生物质燃料特性大全11篇

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篇（1）

中图分类号：TS64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（c）-0253-02

中国拥有丰富的生物制能源.据估计每年产生的可供开发的各种生物制资源达6.56亿吨标准煤。[8]居世界能源消费总量第四位的生物质能源具有可再生性，存量丰富，可代替化石燃料，易长期储存，含硫量低，灰分小，二氧化碳排放接近于零的特点。其供应安全可靠。

生物质致密成型技术是用机械加压方法，将原来分散没有一定形状、密度低的生物质原料压制成具有一定形状密度较高的各种固体成型燃料的过程。研究说明，生物质成型燃料加工设备的性能好否，直接与生物质原料的压缩特性如压缩力、压缩密度、压缩量，一次粉碎的粒度，成型燃料的密度、生产率、能耗等因素有关。

1 成型原理

生物质原料由纤维构成，被粉碎后的生物质原料质地松散，受一定外部压力后，颗粒经历位置重新排列、颗粒机械变形和塑性流变等阶段。开始时压力较小，一部分粒子进入粒子间的空隙内，粒子间的相互位置不断改变，当粒子间所有较大空隙都被能进入的粒子占据后，再增加压力，只能靠粒子本身变形去充填其周围的空隙。这时粒子在垂直于最大主应力平面上被延展，当粒子被延展到与相邻的两个粒子相互接触时，再增加压力，粒子就会相互结合。原来分散粒子被压缩成型，其体积大幅度减小，密度显著增大。因非弹性或粘弹性的纤维分子之间的相互缠绕和咬合，外部压力解除后不恢复原来的结构形状。

2 含水量研究

林维纪等的实验研究表明，木质素含量因原料不同有所差异，但生物质致密成型的适宜含水量则近似相同。

樊峰鸣[9]以玉米秸秆、大豆秸秆为原料，采用改进型生物质秸秆成型机，就大粒径秸秆粒度、含水率等对成型密度、抗水性影响因素进行了研究.结果发现，原料含水率在8%～15%时均很容易压缩成型，在12%左右成型效果最好。[1]

回彩娟[2]以锯末和小刨花为原料，认为锯末和小刨花含水率在15%左右得到的压块密度最大，成型效果最好，常温高压致密成型允许原料最大含水率为22%左右，原料经室内自然风干后达到的含水率可达成型加工要求且成型效果较好。

李美华[10]以锯末和小刨花为原料，在主缸压力不同的情况下，对多个含水率原料进行致密成型试验，认为在生物质致成型时，使含水率最好控制在5%～15%左右，最高不超过20%，此种状态下成型率，压块密度，成型效率，表面光洁度等指标均较为理想。

郭康权，赵东[11]等曾做过相应模型，解释含水量对成型的影响，当含水率过低时，粒子没有充分延展，与四周粒子结合不紧密，不达到成型条件，当含水率过高时，粒子在垂直于最大的主应力方向上充分延展，粒子间能够啮合但由于原料中水分过多，被挤出后分布于粒子层之间，使层间不能紧密贴合，也不成型。

张百良[9]等认为，热压成型中含水量过高会影响热量传递，并增大物料与模子的摩擦力，在高温时由于蒸汽量大，会发生气堵或放炮现象；含水量过低会影响木质素的软化点，原料内摩擦和抗压强度增加，造成压缩能消耗。

P.D.Grover，S.K.Mishra，J.S.Clancy[13]等认为活塞挤压的物质含水率在10%～15%左右，螺栓挤压的物质含水率在8%～9%左右为宜。Arun.K.Tripathi；P.V.R.Iyer；TaraChandraKandpal[14]等认为物质含水率在10%～15%经济效益较好，因为过小的水分磨压困难，能量消耗大。

Wamukonya等研究表明，当压力不变且含水量在要求范围时，随着含水量升高，压缩密度可达到最大值。松弛密度一定时，随含水量升高所需压力变大，最大压力值正好对应着含水量上限。在建立的恒定压力下松弛密度与含水量的指数关系式中，认为压块的松弛密度随含水量升高以指数级下降。

目前国内外文献来看，研究生物质压缩含水量范围还存在较大的差别，这是因压缩方式、成型模具、成型手段、生物质原料处理方式有较大差异，如活塞冲压比螺旋挤压对含水量要求范围宽，原料颗粒度的大小也是影响压缩成型的重要因素。

3 成型压力研究

成型压力是植物材料压缩成型最基本的成型条件。只有施加足够的压力，原材料才能被压缩。试验说明：当压力较小时，密度随压力增大而增大的幅度较大，当压力增加到一定值以后，成型物密度的增加就变得缓慢。

篇（2）

1 引言

全球气候变暖日益显著，已成为各国政府和公众关注的焦点。生物质在锅炉中燃烧，是最直接的生物质能利用方式，是实现我国发展可再生能源、控制碳排放目标的重要手段之一。由于生物质与煤在大容量燃煤锅炉中的混合燃烧发电技术，具有投资改造费用和运行费用低、热效率比直燃锅炉高、通过主燃料煤的调整可以弥补生物质燃料来源特性多变等特点，是国际上先进的生物质能发电技术方向，利用生物质混烧发电是我国资源利用的迫切需要，也是解决能源出路的有效途径之一。

2009年12月26日国家修正的《可再生能源法》明确提出：国家鼓励清洁、高效地开发利用生物质燃料，鼓励发展能源作物。《可再生能源中长期发展规划》也确定了到2020年全国生物质固体成型燃料年利用量达到5000万吨、生物质发电总装机容量要达到2000万kw，年替代2800万吨标准煤。国家环境保护总局、国家发展和改革委员会下发的环发[2006]82号文件《关于加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知》中规定：“国家鼓励对常规火电项目进行掺烧生物质的技术改造，当生物质掺烧量按照热值换算低于80%时，应按照常规火电项目进行管理。”

此时生物质的燃烧特性对于大规模锅炉就显得极为重要，了解和利用生物质的燃烧特性对于生物质与煤的混烧发电有着至关重要的作用。而生物质作为燃料同时也面临着新的挑战：生物质燃料中的碱金属含量很大，燃烧时很容易在炉膛内部产生积灰，积灰会增大热阻，减小锅炉效率，造成经济损失的同时，大热阻也会产生安全隐患[1]；而碱金属和酸性离子在高温下也会腐蚀炉体表面[2]导致重大后果。这些问题不得到克服，生物质的混烧发展就难以继续。

到目前为止，针对生物质的积灰的研究有很多，一些文献中采用熔渣指数构建模型进行预测[3]还有一些运用灰熔点温度进行预测[4]。随着计算流体力学（CFD）的发展，CFD已经成为了生物质积灰预测系统的重要组成部分[5]，但是在建立模型的过程中，存在着大量的估计以及经验公式作为计算模型，而以往的研究多是以单独的煤或者大量的煤和少量的生物质的混烧作为模型背景的，随着以后可能出现的生物质燃料比例的上升乃至单独生物质燃烧的锅炉，煤占主导的燃烧模型会出现比较大的偏差，那么对生物质燃烧以及结渣特性的研究作为CFD模型的参数补充就显得尤为重要。在生物质燃料的发展中，寻找生物质燃烧积灰过程中的结渣特性的规律迫在眉睫。

本实验对常见并具有代表性的十种生物质进行单独燃烧，观察和分析它们在燃烧过程中的特性以及结渣现象，并对燃烧现象进行TGA分析，再以熔渣指数为基础，加入对其他元素（硫元素和氯元素）的考虑并对结渣现象进行分析，对十种生物质积灰速率进行估计以及拟合，希望找到一种对于生物质燃烧和积灰结渣特性有效而相对准确的预测体系，一方面为大型利用生物质的发电方式提供生物质燃烧特性，另一方面也为今后CFD模型的数据补充提供生物质相关的参数。

2 实验介绍

2.1 实验材料

本项目的研究共收集了十种代表性的燃料，分别为小麦秆、水稻秆、玉米秆、大豆秆、棉花秆、油菜秆、玉米芯、稻壳、树皮、木片十种生物质。从大的类型上，这十种生物质除了木片和树皮属于木本植物之外，其他的都是草本植物。在实验中需要用不同的方法进行粉碎，对十种生物质秸秆都进行了磨碎（磨碎粒度200-300um），以进行燃烧特性、一维炉积灰实验研究。

表1分别给出十种生物质燃料的燃料特性分析（按设计燃料35.5%水分折算），从表中可以看出，十种生物质燃料挥发份含量很高，在41.86%-52.68%之间，而固定碳含量偏低，固定碳含量在8.72%-13.51%之间；生物质燃料的发热量普遍不高，十种生物质的低位发热量范围在9.41-11.45MJ/kg，不到煤的一半；灰分含量总体水平不高，但十种生物质差别很大，灰分最低的玉米芯仅有1.12%的灰分，而稻壳的灰分含量达到了12.26%，差别非常明显。

表2中给出的是这是种生物质结焦的灰化学成分以及其含量，十种生物质的灰成分区别较大，重要积灰成分等含量有着明显的差异。

2.2 实验设备

实验在清华大学一台25kw的高温一维炉实验系统上进行，如图1所示，煤粉或其他燃料可以通过一台1-8kg/h给粉量刷式微量称重螺旋给料机进行实时定量给料，由一次风气力输送送到多燃料组合燃烧器的一次风入口。多燃料组合燃烧器的配风由一次风和二次风构成，二次风经过电加热器时，其温度被加热到400℃后，通过燃烧器出口旋流片加旋后送入到一维下行炉中，一次风和二次风在下行炉燃烧器出口区域形成了一段回流区域，增加烟气的返混，以增强燃烧器出口燃料的加热，以及实现燃料和空气的快速混合。燃烧在直径为150mm、高3.2m的下行炉膛中进行，燃尽后的烟气经过烟气冷却器、布袋除尘器后排入到大气中。

本研究中，选用刮板式给料机（MFOV-1VO）为一维炉系统输送生物质燃料，输送速度调节范围是0.1-20cc/min。使用的高温积灰采样系统为清华大学自行设计具有自主专利的积灰取样系统，除了能够进行实验室的积灰实验外，也可以用于实际锅炉中的积灰采集实验。其中采样管外径根据采样当地的流场参数确定，保证积灰采样时流场条件贴近实际情况。

本项目考察生物质烧结积灰的影响，选择采样管表面温度： 600℃。当一维炉实验系统达到预定工况并稳定后，火焰区温度约为1150℃，采样处烟气温度降至750℃左右，采样时间为60min，各工况生物质燃料输送速度均设置600g/h。

样品的热重分析实验采用德国NETSCH公司的STA-409 C/3F热重分析仪，该仪器可以同时进行试样的TG和DSC/DTA分析。本次测试采用空气作为环境气体，按照10℃/min的升温速率由室温升温到1000℃，测量燃烧失重曲线。

3 实验结果分析

事实上，不同生物质的灰含量都有很大差别，而实验积灰温度为600℃，各种物质在60min的积灰量在表3中给出。本文分别从燃料燃烧过程中的失重速率以及燃料自身的结渣特性分析生物质燃烧过程中的积灰情况。

3.1 生物质燃烧特性的TGA分析

通过TGA分析可以得到生物质的热稳定性和组分特点，在本次在燃烧特性实验中，生物质的燃烧特性以TG、DTG燃烧分布曲线来反映，样品的失重过程可以假设分成3个阶段：①由于样品中的吸附水和挥发气体析出，温度在200℃以下；②生物质样品中的半纤维素、纤维素以及木质素的热解和挥发分的燃烧反应，温度在200―350℃；③生物质中剩余木质素热解以及焦炭燃烧，温度在350―600℃。其特性参数有以下：

（1）着火温度Ti（℃）。着火温度是燃料着火性能的主要指标，着火温度越低，表明燃料的着火性能越好。

（2）最大失重速率（最大燃烧速率）（dw/dt）max，%/min，DTG曲线上的峰值点所对应的反应过程中最快的反应速率即是最大燃烧速率，（dw/dt）max越大，挥发分释放得越强烈。

（3）Tmax最大失重速率所对应的温度，℃。Tmax越低，则挥发分的释放高峰出现得越早，越集中，对着火越有利；反之，则越不利于着火。

实验中的十种生物质的TG-DTG曲线中的各个样品的主要燃烧特性如表4所示。与煤的着火温度相比，生物质的着火温度很低，由表中可以看出，十种生物质的着火温度在220℃-286℃之间，豆杆的着火温度最低，为220℃，着火温度最高的树皮也仅仅286℃；在从最大失重速率及其对应的温度来看，十种生物质的最大失重速率发生在269℃-335℃之间，相对来说十种生物质的Tmax都比较低，玉米芯最大失重速率对应的温度最低，为269℃，树皮最大失重速率对应的温度最高，为335℃；从开始着火到最大失重速率出现，十种生物质的温度浮动都很小，在30℃-72℃之间，说明生物质会迅速析出挥发份，迅速燃烧。

生物质由于其成分的原因，无论在着火温度，还是最大失重温度上跟煤都有较大区别（煤着火温度350―450℃左右，最大失重温度在500℃左右[6]），由于其着火温度和最大失重温度低，是着火性能非常好燃料；另一方面，也说明煤和生物质的燃烧特性有所区别，用煤的燃烧参数代替生物质是不够准确的。

本实验中的积灰速率和燃料燃烧最大失重速率关系如图2所示。由于趋势明显不符，去掉了稻杆的数据（最大失重速率11.8（dw/dt）max（%/min），积灰速度9.12（mg/min）），可能由于测量中对其最大失重速率的测量计算存在偏差或者植物自身的特殊属性。在其余的9个数据中当（dw/dt）max处在8（%/min）左右的时候生物质的积灰速率达到最大，当在8（%/min）左右，无论增大或减小，都会使得其积灰速率有所减小。

一方面，积灰的形成，初期机制是凝结成核，包括气相成灰物质的冷凝以及较细小颗粒的沉积，当燃料失重速率小时（小于8（%/min）），成灰物质会形成以K为代表的碱金属涂层，增大采样管的表面粘性，积灰速率会随着燃料的失重增快而增大；如果燃料失重速率大（大于8（%/min）），含有Si，Al等元素的飞灰也会很快析出，并且被捕集，与容易析出的高反应性碱金属共同构成采样管外壁，使得外层采样管的粘性下降，对飞灰的捕集能力下降，此时即使燃料失重速率变大，也会使得积灰速率下降；如果积灰速率很大，采样管表面热阻也会在短时间内大大增加，温度升高，熔融态的成灰物质比例增多，表面粘附力又一次增强，但伴随积灰增厚，外层积灰更容易在大速率产生的飞灰的冲刷下脱落，当二者达到平衡时，成为积灰的“饱和”态，形成稳定的积灰。

另一方面，积灰的形成不仅和燃料的失重速率相关，和燃料的灰成分特性也有很大的关系。不同的灰成分的燃料会表现出来不同的特性，其积灰速率也会受到很大影响。这一点在文章的后面给予说明。

3.2 生物质的熔渣指数分析

3.2.1 熔渣指数

很多文献中都提到过熔渣指数Slagging Index[7]，用来预测生物质或煤的结焦特性，基本的理念是基于碱性氧化物和酸性氧化物的比值作为基础，然后进行分析，一般的公式如下：

有些时候这个指数也会添加一些其他的因素作为修正。但是，由于添加的修正因素并不会影响大的趋势，在众多涉及这个参数的文献中[7][8]，都提到，在SI位于0.75-2.0这个范围的时候结渣强度会非常大，而小于0.75或是大于2.0范围都会使结渣强度降低。

而在本实验中的熔渣指数和积灰速率的关系正如图3所示，由于油菜杆和豆杆的灰成分中的碱性氧化物含量非常大，而等酸性氧化物的含量很低，导致SI值相比于其他实验组大了很多，在图中可以看到当SI>1后的几个点已经趋于稳定在2mg/min左右的积灰速率上。

可以发现，积灰速率在SI小于0.6的时候是较高的，并且在0.2，0.4左右出现两个峰值，在SI大于0.6后，虽然略有波动，但相对保持平稳状态，积灰速率也保持在2mg/min左右小幅波动。

大多数文献中所体现的0.75-2.0的值域，并没有在本次实验中得到很好地体现。事实上，整个SI参数和值域的提出都是针对煤在燃烧过程中的特性提出的，虽然生物质和煤的结构类似，燃料特性和积灰成分也有一些相似之处，但相较之下还是有很多不同点。生物质中通常有较高量的K，P，Ca元素，但是Fe，Ti元素都低于常见的煤。此外，生物质中的碱金属元素通常以离子或有机物的形式存在，而煤中通常是以矿物质存在。而在燃烧过程中，离子和有机元素相比于矿物质会更加不稳定一些，非常容易蒸发、冷凝然后形成沉积，而矿物质会更难一些。

但考虑到煤和生物质形成的沉积物的成分大致一致，都作为生物燃料，它们的相似性也是存在的。考虑到上述离子和矿物质形态的碱金属元素的迁移难易问题，由于生物质中的碱金属以离子态和有机物态存在，更容易迁出[9]，生物质的积灰速度和SI曲线相比于煤也应该会向左偏移。

相比于煤SI在0.75-2.0之间的积灰速率最大，生物质SI可能会在0.6以内就出现积灰速率的迅速增大。但是由于SI在0.6以内的试验点数目所限，规律还不是非常明确。

3.2.2 硫指数和氯指数的考虑

一些文献中也提到了在结渣过程中，特定元素对积灰的影响非常大，一些研究中也引入了硫指数这个概念[10]，用熔渣指数乘以硫元素在干燃料中的比例，得到一个新的指数――硫指数。即

SIs=SI*

不过，考虑到氯元素在生物质燃烧过程中对碱金属的蒸发起到的重要作用，本文中也引入一个新的指数，用熔渣指数乘以氯元素在干燃料中的比例，得到一个新的指数――氯指数，即：

SICl=SI*

式中分别表示硫元素和氯元素在干燃料中的比例。

如前文所述，去掉大的指数对图表比例的影响，积灰速度和硫指数的关系如图4所示，而积灰速度和氯指数的关系如图5所示。

S作为煤燃烧结焦的重要元素，在生物质燃烧积灰的图样中并没有体现出来很好的特性，但与最初的SI指数相比，还是保持了双峰的特点，并且排除的由于横坐标值过大的点，它们的积灰速率基本上在2mg/min，这也说明了在硫指数比较大的时候，积灰速率也趋于平稳，这个和SI曲线是一致的。但整个图像比较散乱，规律性不好，这也是因为S元素并不是生物质燃烧积灰的最重要元素。

相比之下，Cl作为生物质燃烧积灰的重要元素，图像的特点非常明显。与其它指数不同，图像中的两个最大值点（积灰速率10mg/min左右的点）在氯指数的图中是连续的两个点，中间没有大幅的下降的点，构成了一个比较明显的“峰”，且在这个大“峰”的右侧，积灰速率都有明显的下降，并趋于平缓；而在“峰”的左侧，积灰速率虽然有所波动，但是也是在2mg/min上下波动，而且区别较大的两个点（积灰速率在4mg/min）是树皮和木片，这两种材料组成非常接近，并且是明显的木本生物，而其他的实验组多为草本生物质，导致了这个实验规律的略微差异。

由此可见，Cl元素作为生物质燃烧积灰的重要元素，在积灰结渣中起着重要的作用。

首先，是它的传输作用，在生物质燃烧时，氯元素有助于碱金属元素从燃料颗粒内部迁移到颗粒表面与其它物质发生化学反应；

第二，氯元素有助于碱金属元素的气化，它可以与碱金属硅酸盐反应生成气态碱金属氯化物，比如，Cl在焦炭表面与K发生反应生成KCl，而后KCl和含氧的官能团进一步发生发应，导致Cl以HCl的形式进入烟气。当Cl与碱金属形成气态或者形成HCl的时候，在燃料粒子的周围形成了一个气膜，改变了燃料的传热性能，一方面增大了热传导的热阻，使得周围的高温空气换热变得困难，另一方面，形成的气态KCl、HCl在周围形成了一个“遮热板”的涂层，使辐射传热过程增加了阻力，辐射换热量减小，此时，热量不是由炉壁直接传给燃料表面，而是由炉壁先辐射给周围的Cl化物膜，再由这层膜辐射给燃料粒子。在增加了这个“遮热板”后，使得换热量受到一定影响。由于这两方面的共同影响，整个燃料颗粒的换热减弱，吸收的热量减小，燃烧不充分，形成一部分熔融的堆积，以致形成沉积。

而且随着碱金属元素气化程度增加，形成的气膜加厚，致使整个沉淀物和燃料颗粒的温度下降，而固体和液体的粘性随着温度的降低而增加，即沉积物数量和其粘性也增加。随着沉积物的粘性增加，导致其撞击效率一定的基础上管壁的捕集效率增加，使得沉积速度增加，沉积总量增大。

但是随着氯指数的比例进一步增大，一方面，由于结渣指数在之前图像中的特性，会使得整个积灰的总量下降；另一方面，由于氯元素在这里起到的是一个加强效果的作用，随着氯自身的比例增加，会使结渣成分的比例降低，也会使得积灰的总量受到影响而下降。

对本次实验的生物质而言，当氯指数在0.05-0.1之间的时候，积灰速率很大，小于0.05或者大于0.1的时候，都会使积灰速率减小并趋于平稳（对多数草本生物质），趋向于2mg/min。

4 结语

研究发现，生物质同煤相比，着火点很低，而且最大失重温度都集中在300℃左右，且从着火点到最大温度的浮动很小，只有30-70℃左右，综合来看着火性能非常好，且明显异于煤。由于燃料特性和积灰机理，在实验燃料失重速率达到8（%/min）左右时，积灰的速率达到峰值。

一些文献中提到的熔渣指数（SI）和其补充指数硫指数（SIs），在对煤的燃烧判断和积灰预测中可以体现出不错的效果，但在针对生物质燃烧积灰的模型中实验符合程度并不理想。新提出的氯指数，对生物质的燃烧特性和积灰特性的说明符合上做的更好，实验表明，当氯指数在0.05-0.1之间的时候，积灰速率增长很大，小于0.05或者大于0.1的时候，都会使积灰速率减小并趋于平稳，趋向于2mg/min。

实验作为生物质的特性研究，系统地对不同生物质的燃烧和积灰特性做了分析，对煤与生物质的混烧配比以及生物质的混合燃烧起到了一个预测和指引的作用，为工业发电中煤与生物质混烧的减少积灰提供实验依据。

参考文献：

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[7]Pronobis M.Evaluation of the influence of biomass cocombustion on boiler furnace slagging by means of fusibility correlations.Biomass Bioenerg，2005.

篇（3）

Current situation and prospect of

combustion technologies for different forms of biomass

Liu Shengyong， Liu Xiao’er， Wang Sen

(Key Laboratory of Renewable Energy of Ministry of Agriculture， Electrical and Mechanical? Engineering College， Henan Agricultural University， Zhengzhou， 450002，China)

Abstract：In this paper，the characteristics of biomass fuels，and current situation of combustion technologies for biomass briquette，biomass bale，biomass powder and biomass gas were introduced. The problem of deposit and corrosion during biomass combustion was analyzed. At last，the prospect for the development trend of biomass combustion technologies was forecasted.

Key words：biomass; straw; combustion technologies; current situation; prospect

0引 言

生物质能与化石能源相比，具有可再生和低污染的优势，因此受到全世界普遍的重视，并已成为新能源的发展方向之一。生物质能主要通过直接燃烧、气化、液化和厌氧发酵加以利用。生物质因具有挥发分高、炭活性高、N和S含量低，灰分低，生命周期内燃烧过程CO2零排放等特点，特别适合燃烧转化利用，是一种优质燃料[1]。生物质燃烧技术按其形态的不同可分为生物质成型燃料的燃烧技术、生物质捆烧技术、生物质粉体燃烧技术和生物质燃气燃烧技术等，就中国的基本国情和生物质利用水平而言，生物质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。

篇（4）

二、生物质燃烧的特性

了解生物质燃料的组成成分，有助于对其燃烧特性的研究，从而进一步科学、合理地开发利用生物质能。

由上表可以看出，生物质燃料组成成分的特点是：（1）生物质含水分多，含硫量低；（2）生物质含碳量少，固定碳含量更少，热值普遍偏低；（3）生物质含氧量高，挥发份明显较多；（4）生物质灰份少、密度小，尤其是农作物秸秆。因此，生物质燃料的燃烧过程是强烈的化学反应过程，又是燃料和空气间的传热、传质的过程，主要分为挥发份的析出、燃烧和残余焦炭的燃烧、燃尽两个独立的阶段。

三、生物质燃料直接燃烧技术

直接燃烧是目前最简便的生物质能源转化技术，即将生物质直接作为燃料燃烧，燃烧过程所产生的能量主要用于发电或集中供热。作为燃料的生物质包括各种农林业废弃物、城市生活垃圾等。

目前，生物质直接燃烧技术主要有以下几种：

3.1生物质直接燃烧流化床技术

采用流化床技术开发生物质能是考虑到流化燃烧效率高，有害气体排放少，热容量大等一系列优点，适合燃用水分大、热值低的生物质燃料。

生物质直接燃烧流化床技术是采用细砂等颗粒作为媒体床料，以保证形成稳定的密相区料层，为生物质燃料提供充分的预热和干燥热源；采用风力给料装置，使生物质燃料均匀散布在床层表面，有助于燃料的及时着火和稳定燃烧；采用稀相区强旋转切向二次风形成强烈旋转上升气流，可以使高温烟气、空气和生物质物料颗粒混合强烈，并延长物料颗粒在炉内的停留时间；采用稀相区后设置卧式旋风燃烬室，使可燃气体和固体颗粒进一步燃尽，同时可以将烟气中所携带的飞灰、床料分离下来，减轻尾部受热面和除尘设备的磨损。现在我国部分锅炉厂家与高等院校合作，已开发出甘蔗渣、稻壳、果穗、木屑等生物废料的流化床锅炉，并取得成功运行。

3.2生物质直接燃烧层燃技术

生物质直接燃烧层燃技术使用的燃料主要可分为农林业废弃物及城市生活垃圾，由于这两种生物质燃料的燃烧特点不同，因此，所设计的层燃锅炉结构也有所不同。

3.2.1农林业废弃物焚烧技术

一般农林业废弃物的挥发物含量高，析出速度快，着火迅速，而固定碳的燃烧则比较慢，因此对于此类锅炉的设计主要采用采用风力吹送的炉内悬浮燃烧加层燃的燃烧方式。农林业废弃物进入喷料装置，依靠高速喷料风喷射到炉膛内，调节喷料风量的大小和导向板的角度以改变草渣落入炉膛内部的分布状态，合理组织燃烧。为了使大量快速析出的挥发分能及时与空气充分混合，在喷料口的上部和炉膛后墙布置有三组二次风喷嘴，喷出的高速二次风具有很大的动能和刚性，使高温烟气与可燃物充分地搅拌混合，保证燃料的完全充分燃烧。比较难燃烧的固定碳则下落到炉膛底部的往复炉排上，继续燃烧。通过合理地组织二次风，形成合理的炉内空气动力场，可使生物质中的大颗粒物及固定碳下落到炉排较前端，使燃料在炉排上有较长的停留燃烧时间，保证固定碳的完全充分燃烧。

3.2.2城市生活垃圾焚烧技术

目前我国中小城市生活垃圾一般含水量较大，着火困难，直接燃烧具有一定难度，所以燃烧时可掺入一定比例的煤，或者对垃圾进行预处理。我公司生产的城市生活垃圾锅炉使用的是经过消解过的垃圾，燃烧时不须掺煤。消解垃圾经抓斗送到料斗内，垃圾经推料装置送至往复炉排上，往复炉排前部经热空气加热干燥后着火燃烧。为了使大量快速析出的挥发分能及时与空气充分混合，我们在后拱下部及前拱上部各布置有一组二次风喷嘴，喷出的高速二次风具有很大的动能和刚性，使可燃气体与高速二次风充分混合，保证了挥发份的充分燃烧。往复炉排分三级驱动，每级可分别调整炉排的往复运动速度，这样可使燃料在炉排上有较长的停留燃烧时间，保证固定碳的完全充分燃烧。

推入的燃料量通过调节给料机的推料速度来控制。燃料在往复炉排上的燃烧时间通过调节往复炉排的移动速度来控制。为了使燃料层在炉排上有自翻身拨火作用，往复炉排采用倾斜16°的布置方式以及炉排三级之间设置了合理的落差，使燃料从前向后推动前进的同时有一个下落翻动过程，在上级炉排落至下级时有一个较大的翻滚，起到自拨火作用，有利于完全燃烧。为了保证燃料的及时着火和燃烬，设计有较高的前拱和低而长的后拱，高前拱区为垃圾的燃烧提供了足够的空间，低而长的后拱有利于燃料的燃烬。

往复炉的配风与燃煤锅炉也有较大不同。干燥阶段风量仅占一次风量的15%左右，主燃区风量占75%以上，而燃烬区风量仅占10%左右。为了保证挥发分大量集中析出时的完全及时充分燃烧，必须有占总风量15-20%以上的风量作为二次风，本设计的二次风可帮助燃料析出的挥发分在炉膛空间的燃烧，在每组二次风喷嘴的风道上装有调节阀门，实际运行时可根据现场燃料的燃烧情况及时调节各段风量及每组的二次风量。

篇（5）

中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-00-01

1 双层炉排的设计依据

我国在生物质成型燃料燃烧上进行的理论与应用研究较少，然而它的确是能有效解决生物质高效、洁净化利用的一个有效途径。目前来说，没有弄清楚生物质成型燃料理论，需要将原有燃煤锅炉进行一定程度的改造升级，但是炉膛的容积、形状、过剩空气系数等和生物质成型燃烧是不匹配的，也因此导致了锅炉燃烧效率和热效率很低，污染物排放超标。所以，根据生物质成型燃料理论科学来进行设计研究专用的锅炉是目前急需解决的重要问题。

1.1 燃烧特性

以稻草，玉米秆，高粱秆，木屑为例子，对比它们的工业分析、元素分析、以及发热量的数值，我们可以得出结论：生物质成型燃料的挥发分远远高于煤，含碳量和灰分也比煤小很多，热值比煤要小。（1）原生物质燃烧特性，原生物质尤其是秸秆类的生物质密度较小，体积大，挥发分在60%～70%之间，易燃。热分解时的温度低，一般来说，350C就能释放80%的挥发分，燃烧速度很快。需氧量也远大于外界扩散所提供的氧量，导致供养不足，从而形成CO等的有害物质。（2）生物质成型燃料特性，生物质成型燃料密度远大于原生物质，因为其经过高压才能形成，为块状物，结构和组织的特征使得其挥发分逸出速度和传热速度大幅度降低，而其点火温度升高，性能差，但比煤的性能要强。燃烧开始的时候挥发分是慢速分解的，在动力区燃烧，速度也中等，逐渐过度到扩散区和过渡区，让挥发分所发出热量能及时到达受热面，因而降低了排烟的热损失。在其挥发分燃烧后，焦炭骨架结构变得紧密，运动气流无法让其解体悬浮，因而骨架炭能够保持住它的层状燃烧，形成燃烧核心。它需要的氧气和静态渗透扩散的一样，燃烧时候很稳定并且温度很高，也因而降低排烟的热损失。

所以说，生物质成型燃烧相比之下优点更明显，燃烧速度均匀适中，需氧量和扩散的氧量能很好匹配，燃烧的波浪比较小，更稳定。

1.2 设计生物质成型燃料锅炉的主要要求

（1）结构布置，采用了双层炉排的设计结构，也就是手烧炉排，并且在一定高度加上一道水冷却的钢管式炉排。其组成包括了：上炉门、中炉门、下炉门、上炉排、下炉排、辐射受热面、风室、燃烬室、炉膛、炉墙、对流受热面、排气管、烟道和烟囱等。上炉门是常开设计的，用作投燃料和供给空气。中炉门则可以调整下炉排上燃料的燃烧，并可以清理残渣，只打开于点火和清理的时候。下炉门用来排灰，提供少量空气，在运行时微微打开，看下炉排上的燃烧情况再决定是否开度。上炉排以上的地方是风室，上下炉排间是炉膛，墙上则设计有排烟口，不能过高，不然烟气会短路。但过低也不行，否则下炉排的灰渣厚度达不到。设计的工作原理，让一定的粒径生物质成型燃料通过上炉门燃烧，上炉排产生的生物质屑和灰渣可以在下炉排继续燃烧。经过上炉排的燃烧，生成的烟气与部分可燃气体通过燃料层然后是灰渣层而进到炉膛内，继续燃烧，并且和下炉排上燃料所生成的烟气混合，然后通过出烟口通向燃烬室，再到后面的对流受热面。下炉排可以采取低、中、高这样三个活动炉排，因为燃料粒径和热负荷的大小不同。这样就达到了让生物质成型燃料分布燃烧的目的，能够缓解其燃烧的速度，还能匹配需氧量。完全燃烧率得到提升，消除烟尘也更有效化了。锅炉受热面设计，换热面以辐射换热为主的形式叫作辐射换热面，又称作水冷壁。由计算得出其受热面的大小，为保持锅炉内的炉温和生物质燃料的燃烧，要把上炉排布置成辐射的受热面。而形式是对流的换热面则是对流受热面，也叫作对流管束，其大小能由公式计算得到。引风机选型，引风机是用来克服风道阻力以及烟道的。选择风机的时候必须考虑其储备问题，否则会造成计算带来的误差。风量和风压能由计算来确定，选择型号要依据制造厂的产品目录。

2 对双层炉排生物质成型燃料锅炉的前景分析

生产与利用实际上就是一个把生产目的、手段还有投入人力物力财力之间进行合适的结合的过程。这不是简单的经济过程，是技术与经济相互结合的过程。技术因素和经济因素要协调，才能使这项技术得到更好的推广和发展。

2.1 技术分析

双层炉排生物质成型燃料锅炉设计的热负荷是87千瓦，热水温度95摄氏度，进水的温度是20摄氏度，热效率也能高达70%，其排烟温度200摄氏度。它在技术的性能上十分占优势，有很高的热效率和燃烧效率，也减少了有害气体和烟尘的排放量，符合我国的标准，对环境带来的损害小，所以可以考虑广泛应用于各种活动生产中来。

2.2 经济分析

在经济效益方面，因为该锅炉的燃烧效率较高，所以能很大程度燃烧燃料，因此制造的热能量等损失小，节省了不少燃料费用。对比燃煤锅炉，更为经济适用。另外，成本费里包括了固定资产的投入与运行费用。而固定资产投入费包含了设备与建设费，该锅炉的成本为一万元，安装和土建费则是五千元，运行费也含有电费、原料费、人工费以及设备维修费。而优点是简单的设备能节省人工费。如果对成型技术还有设备做进一步的研究，可以在原有成本上再降低，因此也是可取的，适合经济发展的。

3 结语

（1）在技术上，双层炉排是一个很大的进步，能很好的提高效率，而且控制了污染物的排放量，也达到了工质参数的设计要求，随着燃料能源的价格上涨，还有科研人员加强对生物质成型技术的深入研究，这种锅炉一定能占有不错的市场。（2）用技术经济学来分析锅炉，能得出一个大致结果就是，该锅炉投资较大，但是长期看来，是经济可行的，其效益也是符合投资要求的。只是和燃煤锅炉比较起来，燃煤的价格占有优势，但如果化石能源的价格上涨，并且环保力度加大，双层炉排生物质成型燃料锅炉会越来越占据优势的一面。

参考文献

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中图分类号：S216.2 文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2013）01-0255-04

1 引言

生物质能源是唯一可再生，能替代化石能源转化成气、液和固态燃料以及其它化工原料或产品的碳资源。随着化石能源的枯竭和人类对环境问题的关注，生物质能源替代化石能源利用的研究和开发，已成为国内外众多学者关注的热点。

生物质成型技术是生物质能源转化与利用中的重要方面。这项技术在发达国家经过80多年的发展，已经进入到商业化应用阶段[1～5]。目前在国内对生物质压缩成型技术的研究，主要集中在生物质压缩过程的机械特性、压缩特性、流变特性和成型工艺等方面的实验研究和理论探讨，但缺少一个模型模拟成型过程和参数优化，因此本文研究探讨成型过程模型的建立。

2 生物质成型机理

在人们的生活和生产中会产生农业废弃物（秸秆、壳类、糠渣）、林业废弃物（各种木屑、树枝（叶）、稻草）及各类有机垃圾。生物质压缩成型过程是将上述废弃物收集后经过预处理，再经专门的设备压缩为成型块或颗粒燃料。这种成型燃料密度大，占用体积减小8倍左右[6，7]，具有热值高、着火温度低、几乎不产生SO2、燃烧完全等特点，可直接燃烧，也可用于气化[8，9]。

2.1 成型燃料的评价指标

为得到物理化学特性符合使用标准的燃料和生物质气化原料。衡量成型燃料物理品质特性的指标选择松弛密度（Relax density）和耐久性（Durability）[10，11]。成型燃料气化的评价指标选择气体热值、气化效率和焦油含量。

2.1.1 耐久性

耐久性反映了成型块的粘结性能，是由成型块的压缩条件及松弛密度决定的。

2.1.2 松弛密度

生物质成型块出模后，其压缩密度会由于弹性变形和应力松弛逐渐减小。一定时间后密度趋于稳定，此时成型块的密度称为松弛密度[11]。

2.1.3 气体热值（kJ/m3）

生物质气化后的生成可燃气体（Vco、VH2、VCH4）燃烧所产生的热量。

2.1.4 气化效率

气化后可燃气体总热量占气化原料总热量的比值。

2.1.5 焦油量

生物质气化过程中产生的大分子多核芳香族碳氢化合物即为焦油。焦油难以完全燃烧，并产生碳黑颗粒，对燃气设备等损害都相当严重，同时产生的气味对人体也是有害的；另外焦油对于整个气化生产过程带来很大的影响，容易堵塞输气管道，卡死阀门[12]。

2.2 影响成型指标的主要因素

影响生物质的成型的因素有很多，包括内在和外在因素。内在因素主要指原料种类、含水率等；外在因素主要指加热的温度、压力和粒径。这些因素是相互制约的。另外，成型料的尺寸、催化剂的种类及配比主要影响成型料气化过程。

2.2.1 加热温度和压力

成型温度会影响成型燃料的密度和机械强度，当原料含水率一定时，成型温度越高，所需压力越小。这是由于生物质成型过程中加热将木质素软化形成胶体物质有利于成型，并有效的减少了生物质原料对模具的磨损，提高模具寿命[13]。目前，成型过程的加热主要有外加热和摩擦生热。但温度和压力应在合适范围，否则难以成型。实验证明：生物质成型的一般压强为10～30MPa，有外部加热时为10MPa左右，没有任何外在辅助加热设施时需要28MPa左右；秸秆的软化温度为110℃，成型熔融温度为160～180 ℃[13]。

2.2.2 含水率和粒度

生物机体内存在的适量结合水和自由水有剂的作用，使粒子间的摩擦力减小，流动性增强，辅助粒子相互嵌和、填充；在一定压力作用下，可以起到成型粘结剂的作用；另外，水分还可以降低木质素的熔融温度，使生物质成型温度降低[19]。应特别提出，水分过低或过高都不宜成型。粉碎粒度的大小和粉碎后原料颗粒质量会影响产品的抗跌碎性、抗渗水性以及密度等[14，15]。粒度小的生物质填充度高，成型块的抗渗水性和吸湿性增强[14]。原料的粒度越大，越不易破坏原来的物相之间的结构，将直接影响成型机的成型效果、生产效率和动力消耗，使产品的质量下降。

2.2.3 颗粒尺寸

颗粒尺寸主要会影响气化效率[16]。

2.2.4 催化剂的种类及配比

在生物质成型原料中添加合适的催化剂，可以减少焦油和提高气化效率等[12]。

3 压缩成型过程建模及参数优化

3.1 模型建立及参数优化

可以通过实验并对实验数据进行分析处理来研究不同温度、压力和含水率等燃料性能和参数优化。但由于这些方法的局限性在于只能考虑某一种因素，或最佳成型参数的范围。提出本文使用最小二乘支持向量机预测模型方法。它是标准支持向量机的扩展，将二次规划问题转化为线形方程组，有效提高了求解精度并解决了神经网络的局部最优问题和训练样本不足问题[17，18]。将含水率、成型压力作为模型输入；成型的松弛密度、压缩比为模型输出，如图1所示。

3.2 成型燃料对气化指标的影响

在理想的绝热条件下，颗粒较小使气体越容易从颗粒内部溢出，气化效率越高（表1）[16]。但实际上小颗粒生物质在非绝热条件下可能由于质量较小，易于附着在炉壁上，或被载气带出。这种情况的发生与炉内温度较低有直接关系，温度较低造成反应速度较慢，所以在反应完全前小颗粒生物质就很有可能被迫终止反应。该因素在绝热体系中因为在绝热体系中温度可以得到充分保证可以不必考虑，但在非绝热体系中它必须与原有因素综合考虑，才得出可燃气体产量的极值[22]。

另外，成型燃料中添加不同种类含量及配比的催化剂可以提高生物质气化过程焦油脱除率和气化效率[12]。例如添加K2CO3和Na2CO3可提高气体反应速率、降低反应温度、提高气体产量等[23]；通过实验得出，温度在780℃时使用催化剂可以将生物质气化时可燃气体的产量提高一倍左右[23]。添加白云石等催化剂可以有效地降低气化过程的焦油含量，粒径越小，催化效果越好。但颗粒直径太小对固定床来说，阻力太大；而对流化床来说则飞灰损失太严重，所以其直径有一定合适范围，一般为2.0～7.0mm为好[24]。但目前国内外在生物质压缩成型过程的研究中主要是考虑添加某一种催化剂的效果，缺乏对多种催化剂的混合添加，以及添加配比量的研究。

为此本文建议在压缩成型过程中可以考虑将两种或两种以上的经济廉价催化剂（如石灰石、白云石等）同时使用，这些催化剂在合适的配比量下加入成型料中，来提高气化燃气品质，降低燃气焦油含量。

4 结语

本文主要在国内外学者对生物质压缩技术研究的基础上，深入分析了成型因素（加热温度、成型压力、含水率以及原料破碎的粒径的大小）对成型料性能（成型燃料的松弛密度、成型燃料的耐久性和燃料气化性能等）的影响。并提出了对生物质压缩过程使用智能方法（如人工神经网络、支持向量机）来建模，进而在该模型的基础上使用智能方法（如遗传算法、蚁群算法、粒子群算法）来进行参数优化，进而获得最佳的成型效果。解决废弃生物质体积密度小，占用空间大，燃烧效率低等问题。另外，本文分析了以成型燃料为原料来实现生物质气化的过程中成型颗粒的尺寸、向成型料中添加催化剂（两种或两种以上）的含量及配比对生物质气化后的气化性能（气化效率、气体热值和碳转化率）的影响。

目前国内外对生物质压缩成型过程或气化过程的研究主要是在成型或气化机理的基础上来数学建模分析，但是生物质的压缩过程包含的反应较多，催化气化过程更是复杂，所以进行机理方面的建模与参数优化相当困难。而尝试在其他工业过程的建模与参数优化中得到了较好的应用的智能方法（神经网络、支持向量机等）对生物质压缩和气化过程建模与参数优化。可以为生物质成型料的制备和生物质气化过程的工程应用提供有益的参考。

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篇（7）

废弃物，如稻壳、玉米芯、甘蔗渣、花生壳等。

我国是一个农业大国，可以利用的主要有两个方面：秸秆和农业加工废弃物。其中，秸秆的产量约为每年6.5亿吨，折合约3亿吨标准煤。稻壳重量约在稻谷重量的20%以上，由此可以推算出2005年我国谷

物（包括稻谷、小麦、玉米）产量为37428.7万吨，其中稻谷产量为16065.6万吨，稻壳产量为3213.2万吨。另外，稻壳的热值为12560～14650kJ/kg。所以，稻壳在每年谷物处理过程中是一种不可忽视的

能源。我国玉米的主要产区（2000千公顷以上）有河北、吉林、黑龙江、山东、河南。2005年玉米的产量为11583万吨，玉米芯的平均热值为14400kJ/kg。

（二）林业资源的构成。林业生物质资源包括森林生长和林业生产加工资源中所提供的能源，主要有以下三个部分构成：碳薪林、在森林抚育和间伐过程中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木

材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑等；林业副产品的废弃物（如果壳和果核等）。

林业生物质资源在我国农村能源中具有重要地位。林业生物质资源占农村能源总消费的21.2%，在丘陵、山区和林区等区域，这个比例高达50%以上。在2005年我国农村消耗林业生物质资源约为1.66亿吨

标准煤。

在林业生产过程中，碳薪林是一种产量高而生长期短的生物质能资源，它主要可以缓解农村的燃料需求，减少对自然林木的砍伐从而减少对环境的破坏。我国幅员辽阔，有许多种不同的气候，因此我国

树种资源也十分丰富，适合我国的碳薪林种类比较多。

林木伐区剩余物包括经过采伐、集材后遗留在地上的枝杈、梢头、灌木、枯倒木、被砸伤的树木、不够木材标准的遗弃材等。据不完全统计，每采伐100立方米的木材，剩余物约占30%，若利用率按55%计

算，将会有1000多万立方米的剩余物可供加工利用，这也将会缓解我国森林资源紧缺和木材供需矛盾。

我国目前的水平，木材综合出材率（由立木到原木）为65%，我国的木材利用率（由原木到成品）为60%左右。故我国每年可以利用的林业生物质资源是巨大的。利用好这一块能源也具有很大的潜力。

（三）我国生物质压缩成型替代煤的前景。由于生物质通过气化、液化、固化可以转化为二次能源，分别为热量或电力、固体燃料（木炭或成型燃料）、液体燃料（生物柴油、生物原油、甲醇、乙醇和

植物油等）和气体燃料（氢气、生物质燃气和沼气等）。

生物质压缩成型替代煤是利用木质素充当黏合剂将农业和林业生产中的废弃物压缩为成型燃料，提高其能源密度，是生物质预处理的一种方式。将松散的秸秆、树枝和木屑等农林废弃物挤压成固体燃料

，能源密度相当于中等烟煤，可明显改善燃烧特性。在该领域中我国已拥有世界领先技术，为大规模燃烧利用生物质打下基础。

二、国内利用秸秆发电现况

国内利用秸秆发电情况大致分为秸秆掺烧发电、纯秸秆发电、利用城市垃圾和包括秸秆在内的农林废弃物发电三种情况。目前已开始启动的厂家、项目有江苏宝应协鑫生物质环保热电工程、华电国际十

里泉发电厂、江苏国信新能源开发有限公司、盐城垃圾焚烧发电项目、晋州掺烧发电厂改造工程等。据了解这些单位依傍不同优势而掺烧不同材质的生物质，由于是自己摸索，虽已经过了一段时间的实

际掺烧，但各自存在一些问题，正向深层次摸索。目前，真正利用秸秆压缩发电的国内还没有。

笔者走访了香港协鑫集团下属的江苏宝应协鑫生物质发电厂和盐城阜宁协鑫环保发电厂。这两家都已进行掺烧试验，试验证明秸秆掺烧对锅炉燃烧未产生不良影响，对锅炉效率，除尘器效率、飞灰可燃

物、烟气排放未造成不良影响。

三、秸秆掺烧的技术可行性

笔者在秦皇岛及附近地区采集了10种生物质燃料，其编号见表1，压缩成型燃料的秸秆来自定州，并委托清华大学煤燃烧工程研究中心，对生物质秸秆压缩成型燃料的燃烧特性、污染物控制等进行研究。

（表1）

试验结果表明：秸秆的发热量为3670～3890大卡，玉米骨子的发热量为3700大卡，果木枝条的发热量为4170大卡。各种生物质无论产自何地，几乎其成分和热值基本相近，发热量相当于中等烟煤。

清华大学得出这样的技术结论：

1、从实验数据来看，单一生物质燃烧主要集中于燃烧前期；而煤燃烧主要集中于燃烧后期。生物质与煤混烧的情况下，燃烧过程明显地分成两个燃烧阶段。在煤中掺入生物质后，可以改善煤的着火性能

。在煤中加入生物质后，燃烧的最大速率有前移的趋势，同时可以获得更好的燃尽特性。生物质在燃烧过程中放热比较均匀。在煤中加入生物质后，可改善燃烧放热的分布状况，对燃烧前期的放热有增

进作用。煤中加入生物质后，使得煤的燃烧最大速率有所增加，生物质的燃烧特性普遍较好。

2、通过不同比例的掺混成型秸秆燃烧，对于试验范围内，燃烧温度提高到1050OC时，均未发生结焦。

3、掺混10%～20%的成型秸秆的混合燃料，SO2排放较低，在不添加石灰石情况下，SO2排放可以控制在200ppm以内。

4、掺混10%～20%的成型秸秆的混合燃料，NOx排放可以控制在200ppm以内。

总之，在目前的循环流化床锅炉设备中，无需经过过多改动，利用秸秆压缩发电掺烧比例可达到20%在技术上是完全可行的。不仅可以减少煤的使用量降低燃料成本，掺烧生物质还可以起到助燃作用，提高锅炉燃烧室的温度，从而提高锅炉的热效率（北山电厂锅炉热效率在74%～77%），同时在降低飞灰可燃物（掺烧前为27%）、减少排渣带走的热损失（掺烧前为700大卡）上都能发挥效能。新晨

四、经济可行性预测

考虑到秸秆的采购、储运、安全等方面因素，我们准备采取将粉碎、压缩设备分散到农户手中，由农民将秸秆压缩成型后再送到厂里掺烧的办法。以河北秦皇岛北山电厂拥有的一台装机容量为2.5万千瓦

、二台1.22.5万千瓦的凝汽式火力发电机组为例：

1、掺烧对底渣物理热损失、未完全燃烧损失的改善以及对飞灰未完全燃烧损失的改善，以掺烧秸秆量为Xo=20%（重量比）考虑，效率总体可提高?浊=2.49%。

2、考虑秸秆的热值Q1为3550～3800kcal/kg，煤的热值为Qo=3200kcal/kg（未考虑炉前煤损失），以及对效率的影响掺烧20%的秸秆，可以替代22.19%～25.64%的煤量。

篇（8）

生物质能采用高新技术将秸秆、禽畜粪便和有机废水等生物质转化为高品位能源，开发生物质能源将涉及农村发展、能源开发、环境保护、资源保护、国家安全和生态平衡等诸多利益。发展生物能源的初衷就是保护生态环境，在实际应用中也是以此为基点。这也是我国超前发展的一次很好机会，发展生物质能是一件利国利民的好事情。

生物质能源不仅是安全、稳定的能源，而且通过一系列转换技术，可以生产出不同品种的能源，如固化和炭化可以生产因体燃料，气化可以生产气体燃料，液化和植物油可以获得液体燃料，如果需要还可以生产电力等。

目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。

6MW生物质颗粒与煤混烧发电技术

成果简介：该项目是通对不同比例的生物质成型颗粒与煤在循环流化床中进行混合燃烧，混合后的燃料可大大改变原煤的燃烧特性，包括降低着火温度、改善着火性能、提高了循环流化床锅炉的热利用率等。生物质原料与煤之间燃烧特性的优势互补。该技术可用于电厂、工业锅炉等各种利用循环流化床锅炉的行业。该技术对生物质的燃烧特性，燃烧过程以及其结渣特性、碱金属腐蚀、气体燃烧不完全等难题进行了研究，并找出了解决方案。生物质颗粒混烧量可达到80%，在此工况下热效率可提高15%以上，二氧化硫排放量减少50%。氮的氧化物排放量可减少30%；完成了由输送带、给料仓、给料绞龙组成的颗粒燃料输送给料系统；为适应生物质燃料高挥发分的特性，在生物质颗粒燃料进料口上方1.2m处增设了一个二次风进口；可根据生物质颗粒与煤的不同混烧比例，自动调整一、二次进风量。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

生物质气化燃气中焦油催化转化研究

成果简介：该项目研究采用在生物质气化装置的出口处，建一催化净化装置有催化保护床和催化转化床构成，直接处理热的生物质气体，保护床吸收粗燃气中的硫化氢等有毒物质及催化裂化脱除部分重焦油；第二催化反应床催化转化剩余的焦油。碳氢化合物的焦油被催化转化为小分子气体如CO等，增加燃气热值。结果表明，对空气流化床气化的粗燃气的催化干法除焦油，实验方案是行之有效的和成功的。筛选出工业镍基蒸汽转化催化剂和氧化铈添加的镁橄榄石负载型镍基催化剂可作为焦油的催化转化催化剂，氧化铈可促进催化剂的活性和提高抗积炭能力，对气化燃气的重焦油的去除率达99%，按干气计算燃气中氢气的浓度增加6～11%。通过催化净化系统直接处理气化燃气，一方面焦油的催化转化增加了气化气中有价值的气体成分；另一方面又克服了湿法除焦油所带来的不易解决的环境污染问题。

所处阶段：成熟应用阶段

2Kg/hr生物质流化床气化/热解实验装置研制

成果简介：气化是缺氧的反应过程，热解是隔绝氧气的反应过程；气化的反应温度为750-850℃，而热解的反应温度为400-700℃；热解必须采用快速进料，气化对供料速度则无严格要求；两者产物的净化处理过程则基本相同。分析两者的相同点及不同点，该课题组认为建一套气化及热解的双功能系统是可行的。为此该课题组采用了以下特殊设计：独立的氧气及氮气供入系统，共用一套流量计量及预热装置；流化段及悬浮段分别采用独立的电加热及控制装置；流化段及悬浮段分别采用独立的电加热及控制装置用双级供料系统，且均可无级调速；共用一套旋风分离、冷凝、过滤、排气及计量系统。运行及试验结果表明：该系统可分别进行气化及热解试验，且运行良好，达到了设计要求。

所处阶段：初期阶段

生物质经催化热分解技术

成果简介：该研究是以植物系生物质为原料通过催化热解的方法生产高附加值的轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品以及合成燃料。使用了热解温度控制容易，升温速度快，焦炭便于回收，且可连续操作的双颗粒流化床，建立了一套可以定量操作的热解反应系统，开发了连续催化热解过程。充分利用生物质热解温度低挥发物多的特性，选择合适的催化剂，控制生物质热解过程的二次气相反应，使产物向有利于轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品转化，在CoMo-B催化剂的作用下，863K时可得到6.29wt%的收率。这一收率在同类研究中，是常压下热解过程中得到的最高收率。在实验研究过程中还可发现，NiMo类催化剂有利于生物质低温制氢，为生物质低温制氢提出了新的研究课题。生物质连续催化热解装置的研发，实现了连续化操作的热解过程，为未来大规模的工业化生产提供了必要的前期研究成果。

所处阶段：初期阶段

锥形流化床生物质气化技术

成果简介：该专题针对目前国内生物质气化发电、供热、供气存在的原料适应范围窄、燃气焦油含量高、自动化程度低、适用松散型物料的气化发电设备和系统等问题，开发锥形流化床生物质气化发电供热、供气机技术产业化为目标，研制生物质气化装置与气体发电机组成的系列生物质气化发电系统；降低燃气中的焦油含量；生物质气化系统的操作弹性试验；提高生物质气燃气热值。

所处阶段：成熟应用阶段

利用藻类热解制备生物质液体燃料

成果简介：该课题应用能源科学、环境科学和生命科学等交叉学科的理论和技术，以藻类为原料，通过细胞工程和生物质转化等技术，产生生物油和烃类等可再生生物能源，为开发新能源提供新的生物技术途径。用异养转化技术和基因改造技术获得高脂肪含量的藻细胞来热解制备液体燃料，实现异养转化技术、细胞培养技术、基因改造技术与热解技术的整合集成，获得原创性、新颖性的研究成果；同时为后继能源的开发应用提供技术储备；并且通过最前沿的生物技术与能源技术相互结合、交叉与渗透，推动学科的发展。该研究成果应用前景良好。

生物质气气化合成二甲醚液体燃料

成果简介：在固定床或循环流化床中将生物质气化，变成H2, CO, CO2等组分，然后经过气体净化，在重整反应器中和沼气一起在催化剂的作用下进行重整来调整H2和 CO的比例，同时降低二氧化碳的比例，使之适合于合成二甲醚。然后气体经过压缩进入二甲醚反应器。在催化剂的作用下合成二甲醚。该套技术已经申请了国家发明专利。

二甲醚（简称DME,CH3OCH3）是一种清洁的燃料与化工产品，有很大的市场。液化二甲醚可以完全替代液化石油气（LPG），与LPG相比具有无毒无臭、不易爆炸、热效率高、燃烧彻底、无污染等特点，因此，DME作为LPG的替代品在中国特别是农村有巨大的潜在市场。作为清洁燃料DME可以替代柴油用作发动机燃料，十六烷值达55，与柴油热效率相同，DME不会产生黑烟和固体颗粒，NOx排出量大大减少，是很有前途的绿色环保型发动机燃料。

该项目采用的以生物质废弃物（包括木粉、秸秆、谷壳等）作为原料，通过催化裂解造气作为气头的新工艺，目前还未见报道。DME的合成也采用先进的一步法合成工艺，该方法作为应用基础研究最近几年才在国际上展开。广州能源研究所在世界上首先实现了在小型装置上由生物质一步法合成绿色燃料二甲醚的连续运行。将该技术进行产业化推广可以解决缓解广东省液化气日益紧张的形势。

适用范围和条件：适用于生物质资源丰富的地区

3MW生物质气化高效发电系统关键技术

成果简介：该项目发展了6MW生物质气化及余热蒸汽联合发电系统、500kW生物质燃气发电机组和焦油污水生化处理新工艺等关键技术，在江苏兴化建立的示范电站装机容量为6MW，气化效率最高达78%，燃气机组发电效率为29.8%，系统发电效率27.8%，电站总投资约3200万元，系统运行成本0.40元/kw，具有较高的性价比和显著的社会效益。示范电站建设严格按国家电力行业的规范进行，并形成了市场化运作机制，为生物质气化发电技术的产业化积累了有益的经验。

所处阶段：成熟应用阶段

自热式生物质热解液化装置

成果简介：中国科学技术大学研制的“自热式生物质热解液化装置”通过了安徽省科技厅组织的专家鉴定，达到国际国内先进水平，是生物质洁净能源研究取得的重要进展。该装置是在安徽省“十五”科技攻关计划、教育部“211”工程和中国科学院知识创新工程等项目资助下研制完成的，专家认为：自热式生物质热解液化装置采用两级螺旋进料器有效解决了生物质进料系统的进料速率定量控制、密封和堵塞问题，其中自热式生物质热解液化装置在热解热源供给和生物油冷凝收集等方面具有创新性。

所处阶段：初期阶段

稻壳生物质中型气化发电系统

成果简介：该电技术的基本原理为利用生物质气化高新技术，经中温裂解气化，转换为可燃气体。气化炉内的化学反应过程主要是燃烧反应，热分解反应和还原反应。稻壳进入气化炉后，部分遇氧燃烧，提供热分解所需热量，大部分稻壳在缺氧条件下发生热分解反应，折出挥发份和焦炭，挥发份在中温反应区内发生二次反应，使焦油裂解为气体，同时气体和焦炭之间，气体和气体之间发生还原反应，产生气相焦油和气体。这些气体携带部分细颗粒焦炭、灰尘进入燃气净化系统。部分焦炭通过惯性除尘器回流进入气化炉参加反应，气相焦油冷凝通过水洗除去。燃气经净化后，再送到自吸式燃气内燃机进行热功转换产生动力，带动发电机发电。

所处阶段：成熟应用阶段

JZS家用生物质燃气灶

成果简介：该项目灶具的心脏阀体独创了大铜芯、大阀体，阀芯不凝滞、焦油不堵塞、维修方便，使用寿命特长；面壳采用进口加厚不锈钢板锻压成型，美观大方，优质耐用；高压脉冲点火器，使用寿命达10万次以上，着火率达100%，绝缘性能好；燃烧器炉头选用直径120mm和100mm标准铸铁双管和单管气道炉头；燃烧器火盖选用内旋火条形火孔，火盖材质选用全铜锻压成型，火孔加工精确，热效率高，高温不变型，高效更节能。JZS家用生物质燃气灶是秸秆气化集中供气系统的配套设备，是开发农村绿色能源的新产品。

所处阶段：成熟应用阶段

生物质联产技术及成套设备研究

成果简介：该项技术以干馏炭化工艺为中心，以生产产品为主，实现了炭、气、油联产的工业化生产，大大提高了经济效益；该设备系统热效率高。国内同类技术的设备系统热效率为56%，本项技术的系统热效率达到73.64%，比普通冷煤气发生炉的热效率高出10个百分点左右；生产的生物质炭热值和固定炭含量高，无烟、无味。经深加工可制成橡胶炭黑，优于木炭，木焦油可以提炼出多种化工原料，优于煤焦油，经济效益显著，市场前景很好；生产的生物质燃气热值达到17.7MJ/Nm^3，高于城市煤气的热值，大大超过4.6MJ/Nm^3的行业标准；燃气中焦油和灰尘含量小于10mg/Nm^3，大大低于50mg/Nm^3的行业标准。

所处阶段：成熟应用阶段

生物质气化发电优化系统及其示范工程

成果简介：该成果采用循环流化床气化炉和多级气体净化装置，配置多台500kW的单气体燃料内燃发电机组，发电系统可在2000－6000kW之间根据需要设计，发电原料可用谷壳、木屑、稻草等多种生物质废弃物。气化发电系统发电效率达20%～28%。由于系统设计合理，单位投资约4500～6500元/kW, 运行成本约0.35 ～0.45元/kWh，能满足农村处理农业废弃物的需要，电力符合工厂企业用电或上网要求，有显著的经济和社会效益。

所处阶段：成熟应用阶段

生物质制取合成气技术研究

成果简介：气化炉内的生物质由高温CO_2在水蒸汽氛围下进行碳化直接还原为CO。高温CO_2由助燃的水蒸汽和系统循环的可燃气生成。整个工艺系统实现了热量自给平衡。可获得较高热值的合成气。通过控制CO_2和H_2O的比例和气化温度，在高温常压下，CO_2与碳反应还原为CO，同时H_2O的分解、重整产生H_2，保证了CO+H_2＞50%的出口气浓度及其合适的比例。自主研制的固流复合床生物质气化炉，抑制了焦油的产生，降低气体净化的难度，提高生物质原料的利用率。独特的加料排渣系统，适应多元化原料的处理。本项目研究合成气制取机理及其气化过程有关特性，找出生物质制取合成气工艺中的某些关键参数，作为未来工业化系统优化设计的重要依据。

所处阶段：成熟应用阶段

生物质干馏气炭油联产技术及设备

成果简介：该项目针对不同类型的生物质原料，开发了两种不同的致密成型及干馏工艺，使生物质的热转换具有较高的能源利用率与换率。该项技术以成型后的生物质干馏工艺为中心，燃气中氮气含量低，燃气热值达到15MJ/m^3以上，是较好的化工原料，生物质炭、焦油及木醋液也有较好的市场。设备采用隧道连续干馏工艺，具有创新性，结构合理，操作、维护简单易行。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

生物质颗粒燃料冷态致密成型技术及成套设备

成果简介：该项目通过研究确定不同种类农林废弃物原料的高效粉碎工艺、生物质冷态致密成型机理及不同农林废弃物冷成型条件。建立农林废弃物冷态致密成型过程的数理模型与开发生物质冷态成型过程计算模拟系统。设计出能适用于各类生物质原料的高效粉碎设备、冷态成型模具及成型设备。进而设计出完整的生物质颗粒燃料冷压成型成套设备、生产工艺流程及相关辅助设备，充分保证成套设备运行的稳定性、可靠性和经济性。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

生物质材料甲醛释放量检测环境跟踪控制技术

成果简介：该成果涉及生物质材料（人造板等）挥发物检测环境的动态精确控制方法，应用范围为人造板、建筑材料、化工等产品中含挥发性有害气体的检测，为控制人造板产品及其含甲醛等有害挥发物产品的质量，提供可靠的技术与检测设备。同时为林产工业及全社会的环境保护、安全检测与监测技术、环境工程与技术、环境保护与管理、环境质量评价与环境检测等科学研究提供的新的成果、进展及方法。产品已应用在国家人造板质量监督检验中心、家具质检站、人造板检测机构、理化测试中心、疾病控制中心、大学等单位，负责我国生物质材料甲醛释放量的检测与监督工作。

成果类型：应用技术

所处阶段：成熟应用阶段

SLQ-300型空气鼓风常压流化床生物质气化成套设备

成果简介：该项目研制开发的新型生物质气化系统，即空气鼓风常压流化床生物质气化系统，可生产低热值生物质燃气，用于乡镇居民炊事与生活、工副业生产及发电。技术原理为：鼓入气化器的适量空气经布风系统均匀分布后，将床料流化，合适粒度的生物质原料送入气化器并与高温庆料迅速混合，在布风器以上的一定空间内激烈翻滚，在常压条件下迅速完成干燥、热解、燃烧及气化反应过程，从而生产出低热值燃气。排出气化器的热燃气再依次通过由干式旋负除尘器、冲击式水除尘器、旋风水膜净化器、多级水喷淋净化器、焦油分离器和过滤器等组成的净化系统，被冷却净化为符合使用要求的干净冷燃气以供不同用户使用。

成果类型：应用技术

所处阶段：成熟应用阶段

下吸式固定炉排生物质成型燃料热水锅炉设计与研究

成果简介：该项目属河南省自然科学基金项目（项目编号：0311050400；0411052000）。技术原理：一定粒径生物质成型燃料经上炉门加在炉排上下吸燃烧，上炉排漏下的生物质屑和灰渣到下炉排上继续燃烧和燃烬。生物质成型燃料在上炉排上燃烧后形成的烟气和部分可燃气体透过燃料层、灰渣层进入上、下炉排间的炉膛进行燃烧，并与下炉排上燃料产生的烟气一起，经两炉排间的出烟口流向降尘室和后面的对流受热面。这种燃烧方式，实现了生物质成型燃料的分步燃烧，缓解生物质燃烧速度，达到燃烧需氧与供氧的匹配，使生物质成型燃料稳定持续完全燃烧，起到了消烟除尘作用。

成果类型：应用技术

所处阶段：初期阶段

SMG-3型生物质型煤高压干式成型机研究

成果简介：该产品成型原理是在高压的条件下，经过对滚滚压的工艺方法，将干燥后的煤粉、生物质粉、固硫剂粉等原料压制成长椭球形状型煤的。所生产的生物质型煤具有洁净化、环保化的特点。性能指标：液压系统工作压力：20～25Mpa；对滚转数：0～11r/min；螺旋推进预压机构转数：0～40r/min；成型机产量：3t/h；压制生物质型煤的原料：含水≤3%的煤粉、生物质粉、固硫剂粉；生物质型煤压碎力：300～350N。成型机的特点：高压干式滚压成型；液压、油气系统保压、恒压；园柱型螺旋预压、推进；主机传动为单轴与减速机连接；主传动与推进预压机构实现了无级变速。该产品填补了国内成型机生产的空白，达到了国际当代同类产品的水平。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

生物质经催化热分解向轻质芳烃的转化

成果简介：该研究是以植物系生物质为原料通过催化热解的方法生产高附加值的轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品以及合成燃料。使用了热解温度控制容易，升温速度快，焦炭便于回收，且可连续操作的双颗粒流化床，建立了一套可以定量操作的热解反应系统，开发了连续催化热解过程。充分利用生物质热解温度低挥发物多的特性，选择合适的催化剂，控制生物质热解过程的二次气相反应，使产物向有利于轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品转化，在CoMo-B催化剂的作用下，863K时可得到6.29wt%的收率。这一收率在同类研究中，是常压下热解过程中得到的最高收率。在实验研究过程中还可发现，NiMo类催化剂有利于生物质低温制氢，为生物质低温制氢提出了新的研究课题。生物质连续催化热解装置的研发，实现了连续化操作的热解过程，为未来大规模的工业化生产提供了必要的前期研究成果。

成果类型：应用技术

所处阶段：初期阶段

生物质能开发利用示范工程研究

成果简介：该产品生物质成型燃料以农作物废弃物为原料，供暖、供热，燃烧时无黑烟，几乎没有二氧化硫的排放，氮化物排放极低，二氧化碳排放量接近植物生长所需要量，可以称得上是零排放。原料加工，可以使农业废弃物变废为宝实现增值，所以该项目是有利于社会，有利于农民，有利于消费者的事业，具有一定的推广应用前景。

成果类型：应用技术

所处阶段：成熟应用阶段

生物质复合型煤制备及燃烧性能研究

成果简介：该课题对生物质型煤的制备工艺、燃烧过程、燃烧机理、固硫性能等进行了研究。当生物质添加量为20%、成型压力为40MPa时，生物质型煤的抗压强度可以达到400N/个；生物质型煤的着火温度一般低于350℃，燃烧过程可以分为4个阶段；当Ca/S比为2.0，燃烧温度为900℃时，生物质型煤的固硫率可以达到90%以上，远远高于普通型煤的固硫率，生物质型煤燃烧过程的SO2排放浓度明显低于传统型煤。因此，生物质型煤比普通型煤有更好的燃烧特性，更高的固硫率。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

双循环流化床生物质气化装

成果简介：“双循环流化床生物质气化装置”是在教育部“211”工程和中国科学院知识创新工程等项目资助下研制完成的，主要研究内容包括：（1）掌握了锯末和稻壳等生物质的流化特性。（2）研制了每小时可处理80公斤物料的双循环流化床生物质气化装置。该装置结构简单、设计合理，采用特殊结构的两级螺旋进料器可以实现连续式的密封进料；合理的流化床层和返料结构，可以保证床层温度均匀分布，以及实现焦油蒸汽在炉内二次裂解，从而使气化效率、碳转化率和燃气质量等得到显著提高；采用鼓风运行方式可以实现热煤气的直接利用，从而可以避免高温燃气的显热损失和焦油能量的损失，以及水洗焦油造成的二次污染等。（3）掌握了常见秸秆的气化方法和气化效率、碳转化率和燃气成分及热值等气化参数，对热煤气的燃烧利用进行了试验研究，研发了预混式燃气燃烧器。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

板式生物质干燥机

成果简介：“板式生物质干燥机”是河南省科学院能源研究所研制开发的新产品，本产品能较好地适应粉碎后的蓬松多孔状生物质物料的干燥。在充分研究了生物质物理化学特性的基础上，把空气调节技术与传热学相结合设计出高效节能型干燥机。本产品具有独特的换热排湿结构，热利用率达到60%以上，以无级调速电机为动力，通过链条刮杆等传动机构带动物料在干燥机内移动，通过调节调速电机的转速（0～1440r/min）改变物料的干燥时间， 以适应不同含水率的生物质物料的干燥；圆柱形刮杆带动物料在加热板上移动，同时完成了物料的翻动，使含水物料的不均匀度大大减小；空气调节技术与传热学相结合，通过等压分流的稳压箱和板式射流加热板组成高效的气流组织结构，能使热风等速均匀地射向物料，提高了烘干效率，同时减少了物料中灰分的带出，降低了废气中灰分的含量，减少了环境污染；射流板的上表面为平板，做为物料床，同时进行传导换热，下表面为多孔板，可使热空气等速均匀地射向物料，可完成对流换热与湿气的带出，高温多孔板发射出远红外线，以辐射形式加热了物料，综合利用了传导、对流与辐射三种热的传播形式，热利用率达60%以上；实现了干燥机的模块化设计，每两层为一基本模块，可根据处理量的大小随意增减换热板的数量，从而减少不同型号的干燥机设计工作量。缩短了设计周期，加工更加简单。

成果类型：应用技术

所处阶段：初期阶段

生物质锅炉型煤的开发研究

该项目开发出“水泡-氢氧化钙溶液蒸煮”的生物质型煤粘结剂及生产工艺，“有机-无机复合粘结剂”及型煤生产工艺，该粘结剂及型煤生产工艺可以利用国内现有生产设备进行生产。采用红外光谱分析研究了生物质经“水泡-氢氧化钙溶液蒸煮”处理前后组成变化，证明该处理工艺可以使生物质有效降解。提出了新颖的生物质型煤粘结机理和防水机理。认为生物质中可降解成分降解后的固体纤维素、半纤维素和木质素等在型煤中形成“网络结构”将煤粒包裹起来，液体粘稠物充填于煤粒与生物质固体之间。生物质固体与液体部分共同型煤强度。粘结剂加工中过剩的氢氧化钙在型煤干燥中将转化成碳酸钙，对型煤防水强度具有一定的作用。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

生物质切揉制粉机

成果简介：该成果在充分研究国内外粉碎机的基础上，试验分析了生物质秸秆的粉碎特性，针对生物质秸秆含水率高、具有长纤维的特点，研究设计出适合各种含水率高达25%以下生物质秸秆粉碎的生物质切揉制粉机，采用锤片、刀片相结合的方式，秸秆经高速旋转的刀片切断后，再经锤片击打粉碎，提高了粉碎效率。经河南省节能及燃气具产品质量监督检验站检测，系统的各项技术性能符合河南省科学院能源研究所企业标准Q/HKN001-2005《生物质切揉制粉机》的要求。该机即可用于农村，也可用于工业，即环保又经济，节约能源，具有良好的经济和社会效益。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

低能耗生物质热裂解装置

成果简介：该实用新型的目的是为了能将低品位的生物质能转换成高品位的液体燃料和高附加值产品，提供一种基于流化床的低能耗生物热裂解装置。低能耗生物热裂解采用以下工艺流程：连续送料至反应器，使其在高温下气化，分离，含生物的气体经热交换冷凝成油，升温后的非凝结气体再循环。本实用新型采用流化床作为反应器，由给料器、调速电机及减速器、进料套筒及螺旋进料棒、流化床反应器、螺旋风分离器、作为能源回收的气－气热交换器、气－水热交换器、集油器、茨循环风机、主电加热器、辅助电加热器等组成。主电加热器、辅助电加热器；流化床反应器竖直放置，底部置有多孔板，并放入石英砂作为中间载体；主电加热器置于反应器入口前端，辅助电加热器置于反应器外壁面。

成果类型：应用技术

所处阶段：初期阶段

生物质经催化热分解向轻质芳烃的转化

成果简介：该研究是以植物系生物质为原料通过催化热解的方法生产高附加值的轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品以及合成燃料。使用了热解温度控制容易，升温速度快，焦炭便于回收，且可连续操作的双颗粒流化床，建立了一套可以定量操作的热解反应系统，开发了连续催化热解过程。充分利用生物质热解温度低挥发物多的特性，选择合适的催化剂，控制生物质热解过程的二次气相反应，使产物向有利于轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品转化，在CoMo-B催化剂的作用下，863K时可得到6.29wt%的收率。这一收率在同类研究中，是常压下热解过程中得到的最高收率。在实验研究过程中还可发现，NiMo类催化剂有利于生物质低温制氢，为生物质低温制氢提出了新的研究课题。生物质连续催化热解装置的研发，实现了连续化操作的热解过程，为未来大规模的工业化生产提供了必要的前期研究成果。

成果类型：应用技术

所处阶段：初期阶段

超低焦油秸秆高效制气技术

成果简介：该技术是以秸秆为主要原料，采用先进的低倍率低速循环流化床气化技术和双层催化裂化炉，通过特定的流场组织和多级进料、组合进气方式，在气化介质和特殊催化剂（钙镁复合催化剂）作用下，在特殊的工艺流程内进行催化气化反应制取超低焦油燃气，其净化过程具有用水量极少，并从生活垃圾中获得的高活性焦炭基材料作为过滤干燥介质等特点。该技术在国内处于领先水平，提高了传统气化炉产气效率和燃气品质，大大降低了燃气中焦油含量，减少了废水的排放和焦油对环境的污染，充分利用农村农林废弃物，避免了其露天放置对环境的污染，解决了部分劳动力就业。

成果类型：应用技术

所处阶段：初期阶段

强化热解生物质气化技术的研究

成果简介：该课题研究以各种农作物秸秆为原料的低焦油燃气发生器，及与之配套的燃气净化技术，采用新式强化裂解气化反应器，充分降低燃气中焦油含量，简化净化工艺，保证燃气质量，使秸秆气化机组的各项指标达到或超过国家相关的行业标准，提高已有的生物质气化技术水平和燃气质量，形成配套合理，运行方便，安全可靠的气化机组，实现气化机组的更新换代。应用此技术，将解决目前设备中存在的焦油清理难、劳动强度大的问题，提高使用寿命，实用性更强，不仅可以应用于农村，在工业有机废料处理和燃气发电方面，也将有良好的推广前景。

成果类型：应用技术

所处阶段：中期阶段

生物质锅炉型煤的开发研究

篇（9）

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2011 . 04 . 031

1引言

1．1研究的背景及意义

自20世纪以来，由于各国经济发展的需要，人类对自然资源进行大肆掠夺，对自然生态环境造成严重破坏，人类的生存发展面临着自然资源严重匮乏、能源严重短缺、生态环境严重破坏的困境。为了摆脱困境，在全世界兴起了对新的生产方式的研究，这种新的生产方式的宗旨是要实现“人类社会经济系统”与“自然生态系统”的和谐健康发展。于是一个个“生态园区”应运而生，我国也在国外实践的基础上提出了发展“循环经济”的理念，在这样的背景下，包括生物质能在内的新能源产业已在世界各地蓬勃发展起来。

随着石油危机及温室气体减排呼声的日益高涨，寻找替代性清洁能源成为化解能源危机和温室效应的最佳策略。由于生物质能是一种化学态能，不仅能够发电、供热，而且还能转化为液态燃料和生物基产品，是唯一可大规模替代化石燃料的能源，主要发达国家的技术专家和决策者都非常重视生物质能产业的开发。近年来，伴随着针对生物质能产业创新而发生的“车人争粮”、“人道危机”、“环境问题”等激烈争论，世界生物质能产业创新开始呈现出新的趋势和特点。

生物质能产业基于循环经济理论、工业生态理论所建立的生物质能生态产业链网络具有良好的经济效益和环境效益，这成为生物质能产业发展的新趋势和新特点。本文通过对金骄集团生物质能产业链的分析，追踪这些新趋势和新特点，旨在发现生物质能产业创新的规律社会约束条件，探索适合

2．2循环经济理论

循环经济与工业生态学理论具有非常密切的关系，循环经济的思想萌芽可以追溯到环境保护思潮兴起的时代，20世纪60年代美国经济学家肯尼思·鲍尔丁提出的“宇宙飞船理论”可以作为循环经济的早期代表。该理论的核心是：如果人们像过去那样不合理地开发资源和破坏环境，超过了地球的超载能力，就会像宇宙飞船那样走向毁灭。人类应以“循环式经济”代替传统的“单程式经济”，这意味着人类社会的经济活动应该从效仿以线性为特征的机械论规律转向服从以反馈为特征的生态学规律。

循环经济（circular economy）是物质闭环流动型（closing materials cycle）经济和资源循环（resources circulate）经济的简称。20世纪90年代以来，各国学者和政府清醒认识到，当代资源环境问题日益严重的根源在于工业化运动以来以高开采、低利用、高排放为特征的线性经济模式，从物质流动和表现形态角度看，传统工业社会经济是一种“资源—产品—污染排放”单向流动的线性经济。与此不同，循环经济倡导的是一种与地球和谐的经济发展模式。它要求把经济活动组织成一个“资源—产品—再生资源”的反馈式流程。所有的物质和能源能在经济循环中得到合理和持久的利用，从而把经济活动对自然环境的影响降低到最低水平。循环经济本质上是一种生态经济，它运用生态学规律而不是机械论规律来指导人类社会的经济活动。

3金骄集团生物质能产业链结构解析

金骄集团发展生物质能产业，主要是利用各种植物秸秆、林作物以及不能作为食用油的油作物等。据相关资料介绍：巴彦淖尔市耕地面积中有可耕地77.3万公顷，灌溉面积60万公顷，有待开发面积50.7万公顷。其主要粮食作物为小麦和玉米，种植面积分别为12.7万公顷和13.9万公顷，另外还有油葵、食葵等经济油料作物，这可以为金骄集团生物质能产业的发展提供足够的纤维类原料。巴彦淖尔市周边的土地多为沙荒地、盐碱地、荒坡地，共133.3万公顷，其可作为生物质能产业的林木种植基地，种植面积可达20万公顷以上。金骄集团现已在该市边际性土地上建立石油植物园，重点培育油料作物文冠果。

目前集团开发的生物质能三大产品包括生物甲醇、生物柴油和燃料乙醇。另外，为了更好地实现生物质能产业应有的生态性以及生产过程中的物流循环，该集团建成了独立的热电联产系统和环境综合处理系统（见图1）。

该集团以石油植物园、甲醇基燃料系统、生物柴油—生物油联产系统、纤维制乙醇系统、热电联产系统、环境综合处理系统为框架，各系统之间通过中间产品和废弃物的相互交换而互相衔接，从而形成了一个比较完整的生物质能产业链网络，见图2。

本文以产业链“内含链”理论为基础，从“企业链”、“产品链”、“生产链”、“技术链”等4个方面对金骄集团生物质能产业链进行阐释。

3．1集团企业链解析

从图2中可以看出，该集团产业链主要由3条主链组成：

（1） 文冠果果实制生物柴油产生副产品粕及二氧化碳；

（2） 生物甲醇生物柴油废渣制堆肥石油植物园；

（3） 文冠果废枝条燃料乙醇废渣制堆肥石油植物园。

将3条主链对应到各个生物质能产业系统，即表示成“企业链”的形式为：

（1） 石油植物园生物柴油、生物油联产系统环境处理系统；

（2） 生物甲醇系统生物柴油、生物油联产系统石油植物园；

（3） 石油植物园燃料乙醇系统环境综合处理系统石油植物园。

另外，环境综合处理系统和热电联产系统与集团内三大生物质能产品系统的联系紧密。这两个系统的存在不仅实现了集团内的水循环和能量循环，它还是联系三大生物质能产品系统的重要纽带。其具体“企业链”形式如图3所示。

企业链（1）是以环境综合处理系统为链中下游企业，该系统的物料投入主要是来自集团内生物质能生产系统和热电联产系统生产过程中排出的各种废水、废渣和废气等废物。

企业链（2）是以环境综合处理系统为链中上游企业，它表示废水、废渣和废气等经该系统处理后，被集团内其他系统循环利用的过程。其中该系统主要利用回用水工程，将废水经过处理以后，达到工业用水的要求，重新被甲醇基燃料系统、燃料乙醇系统所利用。

企业链（3）是以热电联产系统为链中上游企业，它表示该系统以利用甲醇基燃料系统的余热和其他投入为基础，将产生的电、汽、热全部应用于集团内三大生物质能产品系统的生产过程。

3．2集团产品链解析

从产品结构视角看，产业链是指以某项核心技术或工艺为基础，以市场前景比较好的、科技含量比较高的、产品关联度比较强的优势企业和优势产品为链核，以产品技术为联系，投入产出为纽带，上下连结、向下延伸、前后联系形成的产品链。产业链中，上一个企业的产出是下一个企业的投入——这是产业链的“基础内含链”。

从“企业链”的角度来讲，金骄集团仅有3个生物质能产品系统。但从“产品链”的角度来讲，金骄集团生物质能产品共有5种：生物甲醇、生物柴油、生物油、燃料乙醇、碳酸二烷酯等。从生物柴油、生物油联产系统的工艺流程（如图4所示）可以看出，油酸甘油酯通过酯交换、酯化，分别生成生物柴油、生物油两种生物质能产品；甲醇基燃料系统最终生产出生物甲醇、碳酸二烷酯两种生物质能产品，碳酸二烷酯以生物甲醇为原料，由生物甲醇进一步加工而生成。另外生物甲醇作为中间投入，用于生物柴油、生物油联产系统中，作为最终生物质能产品生物柴油的中间投入。由此便形了成金骄集团生物质能“产品链”，具体见图5。

3．3集团生产链解析

产业链的生产链是与最终产品生产直接或间接相关的诸多企业及社会经济的若干部门之间的一种相互依存、相互制约的链状经济技术关系。

产业链的生产链结构及运行有两个突出特点：一是各个环节在空间上的并存性和运行时间上的继起性。空间并存性，是指链条的基本环节在空间上不能空缺，也就是在同一时点上各个环节都必须同时存在。时间的继起性，是指生产链的每一个生产环节的运动不仅自身不能停止，而且必须一个接一个地有序地跟着前进。二是链状结构之间的比例性和运动的平衡性。只有各环节在组织规模与作业数量上保持一定的比例，才能保持各环节在运动中的动态平衡；也只有保持链状环节的动态平衡，才能保持整个生产链良性互动，并产生出整合的前推力量。该原理可借鉴并联电路中总电流i与分电流ii的关系进行描述，见图6。

在图6中，电阻之间是相互并联的关系，总电流i与分电流ii的关系为：i ＝ i1 ＋ i2 ＋ … ＋ in 。

当电路中其中一个电阻值ri变大时，则：ii减小，因此便会引起总电流变小。为保证整个电路能够正常工作，当其中电阻变大时，总电压也应相应地增大。

对于金骄集团的5个系统，各个系统之间是相互联系、相互作用的。其中任何一个系统产品产量和规模的变化都会给其他系统带来影响。如：热电联产系统，该系统存在的意义是将电、汽、热及时、保质保量地供应给其他系统，这样才能保证集团生物质能产品的正常生产。如果三大生物质能产品系统中任何一个系统想要扩大生产规模，那么该系统对电、汽、热的需求便会增加，此时就应该相应地扩大热电联产系统的规模。

3．4集团技术链解析

产业链中每个企业为了保证产品生产的质量，都有一系列的技术支撑，所有不同环节企业的技术之和便构成了产业链的技术链。由于每个企业都有自己的核心竞争力，因此每个企业也都有独特的技术，这些技术是企业的竞争优势所在。当市场需求发生变化时，首先会引起技术链的变化，只有技术链能顺利对接才能保证产业链生产上的对接，才能保证产业链的稳定运行。

金骄集团各系统之间存在着紧密的经济技术联系，如果没有各种生物质能技术的支撑，就不能形成生物质能产业链。各系统中利用的关键技术见表1。

以纤维制乙醇为例，该工艺与发酵法纤维制乙醇相比，成本相当于其58％，投资低65％，生产规模是其2~3倍，与天然气制醇类燃料相比，大大减少了温室气体co2的排放（是其26％），该技术工艺是由金骄集团自主研发的。

金骄集团吸纳国内在生物质炼制领域技术领先的3所重点大学（北京化工大学、吉林大学、华南理工大学）作为股东，共同办企业。由大学教授与企业科研人员共同组成课题组，利用大学的基础研究设施和企业的应用研究、小试生产、中试生产设施共同完成科研开发，实现大学的基础理论研究与企业的产品研发、应用技术研究相结合。开发队伍精干，具备一流的研发实验设施，形成灵活高效的运作机制、显著的自主创新优势和突出的技术特色，能够持续不断地为生物质炼制产业技术进步提供有力支撑。

4金骄集团生物质能产业链的特性

4．1“生态产业链”特性

生态产业链一般是指依据生态学原理，以恢复和扩大自然资源存量为宗旨，为提高资源基本生产率或满足社会需要，对2种以上产业的链接进行设计（或改造）使其成为一种新型的产业系统的系统创新活动。

生物质能产业链是借助于高新科技将“生态工业系统”与“自然生态系统”耦合而形成的一种产业链，因此其必定具有一定的生态特性：

（1） 首先，从集团发展生物质能的原料来看，甲醇基燃料系统、纤维制乙醇系统均以植物纤维等农林废物为原料，这些纤维素类物质是地球上最丰富、最廉价的可再生资源，利用这些废物不但可恢复、扩充自然资源增量，还会减少这些废物对生物生存空间的侵占并减少一定的环境污染。另外该集团利用巴彦淖尔市边际性土地（沙荒地、盐碱地、荒坡地）种植文冠果果树等生物质能林木，原料供应不但做到了“不与人争粮”，“不与粮争地”，从而避免以往生物质能产业引起的“车人争粮”、“人道危机”、“环境问题”等激烈争论，而且将能源林基地建设与防风固沙、城市周边绿化融为一体，更好地体现了该集团生物质能产业链的生态特性。

（2） 从生物质能产业链的“生态工业系统”角度来讲，金骄集团研发部依据生物质c、h、o循环机制、生物质炼制与环境的协调性、生物质产品技术经济分析等设计和改进生物质能生产工艺，其生产过程中处处体现绿色、无毒和安全的特性。例如，在生物柴油、生物油联产系统整个生产过程中，利用国际领先的工艺（生物柴油生产过程采用国际先进的汉高法；生物油生产过程采用国际先进的有利凯玛法，均为国际通称的“绿色精细化工”方法），不添加任何对环境可能造成污染的添加剂，且工艺安全合理。另外，在生产过程中，涉及外运的易燃易爆品为工业溶剂油和甲醇，将采用专用车、专用道、专用时间运输。

（3） 从生物质能产品利用的角度来讲，生物质能产品与石油能源产品相比，其本身具有很好的环境友好特性，下面以生物柴油和燃料乙醇为例进行说明。

生物柴油具有优良的环保特性，主要表现在：由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放可减少约30％（有催化剂时为70％）；生物柴油中不含对环境有污染的芳香族烷烃，因而其废气对人体的损害低于柴油，检测表明，与普通柴油相比，使用生物柴油可降低90％的空气毒性，降低94％的患癌率；由于生物柴油含氧量高，其燃烧时排烟少，其co2的排放与柴油相比减少约10％（有催化剂时为95％）；生物柴油生物降解率高，对水和土壤的污染比较少（参见表2）。

随着燃料乙醇在汽油中混合比例的增加，其生命周期环境影响总水平值降低。当混合比例为100％时，环境影响总水平值最低，为4．26 × 10－5人／km。因此，与汽油比较，燃料乙醇产生的环境影响较小（参见图7）。

一直以来，煤炭作为不可再生的化石能源，是我国主要依赖的能源，在一次能源消费中其比例高达70％。然而煤炭的利用给我国带来了巨大的环境问题，co2、so2等有害气体的大量排放，在造成环境污染的同时也制约着我国经济社会的可持续发展。生物质能作为世界第四大能源，是唯一既可再生又可直接储运的能源，其开发利用可使人类摆脱对化石能源的依赖，对生态环境保护具有重要的意义。

4．2循环经济特性

循环经济是指为保护环境，实现物质资源的永续利用及人类的可持续发展，按照生态循环体系的客观要求，通过清洁生产、市场机制、社会调控等方式促进物质资源在生产中循环利用的一种经济运行形态。资源的循环利用是循环经济的核心内涵，“循环”则是循环经济的中心含义。“循环”是指经济赖以存在的物质基础——资源在国民经济再生产体系中各个环节的不断循环利用（参见图8）。

金骄集团循环经济特性主要表现在以下方面：

（1） 在生产加工过程中对能源原材料的果实、秸秆、叶子等全方位的利用。以石油植物园中生产的文冠果为例，文冠果是我国特有的优良木本油料树种，种子含油量为45％~50％，种仁含油量为70％。从能源角度看，是一种理想的能源林植物。金骄集团将文冠果果实作为生物柴油、生物油投入的原料；其废枝条用于燃料乙醇和热电联产系统；文冠果叶被采摘直接销售到市场，经其他企业加工生产高级茶叶。

（2） 通过适当的技术尽量将生产的副产品进行回收。金骄集团三大生物质能产品系统在生产过程中均有一定数量的副产品生成。如：甲醇基燃料系统副产品二氧化碳、堆肥；生物柴油、生物油联产系统副产品甘油、粕；纤维制乙醇系统副产品堆肥。其中，副产品堆肥作为有机复合肥用于石油植物园的中间投入进行使用，以节约资源，减少集团开支。另外，副产品甘油、粕等直接进入流通市场，为集团创造了额外的经济效益。

（3） 在各系统生产过程中，一个系统排出的“废物”作为集团内其他系统的最初投入。以甲醇基燃料系统为例，其在生产过程中产生的“废热”被热电联产系统所利用；集团内各系统生产过程中所排出的“废渣”、“废水”等废物，均是环境综合处理系统的最初投入。在环境综合处理系统中，通过回用水工程，实现了集团内的水循环。

4．3产业链网络结构特性

根据以上论述，金骄集团生物质能产业链既具有生态性，又具有循环经济特性。因此在集团内部，一条产业链的“下游企业”有可能是另一条产业链的“上游企业”。产业链的这种特性，很好地实现了系统间的物质集成、能量集成，通过上下纵向延伸和横向环向拓展，形成产业间的工业代谢和共生关系，构建出生物质能产业共生网络系统。其中上下纵向延伸是对生物质资源进行深加工，环向拓展就是将上下延伸的产业链排放出来的副产品或废弃物再深度加工。

产业链网状结构的构建需要多种技术，除包括循环经济技术中通常使用的替代技术、减量化技术、再利用技术、资源化技术以外，还包括系统优化技术以及共生链接技术。系统优化技术是从系统工程的原理出发，通过资源、能源工业代谢分析，实现区域物质流、能量流、信息流、价值流等优化配置的软科学技术，可用于指导产业链网状结构的构建；共生链接技术是在构建产品组合、产业组合，实现产业链链接和产业共生时采用的链接技术，这对于构建生态产业链的成功起到关键作用。

根据前面对集团产业链的解析结果，该集团目前存在的纵向主导产业链有：文冠果果实—生物柴油—市场；文冠果果实—生物柴油—生物油—市场；文冠果纤维茎秆—燃料乙醇—市场；生物质纤维—生物甲醇—市场；生物质纤维—生物甲醇—生物柴油—市场；生物质纤维—生物甲醇—碳酸二烷酯—市场。

而环向产业链的构建主要是靠集团内两大寄生型共生系统为媒介进行搭建。环境综合处理系统吸收并消化三大产品系统产生的废水、废渣、废气，并实现了废水回用于集团各系统，实现了水系统集成；热电联产系统利用石油植物园中植物纤维以及生物甲醇系统的余热实现发电，并用于满足集团各系统对于热、电、汽的需求，但是从对该集团生物质能产业链耦合程度的考察结果来看，其在纵向延伸的深度和横向延伸的广度上可进一步加强，从而构建出更加健全稳定的生物质能产业链网状结构。

5进一步构建集团生物质能生态产业链网络的建议

金骄集团生物质能产业共生系统在其结构形成和发展过程中，会不断加深各种链状结构的纵向延伸和横向联系，从而又形成新内容的链状结构，最终形成更复杂的产业链网状结构。本文根据目前集团生物质能产业链网络的发展情况，提出了集团生物质能产业链网络结构的改进措施，具体如下：

（1） 燃料乙醇产业向上延伸与化石能源煤炭产业接轨，利用劣质煤炭褐煤与植物纤维双原料技术，生产乙醇基燃料；

（2） 生物甲醇系统可进一步利用甲醇催化脱水制备二甲醚，利用再度脱水制备汽油技术，生成最终产品生物汽油，延长其产业链长度，增加经济效益；

（3） 进一步扩大环境综合处理系统的规模，改进污水处理技术，并将处理后的水用于石油植物园的灌溉和生物柴油系统中，更好地发挥集团水集成系统功能；

（4） 利用循环经济技术，进一步构建co2利用产业链，更好地实现废物利用的经济效益。

5．1燃料乙醇产业向上纵向延伸

具有丰富的煤炭资源，在该地区煤炭资源开发与利用过程中，一部分劣质煤市场竞争力较弱，价格低廉，在对其开采过程中往往造成很大的浪费；另一方面，集团现有的纤维制燃料乙醇气化技术存在着能量利用率低、过程污染严重等问题，因此该技术亟待改善。本文建议结合当地煤炭资源优势，在纤维制乙醇系统中将褐煤这一劣质煤作为原料，与植物纤维混合制乙醇，在改进技术工艺的基础上，使生物质能产业向上延伸，与煤炭行业接轨。

纤维质与煤炭双原料气化技术的优势在于：

（1） 煤炭的气化温度高，生物质的气化温度低，双原料气化可以使生物质气化在较高的温度下进行，气化反应充分，并可促进焦油的分解，减少过程的污染；

（2） 生物质中的高碱金属可以在煤焦气化过程中起催化作用，加快气化反应速度；

（3） 生物质供应受季节的影响，而生物质和煤双原料利用解决了季节性问题。

本项目以“生物质与煤双原料制乙醇基燃料”技术为依托，采用高压循环流动床气化和连续自热式固定床合成塔催化合成乙醇基燃料工艺，以生物质与煤为原料，通过双流气化制备双流合成气；双流合成气可满足管道输送要求，从而可提高天然气的供应量；乙醇基燃料可直接掺入汽油或柴油中作为发动机燃料，燃料特性比甲醇好，而且还是甲醇、汽油的助溶剂，是生物柴油的功能改进剂。

5．2生物甲醇制备生物汽油

该项目经工艺延伸联产高附加值产品，实现生物基化学品与石油化学品的“功能替代”，生产的生物汽油可代替化石能源直接应用于各种发动机。

生物质能产品的主要风险来自市场的竞争，而产品的价格竞争又是市场发展的重要因素。该项目直接利用金骄集团生产的生物甲醇来生产生物汽油，降低了原料成本，提高了生物汽油的市场竞争力，与原有生物甲醇产业链相比，其经济效益的提高非常明显，具体见表3。

甲醇制汽油技术工艺并不复杂，具体见图9。

反应式为：2ch3ohch3och3＋h2o（脱水反应）

首先甲醇转化为烃类是强放热反应，因此控制和传递大量热量是甲醇转化为汽油工艺的重要问题。其次是反应过程中生成大量水的问题，反应主要装置有流化床反应器、再生塔和外冷却器，反应器包括一个密相段，其下部为稀相提升管。

原料甲醇和水按一定比例配料并进行气化，过热到177℃后进入流化床反应器。反应生成的相气中除去夹带的催化剂后进行冷却，分离为水、稳定的汽油和轻组分。反应热是在高温催化剂返回反应器之前，通过冷却器循环而回收。同时反应热可发生高压水蒸气，其提供的余热同样可用于集团中的热电联产系统。

5．3进一步发挥环境综合处理系统的功能

根据上述分析可知，集团环境综合处理系统虽然在一定程度上实现了水集成系统的功能，但是其集成程度并不完善，这直接造成以环境综合处理系统为主导企业的产业链网络中的环链结构不够发达，因此本文提出对其进行完善的建议，具体见图10。

在已有的环向链联系中，由于环境综合处理系统规模较小，使其处理废物的能力受到限制，其处理的废物中又以废水为主，而对于其他废物的处理能力较弱，造成部分废物的流失，其中包括温室气体co2等。另外，集团中生物柴油系统是一个用水量较多的系统，而目前其用水主要为新鲜水，因此，为节约水资源，提高环境综合处理系统的水处理能力势在必行。

另外，石油植物园中植物的种植，需要肥料和大量灌溉水。在集团三大产品生产系统中都有大量的有机堆肥产生，经过环境综合系统对其进行处理，将其作为植物生长中所需的肥料；各系统中产生的各种废水经过环境综合系统回用水工程处理，可用于植物灌溉。通过这种从“源”—“汇”—“源”的纵向闭合来实现资源的永续利用。产业生态学要求从产品设计开始，就必须考虑产品使用期结束后的处置和再循环问题。因此，废弃物处置和产品的设计、生产一样重要，并且具有特殊的生态经济意义，它既是物质生命周期的最终环节，也是链接上下两个循环周期以及纵向闭合与横向耦合、协同共生与内外和谐的关键环节。

5．4构建集团副产物co2利用产业链

循环经济要求构建原材料、产品、副产品以及废物的循环工业链，实现物质的最优化循环和利用。循环工业链的设计是生物质能产业链环向链中的重要组成部分，因此是值得我们探讨的一个重要问题。纵观金骄集团生物质能产业链网络，我们发现在其生产过程中，排放的主要废弃物就是co2，且以生物甲醇系统为最，每生产1吨生物甲醇就会产生0．1吨的co2。

实际上，co2在工业、农业、食品、医药、精细化工等领域应用广泛，但结合本集团种植业与工业生产相结合的现状，可考虑利用co2发展生态农业。具体做法是：收集各系统产生的co2气体用于集团石油植物园温室育苗过程，以达到减少温室气体排放的目的。与此同时，还可利用集团中各系统产生的余热来维持温室温度。

另外，该集团正在开发藻类生产生物柴油技术，并在石油植物园中培育高产量藻类品种，而藻类在其生长过程中同样离不开co2，因此在集团内部就可以将co2消化掉。利用co2气体构建的生态产业链可以表示为：co2气体—种植业—三大产品系统；co2气体—藻类培育—生物柴油。因此，co2产业链的构建使得集团生物质能产业链的耦合程度更加复杂化，生物质能产业链网络更加完善，具体见图11。

综上所述，在原有的生物质能产业链网络结构基础上，可延伸出褐煤—乙醇基燃料、生物甲醇—生物汽油—市场等纵向产业链；以及各系统废水—环境综合处理系统—石油植物园、生物甲醇系统—co2气体—石油植物园、co2气体—藻类培育—生物柴油系统等多条横向耦合的产业链，形成了更加复杂的生物质能产业链网络。

在该生物质能产业链网络中，其价值链更长。循环经济生产方式本身拉长了产业链，深化了资源价值的开发。在该结构中，废弃的副产品被回收、处理、加工，因此增加了生产环节，价值链相应得到延伸，用同样的资源却创造出了更大的价值。

6总结

通过对金骄集团生物质能产业链的分析，我们得出以下结论：

（1） 生物质能产业链是借助于高新科技将“生态工业系统”与“自然生态系统”耦合而形成一种资源循环利用型产业链，以此发挥该产业在经济部门中的静脉作用。生物质能产业链的培育要充分发挥产业集成技术与循环经济技术的优势。

（2） 生物质能产品企业的核心技术是提高生物质能产业的生产效率和经济效益的关键因素。金骄集团应进一步加大对生物质能技术的开发力度，使其成为产业链中在技术创新、专利、标准、品牌等方面具有竞争优势的核心企业，以其良好的发展前景吸引更多的生物质能产品的消费者。

（3） 我们通过探讨各产业之间“链”的链接结构以及特性，找到产业链上生态经济形成的原因，并据此进一步提出完善集团生态产业链网络内部的“物质流”和“能量流”的建议，以实现整个集团产业链网络的和谐健康发展。

主要参考文献

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［4］ 施士争． 以柳树为原料的生物质能源产业链探讨［j］． 江苏林业科技，2007，34（2）．

篇（10）

中图分类号： O643.2+1 文献标识码： A

引言

随着世界各国经济的不断发展，能源的资源和供应问题越来越突出，给经济和社会的进一步发展带来很大压力。与此同时，全球环境状况恶化、全球暖化、气候异常、重大自然灾害等现象也越来越严重，向人类发出了警钟，促使人类更加关注能源利用所产生的问题、更加紧迫地考虑可再生能源的发展和利用问题。

我国农业废弃生物质资源丰富，每年约有7亿吨的农作物秸秆和约1亿吨的林业采伐和加工厂的废弃生物质。利用生物质直燃发电，是一种新型、环保可再生能源方式，是缓解国内当今能源短缺的重要途径；生物质是仅次于煤的第二大能源。我国是一个由于烧煤而引起的污染排放很严重的发展中国家,因此发展生物质与煤混合燃烧这种既能脱除污染,又能利用再生能源的廉价技术是非常适合中国国情的。下面将具体介绍生物质与煤混烧的部分燃烧特性研究。

1、实验部分

1. 1 实验设备

实验采用STA409PC 型热分析仪,该仪器采用微机程序自动控制,实验可以用空气、N2 或O2 为载体,气体流量、升温速度及终温均可通过计算机设置. 盛装样品坩埚为D6 mm ×4 mm 的氧化铝坩埚.

1. 2 样品制备

实验煤样为义马煤( YM) 、鹤壁煤( HB) ,生物质为玉米秸秆和木屑. 原料煤粒径为0. 2 mm～0. 4 mm ,生物质粒径为0. 4 mm～1 mm.用分析天平称取煤样和生物质样品,按生物质占混合物总重量的20 % ,40 %和60 %配比混合均匀,然后取15 mg～20 mg 的混合物或纯样品进行热分析。

1. 3 实验条件及过程

实验初始温度为室温,终温为950 ℃,工作气氛为N2 和O2 ,气体总流量为100 mL/ min. 除特别说明外,N2 流量为80 mL/ min ,O2 流量为20 mL/ min ,升温速率为20 ℃/ min. 实验考察了煤种、生物质种类、生物质添加比例、升温速率等对燃烧过程的影响。

2、实验结果与讨论

从图1( a) ~ ( d) 可以看出, 单一生物质、生物质与煤混烧的情况下, 燃烧明显的分成两个阶段。对于单纯生物质来说, 燃烧主要集中在前期温度较低的阶段; 在煤和同一种生物质混合燃烧的情况下, 随着煤粉的混合比例增加, 燃烧逐渐集中于后期阶段。而对于单一的煤燃烧来说, 在DTGA 曲线上只有一个大的尖峰区域。这是由于生物质中含有大量的挥发分, 燃烧前期的强度很高, 后期阶段相对较弱; 而煤粉则相反; 当煤和生物质混烧时, 则平衡了整个燃烧过程。

着火温度是燃料氧化反应速度突变的温度,表观现象是燃料发生着火时的温度,是衡量着火特性的重要特征点. 着火特性反映燃料的着火难易程度,着火性能的好坏可用着火特性指数来衡量. 着火特性指数可按式(1) 计算:

（1）

式中: Zi ———着火特性指数, %2 / ( ℃ · min ) ;V ad ———分析基挥发分, %; ( dm/ dt) max ———最大燃烧失重速率, %/ min ; Ti ———着火温度, ℃.

由式(1) 可知,挥发分越高,最大燃烧失重速率越大,着火指数越大;着火温度越高,着火指数越小.因此,着火指数越大,燃料越容易着火.

2.1 原煤和生物质的燃烧过程

原煤和生物质燃烧的TG--DTG曲线见图2 . 图2a 为原煤的燃烧过程,原煤的燃烧过程分为脱水干燥( 90 ℃～ 180 ℃) 和挥发分析出及固定碳燃烧(280 ℃～850 ℃) 两个阶段. 由于原煤固定碳远高于其挥发分,因此DTG 曲线上除了失水峰外只有一个明显的失重峰,燃烧过程中挥发分的析出几乎一直伴随着煤焦的燃烧. 图2b 为生物质的燃烧过程,生物质的燃烧分为三个阶段:第一阶段为70 ℃～150 ℃,主要是脱水干燥阶段;第二阶段为200 ℃～340 ℃,主要是生物质中的纤维素和木质素裂解以及挥发分释放燃烧阶段;第三阶段为340 ℃～500 ℃,主要是生物质裂解后焦炭燃烧阶段. DTG曲线上除了失水峰外有两个明显的失重峰,分别为挥发分释放燃烧峰及固定碳燃烧峰. 前者远大于后者,这是由于生物质挥发分远大于其固定碳所致.

由以上图表所示，说明生物质的着火特性、燃尽性能和燃烧性能明显优于原煤,这主要是由于生物质质地疏松,且挥发分和含氧量高于原煤,易于燃烧和燃尽.

2.2 生物质对燃烧过程的影响

将玉米秸秆和木屑分别以20 %的添加量与原煤混合燃烧,两种混合物的燃烧规律基本符合所加生物质的燃烧规律,与单独原煤相比,木屑与原煤混合物的着火特性指数和综合燃烧特性指数比玉米秸秆与原煤混合物的着火特性指数和综合燃烧特性指数增加的多,燃尽温度也比玉米秸秆与原煤混合物降低得多,只有着火点的增加值小于后者. 这说明混合物着火温度的变化主要取决于生物质本身的着火温度,而其他指标受生物质挥发分含量的影响较大,挥发分含量越高,对燃烧性能的影响越大. 总的来说,玉米秸秆和木屑都可以改善原煤的燃烧性能。

2.4 生物质添加量对燃烧过程的影响

将原煤和玉米秸秆按不同比例混合燃烧, 由于玉米秸秆的水分和挥发分都远远高于原煤,因此,随着玉米秸秆添加量的增加,混合物中水分和挥发分含量逐渐增加,固定碳含量逐渐降低,影响了水分、玉米秸秆挥发分、玉米秸秆固定碳燃烧及原煤挥发分的析出峰逐渐增强,而原煤固定碳燃烧失重作用逐渐减弱。

结语

单一生物质燃烧主要集中于燃烧前期; 单一煤燃烧主要集中于燃烧后期。在生物质与煤混烧的情况下, 燃烧过程明显地分成两个燃烧阶段, 随着煤的混合比重加大, 燃烧过程逐渐集中于燃烧后期；生物质的挥发分初析温度要远低于煤的挥发分初析温度, 使得着火燃烧提前。在煤中掺入生物质后, 可以改善煤的着火性能。在煤和生物质混烧时, 最大燃烧速率有前移的趋势, 同时可以获得更好的燃尽特性。生物质的发热量低, 在燃烧的过程中放热比较均匀, 单一煤燃烧放热几乎全部集中于燃烧后期；在煤中加入生物质后, 可以改善燃烧放热的分布状况, 对于燃烧前期的放热有增进作用, 可以提高生物质的利用率。

参考文献:

[1] 龚云淮,陈惠泉,尹士恩1 生物质能源的开发前景[J ]1 云南华工,1995 (1) :23 - 261

篇（11）

正文

1、概述

生物质颗粒燃料是在一定温度和压力作用下，利用木质素充当粘合剂，将松散的秸秆、树枝和木屑等农林生物质压缩成棒状、 块状或颗粒状等成型燃料。中质烟煤相当；基本实现 CO2零排放，NOx和 SO2的排放量远小于煤，颗粒物排放量降低；燃烧特性明显得到改善，利用效率显著提高。 因此，生物质固体成型燃料技术是实现生物质高效、 清洁利用的有效途径之一。 生物质固体成型燃料主要分为颗粒、块状和棒状 3 种形式，其中颗粒燃料具有流动性强、燃烧效率高等优点，因此得到人们的广泛关注。

随着我国的再生能源快速发展，生物质成型燃料技术及其清洁燃烧设备的研究开发提高了秸秆运输和贮存能力，燃烧特性明显得到了改善，可为农村居民提供炊事、取暖用能，具有原料来源广泛、价格低、操作简单等特点，是生物质能开发利用技术的主要发展方向之一。

自2006年1月1日我国颁布实施了再生能源法。使我国生物质能源发展走上了快速规范化的道路。生物质能在我国主要是以农作物秸秆为主体的资源。秸秆长期被作为农村传统的用能，随着我国农村经济的发展，农民，特别是新一代的农民难以接受传统的、直烧秸秆生活用能的落后方式。但又苦于缺乏先进廉价的使用。也只能花高价用液化气、电、型煤等现代能源。由于现代能源的紧张和价格的日趋上涨，长期花高价用现代能源，农民又难以承受。特别是城镇及城市接壤区域居民采暖，800-900元每吨的煤，一个冬天要用上1-2吨满足采暖需要，农民甘愿受冻也不愿花如此大的费用，而城镇及城市接壤区域居民采暖受到环境要求的严格限制。目前，居民冬季用煤采暖的已越来越少。从这一点看，在现代社会有相当多的农民没有得到，也很难得到良好的能源服务，他们的现代生活水平还较低。国家早就重视如此重要的民生问题，从20世纪90年代初中国农业部和科技部就开始投资进行农作物秸秆资源化利用的研究、开发、试点示范和技术推广工作。近几年，中国农作物秸秆的清洁、方便能源利用的技术研究和开发工作已取得了一些成果，有些技术已趋于成熟，并得到一定程度的推广。现在，中国主要的农作物秸秆能源利用技术有秸秆气化集中供气技术、秸秆压块成型及炭化技术、利用秸秆制取沼气技术和秸秆直接燃烧技术。由于中国农村经济的发展，农民及城镇居民生活水平的提高，居民对清洁能源的需求，加上这些秸秆能源利用技术的不断发展和逐步完善，秸秆能源利用将逐渐由传统的、低效不卫生的直接燃烧方式向优质化和高效化方向发展。

国外关于生物质成型燃料与燃烧技术设备的应用以趋于成熟化和普遍化，我国生物质成型燃料的发展还刚开始，与之相适应的燃烧技术设备处于一种滞后状态。目前一些成型燃料的应用，主要是在现有燃烧设备的基础上，直接应用或改造应用，既使河南省科学院研制具有较高水平的家用颗粒燃料炉灶，也存在着技术不到位的情况，难以产业化发展，没有做到商品化应用。

有些单位在取得了生物质颗粒燃料炊暖炉灶的基础上，立足于建立一个秸秆成型颗粒燃料与高效清洁燃烧设备系统技术产品的有机统一，协调发展的机制。在进行“生物质冷成型燃料加工设备系统”和生物质颗粒燃料炊暖炉灶的研制过程中，重点解决了目前百姓采暖困难问题，创造了“生物质颗粒燃料供热锅炉”的成果。采用了生物质颗粒燃料炊暖炉灶的核心技术，实现了生物质高效、清洁燃烧、节能排放的目标。应用广泛，可满足城镇及城市接壤区域居民采暖需求。

2、物质颗粒燃料成型和清洁燃烧技术及设备

2.1传统成型方法。

它与现有的饲料制粒方式相同，即原料从环模内部加入，经由压辊碾压挤出环模而成粒状。

包括原料烘干、压制、冷却、包装等。该工艺流程需要消耗大量能量，首先在颗粒压制成型过程中，压强达到50～100MPa，原料在高压下发生变形、升温，温度可达100℃～120℃，电动机的驱动需要消耗大量的电能；其次，原料的湿度要求在12%左右，湿度太高和太低都不能很好成粒，为了达到这个湿度，很多原料要烘干以后才能用于制粒；第三，压制出来的热颗粒（颗粒温度可达95℃～110℃）要冷却才能进行包装。后2项工艺消耗的能量在制粒全过程中占25%～35%，加之成型过程中对机器的磨损比较大，所以传统颗粒成型机的产品制造成本较高。

2.2冷成型技术。

新型冷成型技术通过颗粒成型机直接压制，把秸秆、木料残渣等转化成大小一致的生物颗粒，其燃烧效率超过80%以上（超过普通煤燃烧约60%的效率）；燃烧效率高，产生的二氧化硫、氨氮化合物和灰尘少等优点。

2.3清洁燃烧设备

目前燃烧设备的理论研究和应用研究还较少，国内也引进一些以生物质颗粒为燃料的燃烧器， 但这些燃烧器的燃料适应范围很窄，只适用于木质颗粒，改燃秸秆类颗粒时易出现结渣、碱金属及氯腐蚀、设备内飞灰严重等问题，而且这些燃烧器结构复杂、能耗高、价格昂贵，不适合我国国情，因此没有得到大面积推广。

哈尔滨工业大学较早地进行了生物质燃料的流化床燃烧技术研究，并先后与无锡锅

炉厂、杭州锅炉厂合作开发了不同规模、不同炉型的生物质燃烧锅炉。 此外，河南农业大学研制出双层炉排生物质成型燃料锅炉，浙江大学研制出燃用生物质秸秆颗粒燃料的双胆反烧锅炉等。

3、发展前景分析

我国生物质能资源非常丰富，农作物秸秆资源量超过7.2亿吨，其中6.04亿吨可作能源使用。国家通过引进、消化、吸收国外先进技术，嫁接商品化、集约化、规模化的管理经验，结合中国国情，在农村推广实施秸秆综合利用技术，在节省不可再生资源、缓解电力供应紧张等方面都具有特别重要的意义。秸秆综合利用不但减少了秸秆焚烧对环境造成的危害、减少了温室气体和有害气体排放，而且对带动新农村建设无疑将起到重要的促进作用。从秸秆资源总量看，广大农村、乡镇的各种秸秆产量大、范围广。生物质固体燃料是继煤炭、石油、天然气之后的第四大能源，是可取代矿产能源的可再生资源，是未来一个重点发展方向。

参考文献

[1]刘延春，张英楠，刘明，等.生物质固化成型技术研究进展[J].世界林业研究，2008，21（4）：41-47.