生物质直接燃烧利用现状
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
２．１ 生物质燃料特点
作为最早的一种能源载体， 生物质燃料具有如下特点： １） 生 物 质 燃 烧 所 释 放 出 的 ＣＯ２ 大 体 相 当 于 其 生 长 时 通 过光合作用所吸收的 ＣＯ２， 因此可以认为是 ＣＯ２ 的零排放。 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［２６］， 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 ，可 作 为 良 好 的 农 用 肥 料 ［２７］。
随着社会的发 展 ， 煤 炭 、石 油 等 一 次 性 能 源 不 断 减 少 ， 世 界 面 临 能 源 危 机 ， 生 物 质 、生 物 质 能 越 来 越 广 泛 地 被 各 国 所 重视 ， 从最初的认识 生 物 质 是 城 市 有 机 垃 圾［１］， 进 而 扩 展 到 任 何可再生的或可循环的有机物质 （ 不包括多年生长的用材 林） ［２］。生物质能就是蕴藏在生 物中的太阳能 ， 是绿色植物通 过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的 能 量［３］。
虽然我国有丰富的生物质资源， 但我国的生物质能研究 开发工作起步却较晚。１９７０ 年代我国广大农村地区出现了缺 少薪材的危机［１８］， 为了解决广大人民群众的生活问题 ， 科研工 作者筛选出许多优良的柳 树品种［１９］， 并引进多种国外树种 ， 如 银 合 欢 、火 炬 松 、黑 荆 等 ， ［２０］ 同 时 还 筛 选 出 适 应 于 西 北 地 区 能 在 当 地 立 地 条 件 下 生 长 并 能 满 足 当 地 生 产 的 树 种［２１］， 我 国 在 筛选树种的基础上同时进行了大量的生物量测定实验， 确定 了最佳的种植密度及种植方式［１９－２１］。与国外相比， 我国 热值高 的 树 种 要 比 国 外 丰 富［２２］， 如 在 华 北 石 质 山 地 地 区 ， 火 炬 树 、紫 穗 槐 、黄 栌 、山 桃 、山 杏 、刺 槐 等 ， ４ 年 的 生 物 量 分 别 为 ８．５２ｔ／ ｈｍ２、５．８８ｔ／ ｈｍ２、５．１２ｔ／ ｈｍ２、３．８０ｔ／ ｈｍ２、３．７６ｔ／ ｈｍ２、３．５６ｔ／ ｈｍ２， 热值分别为 １６ ３３８ｋＪ／ｋｇ、１７ ０６４．６ｋＪ／ｋｇ、１９ ６９３．８ｋＪ／ｋｇ、１９ ８２８．２ｋＪ／ｋｇ、 １９ ７７３．６ｋＪ／ｋｇ、１９ ０８４．８ｋＪ／ｋｇ， 分别相当于标煤为 ４．７５ｔ／ｈｍ２、３．４２ｔ／ｈｍ２、 ３．４４ｔ／ｈｍ２、２．５７ｔ／ｈｍ２、２．５４ｔ／ｈｍ２、２．３２ｔ／ ｈｍ２。对于山地地区， 即使采用 粗放经营， 生物量也相当可观。因此， 不论什么样的生物质能 利用方式［２３－ ２４］， 我国都具有重要的生物质原料来源。
２．２ 生物质与生物质型煤的燃烧过程
生物质的燃烧过程有如下特点： １） 生物质燃 料 密 度 小 ， 结 构 比 较 松 散 ， 挥 发 分 含 量 高 ， 在 生物质燃烧过程中， 若空气供应不当， 挥发分就会不被燃尽 而排出。 ２） 不论 生 物 质 的 来 源 于 草 本 还 是 林 木 ， 其 热 解 后 的 组 成 成 分 基 本 一 致 ［２８］。 ３） 生物质在挥发分燃尽后， 燃料剩余物为焦炭， 气流运动 会将炭粒带入烟道， 并且固定碳受到灰分包裹， 燃烧较难， 因 此， 在固定碳燃烧阶段， 气流不宜太强。气流与燃烧速度符合 以 下 公 式 ［２９］：
国的基本国情和生物质利用开发水平而言， 生物质直接燃烧技
术无疑是最简便可行的高效利用生物质资源的方式之一。
１ 生物质量
生物质是生物质能的载体， 巨大的生物量为生物质能利
用的前提条件， 世界上约有 ２５０ ０００ 种 生物每秒钟获得的太
阳能相当于 ５００ 万 ｔ 优质煤发出的能量， 每年经光合作用生
成的生物质能总量约为 １ ４４０ 亿～１ ８００ 亿 ｔ， 相当于 ３×１０１２ｋＪ
１．２ 国内可利用的生物质
我国生物质能资源丰富， 据测算， 我国理论生物质能资 源大约相当于 ５０ 亿 ｔ 标准煤， 是目前我国总能耗的 ４ 倍左右［２］。 据 １９９８～２００３ 年的统计数据估算， 我国的可开发生物质资源 总量在 ７ 亿 ｔ 左 右， 其中农作物秸 杆 约 ３．５ 亿 ｔ， 占 ５０％以 上 。 而目前主要利 用 的 是 秸 杆 ， 一 年 农 作 物 秸 杆 资 源 量 超 过 ７．２ 亿 ｔ， 约合 ３．６ 亿 ｔ 标准煤。
的能量［１１］， 这大约相当于 ２ ０００ 亿 ｔ 的标煤［３］， 是现在世界 能 源 消
耗 总量的 １０ 倍 左 右 。 地 球 上 生 物 质 的 潜 力 可 达 到 现 实 能 源
消费的 １８０～２００ 倍。ＢＡＳＦ（ 德国的化学巨人） 提 供的材料表
明［１０］， 我 们 用 的 生 物 质 能 只 占 每 年 绿 色 植 物 固 定 的 ７％， 尚 有
"!! # Ｓｘ＝
ｎ
ｍ
（Ｆｉｊ ｙｉｊ Ｑｉｊ ＋Ｔｉｊ Ｘｉｊ Ｙｉｊ ）
＋
１ ３
Ｗ
ｉ ＝ １ｊ ＝ １
式中 Ｓｘ－ 统计地域范围的薪资量源， 万 ｔ；
ｉ－ 范围内的区域数， １， ２， ３…； ｊ－ ｉ 区域内有薪炭林﹑防护林……共 ｍ 种林地，
收稿日期：２００７－ ０３－ ２６ 基金项目：十一五国家科技支撑计划课题“能源林培育技术”， 编号： ２００６ＢＡＤ１８Ｂ０１； 高等学校科技创新工程重大项目培育资金项目。 作者简介：何宝华， 男， 硕士， 主要研究方向： 生物质直接燃烧利用。 ＊ 通讯作者： 彭祚登， 男，源自文库博士， 副教授， 主要研究方向： 能源林培育， Ｅ－ ｍａｉｌ：ｚｕｏｄｅｎｇ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。
Ｍ＝Ｃｋ （ｃｇｌ － ｃｊｔ ） 式中 Ｍ－ 表征气流扩散速度的氧气浓度；
Ｃｋ－ 扩散速度常数， 主要取决于气流速度， 与温度基本无关； ｃｇｌ，ｃｊｔ－ 气流和木炭表面的氧气浓度。 由以上公式可知， 随着生物质燃料的燃烧， 如果不控制气 流， 进入锅炉的气流速度加快， 从而降低热能。 目前， 煤是主要能源之一， 其主要利用方式还是直接燃 烧， 但是由于煤含碳量高， 挥发分少， 所以燃点较高， 而且煤中 含有大量的硫［２５］， 在燃烧过程中造成环境污染 ， 还需要进行硫 的处理。生物质燃料几乎不含硫， 对环境几乎没有污染， 为一 种清洁能源。根据生物质的燃烧特性， 目前常常在煤炭中加 入一定量的生物质来改善煤的燃烧特性。由于生物质纤维具 有网络连结作用， 能将煤与生物质压缩为生物质型煤， 可省去 粘结剂的使用，同时也没有后续烘干工序， 加工成本也不高［３０－３１］， 所 以煤炭行业目前开始广泛应用。 煤单独燃烧， 其放热主要集中在燃烧后期， 而生物质单独 燃 烧 主 要 集 中 在 燃 烧 前 期［３２］， 何 方 等 的 研 究 表 明［２５］， 生 物 质 型 煤中， 生物质的含量越高， 煤的燃尽率越高， 同时， 加入生物 质对提高其燃烧速率是有利的， 因为温度对生物质燃料的燃 烧 速 度 的 影 响 符 合 以 下 规 律 ［２９］：
生物质直接燃烧释放出的能量， 为植物所固定的所有能 量， 如何提高能量的利用率， 并将其更为有效地转化为电能， 是目前最为有效的方式。欧美一些国家在处理秸秆的问题 上， 已经做过大量的研究， 并已经应用于生产。如丹麦 Ｅｎｓｔｅｄｖ＆ｒｋｅｔ′ｓ 电厂， 用生物质替代煤作为燃料， 每年少消耗 ８０ ０００ｔ 煤， 因此每年减排 ＣＯ２１９２ ０００ｔ［９－１０］。我国第一个由龙基 电力公司投资建设的秸杆生物发电和超超临界锅炉设备研 发 生 产 基 地 正 在 北 京 市 平 谷 区 筹 建［１０］， 同 时 龙 基 电 力 公 司已 于 ２００６ 年 １１ 月在山东单县投资建成了生物质发电厂。就我
江西林业科技
２００７ 年第 ３ 期
生物质直接燃烧利用现状
何宝华， 彭祚登 ＊
（ 北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室， 北京 １０００８３） 摘 要： 随着社会经济的发展， 环境问题和能源问题日益严重， 人类开始加紧寻找可再生能源的步伐。在众多的 能源中， 生物质能以其清洁、可再生性等优点受到了世界各国的广泛关注， 人们开始研究采用不同的方法及技术来燃 烧生物质， 以其获取寻找最佳的燃烧利用方法， 提高生物质的利用率。为了更有效地开发生物质能源， 本文详细分析 了目前生物质的来源组成及直接燃烧的过程。在此基础上， 本文提出了今后在生物质利用方面林业工作的研究内容。 关键词： 生物质； 生物质能； 燃烧特性； 热值 分类号：Ｓ２１６︰ＴＱ３５１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６－ ２５０５（２００７）０３－ ００５０－ ０４
９３％还 未 利 用 。 而 地 球 上 的 绿 色 植 物 储 存 的 总 能 量 大 约 相 当
于 ８×１０１２ｔ 标准煤， 比目前地壳内已知可供开采的煤炭 总储
量还多 １１ 倍。所以开发利用生物质能具有很大的潜力。巴西
科学家 Ｊｏｓｐｈ Ｍｉｌｌｅｒ 提供的统计资料表明， 全球每年由光合作
用产生的生物质（ 诸如树叶、枝桠等） 达 １ ４４０～１１ ８００ 亿 ｔ［１２］。
生物质能为直接或间接可利用的太阳能， 如何开发这种 能源， 国外许多国家都相继制定了各自的生物质能源研究开 发 计 划［４－６］， 如 美 国 的 能 源 农 场 、日 本 的 阳 光 计 划 、巴 西 的 酒 精 能源计划以及印度的绿色能源工程等。目前生物质利用方式 上有固化、汽化、液 化 以 及 将 生 物 质 直 接 燃 烧 等 ， 但 是 目 前 将 生物质转化为酒精、石油替代物可燃气等还停留在试验阶 段， 并且成本 较 高 ， 如 １９７０ 年 代 后 期 美 国 卡 尔 文 为 代 表 的 科 研小组， 从世界上众多的植物中筛选出了其液体成分类似于 石油的植物（ 如续随子、绿 玉树等） ， 在南加州 ２．４２ｈｍ２ 的土地 上 试 种 ， 获 得 了 年 产 ５０ｔ 植 物 石 油 的 成 果［７］， 但 目 前 直 接 利 用 这种类石油的产品还是很少。同时， 我国在 １９５８ 年从前苏联 引进了植物纤维水解技术设备， 在 １９６６ 年也停止了使用［８］。
目 前 世 界 上 塑 料 垃 圾 以 ２ ５００ 万 ｔ／ａ 的 速 度 在 自 然 界 积 累［１３］，
这些有机物如果合理利用， 也将是一笔巨大的能源财富， 而
且能够解决环境污染问题。
薪材为陆地生物质的主体， 今后利用生物质大多来源于
薪材， 所以计算薪材对于今后开发生物质能源有重要意义。
薪 材 生 物 量 计 算 方 法 如 下 ［１４］：
１．１ 国外利用的生物质
目前国外 主 要 利 用 的 生 物 质 资 源 有 秸 秆 、 草 本 植 物 、能 源矮林、一些优良 的 杂 交 乔 木 及 森 林 的 采 伐 剩 余 物 。 如 禾 本 科作物 如 芒 草 ， 单 产 可 达 ５０～７０ｔ／ｈｍ２［１５］， 丹 麦 、芬 兰 、法 国 、英 国等国家已经研究培育出了多种柳树和杂交杨树， 美国小面 积试验柳树商业产量为 ５０ｔ／ｈｍ２［１６］。瑞典筛选出热值高的优良 植物 ＳＡＬＩＳ， ＳＡＬＩＳ 在瑞典是 ４～５ 年成熟， 成熟后有 ６～７ｍ 高， 每公顷每年能生产 １０ｔ 干物质， 每吨里面含有的热 量是 ４．５ＭＷＨ（ 兆瓦时） ， 热值含量非常高。目前在瑞典沙莱斯的种 植面积已达 １３ 万 ｈｍ２， 每公顷一般种 １．５ 万棵［１７］。
·５０·
１， ２， ３， …， ｍ； Ｆｉｊ－ 在 ｉ 区域内 ｍ 种林地各占不同的面积， 万 ｈｍ２； ｙｉｊ－ 某种林地的产材率（ 每公顷一年产材量） ， ｋｇ／ｈｍ２； Ｑｉｊ－ 该种林地可取薪材面积系数； Ｔｉｊ－ 在 ｉ 区域内 ｍ 种四旁林产材率 （ 每株一年产材量） ，
ｋｇ／ 株； Ｘｉｊ－ 第 ｉ 区第 ｊ 种四旁树株数， 万株； Ｙｉｊ－ 第 ｉ 区第 ｊ 种四旁树取材系数； Ｗ－ 表示地域范围内年原木产量； １／３－ 从原木到加工成材剩余物的比例。 可以根据实际情况来确定林地的生物量。
２ 生物质燃料燃烧特性
研究生物质燃料的组成成分， 有利于进一步掌握其燃烧 特性， 合理地开发利用生物质能。刘建禹等［２５］对生物质燃料特
性的研究表明， 生物质燃料与化石燃料在燃烧过程中的燃烧 机 理 、反 应 速 度 以 及 燃 烧 产 物 存 在 较 大 差 别 ， 生 物 质 燃 料 具 有不同于化石燃料的燃烧特性。
作为最早的一种能源载体， 生物质燃料具有如下特点： １） 生 物 质 燃 烧 所 释 放 出 的 ＣＯ２ 大 体 相 当 于 其 生 长 时 通 过光合作用所吸收的 ＣＯ２， 因此可以认为是 ＣＯ２ 的零排放。 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［２６］， 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 ，可 作 为 良 好 的 农 用 肥 料 ［２７］。
随着社会的发 展 ， 煤 炭 、石 油 等 一 次 性 能 源 不 断 减 少 ， 世 界 面 临 能 源 危 机 ， 生 物 质 、生 物 质 能 越 来 越 广 泛 地 被 各 国 所 重视 ， 从最初的认识 生 物 质 是 城 市 有 机 垃 圾［１］， 进 而 扩 展 到 任 何可再生的或可循环的有机物质 （ 不包括多年生长的用材 林） ［２］。生物质能就是蕴藏在生 物中的太阳能 ， 是绿色植物通 过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的 能 量［３］。
虽然我国有丰富的生物质资源， 但我国的生物质能研究 开发工作起步却较晚。１９７０ 年代我国广大农村地区出现了缺 少薪材的危机［１８］， 为了解决广大人民群众的生活问题 ， 科研工 作者筛选出许多优良的柳 树品种［１９］， 并引进多种国外树种 ， 如 银 合 欢 、火 炬 松 、黑 荆 等 ， ［２０］ 同 时 还 筛 选 出 适 应 于 西 北 地 区 能 在 当 地 立 地 条 件 下 生 长 并 能 满 足 当 地 生 产 的 树 种［２１］， 我 国 在 筛选树种的基础上同时进行了大量的生物量测定实验， 确定 了最佳的种植密度及种植方式［１９－２１］。与国外相比， 我国 热值高 的 树 种 要 比 国 外 丰 富［２２］， 如 在 华 北 石 质 山 地 地 区 ， 火 炬 树 、紫 穗 槐 、黄 栌 、山 桃 、山 杏 、刺 槐 等 ， ４ 年 的 生 物 量 分 别 为 ８．５２ｔ／ ｈｍ２、５．８８ｔ／ ｈｍ２、５．１２ｔ／ ｈｍ２、３．８０ｔ／ ｈｍ２、３．７６ｔ／ ｈｍ２、３．５６ｔ／ ｈｍ２， 热值分别为 １６ ３３８ｋＪ／ｋｇ、１７ ０６４．６ｋＪ／ｋｇ、１９ ６９３．８ｋＪ／ｋｇ、１９ ８２８．２ｋＪ／ｋｇ、 １９ ７７３．６ｋＪ／ｋｇ、１９ ０８４．８ｋＪ／ｋｇ， 分别相当于标煤为 ４．７５ｔ／ｈｍ２、３．４２ｔ／ｈｍ２、 ３．４４ｔ／ｈｍ２、２．５７ｔ／ｈｍ２、２．５４ｔ／ｈｍ２、２．３２ｔ／ ｈｍ２。对于山地地区， 即使采用 粗放经营， 生物量也相当可观。因此， 不论什么样的生物质能 利用方式［２３－ ２４］， 我国都具有重要的生物质原料来源。
２．２ 生物质与生物质型煤的燃烧过程
生物质的燃烧过程有如下特点： １） 生物质燃 料 密 度 小 ， 结 构 比 较 松 散 ， 挥 发 分 含 量 高 ， 在 生物质燃烧过程中， 若空气供应不当， 挥发分就会不被燃尽 而排出。 ２） 不论 生 物 质 的 来 源 于 草 本 还 是 林 木 ， 其 热 解 后 的 组 成 成 分 基 本 一 致 ［２８］。 ３） 生物质在挥发分燃尽后， 燃料剩余物为焦炭， 气流运动 会将炭粒带入烟道， 并且固定碳受到灰分包裹， 燃烧较难， 因 此， 在固定碳燃烧阶段， 气流不宜太强。气流与燃烧速度符合 以 下 公 式 ［２９］：
国的基本国情和生物质利用开发水平而言， 生物质直接燃烧技
术无疑是最简便可行的高效利用生物质资源的方式之一。
１ 生物质量
生物质是生物质能的载体， 巨大的生物量为生物质能利
用的前提条件， 世界上约有 ２５０ ０００ 种 生物每秒钟获得的太
阳能相当于 ５００ 万 ｔ 优质煤发出的能量， 每年经光合作用生
成的生物质能总量约为 １ ４４０ 亿～１ ８００ 亿 ｔ， 相当于 ３×１０１２ｋＪ
１．２ 国内可利用的生物质
我国生物质能资源丰富， 据测算， 我国理论生物质能资 源大约相当于 ５０ 亿 ｔ 标准煤， 是目前我国总能耗的 ４ 倍左右［２］。 据 １９９８～２００３ 年的统计数据估算， 我国的可开发生物质资源 总量在 ７ 亿 ｔ 左 右， 其中农作物秸 杆 约 ３．５ 亿 ｔ， 占 ５０％以 上 。 而目前主要利 用 的 是 秸 杆 ， 一 年 农 作 物 秸 杆 资 源 量 超 过 ７．２ 亿 ｔ， 约合 ３．６ 亿 ｔ 标准煤。
的能量［１１］， 这大约相当于 ２ ０００ 亿 ｔ 的标煤［３］， 是现在世界 能 源 消
耗 总量的 １０ 倍 左 右 。 地 球 上 生 物 质 的 潜 力 可 达 到 现 实 能 源
消费的 １８０～２００ 倍。ＢＡＳＦ（ 德国的化学巨人） 提 供的材料表
明［１０］， 我 们 用 的 生 物 质 能 只 占 每 年 绿 色 植 物 固 定 的 ７％， 尚 有
"!! # Ｓｘ＝
ｎ
ｍ
（Ｆｉｊ ｙｉｊ Ｑｉｊ ＋Ｔｉｊ Ｘｉｊ Ｙｉｊ ）
＋
１ ３
Ｗ
ｉ ＝ １ｊ ＝ １
式中 Ｓｘ－ 统计地域范围的薪资量源， 万 ｔ；
ｉ－ 范围内的区域数， １， ２， ３…； ｊ－ ｉ 区域内有薪炭林﹑防护林……共 ｍ 种林地，
收稿日期：２００７－ ０３－ ２６ 基金项目：十一五国家科技支撑计划课题“能源林培育技术”， 编号： ２００６ＢＡＤ１８Ｂ０１； 高等学校科技创新工程重大项目培育资金项目。 作者简介：何宝华， 男， 硕士， 主要研究方向： 生物质直接燃烧利用。 ＊ 通讯作者： 彭祚登， 男，源自文库博士， 副教授， 主要研究方向： 能源林培育， Ｅ－ ｍａｉｌ：ｚｕｏｄｅｎｇ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。
Ｍ＝Ｃｋ （ｃｇｌ － ｃｊｔ ） 式中 Ｍ－ 表征气流扩散速度的氧气浓度；
Ｃｋ－ 扩散速度常数， 主要取决于气流速度， 与温度基本无关； ｃｇｌ，ｃｊｔ－ 气流和木炭表面的氧气浓度。 由以上公式可知， 随着生物质燃料的燃烧， 如果不控制气 流， 进入锅炉的气流速度加快， 从而降低热能。 目前， 煤是主要能源之一， 其主要利用方式还是直接燃 烧， 但是由于煤含碳量高， 挥发分少， 所以燃点较高， 而且煤中 含有大量的硫［２５］， 在燃烧过程中造成环境污染 ， 还需要进行硫 的处理。生物质燃料几乎不含硫， 对环境几乎没有污染， 为一 种清洁能源。根据生物质的燃烧特性， 目前常常在煤炭中加 入一定量的生物质来改善煤的燃烧特性。由于生物质纤维具 有网络连结作用， 能将煤与生物质压缩为生物质型煤， 可省去 粘结剂的使用，同时也没有后续烘干工序， 加工成本也不高［３０－３１］， 所 以煤炭行业目前开始广泛应用。 煤单独燃烧， 其放热主要集中在燃烧后期， 而生物质单独 燃 烧 主 要 集 中 在 燃 烧 前 期［３２］， 何 方 等 的 研 究 表 明［２５］， 生 物 质 型 煤中， 生物质的含量越高， 煤的燃尽率越高， 同时， 加入生物 质对提高其燃烧速率是有利的， 因为温度对生物质燃料的燃 烧 速 度 的 影 响 符 合 以 下 规 律 ［２９］：
生物质直接燃烧释放出的能量， 为植物所固定的所有能 量， 如何提高能量的利用率， 并将其更为有效地转化为电能， 是目前最为有效的方式。欧美一些国家在处理秸秆的问题 上， 已经做过大量的研究， 并已经应用于生产。如丹麦 Ｅｎｓｔｅｄｖ＆ｒｋｅｔ′ｓ 电厂， 用生物质替代煤作为燃料， 每年少消耗 ８０ ０００ｔ 煤， 因此每年减排 ＣＯ２１９２ ０００ｔ［９－１０］。我国第一个由龙基 电力公司投资建设的秸杆生物发电和超超临界锅炉设备研 发 生 产 基 地 正 在 北 京 市 平 谷 区 筹 建［１０］， 同 时 龙 基 电 力 公 司已 于 ２００６ 年 １１ 月在山东单县投资建成了生物质发电厂。就我
江西林业科技
２００７ 年第 ３ 期
生物质直接燃烧利用现状
何宝华， 彭祚登 ＊
（ 北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室， 北京 １０００８３） 摘 要： 随着社会经济的发展， 环境问题和能源问题日益严重， 人类开始加紧寻找可再生能源的步伐。在众多的 能源中， 生物质能以其清洁、可再生性等优点受到了世界各国的广泛关注， 人们开始研究采用不同的方法及技术来燃 烧生物质， 以其获取寻找最佳的燃烧利用方法， 提高生物质的利用率。为了更有效地开发生物质能源， 本文详细分析 了目前生物质的来源组成及直接燃烧的过程。在此基础上， 本文提出了今后在生物质利用方面林业工作的研究内容。 关键词： 生物质； 生物质能； 燃烧特性； 热值 分类号：Ｓ２１６︰ＴＱ３５１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６－ ２５０５（２００７）０３－ ００５０－ ０４
９３％还 未 利 用 。 而 地 球 上 的 绿 色 植 物 储 存 的 总 能 量 大 约 相 当
于 ８×１０１２ｔ 标准煤， 比目前地壳内已知可供开采的煤炭 总储
量还多 １１ 倍。所以开发利用生物质能具有很大的潜力。巴西
科学家 Ｊｏｓｐｈ Ｍｉｌｌｅｒ 提供的统计资料表明， 全球每年由光合作
用产生的生物质（ 诸如树叶、枝桠等） 达 １ ４４０～１１ ８００ 亿 ｔ［１２］。
生物质能为直接或间接可利用的太阳能， 如何开发这种 能源， 国外许多国家都相继制定了各自的生物质能源研究开 发 计 划［４－６］， 如 美 国 的 能 源 农 场 、日 本 的 阳 光 计 划 、巴 西 的 酒 精 能源计划以及印度的绿色能源工程等。目前生物质利用方式 上有固化、汽化、液 化 以 及 将 生 物 质 直 接 燃 烧 等 ， 但 是 目 前 将 生物质转化为酒精、石油替代物可燃气等还停留在试验阶 段， 并且成本 较 高 ， 如 １９７０ 年 代 后 期 美 国 卡 尔 文 为 代 表 的 科 研小组， 从世界上众多的植物中筛选出了其液体成分类似于 石油的植物（ 如续随子、绿 玉树等） ， 在南加州 ２．４２ｈｍ２ 的土地 上 试 种 ， 获 得 了 年 产 ５０ｔ 植 物 石 油 的 成 果［７］， 但 目 前 直 接 利 用 这种类石油的产品还是很少。同时， 我国在 １９５８ 年从前苏联 引进了植物纤维水解技术设备， 在 １９６６ 年也停止了使用［８］。
目 前 世 界 上 塑 料 垃 圾 以 ２ ５００ 万 ｔ／ａ 的 速 度 在 自 然 界 积 累［１３］，
这些有机物如果合理利用， 也将是一笔巨大的能源财富， 而
且能够解决环境污染问题。
薪材为陆地生物质的主体， 今后利用生物质大多来源于
薪材， 所以计算薪材对于今后开发生物质能源有重要意义。
薪 材 生 物 量 计 算 方 法 如 下 ［１４］：
１．１ 国外利用的生物质
目前国外 主 要 利 用 的 生 物 质 资 源 有 秸 秆 、 草 本 植 物 、能 源矮林、一些优良 的 杂 交 乔 木 及 森 林 的 采 伐 剩 余 物 。 如 禾 本 科作物 如 芒 草 ， 单 产 可 达 ５０～７０ｔ／ｈｍ２［１５］， 丹 麦 、芬 兰 、法 国 、英 国等国家已经研究培育出了多种柳树和杂交杨树， 美国小面 积试验柳树商业产量为 ５０ｔ／ｈｍ２［１６］。瑞典筛选出热值高的优良 植物 ＳＡＬＩＳ， ＳＡＬＩＳ 在瑞典是 ４～５ 年成熟， 成熟后有 ６～７ｍ 高， 每公顷每年能生产 １０ｔ 干物质， 每吨里面含有的热 量是 ４．５ＭＷＨ（ 兆瓦时） ， 热值含量非常高。目前在瑞典沙莱斯的种 植面积已达 １３ 万 ｈｍ２， 每公顷一般种 １．５ 万棵［１７］。
·５０·
１， ２， ３， …， ｍ； Ｆｉｊ－ 在 ｉ 区域内 ｍ 种林地各占不同的面积， 万 ｈｍ２； ｙｉｊ－ 某种林地的产材率（ 每公顷一年产材量） ， ｋｇ／ｈｍ２； Ｑｉｊ－ 该种林地可取薪材面积系数； Ｔｉｊ－ 在 ｉ 区域内 ｍ 种四旁林产材率 （ 每株一年产材量） ，
ｋｇ／ 株； Ｘｉｊ－ 第 ｉ 区第 ｊ 种四旁树株数， 万株； Ｙｉｊ－ 第 ｉ 区第 ｊ 种四旁树取材系数； Ｗ－ 表示地域范围内年原木产量； １／３－ 从原木到加工成材剩余物的比例。 可以根据实际情况来确定林地的生物量。
２ 生物质燃料燃烧特性
研究生物质燃料的组成成分， 有利于进一步掌握其燃烧 特性， 合理地开发利用生物质能。刘建禹等［２５］对生物质燃料特
性的研究表明， 生物质燃料与化石燃料在燃烧过程中的燃烧 机 理 、反 应 速 度 以 及 燃 烧 产 物 存 在 较 大 差 别 ， 生 物 质 燃 料 具 有不同于化石燃料的燃烧特性。