中国生物质能利用技术评价
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清洁电力行动
中国生物质能利用技术评价
骆仲泱,周劲松,王树荣,余春江,方梦祥,岑可法
$浙江大学 能源洁净利用与环境工程教育部重点实验室,浙江 杭州 .-((2& %
摘要:本文针对目前我国已有的生物质能利用技术进行技术评价,主要有生物质燃烧技术
$ 包括炉灶燃烧技术、锅炉燃烧发电技术和生物质型煤技术 %、生物质气化技术 $ 包括生物质气化技 术、生物质气化发电技术 % 和生物质热裂解液化技术。本文在阐述我国生物质能源开发利用的意
与发达国家生物质能利用技 术相比,我国还相对落后。中国目 前生物质能的燃烧利用方式主要有 两种:一种是在农村广泛存在的炊 事炉灶中低效率利用,另一种是很 少部分生物质利用层燃燃烧设备燃 烧,但效率也不高。!" 年代以来, 全国多家高校及科研机构在研制生 物质气化技术和装置方面相继取得 了一系列重要成果。然而,我国目 前生物质能热化学转换技术的应用 远不理想,生物质热化学转换利用 典型的是面向农村集中供气的秸杆 气化工程。 本文将对目前我国已有的生 物质能 利 用 技 术 进 行 技 术 评 价 , 主要有生物质燃烧技术#包 括 炉 灶燃烧技术、锅炉燃烧发电技术 和 生 物 质 型 煤 技 术 $、 生 物 质 气 化 发 电 技 术%包 括 生 物 质 气 化 技 术、生物质气化发电技术&和 生 物质热裂解液化技术。
!" 年代初兴起的循环流化床燃烧
技术,使燃烧效率的进一步提高 成为可能。生物质流化床锅炉最 适合燃用各种水分大、发热值低 的生物质,并且有较高的燃烧效 率和锅炉热效率,具有较广的生 物质燃料适应性。燃生物质流化 床锅炉是大规模高效利用生物废 料最有前途的技术之一。 对于生物质大规模燃烧发电 来说,近期有前景的应用也许是 在现有电厂利用木村或农作物的 残余物与煤的混合燃烧。利用此
第 %& 卷 第 ( 期 %,,- 年 ( 月
中国能源
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清洁电力行动
取得了较大进展。
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生物质的直接燃烧与 技术,除了显而易见的废物利用 好处之外,另一个好处是燃煤电 厂 可 降 低 678 的 排 放 。 因 为 木 材的含氨量比煤少,并且木材中 的水份使燃烧过程冷却,减少了
678 的 热 形 成 。 目 前 , 国 内 已
有多家锅炉厂家生产生物质和煤 混烧的链条炉和流化床炉。典型 的混燃锅炉,分别在东南亚国家 和我国广东、浙江等省运行。其 中东方锅炉厂生产的 , 台
9:,,"0) +!/(2 型烟煤与纸渣混烧
循环流化床锅炉已在浙江宁波投 运,为目前我国最大的生物质与 煤混烧锅炉。 生物质型煤是指破碎成一定 粒度和干燥到一定程度的煤及可 燃生物质,按一定比例掺混,加 入少量固硫剂,利用生物质中的 木质素、纤维素、半纤维素等与 煤粘结性的差异压制而成。生物 质在其中既起粘结作用又起助燃 作用。国内研究机构如浙江大 学、清华大学、煤炭科学研究总 院北京煤化学研究所和哈尔滨理 工大学等进行了生物质型煤的某 些开发工作和实验室研究。山东 临 沂 生 物 质 型 煤 示 范 厂 ()); 年 动 工 , ())- 年 建 成 , 是 目 前 国 内惟一的一家工业规模的生物质 型煤生产厂,设在山东临沂矿务 局汤庄煤矿内。该厂的设计年产 量为 2 万 /%-./01,每年以 ,-" 天 计, ,;.小时运转 $,实际年产量 为 ( 万 /。 生 物 质 型 煤 虽 然 具 有 优良的燃烧性能和环保节能效 应,但在中国尚处于实验室研 究、工业试生产阶段,尚未形成 规模产业,技术经济因素阻碍了 它的工业化发展应用。
用的意义 我国的生物质资源非常丰 富 , !""# 年 我 国 的 各 种 主 要 农 作 物 秸 杆$稻 杆 、 麦 杆 、 玉 米 杆 等 % 总 量 为 &’() 亿 *, 农 业 加 工 残余物 $ 稻壳、蔗渣等 % 约为 (’+, 亿 *, 薪 材 及 林 业 加 工 剩 余 物 合 理资源量为 -’)+ 亿 *,人畜粪便 生物质资源总量为 ,’,. 亿 *,城 市生活垃圾污水中的有机物约
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生物质燃烧技术 炉灶燃烧技术
自 ’" 年 代 以 来 , 政 府 先 后 实施了一大批生物质能利用研究 项目和示范工程,到 ())* 年底, 推广省柴节煤炉灶 (+’ 亿户,每 年减少了数千万吨标准煤的能源 消耗。在最近的一段时间内,节 柴灶的推广应用仍然是农村,特 别是偏远山村生物质能利用的一 个重要 的 方 面 。 采 用 先 进 技 术 , 提高全国数亿台小型炉具的燃烧 和热利用效率,降低污染物的排 放,开发燃用农作物的生物质炉 具,实现农村炉具的商品化、规 模化,以达到更广泛的应用,对 于改变我国农村现有的燃烧状 况,具有重大的意义,而且也具 有非常广阔的市场前景。
利用技术大致可分为三类:一是 直接燃烧,直接燃烧的主要目的 是为了获取热量;二是生物转换 技术,通过微生物发酵方法制取 液体燃料或气体燃料。三是化学 转换技术,其又可分为有机溶剂 提取法、气化法和热分解法。而 按过程的表观现象将转换技术分 为燃烧、干化学转换和液化。自 “七 五 ” 以 来 , 我 国 已 开 展 了 广 泛的生物质高品位的转换装置和 利用技术的研制和开发,在生物 质气化、液化和致密成型方面都
义的基础上,综述了上述各种技术发展现状与近年来的应用情况,对我国生物质能利用技术的发 展有参考价值。 关键词:生物质;燃烧;气化;液化;技术评价 中图分类号:4#555 文献标识码: 6555 文章编号:-((. .2.))$2((,%(".((.".,0
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力折合 & 亿 *01 左右,而目前年
收稿日期: 2((, .(".,/ 作者简介:骆仲泱$-"#23 %,男,博士,教授,主要从事流化床燃烧理论与技术、生物质能的综合利用技术、大气污染控制与治理等方面研究。
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混合燃烧技术 哈尔滨工业大学较早进行了 生物质燃料的流化床燃烧技术研 究,研制成功 (,+-./01 燃 甘 蔗 渣 流化床锅炉。浙江大学提出了用 于不同规模、各种炉型的生物质 燃烧系统的生物质利用转化方 案,并先后与无锡锅炉厂、杭州 锅炉厂合作开发了 ("./01 燃用咖 啡渣流化床发电锅炉、 2-./01 燃 用稻壳流化床锅炉以及 ("./01 燃 用稻壳的链条炉。另外,为了提 高生物质在小型燃烧装置上的利 用效率,浙江大学还致力于成型 燃烧技术和流化床混烧技术的研 究。浙江宁波中华纸业公司分别 于 ())’ 年和 ())! 年投运 ,,"./01 烟煤和纸渣混烧的 345 锅炉,为 目前最大的生物质混烧锅炉。 利用生物质原料生产热能的 传统办法是直接燃烧。无锡锅炉 厂链条层燃炉采用了双层燃烧结 构,即悬浮燃烧和层燃燃烧,在 传统的送风装置上加上大量的播 料风,改变层燃状况。增加木粉 喷燃口。这种锅炉的适应性较差, 要保证锅炉的负荷,必须保证层 燃的正常,风的分配也比较复杂。
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中国生物质能源开发利
实 际 使 用 量 为 2’2 亿 *01 左 右 。 因此,我国的生物质资源还有很 大的开发潜力。另外,生物质能 在我国商业用能结构所占的比例 极小,其主要被作为一次能源在 农村被利用,但大部分被直接作 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 合 理 开 发 使 用 生 物 质 能 , 改善我国尤其农村的能源利用环 境,加大生物质能源的高品位利 用具有重要的经济意义。 一般来讲,生物质能的转换
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生物质气化技术
我国的生物质气化研究和应
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第 !" 卷 第 # 期 !$$% 年 # 月
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用起步比较早,对农、林业废弃 物等生物质资源的气化技术的深 入研究是在 !" 年代末、 #" 年代 初才广泛开展起来的。这些技术 中,推广应用比较广泛的有中国 科学院广州能源所开发的上吸式 生物质气化炉和循环流化床气化 炉、中国农业机械化科学研究院 研 制 的 $% 系 列 生 物 质 气 化 炉 、 山 东 省 能 源 研 究 所 研 制 的 &’( 系列秸杆气化炉、大连环境科学 院开发的木柴干馏工艺以及商业 部红岩机械厂开发的稻壳气化发 电技术等。这些气化技术普遍具 有可靠、耐用、简单和原料适应 性好等特征,注重在应用中的实 际效果,可以最大限度地开发利 用当地 的 农 、 林 业 废 弃 物 资 源 , 达到了化害为利、变废为宝的目 的,有利于环保。在设计上采用 一些特殊的结构,成功地解决了 生物质原料水分、挥发分含量 高、容重小、休止角大等因素给 气化过程带来的困难;在功能上 适应多 种 作 业 需 求 , 包 括 烘 干 、 加热、供暖等热利用和发电动力 应用。 国内目前生物质气化过程中 所采用的气化炉主要为固定床气 化炉和流化床气化炉。固定床气 化炉比较成熟,并在我国已有商 业运行的实例。但其容量大都是 小型的,大容量的仍有待于开发。 流化床气化炉是近年来发展起来 的一种炉型,适合大规模处理生 物质物料。迄今为止,商业运行 的循环流化床气化炉只是用于产 出可燃气供热或发电,以木材废 弃物为原料,功率在 )*.+*,-./。 但与发达国家生物质气化技 术相比,我国目前在这方面相对 落后,特别在实际应用方面,生 物质气化目前仍停留在少数几个 示范装置上,而且主要是小规 模、固定床类型,存在着燃气热 值低、燃料利用率低、燃气净化 不彻底等问题。 由于我国现在经济高速发 展,电力供应日趋紧张,许多地 区和单位不得不使用高成本的柴 油发电机作为供电设备。另一方 面,我国对农业生物质缺乏有效 利用、价格便宜、有的甚至造成 浪费,在这种情况下利用农业生 物质进行气化发电,将取得更大 的经济效益。我国已研制的中小 型生物质气化发电设备功率从几 千瓦到 01"",2.。但由于生物质 种类的复杂性和气化发电技术本 身固有的特点,现在还有一些问 题没有 解 决 , 如 灰 的 处 理 问 题 、 气体净化问题和废水处理等问 题。从气化炉的结构上看,有层 式下吸式气化炉、开心式气化 炉、下吸式气化炉和循环流化床 气化炉四种。从气体内燃机上 看,有单位燃料气体内燃机、双 燃料内燃机,单机最大功率为
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$ 包括炉灶燃烧技术、锅炉燃烧发电技术和生物质型煤技术 %、生物质气化技术 $ 包括生物质气化技 术、生物质气化发电技术 % 和生物质热裂解液化技术。本文在阐述我国生物质能源开发利用的意
与发达国家生物质能利用技 术相比,我国还相对落后。中国目 前生物质能的燃烧利用方式主要有 两种:一种是在农村广泛存在的炊 事炉灶中低效率利用,另一种是很 少部分生物质利用层燃燃烧设备燃 烧,但效率也不高。!" 年代以来, 全国多家高校及科研机构在研制生 物质气化技术和装置方面相继取得 了一系列重要成果。然而,我国目 前生物质能热化学转换技术的应用 远不理想,生物质热化学转换利用 典型的是面向农村集中供气的秸杆 气化工程。 本文将对目前我国已有的生 物质能 利 用 技 术 进 行 技 术 评 价 , 主要有生物质燃烧技术#包 括 炉 灶燃烧技术、锅炉燃烧发电技术 和 生 物 质 型 煤 技 术 $、 生 物 质 气 化 发 电 技 术%包 括 生 物 质 气 化 技 术、生物质气化发电技术&和 生 物质热裂解液化技术。
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技术,使燃烧效率的进一步提高 成为可能。生物质流化床锅炉最 适合燃用各种水分大、发热值低 的生物质,并且有较高的燃烧效 率和锅炉热效率,具有较广的生 物质燃料适应性。燃生物质流化 床锅炉是大规模高效利用生物废 料最有前途的技术之一。 对于生物质大规模燃烧发电 来说,近期有前景的应用也许是 在现有电厂利用木村或农作物的 残余物与煤的混合燃烧。利用此
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678 的 热 形 成 。 目 前 , 国 内 已
有多家锅炉厂家生产生物质和煤 混烧的链条炉和流化床炉。典型 的混燃锅炉,分别在东南亚国家 和我国广东、浙江等省运行。其 中东方锅炉厂生产的 , 台
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循环流化床锅炉已在浙江宁波投 运,为目前我国最大的生物质与 煤混烧锅炉。 生物质型煤是指破碎成一定 粒度和干燥到一定程度的煤及可 燃生物质,按一定比例掺混,加 入少量固硫剂,利用生物质中的 木质素、纤维素、半纤维素等与 煤粘结性的差异压制而成。生物 质在其中既起粘结作用又起助燃 作用。国内研究机构如浙江大 学、清华大学、煤炭科学研究总 院北京煤化学研究所和哈尔滨理 工大学等进行了生物质型煤的某 些开发工作和实验室研究。山东 临 沂 生 物 质 型 煤 示 范 厂 ()); 年 动 工 , ())- 年 建 成 , 是 目 前 国 内惟一的一家工业规模的生物质 型煤生产厂,设在山东临沂矿务 局汤庄煤矿内。该厂的设计年产 量为 2 万 /%-./01,每年以 ,-" 天 计, ,;.小时运转 $,实际年产量 为 ( 万 /。 生 物 质 型 煤 虽 然 具 有 优良的燃烧性能和环保节能效 应,但在中国尚处于实验室研 究、工业试生产阶段,尚未形成 规模产业,技术经济因素阻碍了 它的工业化发展应用。
用的意义 我国的生物质资源非常丰 富 , !""# 年 我 国 的 各 种 主 要 农 作 物 秸 杆$稻 杆 、 麦 杆 、 玉 米 杆 等 % 总 量 为 &’() 亿 *, 农 业 加 工 残余物 $ 稻壳、蔗渣等 % 约为 (’+, 亿 *, 薪 材 及 林 业 加 工 剩 余 物 合 理资源量为 -’)+ 亿 *,人畜粪便 生物质资源总量为 ,’,. 亿 *,城 市生活垃圾污水中的有机物约
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生物质燃烧技术 炉灶燃烧技术
自 ’" 年 代 以 来 , 政 府 先 后 实施了一大批生物质能利用研究 项目和示范工程,到 ())* 年底, 推广省柴节煤炉灶 (+’ 亿户,每 年减少了数千万吨标准煤的能源 消耗。在最近的一段时间内,节 柴灶的推广应用仍然是农村,特 别是偏远山村生物质能利用的一 个重要 的 方 面 。 采 用 先 进 技 术 , 提高全国数亿台小型炉具的燃烧 和热利用效率,降低污染物的排 放,开发燃用农作物的生物质炉 具,实现农村炉具的商品化、规 模化,以达到更广泛的应用,对 于改变我国农村现有的燃烧状 况,具有重大的意义,而且也具 有非常广阔的市场前景。
利用技术大致可分为三类:一是 直接燃烧,直接燃烧的主要目的 是为了获取热量;二是生物转换 技术,通过微生物发酵方法制取 液体燃料或气体燃料。三是化学 转换技术,其又可分为有机溶剂 提取法、气化法和热分解法。而 按过程的表观现象将转换技术分 为燃烧、干化学转换和液化。自 “七 五 ” 以 来 , 我 国 已 开 展 了 广 泛的生物质高品位的转换装置和 利用技术的研制和开发,在生物 质气化、液化和致密成型方面都
义的基础上,综述了上述各种技术发展现状与近年来的应用情况,对我国生物质能利用技术的发 展有参考价值。 关键词:生物质;燃烧;气化;液化;技术评价 中图分类号:4#555 文献标识码: 6555 文章编号:-((. .2.))$2((,%(".((.".,0
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用起步比较早,对农、林业废弃 物等生物质资源的气化技术的深 入研究是在 !" 年代末、 #" 年代 初才广泛开展起来的。这些技术 中,推广应用比较广泛的有中国 科学院广州能源所开发的上吸式 生物质气化炉和循环流化床气化 炉、中国农业机械化科学研究院 研 制 的 $% 系 列 生 物 质 气 化 炉 、 山 东 省 能 源 研 究 所 研 制 的 &’( 系列秸杆气化炉、大连环境科学 院开发的木柴干馏工艺以及商业 部红岩机械厂开发的稻壳气化发 电技术等。这些气化技术普遍具 有可靠、耐用、简单和原料适应 性好等特征,注重在应用中的实 际效果,可以最大限度地开发利 用当地 的 农 、 林 业 废 弃 物 资 源 , 达到了化害为利、变废为宝的目 的,有利于环保。在设计上采用 一些特殊的结构,成功地解决了 生物质原料水分、挥发分含量 高、容重小、休止角大等因素给 气化过程带来的困难;在功能上 适应多 种 作 业 需 求 , 包 括 烘 干 、 加热、供暖等热利用和发电动力 应用。 国内目前生物质气化过程中 所采用的气化炉主要为固定床气 化炉和流化床气化炉。固定床气 化炉比较成熟,并在我国已有商 业运行的实例。但其容量大都是 小型的,大容量的仍有待于开发。 流化床气化炉是近年来发展起来 的一种炉型,适合大规模处理生 物质物料。迄今为止,商业运行 的循环流化床气化炉只是用于产 出可燃气供热或发电,以木材废 弃物为原料,功率在 )*.+*,-./。 但与发达国家生物质气化技 术相比,我国目前在这方面相对 落后,特别在实际应用方面,生 物质气化目前仍停留在少数几个 示范装置上,而且主要是小规 模、固定床类型,存在着燃气热 值低、燃料利用率低、燃气净化 不彻底等问题。 由于我国现在经济高速发 展,电力供应日趋紧张,许多地 区和单位不得不使用高成本的柴 油发电机作为供电设备。另一方 面,我国对农业生物质缺乏有效 利用、价格便宜、有的甚至造成 浪费,在这种情况下利用农业生 物质进行气化发电,将取得更大 的经济效益。我国已研制的中小 型生物质气化发电设备功率从几 千瓦到 01"",2.。但由于生物质 种类的复杂性和气化发电技术本 身固有的特点,现在还有一些问 题没有 解 决 , 如 灰 的 处 理 问 题 、 气体净化问题和废水处理等问 题。从气化炉的结构上看,有层 式下吸式气化炉、开心式气化 炉、下吸式气化炉和循环流化床 气化炉四种。从气体内燃机上 看,有单位燃料气体内燃机、双 燃料内燃机,单机最大功率为