烧的生物质利用方法，只要分为炉灶燃烧和锅炉燃烧。直接燃烧是生物质能利用中最简单也是最早被采用的方式，但在传统燃烧方式中，生物质燃烧效率极低，能源好资源的浪费都很大。因此，一种方便和高效的生物质直接燃烧技术，具有很好的经济和社会效益。

炉灶在中国沿用时间久、使用广泛。旧式柴灶热效率低（只有10%左右）、浪费严重，且严重污染环境。我国政府在农村大力推广节柴灶后，每年减少数千万吨标准煤的能源消耗。节柴灶的特点主要是：一是热能在灶内停留时间长，利用充分，热效率高（可达20%以上）；二是没有熏烟，污染少；三是质量小，可拆装；四是多功能，灶桥可调整。目前节柴灶在偏远山区仍是生物质能源利用的主要方式。采用先进技术，提高小型炉具的燃烧和热利用效率，降低污染物排放，实现农村炉具的商业化和规模化，是我国浓醇提高生物质直接燃烧利用效率飞主要途径。

锅炉燃烧主要是采用先进燃烧技术，把生物质作为锅炉的燃料，以提高生物质的利用效率，适用于相对集中、大规模利用生物质资源生物质燃料的种类很多，按照锅炉燃烧方式的不同又可分为流化床锅炉和层燃炉等

2.2厌氧与沼气发酵