|
劉雅琴
(東南大學，南京210008)
摘要：根據生物質能的特性，討論了發展工業鍋爐生物質能燃燒技術的積極意義，并對工業鍋爐利用生物質能的各種可用方法及研制動態作了簡明扼要的介紹。
我國目前有工業鍋爐約50萬臺，每年耗煤量約為全國產煤總量的三分之一。推廣各種節能技術，提高工業鍋爐熱效率的工作已取得較大成績，且是能源工作者繼續努力的方向。但從礦物能源資源有限和因大量使用會造成環境狀態惡化的戰略觀點出發，結合我國擁有豐富生物質資源的現實，逐步發展工業鍋爐生物質的燃燒技術，對節約常規能源、優化我國能源結構，將有積極意義。
1我國的生物質能源
生物質能資源是指以木質素或纖維素及其它有機質為主的陸生植物、水生植物及人畜禽糞便等。我國有著豐富的生物質資源，據統計，全國近年桔桿年產量約5.7億噸，人畜糞便約3.8億噸，薪柴年產量(包括木材砍伐的廢棄物)為1.7億噸，還有工業排放的大量有機廢料、廢渣，每年生物質資源總量折合成標準煤約3億噸。我國直接利用生物質能已有幾千年的歷史，但利用效率極低，即使是目前農村已較普遍推廣的省柴節煤灶，熱效率也僅20%左右。近年來，在一些經濟發達的城市周邊地區，農民大量使用優質高效燃料于炊事、取暖，而將農作物桔桿直接放在農田焚燒，浪費了能源，也污染了環境。
生物質能資源結構疏松，能量密度低，僅是標準煤的一半多一些，且不易貯運。但它也有許多獨特的優點：(1)它是一種年產量極大且較穩定的可再生資源；(2)含硫、氮量低、燃燒后硫氧化物和氮氧化物排放量低；(3)生物質在生成過程中會吸收大量CO2，因此大量生產、使用生物質能可以減少CO2凈排放量，有助于減輕溫室效應；(4)生物質灰份量少，充分燃燒后，煙塵量不多，因此生物質能資源是清潔能源。由此可見，研究開發高效利用生物質能的技術，不僅可以滿足高速發展的國民經濟對能源的需要，而且減少了礦物燃料的污染，產生巨大的經濟效益和環境效益。八十年代以來，我國生物質能利用技術有了很大的發展。鑒于生物質資源分布區域廣、適宜就地開發利用的特點，目前開發適用于各地工業鍋爐的生物質能燃燒技術，是生物質能有效利用的重要途徑。
2工業鍋爐利用生物質能的各種方法
2.1生物質壓塊技術
生物質壓塊技術即是通過粉碎、干燥、機械加壓等過程，將松散、細碎的桔桿、農業廢棄物壓成結構緊密的磚型、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15000kJ/kg左右。這種生物質壓塊便于貯運，燃燒后排放的煙灰和SO2都遠低于煤炭，是一種適合于工業鍋爐使用的高品位燃料。近年來，江蘇、河南等省已出現了一批生產“生物煤塊”的小企業，并相應有了一些生產“壓塊機”的工廠，如江蘇省東海縣有工廠生產雙管炭棒機、炭化爐等生物質固化設備，還出口到印度、馬來西亞等國家和地區。但尚需進一步完善生產工藝、降低成本，使其成為與煤炭相比在經濟上有競爭力的燃料。
2.2流化床燃燒技術
生物質含水量較高，如桔桿為35～65%，因此采用層燃方式難以保持穩定、充分的燃燒。采用流化床技術，有利于生物質的完全燃燒，提高鍋爐熱效率。
生物質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、低熱值的生物質提供優越的著火條件。依靠床層內劇烈的傳熱傳質過程和燃料在床內較長的停留時間，難以燃盡的生物質也能充分燃盡。如在密相區上部稀相區供入二次風，組織兩段燃燒，能進一步提高燃燒效率。早在1991年哈爾濱工業大學就與長沙鍋爐廠合作研制了多臺生物質流化床鍋爐，可適用于甘蔗渣、稻殼、碎木屑等多種生物質燃料，鍋爐出力充分，低負荷運行穩定，熱效率高達80%以上。
2.3生物質氣化技術
生物質氣化是一種熱化學處理技術。將薪柴、秸桿及其它農業廢棄物置于氣化爐中通過熱解反應轉化成CO等混合可燃氣體，以連續生產的工藝和工業生產的方式將生物質能轉化為高效的鍋爐燃料。氣化系統流程示意圖見圖1。表1列出了生物質氣化系統一組典型的工作參數范圍。當在表1工作參數下，應用含水量15～40%、低熱值19～20MJ/kg的生物質為原料時，可產生5MJ/Nm3低熱值的產品氣體。
我國在八十年代初已開始了生物質氣化技術的研究，近幾年已研制出可使用多種生物質的不同容量、不同用途的氣化爐。一般氣化爐采用固定床，固定床的優點是原料適用性強，基本上不需預處理，設備結構簡單，但氣化率較低。中科院廣州能源所研制的上吸式生物質氣化爐氣化強度240kg/m2·h，生產供熱量2.9MJ/h。
流化床氣化爐，特別是循環流化床氣化爐由于床內混合均勻，傳熱傳質強烈等優點，使生物質熱解氣化更充分，氣化效率可達75～85%，氣化強度可達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木粉，用循環流化床生物質氣化裝置轉換成可燃氣，用作鍋爐燃料，每日節煤10噸，取得了明顯的經濟效益。生物質氣化后的產品，還可用于發電或直接為居民提供生活用氣。表2將生物質、柴油和煤作原料的發電成本作了比較；表3將用生物質、油、液化石油氣作原料的煤氣成本作了比較，估算結果都表明，使用生物質原料可大大降低電和煤氣的生產成本。
3結束語
由于工業鍋爐是我國煤炭消費的大戶，也是惡化環境的重要污染源，因此努力提高能源利用率、盡可能使用潔凈能源，是發展工業鍋爐技術的戰略方向。生物質能作為可再生的清潔能源，從技術和經濟、環境保護等效益來衡量，發展工業鍋爐生物質燃燒技術都是可行的。
參考文獻
[1]吳文淵等.采用流化床技術開發利用生物質能.新能源，1994(10)：12～16.
[2]徐冰女燕.中國生物質氣化技術的研究現狀及發展的關鍵技術.新能源，1995(12)：14～15[3]林禎良.生物質氣化工藝.新能源，1995(4)：45. |
