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劉雅琴
(東南大學(xué)，南京210008)
摘要：根據(jù)生物質(zhì)能的特性，討論了發(fā)展工業(yè)鍋爐生物質(zhì)能燃燒技術(shù)的積極意義，并對工業(yè)鍋爐利用生物質(zhì)能的各種可用方法及研制動態(tài)作了簡明扼要的介紹。
我國目前有工業(yè)鍋爐約50萬臺，每年耗煤量約為全國產(chǎn)煤總量的三分之一。推廣各種節(jié)能技術(shù)，提高工業(yè)鍋爐熱效率的工作已取得較大成績，且是能源工作者繼續(xù)努力的方向。但從礦物能源資源有限和因大量使用會造成環(huán)境狀態(tài)惡化的戰(zhàn)略觀點出發(fā)，結(jié)合我國擁有豐富生物質(zhì)資源的現(xiàn)實，逐步發(fā)展工業(yè)鍋爐生物質(zhì)的燃燒技術(shù)，對節(jié)約常規(guī)能源、優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，將有積極意義。
1我國的生物質(zhì)能源
生物質(zhì)能資源是指以木質(zhì)素或纖維素及其它有機(jī)質(zhì)為主的陸生植物、水生植物及人畜禽糞便等。我國有著豐富的生物質(zhì)資源，據(jù)統(tǒng)計，全國近年桔桿年產(chǎn)量約5.7億噸，人畜糞便約3.8億噸，薪柴年產(chǎn)量(包括木材砍伐的廢棄物)為1.7億噸，還有工業(yè)排放的大量有機(jī)廢料、廢渣，每年生物質(zhì)資源總量折合成標(biāo)準(zhǔn)煤約3億噸。我國直接利用生物質(zhì)能已有幾千年的歷史，但利用效率極低，即使是目前農(nóng)村已較普遍推廣的省柴節(jié)煤灶，熱效率也僅20%左右。近年來，在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市周邊地區(qū)，農(nóng)民大量使用優(yōu)質(zhì)高效燃料于炊事、取暖，而將農(nóng)作物桔桿直接放在農(nóng)田焚燒，浪費(fèi)了能源，也污染了環(huán)境。
生物質(zhì)能資源結(jié)構(gòu)疏松，能量密度低，僅是標(biāo)準(zhǔn)煤的一半多一些，且不易貯運(yùn)。但它也有許多獨(dú)特的優(yōu)點：(1)它是一種年產(chǎn)量極大且較穩(wěn)定的可再生資源；(2)含硫、氮量低、燃燒后硫氧化物和氮氧化物排放量低；(3)生物質(zhì)在生成過程中會吸收大量CO2，因此大量生產(chǎn)、使用生物質(zhì)能可以減少CO2凈排放量，有助于減輕溫室效應(yīng)；(4)生物質(zhì)灰份量少，充分燃燒后，煙塵量不多，因此生物質(zhì)能資源是清潔能源。由此可見，研究開發(fā)高效利用生物質(zhì)能的技術(shù)，不僅可以滿足高速發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)對能源的需要，而且減少了礦物燃料的污染，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。八十年代以來，我國生物質(zhì)能利用技術(shù)有了很大的發(fā)展。鑒于生物質(zhì)資源分布區(qū)域廣、適宜就地開發(fā)利用的特點，目前開發(fā)適用于各地工業(yè)鍋爐的生物質(zhì)能燃燒技術(shù)，是生物質(zhì)能有效利用的重要途徑。
2工業(yè)鍋爐利用生物質(zhì)能的各種方法
2.1生物質(zhì)壓塊技術(shù)
生物質(zhì)壓塊技術(shù)即是通過粉碎、干燥、機(jī)械加壓等過程，將松散、細(xì)碎的桔桿、農(nóng)業(yè)廢棄物壓成結(jié)構(gòu)緊密的磚型、棍型或顆粒狀燃料，其能量密度較加工前要大十倍左右，熱值可達(dá)15000kJ/kg左右。這種生物質(zhì)壓塊便于貯運(yùn)，燃燒后排放的煙灰和SO2都遠(yuǎn)低于煤炭，是一種適合于工業(yè)鍋爐使用的高品位燃料。近年來，江蘇、河南等省已出現(xiàn)了一批生產(chǎn)“生物煤塊”的小企業(yè)，并相應(yīng)有了一些生產(chǎn)“壓塊機(jī)”的工廠，如江蘇省東?？h有工廠生產(chǎn)雙管炭棒機(jī)、炭化爐等生物質(zhì)固化設(shè)備，還出口到印度、馬來西亞等國家和地區(qū)。但尚需進(jìn)一步完善生產(chǎn)工藝、降低成本，使其成為與煤炭相比在經(jīng)濟(jì)上有競爭力的燃料。
2.2流化床燃燒技術(shù)
生物質(zhì)含水量較高，如桔桿為35～65%，因此采用層燃方式難以保持穩(wěn)定、充分的燃燒。采用流化床技術(shù)，有利于生物質(zhì)的完全燃燒，提高鍋爐熱效率。
生物質(zhì)流化床可以采用砂子、燃煤爐渣等作流化媒體，形成蓄熱量大、溫度高的密相床層，為高水分、低熱值的生物質(zhì)提供優(yōu)越的著火條件。依靠床層內(nèi)劇烈的傳熱傳質(zhì)過程和燃料在床內(nèi)較長的停留時間，難以燃盡的生物質(zhì)也能充分燃盡。如在密相區(qū)上部稀相區(qū)供入二次風(fēng)，組織兩段燃燒，能進(jìn)一步提高燃燒效率。早在1991年哈爾濱工業(yè)大學(xué)就與長沙鍋爐廠合作研制了多臺生物質(zhì)流化床鍋爐，可適用于甘蔗渣、稻殼、碎木屑等多種生物質(zhì)燃料，鍋爐出力充分，低負(fù)荷運(yùn)行穩(wěn)定，熱效率高達(dá)80%以上。
2.3生物質(zhì)氣化技術(shù)
生物質(zhì)氣化是一種熱化學(xué)處理技術(shù)。將薪柴、秸桿及其它農(nóng)業(yè)廢棄物置于氣化爐中通過熱解反應(yīng)轉(zhuǎn)化成CO等混合可燃?xì)怏w，以連續(xù)生產(chǎn)的工藝和工業(yè)生產(chǎn)的方式將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為高效的鍋爐燃料。氣化系統(tǒng)流程示意圖見圖1。表1列出了生物質(zhì)氣化系統(tǒng)一組典型的工作參數(shù)范圍。當(dāng)在表1工作參數(shù)下，應(yīng)用含水量15～40%、低熱值19～20MJ/kg的生物質(zhì)為原料時，可產(chǎn)生5MJ/Nm3低熱值的產(chǎn)品氣體。
我國在八十年代初已開始了生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究，近幾年已研制出可使用多種生物質(zhì)的不同容量、不同用途的氣化爐。一般氣化爐采用固定床，固定床的優(yōu)點是原料適用性強(qiáng)，基本上不需預(yù)處理，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，但氣化率較低。中科院廣州能源所研制的上吸式生物質(zhì)氣化爐氣化強(qiáng)度240kg/m2·h，生產(chǎn)供熱量2.9MJ/h。
流化床氣化爐，特別是循環(huán)流化床氣化爐由于床內(nèi)混合均勻，傳熱傳質(zhì)強(qiáng)烈等優(yōu)點，使生物質(zhì)熱解氣化更充分，氣化效率可達(dá)75～85%，氣化強(qiáng)度可達(dá)2000kg/h，且氣體的焦油含量低。湛江模壓木制廠利用加工過程廢棄的細(xì)木粉，用循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化裝置轉(zhuǎn)換成可燃?xì)?，用作鍋爐燃料，每日節(jié)煤10噸，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。生物質(zhì)氣化后的產(chǎn)品，還可用于發(fā)電或直接為居民提供生活用氣。表2將生物質(zhì)、柴油和煤作原料的發(fā)電成本作了比較；表3將用生物質(zhì)、油、液化石油氣作原料的煤氣成本作了比較，估算結(jié)果都表明，使用生物質(zhì)原料可大大降低電和煤氣的生產(chǎn)成本。
3結(jié)束語
由于工業(yè)鍋爐是我國煤炭消費(fèi)的大戶，也是惡化環(huán)境的重要污染源，因此努力提高能源利用率、盡可能使用潔凈能源，是發(fā)展工業(yè)鍋爐技術(shù)的戰(zhàn)略方向。生物質(zhì)能作為可再生的清潔能源，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)等效益來衡量，發(fā)展工業(yè)鍋爐生物質(zhì)燃燒技術(shù)都是可行的。
參考文獻(xiàn)
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