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关于生物质燃料节能技术的探讨

/ 作者: 来源: 日期:2018/7/26 21:26:26【

为响应国家节能减排政策的号召,砖瓦焙烧传统能源由煤炭向天然气及生物质燃料转换,鉴于天然气成本因素,生物质燃料作为新能源成为优先选择,本文着重介绍了生物质、生物质燃料的基本状况,以及生物质气化技术、生物质炭化技术的应用。
1  前沿
现今国内砖瓦焙烧窑炉分为两种,隧道窑和轮窑。无论哪种窑炉,砖瓦焙烧燃料均为矿物燃料,由于天然气成本较高,主要以煤炭作为燃料供应。
随着能源消耗的迅速增长,矿物燃料资源储量的有限性、不可再生性,特别是矿物能源利用所带来的严重的环境污染,使得人们越来越重视可再生清洁能源的开发利用。在各种可再生能源资源中,生物质能是地球上唯一能够固定碳的清洁可再生能源。由生物质转换为生物质燃料所采用的技术为生物质热化学转换技术,包括直接燃烧、气化、热裂解和液化,除了能够直接提供热能外,还能以连续的工艺和工厂化的生产方式,将低品位的生物质转化为高品位的易储存、易运输、能量密度高且具有商业价值的固态、液态及气态燃料,以及热能、电能等能源产品。因此,生物质热化学转换技术和产品具有极大的潜在市场。
生物质能的高效开发利用,对解决能源,生态环境问题将起到十分积极的作用,是我国发展多元化清洁能源战略的重要组成部分。自20世纪70年代以来,世界各国尤其是经济发达国家都对此高度重视,积极开展生物质能应用技术的研究,并取得许多研究成果,达到工业化应用规模。
2  生物质
生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体,即一切有生命的可以生长的有机物质。
广义概念: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产生的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。
狭义概念:生物质主要是指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蓄粪便和废弃物等物质。
3  生物质燃料
生物质燃料是指将生物质材料燃烧作为燃料,一般主要是农林废弃物(如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等),主要区别于化石燃料。在目前的国家政策和环保标准中,直接燃烧生物质属于高污染燃料。生物质燃料的应用,实际主要是将农林废弃物作为原材料,经过粉碎、混合、挤压、烘干等工艺,制成各种成型(如块状、颗粒状等)的、可直接燃烧的一种新型清洁燃料。生物质燃料由秸秆、花红小黑膏稻草、稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉仔壳等以及“三剩物”(也称森林三剩物,即采伐剩余物、造材剩余物、加工剩余物)经过加工生产的块状环保新能源。
生物质颗粒作为一种新型的颗粒燃料以及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,挥发分含量高燃点低,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,节省开支。
4  生物质气化
生物质气化是在一定的热力学条件下,借助于空气部分(或者氧气)、水蒸气的作用,使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原重整反应,最终转化为一氧化碳,氢气和低分子烃类等可燃气体的过程。
生物质气化技术,在原理上,气化和燃烧都是有机物与氧发生反应。其区别在于,燃烧过程中氧气是足量或者过量的,燃烧后的产物是二氧化碳和水等不可再燃的烟气,并放出大量的反应热,即燃烧主要是将生物质的化学能转化为热能;而生物质气化是在一定的条件下,只提供有限氧的情况下使生物质发生不完全燃烧,生成一氧化碳,氢气和低分子烃类等可燃气体。
生物质气化炉是气化反应的主要设备。生物质气化技术的多样性决定了其应用类型的多样性。在不同地区选用不同的气化设备和不同的工艺路线来决定如何使用生物质燃气是非常重要的。生物质气化技术的基本应用方式主要有以下四个方面:供热、供气、发电和化学品合成。生物质气化供热是指生物质经过气化炉气化后,生成的生物质燃气送入下一级燃烧器中燃烧,为终端用户提供热能。
5  生物质炭化
生物质炭化是指将生物质通过一定的工艺加工、化学反应生成产品及副产品的过程。生物质在无空气等氧化气氛情形下发生的不完全热降解,以生成炭,并且可冷凝液体等产物的过程。
生物质制气技术是利用锯末、树枝、玉米芯及农作物秸秆等各种农业废弃物,经粉碎后通过烘干系统、上料系统连续加入裂解炉,在炉内依次完成烘干、裂解碳化,最终产生生物粗燃气、炭粉;粗燃气炭化分离可得生物燃气、木焦油、木醋液。
裂解炉采用自动流水线方式,一边进料一边出炭粉,生产中根据粉碎后的原材料水分含量大小,控制上料机,使原材料能依次经过烘干、炭化达到成品。进行中调解燃烧机控制裂解温度,使成炭品质稳定。同时,对生产过程中产生的裂解气进行净化回收,收集起来供客户使用。
生物质炭化制气技术克服了以往技术的弊端,具有原材料来源稳定可靠、生产规模及产品方案构成合理、采用的生产技术工艺设备及加工工艺技术成熟可靠、项目财务投资回收期短经济效益明显、市场利润大等优点,还是国家大力推广和产业政策所扶持的项目,并具有良好的发展前景。相信在不久的将来,生物质燃料和生物质气化炭化产品会逐渐取代传统的窑炉焙烧燃料,为中国建材行业多元化清洁能源战略做出杰出的贡献。

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