生物質燃料特性大全11篇

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篇（1）

中圖分類號：TS64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（c）-0253-02

中國擁有豐富的生物制能源.據估計每年產生的可供開發的各種生物制資源達6.56億噸標準煤。[8]居世界能源消費總量第四位的生物質能源具有可再生性，存量豐富，可代替化石燃料，易長期儲存，含硫量低，灰分小，二氧化碳排放接近于零的特點。其供應安全可靠。

生物質致密成型技術是用機械加壓方法，將原來分散沒有一定形狀、密度低的生物質原料壓制成具有一定形狀密度較高的各種固體成型燃料的過程。研究說明，生物質成型燃料加工設備的性能好否，直接與生物質原料的壓縮特性如壓縮力、壓縮密度、壓縮量，一次粉碎的粒度，成型燃料的密度、生產率、能耗等因素有關。

1 成型原理

生物質原料由纖維構成，被粉碎后的生物質原料質地松散，受一定外部壓力后，顆粒經歷位置重新排列、顆粒機械變形和塑性流變等階段。開始時壓力較小，一部分粒子進入粒子間的空隙內，粒子間的相互位置不斷改變，當粒子間所有較大空隙都被能進入的粒子占據后，再增加壓力，只能靠粒子本身變形去充填其周圍的空隙。這時粒子在垂直于最大主應力平面上被延展，當粒子被延展到與相鄰的兩個粒子相互接觸時，再增加壓力，粒子就會相互結合。原來分散粒子被壓縮成型，其體積大幅度減小，密度顯著增大。因非彈性或粘彈性的纖維分子之間的相互纏繞和咬合，外部壓力解除后不恢復原來的結構形狀。

2 含水量研究

林維紀等的實驗研究表明，木質素含量因原料不同有所差異，但生物質致密成型的適宜含水量則近似相同。

樊峰鳴[9]以玉米秸稈、大豆秸稈為原料，采用改進型生物質秸稈成型機，就大粒徑秸稈粒度、含水率等對成型密度、抗水性影響因素進行了研究.結果發現，原料含水率在8%～15%時均很容易壓縮成型，在12%左右成型效果最好。[1]

回彩娟[2]以鋸末和小刨花為原料，認為鋸末和小刨花含水率在15%左右得到的壓塊密度最大，成型效果最好，常溫高壓致密成型允許原料最大含水率為22%左右，原料經室內自然風干后達到的含水率可達成型加工要求且成型效果較好。

李美華[10]以鋸末和小刨花為原料，在主缸壓力不同的情況下，對多個含水率原料進行致密成型試驗，認為在生物質致成型時，使含水率最好控制在5%～15%左右，最高不超過20%，此種狀態下成型率，壓塊密度，成型效率，表面光潔度等指標均較為理想。

郭康權，趙東[11]等曾做過相應模型，解釋含水量對成型的影響，當含水率過低時，粒子沒有充分延展，與四周粒子結合不緊密，不達到成型條件，當含水率過高時，粒子在垂直于最大的主應力方向上充分延展，粒子間能夠嚙合但由于原料中水分過多，被擠出后分布于粒子層之間，使層間不能緊密貼合，也不成型。

張百良[9]等認為，熱壓成型中含水量過高會影響熱量傳遞，并增大物料與模子的摩擦力，在高溫時由于蒸汽量大，會發生氣堵或放炮現象；含水量過低會影響木質素的軟化點，原料內摩擦和抗壓強度增加，造成壓縮能消耗。

P.D.Grover，S.K.Mishra，J.S.Clancy[13]等認為活塞擠壓的物質含水率在10%～15%左右，螺栓擠壓的物質含水率在8%～9%左右為宜。Arun.K.Tripathi；P.V.R.Iyer；TaraChandraKandpal[14]等認為物質含水率在10%～15%經濟效益較好，因為過小的水分磨壓困難，能量消耗大。

Wamukonya等研究表明，當壓力不變且含水量在要求范圍時，隨著含水量升高，壓縮密度可達到最大值。松弛密度一定時，隨含水量升高所需壓力變大，最大壓力值正好對應著含水量上限。在建立的恒定壓力下松弛密度與含水量的指數關系式中，認為壓塊的松弛密度隨含水量升高以指數級下降。

目前國內外文獻來看，研究生物質壓縮含水量范圍還存在較大的差別，這是因壓縮方式、成型模具、成型手段、生物質原料處理方式有較大差異，如活塞沖壓比螺旋擠壓對含水量要求范圍寬，原料顆粒度的大小也是影響壓縮成型的重要因素。

3 成型壓力研究

成型壓力是植物材料壓縮成型最基本的成型條件。只有施加足夠的壓力，原材料才能被壓縮。試驗說明：當壓力較小時，密度隨壓力增大而增大的幅度較大，當壓力增加到一定值以后，成型物密度的增加就變得緩慢。

篇（2）

1 引言

全球氣候變暖日益顯著，已成為各國政府和公眾關注的焦點。生物質在鍋爐中燃燒，是最直接的生物質能利用方式，是實現我國發展可再生能源、控制碳排放目標的重要手段之一。由于生物質與煤在大容量燃煤鍋爐中的混合燃燒發電技術，具有投資改造費用和運行費用低、熱效率比直燃鍋爐高、通過主燃料煤的調整可以彌補生物質燃料來源特性多變等特點，是國際上先進的生物質能發電技術方向，利用生物質混燒發電是我國資源利用的迫切需要，也是解決能源出路的有效途徑之一。

2009年12月26日國家修正的《可再生能源法》明確提出：國家鼓勵清潔、高效地開發利用生物質燃料，鼓勵發展能源作物。《可再生能源中長期發展規劃》也確定了到2020年全國生物質固體成型燃料年利用量達到5000萬噸、生物質發電總裝機容量要達到2000萬kw，年替代2800萬噸標準煤。國家環境保護總局、國家發展和改革委員會下發的環發[2006]82號文件《關于加強生物質發電項目環境影響評價管理工作的通知》中規定：“國家鼓勵對常規火電項目進行摻燒生物質的技術改造，當生物質摻燒量按照熱值換算低于80%時，應按照常規火電項目進行管理。”

此時生物質的燃燒特性對于大規模鍋爐就顯得極為重要，了解和利用生物質的燃燒特性對于生物質與煤的混燒發電有著至關重要的作用。而生物質作為燃料同時也面臨著新的挑戰：生物質燃料中的堿金屬含量很大，燃燒時很容易在爐膛內部產生積灰，積灰會增大熱阻，減小鍋爐效率，造成經濟損失的同時，大熱阻也會產生安全隱患[1]；而堿金屬和酸性離子在高溫下也會腐蝕爐體表面[2]導致重大后果。這些問題不得到克服，生物質的混燒發展就難以繼續。

到目前為止，針對生物質的積灰的研究有很多，一些文獻中采用熔渣指數構建模型進行預測[3]還有一些運用灰熔點溫度進行預測[4]。隨著計算流體力學（CFD）的發展，CFD已經成為了生物質積灰預測系統的重要組成部分[5]，但是在建立模型的過程中，存在著大量的估計以及經驗公式作為計算模型，而以往的研究多是以單獨的煤或者大量的煤和少量的生物質的混燒作為模型背景的，隨著以后可能出現的生物質燃料比例的上升乃至單獨生物質燃燒的鍋爐，煤占主導的燃燒模型會出現比較大的偏差，那么對生物質燃燒以及結渣特性的研究作為CFD模型的參數補充就顯得尤為重要。在生物質燃料的發展中，尋找生物質燃燒積灰過程中的結渣特性的規律迫在眉睫。

本實驗對常見并具有代表性的十種生物質進行單獨燃燒，觀察和分析它們在燃燒過程中的特性以及結渣現象，并對燃燒現象進行TGA分析，再以熔渣指數為基礎，加入對其他元素（硫元素和氯元素）的考慮并對結渣現象進行分析，對十種生物質積灰速率進行估計以及擬合，希望找到一種對于生物質燃燒和積灰結渣特性有效而相對準確的預測體系，一方面為大型利用生物質的發電方式提供生物質燃燒特性，另一方面也為今后CFD模型的數據補充提供生物質相關的參數。

2 實驗介紹

2.1 實驗材料

本項目的研究共收集了十種代表性的燃料，分別為小麥稈、水稻稈、玉米稈、大豆稈、棉花稈、油菜稈、玉米芯、稻殼、樹皮、木片十種生物質。從大的類型上，這十種生物質除了木片和樹皮屬于木本植物之外，其他的都是草本植物。在實驗中需要用不同的方法進行粉碎，對十種生物質秸稈都進行了磨碎（磨碎粒度200-300um），以進行燃燒特性、一維爐積灰實驗研究。

表1分別給出十種生物質燃料的燃料特性分析（按設計燃料35.5%水分折算），從表中可以看出，十種生物質燃料揮發份含量很高，在41.86%-52.68%之間，而固定碳含量偏低，固定碳含量在8.72%-13.51%之間；生物質燃料的發熱量普遍不高，十種生物質的低位發熱量范圍在9.41-11.45MJ/kg，不到煤的一半；灰分含量總體水平不高，但十種生物質差別很大，灰分最低的玉米芯僅有1.12%的灰分，而稻殼的灰分含量達到了12.26%，差別非常明顯。

表2中給出的是這是種生物質結焦的灰化學成分以及其含量，十種生物質的灰成分區別較大，重要積灰成分等含量有著明顯的差異。

2.2 實驗設備

實驗在清華大學一臺25kw的高溫一維爐實驗系統上進行，如圖1所示，煤粉或其他燃料可以通過一臺1-8kg/h給粉量刷式微量稱重螺旋給料機進行實時定量給料，由一次風氣力輸送送到多燃料組合燃燒器的一次風入口。多燃料組合燃燒器的配風由一次風和二次風構成，二次風經過電加熱器時，其溫度被加熱到400℃后，通過燃燒器出口旋流片加旋后送入到一維下行爐中，一次風和二次風在下行爐燃燒器出口區域形成了一段回流區域，增加煙氣的返混，以增強燃燒器出口燃料的加熱，以及實現燃料和空氣的快速混合。燃燒在直徑為150mm、高3.2m的下行爐膛中進行，燃盡后的煙氣經過煙氣冷卻器、布袋除塵器后排入到大氣中。

本研究中，選用刮板式給料機（MFOV-1VO）為一維爐系統輸送生物質燃料，輸送速度調節范圍是0.1-20cc/min。使用的高溫積灰采樣系統為清華大學自行設計具有自主專利的積灰取樣系統，除了能夠進行實驗室的積灰實驗外，也可以用于實際鍋爐中的積灰采集實驗。其中采樣管外徑根據采樣當地的流場參數確定，保證積灰采樣時流場條件貼近實際情況。

本項目考察生物質燒結積灰的影響，選擇采樣管表面溫度： 600℃。當一維爐實驗系統達到預定工況并穩定后，火焰區溫度約為1150℃，采樣處煙氣溫度降至750℃左右，采樣時間為60min，各工況生物質燃料輸送速度均設置600g/h。

樣品的熱重分析實驗采用德國NETSCH公司的STA-409 C/3F熱重分析儀，該儀器可以同時進行試樣的TG和DSC/DTA分析。本次測試采用空氣作為環境氣體，按照10℃/min的升溫速率由室溫升溫到1000℃，測量燃燒失重曲線。

3 實驗結果分析

事實上，不同生物質的灰含量都有很大差別，而實驗積灰溫度為600℃，各種物質在60min的積灰量在表3中給出。本文分別從燃料燃燒過程中的失重速率以及燃料自身的結渣特性分析生物質燃燒過程中的積灰情況。

3.1 生物質燃燒特性的TGA分析

通過TGA分析可以得到生物質的熱穩定性和組分特點，在本次在燃燒特性實驗中，生物質的燃燒特性以TG、DTG燃燒分布曲線來反映，樣品的失重過程可以假設分成3個階段：①由于樣品中的吸附水和揮發氣體析出，溫度在200℃以下；②生物質樣品中的半纖維素、纖維素以及木質素的熱解和揮發分的燃燒反應，溫度在200―350℃；③生物質中剩余木質素熱解以及焦炭燃燒，溫度在350―600℃。其特性參數有以下：

（1）著火溫度Ti（℃）。著火溫度是燃料著火性能的主要指標，著火溫度越低，表明燃料的著火性能越好。

（2）最大失重速率（最大燃燒速率）（dw/dt）max，%/min，DTG曲線上的峰值點所對應的反應過程中最快的反應速率即是最大燃燒速率，（dw/dt）max越大，揮發分釋放得越強烈。

（3）Tmax最大失重速率所對應的溫度，℃。Tmax越低，則揮發分的釋放高峰出現得越早，越集中，對著火越有利；反之，則越不利于著火。

實驗中的十種生物質的TG-DTG曲線中的各個樣品的主要燃燒特性如表4所示。與煤的著火溫度相比，生物質的著火溫度很低，由表中可以看出，十種生物質的著火溫度在220℃-286℃之間，豆桿的著火溫度最低，為220℃，著火溫度最高的樹皮也僅僅286℃；在從最大失重速率及其對應的溫度來看，十種生物質的最大失重速率發生在269℃-335℃之間，相對來說十種生物質的Tmax都比較低，玉米芯最大失重速率對應的溫度最低，為269℃，樹皮最大失重速率對應的溫度最高，為335℃；從開始著火到最大失重速率出現，十種生物質的溫度浮動都很小，在30℃-72℃之間，說明生物質會迅速析出揮發份，迅速燃燒。

生物質由于其成分的原因，無論在著火溫度，還是最大失重溫度上跟煤都有較大區別（煤著火溫度350―450℃左右，最大失重溫度在500℃左右[6]），由于其著火溫度和最大失重溫度低，是著火性能非常好燃料；另一方面，也說明煤和生物質的燃燒特性有所區別，用煤的燃燒參數代替生物質是不夠準確的。

本實驗中的積灰速率和燃料燃燒最大失重速率關系如圖2所示。由于趨勢明顯不符，去掉了稻桿的數據（最大失重速率11.8（dw/dt）max（%/min），積灰速度9.12（mg/min）），可能由于測量中對其最大失重速率的測量計算存在偏差或者植物自身的特殊屬性。在其余的9個數據中當（dw/dt）max處在8（%/min）左右的時候生物質的積灰速率達到最大，當在8（%/min）左右，無論增大或減小，都會使得其積灰速率有所減小。

一方面，積灰的形成，初期機制是凝結成核，包括氣相成灰物質的冷凝以及較細小顆粒的沉積，當燃料失重速率小時（小于8（%/min）），成灰物質會形成以K為代表的堿金屬涂層，增大采樣管的表面粘性，積灰速率會隨著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等元素的飛灰也會很快析出，并且被捕集，與容易析出的高反應性堿金屬共同構成采樣管外壁，使得外層采樣管的粘性下降，對飛灰的捕集能力下降，此時即使燃料失重速率變大，也會使得積灰速率下降；如果積灰速率很大，采樣管表面熱阻也會在短時間內大大增加，溫度升高，熔融態的成灰物質比例增多，表面粘附力又一次增強，但伴隨積灰增厚，外層積灰更容易在大速率產生的飛灰的沖刷下脫落，當二者達到平衡時，成為積灰的“飽和”態，形成穩定的積灰。

另一方面，積灰的形成不僅和燃料的失重速率相關，和燃料的灰成分特性也有很大的關系。不同的灰成分的燃料會表現出來不同的特性，其積灰速率也會受到很大影響。這一點在文章的后面給予說明。

3.2 生物質的熔渣指數分析

3.2.1 熔渣指數

很多文獻中都提到過熔渣指數Slagging Index[7]，用來預測生物質或煤的結焦特性，基本的理念是基于堿性氧化物和酸性氧化物的比值作為基礎，然后進行分析，一般的公式如下：

有些時候這個指數也會添加一些其他的因素作為修正。但是，由于添加的修正因素并不會影響大的趨勢，在眾多涉及這個參數的文獻中[7][8]，都提到，在SI位于0.75-2.0這個范圍的時候結渣強度會非常大，而小于0.75或是大于2.0范圍都會使結渣強度降低。

而在本實驗中的熔渣指數和積灰速率的關系正如圖3所示，由于油菜桿和豆桿的灰成分中的堿性氧化物含量非常大，而等酸性氧化物的含量很低，導致SI值相比于其他實驗組大了很多，在圖中可以看到當SI>1后的幾個點已經趨于穩定在2mg/min左右的積灰速率上。

可以發現，積灰速率在SI小于0.6的時候是較高的，并且在0.2，0.4左右出現兩個峰值，在SI大于0.6后，雖然略有波動，但相對保持平穩狀態，積灰速率也保持在2mg/min左右小幅波動。

大多數文獻中所體現的0.75-2.0的值域，并沒有在本次實驗中得到很好地體現。事實上，整個SI參數和值域的提出都是針對煤在燃燒過程中的特性提出的，雖然生物質和煤的結構類似，燃料特性和積灰成分也有一些相似之處，但相較之下還是有很多不同點。生物質中通常有較高量的K，P，Ca元素，但是Fe，Ti元素都低于常見的煤。此外，生物質中的堿金屬元素通常以離子或有機物的形式存在，而煤中通常是以礦物質存在。而在燃燒過程中，離子和有機元素相比于礦物質會更加不穩定一些，非常容易蒸發、冷凝然后形成沉積，而礦物質會更難一些。

但考慮到煤和生物質形成的沉積物的成分大致一致，都作為生物燃料，它們的相似性也是存在的。考慮到上述離子和礦物質形態的堿金屬元素的遷移難易問題，由于生物質中的堿金屬以離子態和有機物態存在，更容易遷出[9]，生物質的積灰速度和SI曲線相比于煤也應該會向左偏移。

相比于煤SI在0.75-2.0之間的積灰速率最大，生物質SI可能會在0.6以內就出現積灰速率的迅速增大。但是由于SI在0.6以內的試驗點數目所限，規律還不是非常明確。

3.2.2 硫指數和氯指數的考慮

一些文獻中也提到了在結渣過程中，特定元素對積灰的影響非常大，一些研究中也引入了硫指數這個概念[10]，用熔渣指數乘以硫元素在干燃料中的比例，得到一個新的指數――硫指數。即

SIs=SI*

不過，考慮到氯元素在生物質燃燒過程中對堿金屬的蒸發起到的重要作用，本文中也引入一個新的指數，用熔渣指數乘以氯元素在干燃料中的比例，得到一個新的指數――氯指數，即：

SICl=SI*

式中分別表示硫元素和氯元素在干燃料中的比例。

如前文所述，去掉大的指數對圖表比例的影響，積灰速度和硫指數的關系如圖4所示，而積灰速度和氯指數的關系如圖5所示。

S作為煤燃燒結焦的重要元素，在生物質燃燒積灰的圖樣中并沒有體現出來很好的特性，但與最初的SI指數相比，還是保持了雙峰的特點，并且排除的由于橫坐標值過大的點，它們的積灰速率基本上在2mg/min，這也說明了在硫指數比較大的時候，積灰速率也趨于平穩，這個和SI曲線是一致的。但整個圖像比較散亂，規律性不好，這也是因為S元素并不是生物質燃燒積灰的最重要元素。

相比之下，Cl作為生物質燃燒積灰的重要元素，圖像的特點非常明顯。與其它指數不同，圖像中的兩個最大值點（積灰速率10mg/min左右的點）在氯指數的圖中是連續的兩個點，中間沒有大幅的下降的點，構成了一個比較明顯的“峰”，且在這個大“峰”的右側，積灰速率都有明顯的下降，并趨于平緩；而在“峰”的左側，積灰速率雖然有所波動，但是也是在2mg/min上下波動，而且區別較大的兩個點（積灰速率在4mg/min）是樹皮和木片，這兩種材料組成非常接近，并且是明顯的木本生物，而其他的實驗組多為草本生物質，導致了這個實驗規律的略微差異。

由此可見，Cl元素作為生物質燃燒積灰的重要元素，在積灰結渣中起著重要的作用。

首先，是它的傳輸作用，在生物質燃燒時，氯元素有助于堿金屬元素從燃料顆粒內部遷移到顆粒表面與其它物質發生化學反應；

第二，氯元素有助于堿金屬元素的氣化，它可以與堿金屬硅酸鹽反應生成氣態堿金屬氯化物，比如，Cl在焦炭表面與K發生反應生成KCl，而后KCl和含氧的官能團進一步發生發應，導致Cl以HCl的形式進入煙氣。當Cl與堿金屬形成氣態或者形成HCl的時候，在燃料粒子的周圍形成了一個氣膜，改變了燃料的傳熱性能，一方面增大了熱傳導的熱阻，使得周圍的高溫空氣換熱變得困難，另一方面，形成的氣態KCl、HCl在周圍形成了一個“遮熱板”的涂層，使輻射傳熱過程增加了阻力，輻射換熱量減小，此時，熱量不是由爐壁直接傳給燃料表面，而是由爐壁先輻射給周圍的Cl化物膜，再由這層膜輻射給燃料粒子。在增加了這個“遮熱板”后，使得換熱量受到一定影響。由于這兩方面的共同影響，整個燃料顆粒的換熱減弱，吸收的熱量減小，燃燒不充分，形成一部分熔融的堆積，以致形成沉積。

而且隨著堿金屬元素氣化程度增加，形成的氣膜加厚，致使整個沉淀物和燃料顆粒的溫度下降，而固體和液體的粘性隨著溫度的降低而增加，即沉積物數量和其粘性也增加。隨著沉積物的粘性增加，導致其撞擊效率一定的基礎上管壁的捕集效率增加，使得沉積速度增加，沉積總量增大。

但是隨著氯指數的比例進一步增大，一方面，由于結渣指數在之前圖像中的特性，會使得整個積灰的總量下降；另一方面，由于氯元素在這里起到的是一個加強效果的作用，隨著氯自身的比例增加，會使結渣成分的比例降低，也會使得積灰的總量受到影響而下降。

對本次實驗的生物質而言，當氯指數在0.05-0.1之間的時候，積灰速率很大，小于0.05或者大于0.1的時候，都會使積灰速率減小并趨于平穩（對多數草本生物質），趨向于2mg/min。

4 結語

研究發現，生物質同煤相比，著火點很低，而且最大失重溫度都集中在300℃左右，且從著火點到最大溫度的浮動很小，只有30-70℃左右，綜合來看著火性能非常好，且明顯異于煤。由于燃料特性和積灰機理，在實驗燃料失重速率達到8（%/min）左右時，積灰的速率達到峰值。

一些文獻中提到的熔渣指數（SI）和其補充指數硫指數（SIs），在對煤的燃燒判斷和積灰預測中可以體現出不錯的效果，但在針對生物質燃燒積灰的模型中實驗符合程度并不理想。新提出的氯指數，對生物質的燃燒特性和積灰特性的說明符合上做的更好，實驗表明，當氯指數在0.05-0.1之間的時候，積灰速率增長很大，小于0.05或者大于0.1的時候，都會使積灰速率減小并趨于平穩，趨向于2mg/min。

實驗作為生物質的特性研究，系統地對不同生物質的燃燒和積灰特性做了分析，對煤與生物質的混燒配比以及生物質的混合燃燒起到了一個預測和指引的作用，為工業發電中煤與生物質混燒的減少積灰提供實驗依據。

參考文獻：

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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

生物質能與化石能源相比，具有可再生和低污染的優勢，因此受到全世界普遍的重視，并已成為新能源的發展方向之一。生物質能主要通過直接燃燒、氣化、液化和厭氧發酵加以利用。生物質因具有揮發分高、炭活性高、N和S含量低，灰分低，生命周期內燃燒過程CO2零排放等特點，特別適合燃燒轉化利用，是一種優質燃料[1]。生物質燃燒技術按其形態的不同可分為生物質成型燃料的燃燒技術、生物質捆燒技術、生物質粉體燃燒技術和生物質燃氣燃燒技術等，就中國的基本國情和生物質利用水平而言，生物質燃燒技術無疑是最簡便可行的高效利用生物質資源的方式之一。

篇（4）

二、生物質燃燒的特性

了解生物質燃料的組成成分，有助于對其燃燒特性的研究，從而進一步科學、合理地開發利用生物質能。

由上表可以看出，生物質燃料組成成分的特點是：（1）生物質含水分多，含硫量低；（2）生物質含碳量少，固定碳含量更少，熱值普遍偏低；（3）生物質含氧量高，揮發份明顯較多；（4）生物質灰份少、密度小，尤其是農作物秸稈。因此，生物質燃料的燃燒過程是強烈的化學反應過程，又是燃料和空氣間的傳熱、傳質的過程，主要分為揮發份的析出、燃燒和殘余焦炭的燃燒、燃盡兩個獨立的階段。

三、生物質燃料直接燃燒技術

直接燃燒是目前最簡便的生物質能源轉化技術，即將生物質直接作為燃料燃燒，燃燒過程所產生的能量主要用于發電或集中供熱。作為燃料的生物質包括各種農林業廢棄物、城市生活垃圾等。

目前，生物質直接燃燒技術主要有以下幾種：

3.1生物質直接燃燒流化床技術

采用流化床技術開發生物質能是考慮到流化燃燒效率高，有害氣體排放少，熱容量大等一系列優點，適合燃用水分大、熱值低的生物質燃料。

生物質直接燃燒流化床技術是采用細砂等顆粒作為媒體床料，以保證形成穩定的密相區料層，為生物質燃料提供充分的預熱和干燥熱源；采用風力給料裝置，使生物質燃料均勻散布在床層表面，有助于燃料的及時著火和穩定燃燒；采用稀相區強旋轉切向二次風形成強烈旋轉上升氣流，可以使高溫煙氣、空氣和生物質物料顆粒混合強烈，并延長物料顆粒在爐內的停留時間；采用稀相區后設置臥式旋風燃燼室，使可燃氣體和固體顆粒進一步燃盡，同時可以將煙氣中所攜帶的飛灰、床料分離下來，減輕尾部受熱面和除塵設備的磨損。現在我國部分鍋爐廠家與高等院校合作，已開發出甘蔗渣、稻殼、果穗、木屑等生物廢料的流化床鍋爐，并取得成功運行。

3.2生物質直接燃燒層燃技術

生物質直接燃燒層燃技術使用的燃料主要可分為農林業廢棄物及城市生活垃圾，由于這兩種生物質燃料的燃燒特點不同，因此，所設計的層燃鍋爐結構也有所不同。

3.2.1農林業廢棄物焚燒技術

一般農林業廢棄物的揮發物含量高，析出速度快，著火迅速，而固定碳的燃燒則比較慢，因此對于此類鍋爐的設計主要采用采用風力吹送的爐內懸浮燃燒加層燃的燃燒方式。農林業廢棄物進入噴料裝置，依靠高速噴料風噴射到爐膛內，調節噴料風量的大小和導向板的角度以改變草渣落入爐膛內部的分布狀態，合理組織燃燒。為了使大量快速析出的揮發分能及時與空氣充分混合，在噴料口的上部和爐膛后墻布置有三組二次風噴嘴，噴出的高速二次風具有很大的動能和剛性，使高溫煙氣與可燃物充分地攪拌混合，保證燃料的完全充分燃燒。比較難燃燒的固定碳則下落到爐膛底部的往復爐排上，繼續燃燒。通過合理地組織二次風，形成合理的爐內空氣動力場，可使生物質中的大顆粒物及固定碳下落到爐排較前端，使燃料在爐排上有較長的停留燃燒時間，保證固定碳的完全充分燃燒。

3.2.2城市生活垃圾焚燒技術

目前我國中小城市生活垃圾一般含水量較大，著火困難，直接燃燒具有一定難度，所以燃燒時可摻入一定比例的煤，或者對垃圾進行預處理。我公司生產的城市生活垃圾鍋爐使用的是經過消解過的垃圾，燃燒時不須摻煤。消解垃圾經抓斗送到料斗內，垃圾經推料裝置送至往復爐排上，往復爐排前部經熱空氣加熱干燥后著火燃燒。為了使大量快速析出的揮發分能及時與空氣充分混合，我們在后拱下部及前拱上部各布置有一組二次風噴嘴，噴出的高速二次風具有很大的動能和剛性，使可燃氣體與高速二次風充分混合，保證了揮發份的充分燃燒。往復爐排分三級驅動，每級可分別調整爐排的往復運動速度，這樣可使燃料在爐排上有較長的停留燃燒時間，保證固定碳的完全充分燃燒。

推入的燃料量通過調節給料機的推料速度來控制。燃料在往復爐排上的燃燒時間通過調節往復爐排的移動速度來控制。為了使燃料層在爐排上有自翻身撥火作用，往復爐排采用傾斜16°的布置方式以及爐排三級之間設置了合理的落差，使燃料從前向后推動前進的同時有一個下落翻動過程，在上級爐排落至下級時有一個較大的翻滾，起到自撥火作用，有利于完全燃燒。為了保證燃料的及時著火和燃燼，設計有較高的前拱和低而長的后拱，高前拱區為垃圾的燃燒提供了足夠的空間，低而長的后拱有利于燃料的燃燼。

往復爐的配風與燃煤鍋爐也有較大不同。干燥階段風量僅占一次風量的15%左右，主燃區風量占75%以上，而燃燼區風量僅占10%左右。為了保證揮發分大量集中析出時的完全及時充分燃燒，必須有占總風量15-20%以上的風量作為二次風，本設計的二次風可幫助燃料析出的揮發分在爐膛空間的燃燒，在每組二次風噴嘴的風道上裝有調節閥門，實際運行時可根據現場燃料的燃燒情況及時調節各段風量及每組的二次風量。

篇（5）

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-00-01

1 雙層爐排的設計依據

我國在生物質成型燃料燃燒上進行的理論與應用研究較少，然而它的確是能有效解決生物質高效、潔凈化利用的一個有效途徑。目前來說，沒有弄清楚生物質成型燃料理論，需要將原有燃煤鍋爐進行一定程度的改造升級，但是爐膛的容積、形狀、過剩空氣系數等和生物質成型燃燒是不匹配的，也因此導致了鍋爐燃燒效率和熱效率很低，污染物排放超標。所以，根據生物質成型燃料理論科學來進行設計研究專用的鍋爐是目前急需解決的重要問題。

1.1 燃燒特性

以稻草，玉米稈，高粱稈，木屑為例子，對比它們的工業分析、元素分析、以及發熱量的數值，我們可以得出結論：生物質成型燃料的揮發分遠遠高于煤，含碳量和灰分也比煤小很多，熱值比煤要小。（1）原生物質燃燒特性，原生物質尤其是秸稈類的生物質密度較小，體積大，揮發分在60%～70%之間，易燃。熱分解時的溫度低，一般來說，350C就能釋放80%的揮發分，燃燒速度很快。需氧量也遠大于外界擴散所提供的氧量，導致供養不足，從而形成CO等的有害物質。（2）生物質成型燃料特性，生物質成型燃料密度遠大于原生物質，因為其經過高壓才能形成，為塊狀物，結構和組織的特征使得其揮發分逸出速度和傳熱速度大幅度降低，而其點火溫度升高，性能差，但比煤的性能要強。燃燒開始的時候揮發分是慢速分解的，在動力區燃燒，速度也中等，逐漸過度到擴散區和過渡區，讓揮發分所發出熱量能及時到達受熱面，因而降低了排煙的熱損失。在其揮發分燃燒后，焦炭骨架結構變得緊密，運動氣流無法讓其解體懸浮，因而骨架炭能夠保持住它的層狀燃燒，形成燃燒核心。它需要的氧氣和靜態滲透擴散的一樣，燃燒時候很穩定并且溫度很高，也因而降低排煙的熱損失。

所以說，生物質成型燃燒相比之下優點更明顯，燃燒速度均勻適中，需氧量和擴散的氧量能很好匹配，燃燒的波浪比較小，更穩定。

1.2 設計生物質成型燃料鍋爐的主要要求

（1）結構布置，采用了雙層爐排的設計結構，也就是手燒爐排，并且在一定高度加上一道水冷卻的鋼管式爐排。其組成包括了：上爐門、中爐門、下爐門、上爐排、下爐排、輻射受熱面、風室、燃燼室、爐膛、爐墻、對流受熱面、排氣管、煙道和煙囪等。上爐門是常開設計的，用作投燃料和供給空氣。中爐門則可以調整下爐排上燃料的燃燒，并可以清理殘渣，只打開于點火和清理的時候。下爐門用來排灰，提供少量空氣，在運行時微微打開，看下爐排上的燃燒情況再決定是否開度。上爐排以上的地方是風室，上下爐排間是爐膛，墻上則設計有排煙口，不能過高，不然煙氣會短路。但過低也不行，否則下爐排的灰渣厚度達不到。設計的工作原理，讓一定的粒徑生物質成型燃料通過上爐門燃燒，上爐排產生的生物質屑和灰渣可以在下爐排繼續燃燒。經過上爐排的燃燒，生成的煙氣與部分可燃氣體通過燃料層然后是灰渣層而進到爐膛內，繼續燃燒，并且和下爐排上燃料所生成的煙氣混合，然后通過出煙口通向燃燼室，再到后面的對流受熱面。下爐排可以采取低、中、高這樣三個活動爐排，因為燃料粒徑和熱負荷的大小不同。這樣就達到了讓生物質成型燃料分布燃燒的目的，能夠緩解其燃燒的速度，還能匹配需氧量。完全燃燒率得到提升，消除煙塵也更有效化了。鍋爐受熱面設計，換熱面以輻射換熱為主的形式叫作輻射換熱面，又稱作水冷壁。由計算得出其受熱面的大小，為保持鍋爐內的爐溫和生物質燃料的燃燒，要把上爐排布置成輻射的受熱面。而形式是對流的換熱面則是對流受熱面，也叫作對流管束，其大小能由公式計算得到。引風機選型，引風機是用來克服風道阻力以及煙道的。選擇風機的時候必須考慮其儲備問題，否則會造成計算帶來的誤差。風量和風壓能由計算來確定，選擇型號要依據制造廠的產品目錄。

2 對雙層爐排生物質成型燃料鍋爐的前景分析

生產與利用實際上就是一個把生產目的、手段還有投入人力物力財力之間進行合適的結合的過程。這不是簡單的經濟過程，是技術與經濟相互結合的過程。技術因素和經濟因素要協調，才能使這項技術得到更好的推廣和發展。

2.1 技術分析

雙層爐排生物質成型燃料鍋爐設計的熱負荷是87千瓦，熱水溫度95攝氏度，進水的溫度是20攝氏度，熱效率也能高達70%，其排煙溫度200攝氏度。它在技術的性能上十分占優勢，有很高的熱效率和燃燒效率，也減少了有害氣體和煙塵的排放量，符合我國的標準，對環境帶來的損害小，所以可以考慮廣泛應用于各種活動生產中來。

2.2 經濟分析

在經濟效益方面，因為該鍋爐的燃燒效率較高，所以能很大程度燃燒燃料，因此制造的熱能量等損失小，節省了不少燃料費用。對比燃煤鍋爐，更為經濟適用。另外，成本費里包括了固定資產的投入與運行費用。而固定資產投入費包含了設備與建設費，該鍋爐的成本為一萬元，安裝和土建費則是五千元，運行費也含有電費、原料費、人工費以及設備維修費。而優點是簡單的設備能節省人工費。如果對成型技術還有設備做進一步的研究，可以在原有成本上再降低，因此也是可取的，適合經濟發展的。

3 結語

（1）在技術上，雙層爐排是一個很大的進步，能很好的提高效率，而且控制了污染物的排放量，也達到了工質參數的設計要求，隨著燃料能源的價格上漲，還有科研人員加強對生物質成型技術的深入研究，這種鍋爐一定能占有不錯的市場。（2）用技術經濟學來分析鍋爐，能得出一個大致結果就是，該鍋爐投資較大，但是長期看來，是經濟可行的，其效益也是符合投資要求的。只是和燃煤鍋爐比較起來，燃煤的價格占有優勢，但如果化石能源的價格上漲，并且環保力度加大，雙層爐排生物質成型燃料鍋爐會越來越占據優勢的一面。

參考文獻

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中圖分類號：S216.2 文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2013）01-0255-04

1 引言

生物質能源是唯一可再生，能替代化石能源轉化成氣、液和固態燃料以及其它化工原料或產品的碳資源。隨著化石能源的枯竭和人類對環境問題的關注，生物質能源替代化石能源利用的研究和開發，已成為國內外眾多學者關注的熱點。

生物質成型技術是生物質能源轉化與利用中的重要方面。這項技術在發達國家經過80多年的發展，已經進入到商業化應用階段[1～5]。目前在國內對生物質壓縮成型技術的研究，主要集中在生物質壓縮過程的機械特性、壓縮特性、流變特性和成型工藝等方面的實驗研究和理論探討，但缺少一個模型模擬成型過程和參數優化，因此本文研究探討成型過程模型的建立。

2 生物質成型機理

在人們的生活和生產中會產生農業廢棄物（秸稈、殼類、糠渣）、林業廢棄物（各種木屑、樹枝（葉）、稻草）及各類有機垃圾。生物質壓縮成型過程是將上述廢棄物收集后經過預處理，再經專門的設備壓縮為成型塊或顆粒燃料。這種成型燃料密度大，占用體積減小8倍左右[6，7]，具有熱值高、著火溫度低、幾乎不產生SO2、燃燒完全等特點，可直接燃燒，也可用于氣化[8，9]。

2.1 成型燃料的評價指標

為得到物理化學特性符合使用標準的燃料和生物質氣化原料。衡量成型燃料物理品質特性的指標選擇松弛密度（Relax density）和耐久性（Durability）[10，11]。成型燃料氣化的評價指標選擇氣體熱值、氣化效率和焦油含量。

2.1.1 耐久性

耐久性反映了成型塊的粘結性能，是由成型塊的壓縮條件及松弛密度決定的。

2.1.2 松弛密度

生物質成型塊出模后，其壓縮密度會由于彈性變形和應力松弛逐漸減小。一定時間后密度趨于穩定，此時成型塊的密度稱為松弛密度[11]。

2.1.3 氣體熱值（kJ/m3）

生物質氣化后的生成可燃氣體（Vco、VH2、VCH4）燃燒所產生的熱量。

2.1.4 氣化效率

氣化后可燃氣體總熱量占氣化原料總熱量的比值。

2.1.5 焦油量

生物質氣化過程中產生的大分子多核芳香族碳氫化合物即為焦油。焦油難以完全燃燒，并產生碳黑顆粒，對燃氣設備等損害都相當嚴重，同時產生的氣味對人體也是有害的；另外焦油對于整個氣化生產過程帶來很大的影響，容易堵塞輸氣管道，卡死閥門[12]。

2.2 影響成型指標的主要因素

影響生物質的成型的因素有很多，包括內在和外在因素。內在因素主要指原料種類、含水率等；外在因素主要指加熱的溫度、壓力和粒徑。這些因素是相互制約的。另外，成型料的尺寸、催化劑的種類及配比主要影響成型料氣化過程。

2.2.1 加熱溫度和壓力

成型溫度會影響成型燃料的密度和機械強度，當原料含水率一定時，成型溫度越高，所需壓力越小。這是由于生物質成型過程中加熱將木質素軟化形成膠體物質有利于成型，并有效的減少了生物質原料對模具的磨損，提高模具壽命[13]。目前，成型過程的加熱主要有外加熱和摩擦生熱。但溫度和壓力應在合適范圍，否則難以成型。實驗證明：生物質成型的一般壓強為10～30MPa，有外部加熱時為10MPa左右，沒有任何外在輔助加熱設施時需要28MPa左右；秸稈的軟化溫度為110℃，成型熔融溫度為160～180 ℃[13]。

2.2.2 含水率和粒度

生物機體內存在的適量結合水和自由水有劑的作用，使粒子間的摩擦力減小，流動性增強，輔助粒子相互嵌和、填充；在一定壓力作用下，可以起到成型粘結劑的作用；另外，水分還可以降低木質素的熔融溫度，使生物質成型溫度降低[19]。應特別提出，水分過低或過高都不宜成型。粉碎粒度的大小和粉碎后原料顆粒質量會影響產品的抗跌碎性、抗滲水性以及密度等[14，15]。粒度小的生物質填充度高，成型塊的抗滲水性和吸濕性增強[14]。原料的粒度越大，越不易破壞原來的物相之間的結構，將直接影響成型機的成型效果、生產效率和動力消耗，使產品的質量下降。

2.2.3 顆粒尺寸

顆粒尺寸主要會影響氣化效率[16]。

2.2.4 催化劑的種類及配比

在生物質成型原料中添加合適的催化劑，可以減少焦油和提高氣化效率等[12]。

3 壓縮成型過程建模及參數優化

3.1 模型建立及參數優化

可以通過實驗并對實驗數據進行分析處理來研究不同溫度、壓力和含水率等燃料性能和參數優化。但由于這些方法的局限性在于只能考慮某一種因素，或最佳成型參數的范圍。提出本文使用最小二乘支持向量機預測模型方法。它是標準支持向量機的擴展，將二次規劃問題轉化為線形方程組，有效提高了求解精度并解決了神經網絡的局部最優問題和訓練樣本不足問題[17，18]。將含水率、成型壓力作為模型輸入；成型的松弛密度、壓縮比為模型輸出，如圖1所示。

3.2 成型燃料對氣化指標的影響

在理想的絕熱條件下，顆粒較小使氣體越容易從顆粒內部溢出，氣化效率越高（表1）[16]。但實際上小顆粒生物質在非絕熱條件下可能由于質量較小，易于附著在爐壁上，或被載氣帶出。這種情況的發生與爐內溫度較低有直接關系，溫度較低造成反應速度較慢，所以在反應完全前小顆粒生物質就很有可能被迫終止反應。該因素在絕熱體系中因為在絕熱體系中溫度可以得到充分保證可以不必考慮，但在非絕熱體系中它必須與原有因素綜合考慮，才得出可燃氣體產量的極值[22]。

另外，成型燃料中添加不同種類含量及配比的催化劑可以提高生物質氣化過程焦油脫除率和氣化效率[12]。例如添加K2CO3和Na2CO3可提高氣體反應速率、降低反應溫度、提高氣體產量等[23]；通過實驗得出，溫度在780℃時使用催化劑可以將生物質氣化時可燃氣體的產量提高一倍左右[23]。添加白云石等催化劑可以有效地降低氣化過程的焦油含量，粒徑越小，催化效果越好。但顆粒直徑太小對固定床來說，阻力太大；而對流化床來說則飛灰損失太嚴重，所以其直徑有一定合適范圍，一般為2.0～7.0mm為好[24]。但目前國內外在生物質壓縮成型過程的研究中主要是考慮添加某一種催化劑的效果，缺乏對多種催化劑的混合添加，以及添加配比量的研究。

為此本文建議在壓縮成型過程中可以考慮將兩種或兩種以上的經濟廉價催化劑（如石灰石、白云石等）同時使用，這些催化劑在合適的配比量下加入成型料中，來提高氣化燃氣品質，降低燃氣焦油含量。

4 結語

本文主要在國內外學者對生物質壓縮技術研究的基礎上，深入分析了成型因素（加熱溫度、成型壓力、含水率以及原料破碎的粒徑的大小）對成型料性能（成型燃料的松弛密度、成型燃料的耐久性和燃料氣化性能等）的影響。并提出了對生物質壓縮過程使用智能方法（如人工神經網絡、支持向量機）來建模，進而在該模型的基礎上使用智能方法（如遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法）來進行參數優化，進而獲得最佳的成型效果。解決廢棄生物質體積密度小，占用空間大，燃燒效率低等問題。另外，本文分析了以成型燃料為原料來實現生物質氣化的過程中成型顆粒的尺寸、向成型料中添加催化劑（兩種或兩種以上）的含量及配比對生物質氣化后的氣化性能（氣化效率、氣體熱值和碳轉化率）的影響。

目前國內外對生物質壓縮成型過程或氣化過程的研究主要是在成型或氣化機理的基礎上來數學建模分析，但是生物質的壓縮過程包含的反應較多，催化氣化過程更是復雜，所以進行機理方面的建模與參數優化相當困難。而嘗試在其他工業過程的建模與參數優化中得到了較好的應用的智能方法（神經網絡、支持向量機等）對生物質壓縮和氣化過程建模與參數優化。可以為生物質成型料的制備和生物質氣化過程的工程應用提供有益的參考。

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篇（7）

廢棄物，如稻殼、玉米芯、甘蔗渣、花生殼等。

我國是一個農業大國，可以利用的主要有兩個方面：秸稈和農業加工廢棄物。其中，秸稈的產量約為每年6.5億噸，折合約3億噸標準煤。稻殼重量約在稻谷重量的20%以上，由此可以推算出2005年我國谷

物（包括稻谷、小麥、玉米）產量為37428.7萬噸，其中稻谷產量為16065.6萬噸，稻殼產量為3213.2萬噸。另外，稻殼的熱值為12560～14650kJ/kg。所以，稻殼在每年谷物處理過程中是一種不可忽視的

能源。我國玉米的主要產區（2000千公頃以上）有河北、吉林、黑龍江、山東、河南。2005年玉米的產量為11583萬噸，玉米芯的平均熱值為14400kJ/kg。

（二）林業資源的構成。林業生物質資源包括森林生長和林業生產加工資源中所提供的能源，主要有以下三個部分構成：碳薪林、在森林撫育和間伐過程中的零散木材、殘留的樹枝、樹葉和木屑等；木

材采運和加工過程中的枝丫、鋸末、木屑等；林業副產品的廢棄物（如果殼和果核等）。

林業生物質資源在我國農村能源中具有重要地位。林業生物質資源占農村能源總消費的21.2%，在丘陵、山區和林區等區域，這個比例高達50%以上。在2005年我國農村消耗林業生物質資源約為1.66億噸

標準煤。

在林業生產過程中，碳薪林是一種產量高而生長期短的生物質能資源，它主要可以緩解農村的燃料需求，減少對自然林木的砍伐從而減少對環境的破壞。我國幅員遼闊，有許多種不同的氣候，因此我國

樹種資源也十分豐富，適合我國的碳薪林種類比較多。

林木伐區剩余物包括經過采伐、集材后遺留在地上的枝杈、梢頭、灌木、枯倒木、被砸傷的樹木、不夠木材標準的遺棄材等。據不完全統計，每采伐100立方米的木材，剩余物約占30%，若利用率按55%計

算，將會有1000多萬立方米的剩余物可供加工利用，這也將會緩解我國森林資源緊缺和木材供需矛盾。

我國目前的水平，木材綜合出材率（由立木到原木）為65%，我國的木材利用率（由原木到成品）為60%左右。故我國每年可以利用的林業生物質資源是巨大的。利用好這一塊能源也具有很大的潛力。

（三）我國生物質壓縮成型替代煤的前景。由于生物質通過氣化、液化、固化可以轉化為二次能源，分別為熱量或電力、固體燃料（木炭或成型燃料）、液體燃料（生物柴油、生物原油、甲醇、乙醇和

植物油等）和氣體燃料（氫氣、生物質燃氣和沼氣等）。

生物質壓縮成型替代煤是利用木質素充當黏合劑將農業和林業生產中的廢棄物壓縮為成型燃料，提高其能源密度，是生物質預處理的一種方式。將松散的秸稈、樹枝和木屑等農林廢棄物擠壓成固體燃料

，能源密度相當于中等煙煤，可明顯改善燃燒特性。在該領域中我國已擁有世界領先技術，為大規模燃燒利用生物質打下基礎。

二、國內利用秸稈發電現況

國內利用秸稈發電情況大致分為秸稈摻燒發電、純秸稈發電、利用城市垃圾和包括秸稈在內的農林廢棄物發電三種情況。目前已開始啟動的廠家、項目有江蘇寶應協鑫生物質環保熱電工程、華電國際十

里泉發電廠、江蘇國信新能源開發有限公司、鹽城垃圾焚燒發電項目、晉州摻燒發電廠改造工程等。據了解這些單位依傍不同優勢而摻燒不同材質的生物質，由于是自己摸索，雖已經過了一段時間的實

際摻燒，但各自存在一些問題，正向深層次摸索。目前，真正利用秸稈壓縮發電的國內還沒有。

筆者走訪了香港協鑫集團下屬的江蘇寶應協鑫生物質發電廠和鹽城阜寧協鑫環保發電廠。這兩家都已進行摻燒試驗，試驗證明秸稈摻燒對鍋爐燃燒未產生不良影響，對鍋爐效率，除塵器效率、飛灰可燃

物、煙氣排放未造成不良影響。

三、秸稈摻燒的技術可行性

筆者在秦皇島及附近地區采集了10種生物質燃料，其編號見表1，壓縮成型燃料的秸稈來自定州，并委托清華大學煤燃燒工程研究中心，對生物質秸稈壓縮成型燃料的燃燒特性、污染物控制等進行研究。

（表1）

試驗結果表明：秸稈的發熱量為3670～3890大卡，玉米骨子的發熱量為3700大卡，果木枝條的發熱量為4170大卡。各種生物質無論產自何地，幾乎其成分和熱值基本相近，發熱量相當于中等煙煤。

清華大學得出這樣的技術結論：

1、從實驗數據來看，單一生物質燃燒主要集中于燃燒前期；而煤燃燒主要集中于燃燒后期。生物質與煤混燒的情況下，燃燒過程明顯地分成兩個燃燒階段。在煤中摻入生物質后，可以改善煤的著火性能

。在煤中加入生物質后，燃燒的最大速率有前移的趨勢，同時可以獲得更好的燃盡特性。生物質在燃燒過程中放熱比較均勻。在煤中加入生物質后，可改善燃燒放熱的分布狀況，對燃燒前期的放熱有增

進作用。煤中加入生物質后，使得煤的燃燒最大速率有所增加，生物質的燃燒特性普遍較好。

2、通過不同比例的摻混成型秸稈燃燒，對于試驗范圍內，燃燒溫度提高到1050OC時，均未發生結焦。

3、摻混10%～20%的成型秸稈的混合燃料，SO2排放較低，在不添加石灰石情況下，SO2排放可以控制在200ppm以內。

4、摻混10%～20%的成型秸稈的混合燃料，NOx排放可以控制在200ppm以內。

總之，在目前的循環流化床鍋爐設備中，無需經過過多改動，利用秸稈壓縮發電摻燒比例可達到20%在技術上是完全可行的。不僅可以減少煤的使用量降低燃料成本，摻燒生物質還可以起到助燃作用，提高鍋爐燃燒室的溫度，從而提高鍋爐的熱效率（北山電廠鍋爐熱效率在74%～77%），同時在降低飛灰可燃物（摻燒前為27%）、減少排渣帶走的熱損失（摻燒前為700大卡）上都能發揮效能。新晨

四、經濟可行性預測

考慮到秸稈的采購、儲運、安全等方面因素，我們準備采取將粉碎、壓縮設備分散到農戶手中，由農民將秸稈壓縮成型后再送到廠里摻燒的辦法。以河北秦皇島北山電廠擁有的一臺裝機容量為2.5萬千瓦

、二臺1.22.5萬千瓦的凝汽式火力發電機組為例：

1、摻燒對底渣物理熱損失、未完全燃燒損失的改善以及對飛灰未完全燃燒損失的改善，以摻燒秸稈量為Xo=20%（重量比）考慮，效率總體可提高?濁=2.49%。

2、考慮秸稈的熱值Q1為3550～3800kcal/kg，煤的熱值為Qo=3200kcal/kg（未考慮爐前煤損失），以及對效率的影響摻燒20%的秸稈，可以替代22.19%～25.64%的煤量。

篇（8）

生物質能采用高新技術將秸稈、禽畜糞便和有機廢水等生物質轉化為高品位能源，開發生物質能源將涉及農村發展、能源開發、環境保護、資源保護、國家安全和生態平衡等諸多利益。發展生物能源的初衷就是保護生態環境，在實際應用中也是以此為基點。這也是我國超前發展的一次很好機會，發展生物質能是一件利國利民的好事情。

生物質能源不僅是安全、穩定的能源，而且通過一系列轉換技術，可以生產出不同品種的能源，如固化和炭化可以生產因體燃料，氣化可以生產氣體燃料，液化和植物油可以獲得液體燃料，如果需要還可以生產電力等。

目前，世界各國，尤其是發達國家，都在致力于開發高效、無污染的生物質能利用技術，保護本國的礦物能源資源，為實現國家經濟的可持續發展提供根本保障。

6MW生物質顆粒與煤混燒發電技術

成果簡介：該項目是通對不同比例的生物質成型顆粒與煤在循環流化床中進行混合燃燒，混合后的燃料可大大改變原煤的燃燒特性，包括降低著火溫度、改善著火性能、提高了循環流化床鍋爐的熱利用率等。生物質原料與煤之間燃燒特性的優勢互補。該技術可用于電廠、工業鍋爐等各種利用循環流化床鍋爐的行業。該技術對生物質的燃燒特性，燃燒過程以及其結渣特性、堿金屬腐蝕、氣體燃燒不完全等難題進行了研究，并找出了解決方案。生物質顆粒混燒量可達到80%，在此工況下熱效率可提高15%以上，二氧化硫排放量減少50%。氮的氧化物排放量可減少30%；完成了由輸送帶、給料倉、給料絞龍組成的顆粒燃料輸送給料系統；為適應生物質燃料高揮發分的特性，在生物質顆粒燃料進料口上方1.2m處增設了一個二次風進口；可根據生物質顆粒與煤的不同混燒比例，自動調整一、二次進風量。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

生物質氣化燃氣中焦油催化轉化研究

成果簡介：該項目研究采用在生物質氣化裝置的出口處，建一催化凈化裝置有催化保護床和催化轉化床構成，直接處理熱的生物質氣體，保護床吸收粗燃氣中的硫化氫等有毒物質及催化裂化脫除部分重焦油；第二催化反應床催化轉化剩余的焦油。碳氫化合物的焦油被催化轉化為小分子氣體如CO等，增加燃氣熱值。結果表明，對空氣流化床氣化的粗燃氣的催化干法除焦油，實驗方案是行之有效的和成功的。篩選出工業鎳基蒸汽轉化催化劑和氧化鈰添加的鎂橄欖石負載型鎳基催化劑可作為焦油的催化轉化催化劑，氧化鈰可促進催化劑的活性和提高抗積炭能力，對氣化燃氣的重焦油的去除率達99%，按干氣計算燃氣中氫氣的濃度增加6～11%。通過催化凈化系統直接處理氣化燃氣，一方面焦油的催化轉化增加了氣化氣中有價值的氣體成分；另一方面又克服了濕法除焦油所帶來的不易解決的環境污染問題。

所處階段：成熟應用階段

2Kg/hr生物質流化床氣化/熱解實驗裝置研制

成果簡介：氣化是缺氧的反應過程，熱解是隔絕氧氣的反應過程；氣化的反應溫度為750-850℃，而熱解的反應溫度為400-700℃；熱解必須采用快速進料，氣化對供料速度則無嚴格要求；兩者產物的凈化處理過程則基本相同。分析兩者的相同點及不同點，該課題組認為建一套氣化及熱解的雙功能系統是可行的。為此該課題組采用了以下特殊設計：獨立的氧氣及氮氣供入系統，共用一套流量計量及預熱裝置；流化段及懸浮段分別采用獨立的電加熱及控制裝置；流化段及懸浮段分別采用獨立的電加熱及控制裝置用雙級供料系統，且均可無級調速；共用一套旋風分離、冷凝、過濾、排氣及計量系統。運行及試驗結果表明：該系統可分別進行氣化及熱解試驗，且運行良好，達到了設計要求。

所處階段：初期階段

生物質經催化熱分解技術

成果簡介：該研究是以植物系生物質為原料通過催化熱解的方法生產高附加值的輕質芳烴苯、甲苯和二甲苯等化學品以及合成燃料。使用了熱解溫度控制容易，升溫速度快，焦炭便于回收，且可連續操作的雙顆粒流化床，建立了一套可以定量操作的熱解反應系統，開發了連續催化熱解過程。充分利用生物質熱解溫度低揮發物多的特性，選擇合適的催化劑，控制生物質熱解過程的二次氣相反應，使產物向有利于輕質芳烴苯、甲苯和二甲苯等化學品轉化，在CoMo-B催化劑的作用下，863K時可得到6.29wt%的收率。這一收率在同類研究中，是常壓下熱解過程中得到的最高收率。在實驗研究過程中還可發現，NiMo類催化劑有利于生物質低溫制氫，為生物質低溫制氫提出了新的研究課題。生物質連續催化熱解裝置的研發，實現了連續化操作的熱解過程，為未來大規模的工業化生產提供了必要的前期研究成果。

所處階段：初期階段

錐形流化床生物質氣化技術

成果簡介：該專題針對目前國內生物質氣化發電、供熱、供氣存在的原料適應范圍窄、燃氣焦油含量高、自動化程度低、適用松散型物料的氣化發電設備和系統等問題，開發錐形流化床生物質氣化發電供熱、供氣機技術產業化為目標，研制生物質氣化裝置與氣體發電機組成的系列生物質氣化發電系統；降低燃氣中的焦油含量；生物質氣化系統的操作彈性試驗；提高生物質氣燃氣熱值。

所處階段：成熟應用階段

利用藻類熱解制備生物質液體燃料

成果簡介：該課題應用能源科學、環境科學和生命科學等交叉學科的理論和技術，以藻類為原料，通過細胞工程和生物質轉化等技術，產生生物油和烴類等可再生生物能源，為開發新能源提供新的生物技術途徑。用異養轉化技術和基因改造技術獲得高脂肪含量的藻細胞來熱解制備液體燃料，實現異養轉化技術、細胞培養技術、基因改造技術與熱解技術的整合集成，獲得原創性、新穎性的研究成果；同時為后繼能源的開發應用提供技術儲備；并且通過最前沿的生物技術與能源技術相互結合、交叉與滲透，推動學科的發展。該研究成果應用前景良好。

生物質氣氣化合成二甲醚液體燃料

成果簡介：在固定床或循環流化床中將生物質氣化，變成H2, CO, CO2等組分，然后經過氣體凈化，在重整反應器中和沼氣一起在催化劑的作用下進行重整來調整H2和 CO的比例，同時降低二氧化碳的比例，使之適合于合成二甲醚。然后氣體經過壓縮進入二甲醚反應器。在催化劑的作用下合成二甲醚。該套技術已經申請了國家發明專利。

二甲醚（簡稱DME,CH3OCH3）是一種清潔的燃料與化工產品，有很大的市場。液化二甲醚可以完全替代液化石油氣（LPG），與LPG相比具有無毒無臭、不易爆炸、熱效率高、燃燒徹底、無污染等特點，因此，DME作為LPG的替代品在中國特別是農村有巨大的潛在市場。作為清潔燃料DME可以替代柴油用作發動機燃料，十六烷值達55，與柴油熱效率相同，DME不會產生黑煙和固體顆粒，NOx排出量大大減少，是很有前途的綠色環保型發動機燃料。

該項目采用的以生物質廢棄物（包括木粉、秸稈、谷殼等）作為原料，通過催化裂解造氣作為氣頭的新工藝，目前還未見報道。DME的合成也采用先進的一步法合成工藝，該方法作為應用基礎研究最近幾年才在國際上展開。廣州能源研究所在世界上首先實現了在小型裝置上由生物質一步法合成綠色燃料二甲醚的連續運行。將該技術進行產業化推廣可以解決緩解廣東省液化氣日益緊張的形勢。

適用范圍和條件：適用于生物質資源豐富的地區

3MW生物質氣化高效發電系統關鍵技術

成果簡介：該項目發展了6MW生物質氣化及余熱蒸汽聯合發電系統、500kW生物質燃氣發電機組和焦油污水生化處理新工藝等關鍵技術，在江蘇興化建立的示范電站裝機容量為6MW，氣化效率最高達78%，燃氣機組發電效率為29.8%，系統發電效率27.8%，電站總投資約3200萬元，系統運行成本0.40元/kw，具有較高的性價比和顯著的社會效益。示范電站建設嚴格按國家電力行業的規范進行，并形成了市場化運作機制，為生物質氣化發電技術的產業化積累了有益的經驗。

所處階段：成熟應用階段

自熱式生物質熱解液化裝置

成果簡介：中國科學技術大學研制的“自熱式生物質熱解液化裝置”通過了安徽省科技廳組織的專家鑒定，達到國際國內先進水平，是生物質潔凈能源研究取得的重要進展。該裝置是在安徽省“十五”科技攻關計劃、教育部“211”工程和中國科學院知識創新工程等項目資助下研制完成的，專家認為：自熱式生物質熱解液化裝置采用兩級螺旋進料器有效解決了生物質進料系統的進料速率定量控制、密封和堵塞問題，其中自熱式生物質熱解液化裝置在熱解熱源供給和生物油冷凝收集等方面具有創新性。

所處階段：初期階段

稻殼生物質中型氣化發電系統

成果簡介：該電技術的基本原理為利用生物質氣化高新技術，經中溫裂解氣化，轉換為可燃氣體。氣化爐內的化學反應過程主要是燃燒反應，熱分解反應和還原反應。稻殼進入氣化爐后，部分遇氧燃燒，提供熱分解所需熱量，大部分稻殼在缺氧條件下發生熱分解反應，折出揮發份和焦炭，揮發份在中溫反應區內發生二次反應，使焦油裂解為氣體，同時氣體和焦炭之間，氣體和氣體之間發生還原反應，產生氣相焦油和氣體。這些氣體攜帶部分細顆粒焦炭、灰塵進入燃氣凈化系統。部分焦炭通過慣性除塵器回流進入氣化爐參加反應，氣相焦油冷凝通過水洗除去。燃氣經凈化后，再送到自吸式燃氣內燃機進行熱功轉換產生動力，帶動發電機發電。

所處階段：成熟應用階段

JZS家用生物質燃氣灶

成果簡介：該項目灶具的心臟閥體獨創了大銅芯、大閥體，閥芯不凝滯、焦油不堵塞、維修方便，使用壽命特長；面殼采用進口加厚不銹鋼板鍛壓成型，美觀大方，優質耐用；高壓脈沖點火器，使用壽命達10萬次以上，著火率達100%，絕緣性能好；燃燒器爐頭選用直徑120mm和100mm標準鑄鐵雙管和單管氣道爐頭；燃燒器火蓋選用內旋火條形火孔，火蓋材質選用全銅鍛壓成型，火孔加工精確，熱效率高，高溫不變型，高效更節能。JZS家用生物質燃氣灶是秸稈氣化集中供氣系統的配套設備，是開發農村綠色能源的新產品。

所處階段：成熟應用階段

生物質聯產技術及成套設備研究

成果簡介：該項技術以干餾炭化工藝為中心，以生產產品為主，實現了炭、氣、油聯產的工業化生產，大大提高了經濟效益；該設備系統熱效率高。國內同類技術的設備系統熱效率為56%，本項技術的系統熱效率達到73.64%，比普通冷煤氣發生爐的熱效率高出10個百分點左右；生產的生物質炭熱值和固定炭含量高，無煙、無味。經深加工可制成橡膠炭黑，優于木炭，木焦油可以提煉出多種化工原料，優于煤焦油，經濟效益顯著，市場前景很好；生產的生物質燃氣熱值達到17.7MJ/Nm^3，高于城市煤氣的熱值，大大超過4.6MJ/Nm^3的行業標準；燃氣中焦油和灰塵含量小于10mg/Nm^3，大大低于50mg/Nm^3的行業標準。

所處階段：成熟應用階段

生物質氣化發電優化系統及其示范工程

成果簡介：該成果采用循環流化床氣化爐和多級氣體凈化裝置，配置多臺500kW的單氣體燃料內燃發電機組，發電系統可在2000－6000kW之間根據需要設計，發電原料可用谷殼、木屑、稻草等多種生物質廢棄物。氣化發電系統發電效率達20%～28%。由于系統設計合理，單位投資約4500～6500元/kW, 運行成本約0.35 ～0.45元/kWh，能滿足農村處理農業廢棄物的需要，電力符合工廠企業用電或上網要求，有顯著的經濟和社會效益。

所處階段：成熟應用階段

生物質制取合成氣技術研究

成果簡介：氣化爐內的生物質由高溫CO_2在水蒸汽氛圍下進行碳化直接還原為CO。高溫CO_2由助燃的水蒸汽和系統循環的可燃氣生成。整個工藝系統實現了熱量自給平衡。可獲得較高熱值的合成氣。通過控制CO_2和H_2O的比例和氣化溫度，在高溫常壓下，CO_2與碳反應還原為CO，同時H_2O的分解、重整產生H_2，保證了CO+H_2＞50%的出口氣濃度及其合適的比例。自主研制的固流復合床生物質氣化爐，抑制了焦油的產生，降低氣體凈化的難度，提高生物質原料的利用率。獨特的加料排渣系統，適應多元化原料的處理。本項目研究合成氣制取機理及其氣化過程有關特性，找出生物質制取合成氣工藝中的某些關鍵參數，作為未來工業化系統優化設計的重要依據。

所處階段：成熟應用階段

生物質干餾氣炭油聯產技術及設備

成果簡介：該項目針對不同類型的生物質原料，開發了兩種不同的致密成型及干餾工藝，使生物質的熱轉換具有較高的能源利用率與換率。該項技術以成型后的生物質干餾工藝為中心，燃氣中氮氣含量低，燃氣熱值達到15MJ/m^3以上，是較好的化工原料，生物質炭、焦油及木醋液也有較好的市場。設備采用隧道連續干餾工藝，具有創新性，結構合理，操作、維護簡單易行。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

生物質顆粒燃料冷態致密成型技術及成套設備

成果簡介：該項目通過研究確定不同種類農林廢棄物原料的高效粉碎工藝、生物質冷態致密成型機理及不同農林廢棄物冷成型條件。建立農林廢棄物冷態致密成型過程的數理模型與開發生物質冷態成型過程計算模擬系統。設計出能適用于各類生物質原料的高效粉碎設備、冷態成型模具及成型設備。進而設計出完整的生物質顆粒燃料冷壓成型成套設備、生產工藝流程及相關輔助設備，充分保證成套設備運行的穩定性、可靠性和經濟性。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

生物質材料甲醛釋放量檢測環境跟蹤控制技術

成果簡介：該成果涉及生物質材料（人造板等）揮發物檢測環境的動態精確控制方法，應用范圍為人造板、建筑材料、化工等產品中含揮發性有害氣體的檢測，為控制人造板產品及其含甲醛等有害揮發物產品的質量，提供可靠的技術與檢測設備。同時為林產工業及全社會的環境保護、安全檢測與監測技術、環境工程與技術、環境保護與管理、環境質量評價與環境檢測等科學研究提供的新的成果、進展及方法。產品已應用在國家人造板質量監督檢驗中心、家具質檢站、人造板檢測機構、理化測試中心、疾病控制中心、大學等單位，負責我國生物質材料甲醛釋放量的檢測與監督工作。

成果類型：應用技術

所處階段：成熟應用階段

SLQ-300型空氣鼓風常壓流化床生物質氣化成套設備

成果簡介：該項目研制開發的新型生物質氣化系統，即空氣鼓風常壓流化床生物質氣化系統，可生產低熱值生物質燃氣，用于鄉鎮居民炊事與生活、工副業生產及發電。技術原理為：鼓入氣化器的適量空氣經布風系統均勻分布后，將床料流化，合適粒度的生物質原料送入氣化器并與高溫慶料迅速混合，在布風器以上的一定空間內激烈翻滾，在常壓條件下迅速完成干燥、熱解、燃燒及氣化反應過程，從而生產出低熱值燃氣。排出氣化器的熱燃氣再依次通過由干式旋負除塵器、沖擊式水除塵器、旋風水膜凈化器、多級水噴淋凈化器、焦油分離器和過濾器等組成的凈化系統，被冷卻凈化為符合使用要求的干凈冷燃氣以供不同用戶使用。

成果類型：應用技術

所處階段：成熟應用階段

下吸式固定爐排生物質成型燃料熱水鍋爐設計與研究

成果簡介：該項目屬河南省自然科學基金項目（項目編號：0311050400；0411052000）。技術原理：一定粒徑生物質成型燃料經上爐門加在爐排上下吸燃燒，上爐排漏下的生物質屑和灰渣到下爐排上繼續燃燒和燃燼。生物質成型燃料在上爐排上燃燒后形成的煙氣和部分可燃氣體透過燃料層、灰渣層進入上、下爐排間的爐膛進行燃燒，并與下爐排上燃料產生的煙氣一起，經兩爐排間的出煙口流向降塵室和后面的對流受熱面。這種燃燒方式，實現了生物質成型燃料的分步燃燒，緩解生物質燃燒速度，達到燃燒需氧與供氧的匹配，使生物質成型燃料穩定持續完全燃燒，起到了消煙除塵作用。

成果類型：應用技術

所處階段：初期階段

SMG-3型生物質型煤高壓干式成型機研究

成果簡介：該產品成型原理是在高壓的條件下，經過對滾滾壓的工藝方法，將干燥后的煤粉、生物質粉、固硫劑粉等原料壓制成長橢球形狀型煤的。所生產的生物質型煤具有潔凈化、環保化的特點。性能指標：液壓系統工作壓力：20～25Mpa；對滾轉數：0～11r/min；螺旋推進預壓機構轉數：0～40r/min；成型機產量：3t/h；壓制生物質型煤的原料：含水≤3%的煤粉、生物質粉、固硫劑粉；生物質型煤壓碎力：300～350N。成型機的特點：高壓干式滾壓成型；液壓、油氣系統保壓、恒壓；園柱型螺旋預壓、推進；主機傳動為單軸與減速機連接；主傳動與推進預壓機構實現了無級變速。該產品填補了國內成型機生產的空白，達到了國際當代同類產品的水平。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

生物質經催化熱分解向輕質芳烴的轉化

成果簡介：該研究是以植物系生物質為原料通過催化熱解的方法生產高附加值的輕質芳烴苯、甲苯和二甲苯等化學品以及合成燃料。使用了熱解溫度控制容易，升溫速度快，焦炭便于回收，且可連續操作的雙顆粒流化床，建立了一套可以定量操作的熱解反應系統，開發了連續催化熱解過程。充分利用生物質熱解溫度低揮發物多的特性，選擇合適的催化劑，控制生物質熱解過程的二次氣相反應，使產物向有利于輕質芳烴苯、甲苯和二甲苯等化學品轉化，在CoMo-B催化劑的作用下，863K時可得到6.29wt%的收率。這一收率在同類研究中，是常壓下熱解過程中得到的最高收率。在實驗研究過程中還可發現，NiMo類催化劑有利于生物質低溫制氫，為生物質低溫制氫提出了新的研究課題。生物質連續催化熱解裝置的研發，實現了連續化操作的熱解過程，為未來大規模的工業化生產提供了必要的前期研究成果。

成果類型：應用技術

所處階段：初期階段

生物質能開發利用示范工程研究

成果簡介：該產品生物質成型燃料以農作物廢棄物為原料，供暖、供熱，燃燒時無黑煙，幾乎沒有二氧化硫的排放，氮化物排放極低，二氧化碳排放量接近植物生長所需要量，可以稱得上是零排放。原料加工，可以使農業廢棄物變廢為寶實現增值，所以該項目是有利于社會，有利于農民，有利于消費者的事業，具有一定的推廣應用前景。

成果類型：應用技術

所處階段：成熟應用階段

生物質復合型煤制備及燃燒性能研究

成果簡介：該課題對生物質型煤的制備工藝、燃燒過程、燃燒機理、固硫性能等進行了研究。當生物質添加量為20%、成型壓力為40MPa時，生物質型煤的抗壓強度可以達到400N/個；生物質型煤的著火溫度一般低于350℃，燃燒過程可以分為4個階段；當Ca/S比為2.0，燃燒溫度為900℃時，生物質型煤的固硫率可以達到90%以上，遠遠高于普通型煤的固硫率，生物質型煤燃燒過程的SO2排放濃度明顯低于傳統型煤。因此，生物質型煤比普通型煤有更好的燃燒特性，更高的固硫率。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

雙循環流化床生物質氣化裝

成果簡介：“雙循環流化床生物質氣化裝置”是在教育部“211”工程和中國科學院知識創新工程等項目資助下研制完成的，主要研究內容包括：（1）掌握了鋸末和稻殼等生物質的流化特性。（2）研制了每小時可處理80公斤物料的雙循環流化床生物質氣化裝置。該裝置結構簡單、設計合理，采用特殊結構的兩級螺旋進料器可以實現連續式的密封進料；合理的流化床層和返料結構，可以保證床層溫度均勻分布，以及實現焦油蒸汽在爐內二次裂解，從而使氣化效率、碳轉化率和燃氣質量等得到顯著提高；采用鼓風運行方式可以實現熱煤氣的直接利用，從而可以避免高溫燃氣的顯熱損失和焦油能量的損失，以及水洗焦油造成的二次污染等。（3）掌握了常見秸稈的氣化方法和氣化效率、碳轉化率和燃氣成分及熱值等氣化參數，對熱煤氣的燃燒利用進行了試驗研究，研發了預混式燃氣燃燒器。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

板式生物質干燥機

成果簡介：“板式生物質干燥機”是河南省科學院能源研究所研制開發的新產品，本產品能較好地適應粉碎后的蓬松多孔狀生物質物料的干燥。在充分研究了生物質物理化學特性的基礎上，把空氣調節技術與傳熱學相結合設計出高效節能型干燥機。本產品具有獨特的換熱排濕結構，熱利用率達到60%以上，以無級調速電機為動力，通過鏈條刮桿等傳動機構帶動物料在干燥機內移動，通過調節調速電機的轉速（0～1440r/min）改變物料的干燥時間， 以適應不同含水率的生物質物料的干燥；圓柱形刮桿帶動物料在加熱板上移動，同時完成了物料的翻動，使含水物料的不均勻度大大減小；空氣調節技術與傳熱學相結合，通過等壓分流的穩壓箱和板式射流加熱板組成高效的氣流組織結構，能使熱風等速均勻地射向物料，提高了烘干效率，同時減少了物料中灰分的帶出，降低了廢氣中灰分的含量，減少了環境污染；射流板的上表面為平板，做為物料床，同時進行傳導換熱，下表面為多孔板，可使熱空氣等速均勻地射向物料，可完成對流換熱與濕氣的帶出，高溫多孔板發射出遠紅外線，以輻射形式加熱了物料，綜合利用了傳導、對流與輻射三種熱的傳播形式，熱利用率達60%以上；實現了干燥機的模塊化設計，每兩層為一基本模塊，可根據處理量的大小隨意增減換熱板的數量，從而減少不同型號的干燥機設計工作量。縮短了設計周期，加工更加簡單。

成果類型：應用技術

所處階段：初期階段

生物質鍋爐型煤的開發研究

該項目開發出“水泡-氫氧化鈣溶液蒸煮”的生物質型煤粘結劑及生產工藝，“有機-無機復合粘結劑”及型煤生產工藝，該粘結劑及型煤生產工藝可以利用國內現有生產設備進行生產。采用紅外光譜分析研究了生物質經“水泡-氫氧化鈣溶液蒸煮”處理前后組成變化，證明該處理工藝可以使生物質有效降解。提出了新穎的生物質型煤粘結機理和防水機理。認為生物質中可降解成分降解后的固體纖維素、半纖維素和木質素等在型煤中形成“網絡結構”將煤粒包裹起來，液體粘稠物充填于煤粒與生物質固體之間。生物質固體與液體部分共同型煤強度。粘結劑加工中過剩的氫氧化鈣在型煤干燥中將轉化成碳酸鈣，對型煤防水強度具有一定的作用。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

生物質切揉制粉機

成果簡介：該成果在充分研究國內外粉碎機的基礎上，試驗分析了生物質秸稈的粉碎特性，針對生物質秸稈含水率高、具有長纖維的特點，研究設計出適合各種含水率高達25%以下生物質秸稈粉碎的生物質切揉制粉機，采用錘片、刀片相結合的方式，秸稈經高速旋轉的刀片切斷后，再經錘片擊打粉碎，提高了粉碎效率。經河南省節能及燃氣具產品質量監督檢驗站檢測，系統的各項技術性能符合河南省科學院能源研究所企業標準Q/HKN001-2005《生物質切揉制粉機》的要求。該機即可用于農村，也可用于工業，即環保又經濟，節約能源，具有良好的經濟和社會效益。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

低能耗生物質熱裂解裝置

成果簡介：該實用新型的目的是為了能將低品位的生物質能轉換成高品位的液體燃料和高附加值產品，提供一種基于流化床的低能耗生物熱裂解裝置。低能耗生物熱裂解采用以下工藝流程：連續送料至反應器，使其在高溫下氣化，分離，含生物的氣體經熱交換冷凝成油，升溫后的非凝結氣體再循環。本實用新型采用流化床作為反應器，由給料器、調速電機及減速器、進料套筒及螺旋進料棒、流化床反應器、螺旋風分離器、作為能源回收的氣－氣熱交換器、氣－水熱交換器、集油器、茨循環風機、主電加熱器、輔助電加熱器等組成。主電加熱器、輔助電加熱器；流化床反應器豎直放置，底部置有多孔板，并放入石英砂作為中間載體；主電加熱器置于反應器入口前端，輔助電加熱器置于反應器外壁面。

成果類型：應用技術

所處階段：初期階段

生物質經催化熱分解向輕質芳烴的轉化

成果簡介：該研究是以植物系生物質為原料通過催化熱解的方法生產高附加值的輕質芳烴苯、甲苯和二甲苯等化學品以及合成燃料。使用了熱解溫度控制容易，升溫速度快，焦炭便于回收，且可連續操作的雙顆粒流化床，建立了一套可以定量操作的熱解反應系統，開發了連續催化熱解過程。充分利用生物質熱解溫度低揮發物多的特性，選擇合適的催化劑，控制生物質熱解過程的二次氣相反應，使產物向有利于輕質芳烴苯、甲苯和二甲苯等化學品轉化，在CoMo-B催化劑的作用下，863K時可得到6.29wt%的收率。這一收率在同類研究中，是常壓下熱解過程中得到的最高收率。在實驗研究過程中還可發現，NiMo類催化劑有利于生物質低溫制氫，為生物質低溫制氫提出了新的研究課題。生物質連續催化熱解裝置的研發，實現了連續化操作的熱解過程，為未來大規模的工業化生產提供了必要的前期研究成果。

成果類型：應用技術

所處階段：初期階段

超低焦油秸稈高效制氣技術

成果簡介：該技術是以秸稈為主要原料，采用先進的低倍率低速循環流化床氣化技術和雙層催化裂化爐，通過特定的流場組織和多級進料、組合進氣方式，在氣化介質和特殊催化劑（鈣鎂復合催化劑）作用下，在特殊的工藝流程內進行催化氣化反應制取超低焦油燃氣，其凈化過程具有用水量極少，并從生活垃圾中獲得的高活性焦炭基材料作為過濾干燥介質等特點。該技術在國內處于領先水平，提高了傳統氣化爐產氣效率和燃氣品質，大大降低了燃氣中焦油含量，減少了廢水的排放和焦油對環境的污染，充分利用農村農林廢棄物，避免了其露天放置對環境的污染，解決了部分勞動力就業。

成果類型：應用技術

所處階段：初期階段

強化熱解生物質氣化技術的研究

成果簡介：該課題研究以各種農作物秸稈為原料的低焦油燃氣發生器，及與之配套的燃氣凈化技術，采用新式強化裂解氣化反應器，充分降低燃氣中焦油含量，簡化凈化工藝，保證燃氣質量，使秸稈氣化機組的各項指標達到或超過國家相關的行業標準，提高已有的生物質氣化技術水平和燃氣質量，形成配套合理，運行方便，安全可靠的氣化機組，實現氣化機組的更新換代。應用此技術，將解決目前設備中存在的焦油清理難、勞動強度大的問題，提高使用壽命，實用性更強，不僅可以應用于農村，在工業有機廢料處理和燃氣發電方面，也將有良好的推廣前景。

成果類型：應用技術

所處階段：中期階段

生物質鍋爐型煤的開發研究

篇（9）

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

1引言

1．1研究的背景及意義

自20世紀以來，由于各國經濟發展的需要，人類對自然資源進行大肆掠奪，對自然生態環境造成嚴重破壞，人類的生存發展面臨著自然資源嚴重匱乏、能源嚴重短缺、生態環境嚴重破壞的困境。為了擺脫困境，在全世界興起了對新的生產方式的研究，這種新的生產方式的宗旨是要實現“人類社會經濟系統”與“自然生態系統”的和諧健康發展。于是一個個“生態園區”應運而生，我國也在國外實踐的基礎上提出了發展“循環經濟”的理念，在這樣的背景下，包括生物質能在內的新能源產業已在世界各地蓬勃發展起來。

隨著石油危機及溫室氣體減排呼聲的日益高漲，尋找替代性清潔能源成為化解能源危機和溫室效應的最佳策略。由于生物質能是一種化學態能，不僅能夠發電、供熱，而且還能轉化為液態燃料和生物基產品，是唯一可大規模替代化石燃料的能源，主要發達國家的技術專家和決策者都非常重視生物質能產業的開發。近年來，伴隨著針對生物質能產業創新而發生的“車人爭糧”、“人道危機”、“環境問題”等激烈爭論，世界生物質能產業創新開始呈現出新的趨勢和特點。

生物質能產業基于循環經濟理論、工業生態理論所建立的生物質能生態產業鏈網絡具有良好的經濟效益和環境效益，這成為生物質能產業發展的新趨勢和新特點。本文通過對金驕集團生物質能產業鏈的分析，追蹤這些新趨勢和新特點，旨在發現生物質能產業創新的規律社會約束條件，探索適合

2．2循環經濟理論

循環經濟與工業生態學理論具有非常密切的關系，循環經濟的思想萌芽可以追溯到環境保護思潮興起的時代，20世紀60年代美國經濟學家肯尼思·鮑爾丁提出的“宇宙飛船理論”可以作為循環經濟的早期代表。該理論的核心是：如果人們像過去那樣不合理地開發資源和破壞環境，超過了地球的超載能力，就會像宇宙飛船那樣走向毀滅。人類應以“循環式經濟”代替傳統的“單程式經濟”，這意味著人類社會的經濟活動應該從效仿以線性為特征的機械論規律轉向服從以反饋為特征的生態學規律。

循環經濟（circular economy）是物質閉環流動型（closing materials cycle）經濟和資源循環（resources circulate）經濟的簡稱。20世紀90年代以來，各國學者和政府清醒認識到，當代資源環境問題日益嚴重的根源在于工業化運動以來以高開采、低利用、高排放為特征的線性經濟模式，從物質流動和表現形態角度看，傳統工業社會經濟是一種“資源—產品—污染排放”單向流動的線性經濟。與此不同，循環經濟倡導的是一種與地球和諧的經濟發展模式。它要求把經濟活動組織成一個“資源—產品—再生資源”的反饋式流程。所有的物質和能源能在經濟循環中得到合理和持久的利用，從而把經濟活動對自然環境的影響降低到最低水平。循環經濟本質上是一種生態經濟，它運用生態學規律而不是機械論規律來指導人類社會的經濟活動。

3金驕集團生物質能產業鏈結構解析

金驕集團發展生物質能產業，主要是利用各種植物秸稈、林作物以及不能作為食用油的油作物等。據相關資料介紹：巴彥淖爾市耕地面積中有可耕地77.3萬公頃，灌溉面積60萬公頃，有待開發面積50.7萬公頃。其主要糧食作物為小麥和玉米，種植面積分別為12.7萬公頃和13.9萬公頃，另外還有油葵、食葵等經濟油料作物，這可以為金驕集團生物質能產業的發展提供足夠的纖維類原料。巴彥淖爾市周邊的土地多為沙荒地、鹽堿地、荒坡地，共133.3萬公頃，其可作為生物質能產業的林木種植基地，種植面積可達20萬公頃以上。金驕集團現已在該市邊際性土地上建立石油植物園，重點培育油料作物文冠果。

目前集團開發的生物質能三大產品包括生物甲醇、生物柴油和燃料乙醇。另外，為了更好地實現生物質能產業應有的生態性以及生產過程中的物流循環，該集團建成了獨立的熱電聯產系統和環境綜合處理系統（見圖1）。

該集團以石油植物園、甲醇基燃料系統、生物柴油—生物油聯產系統、纖維制乙醇系統、熱電聯產系統、環境綜合處理系統為框架，各系統之間通過中間產品和廢棄物的相互交換而互相銜接，從而形成了一個比較完整的生物質能產業鏈網絡，見圖2。

本文以產業鏈“內含鏈”理論為基礎，從“企業鏈”、“產品鏈”、“生產鏈”、“技術鏈”等4個方面對金驕集團生物質能產業鏈進行闡釋。

3．1集團企業鏈解析

從圖2中可以看出，該集團產業鏈主要由3條主鏈組成：

（1） 文冠果果實制生物柴油產生副產品粕及二氧化碳；

（2） 生物甲醇生物柴油廢渣制堆肥石油植物園；

（3） 文冠果廢枝條燃料乙醇廢渣制堆肥石油植物園。

將3條主鏈對應到各個生物質能產業系統，即表示成“企業鏈”的形式為：

（1） 石油植物園生物柴油、生物油聯產系統環境處理系統；

（2） 生物甲醇系統生物柴油、生物油聯產系統石油植物園；

（3） 石油植物園燃料乙醇系統環境綜合處理系統石油植物園。

另外，環境綜合處理系統和熱電聯產系統與集團內三大生物質能產品系統的聯系緊密。這兩個系統的存在不僅實現了集團內的水循環和能量循環，它還是聯系三大生物質能產品系統的重要紐帶。其具體“企業鏈”形式如圖3所示。

企業鏈（1）是以環境綜合處理系統為鏈中下游企業，該系統的物料投入主要是來自集團內生物質能生產系統和熱電聯產系統生產過程中排出的各種廢水、廢渣和廢氣等廢物。

企業鏈（2）是以環境綜合處理系統為鏈中上游企業，它表示廢水、廢渣和廢氣等經該系統處理后，被集團內其他系統循環利用的過程。其中該系統主要利用回用水工程，將廢水經過處理以后，達到工業用水的要求，重新被甲醇基燃料系統、燃料乙醇系統所利用。

企業鏈（3）是以熱電聯產系統為鏈中上游企業，它表示該系統以利用甲醇基燃料系統的余熱和其他投入為基礎，將產生的電、汽、熱全部應用于集團內三大生物質能產品系統的生產過程。

3．2集團產品鏈解析

從產品結構視角看，產業鏈是指以某項核心技術或工藝為基礎，以市場前景比較好的、科技含量比較高的、產品關聯度比較強的優勢企業和優勢產品為鏈核，以產品技術為聯系，投入產出為紐帶，上下連結、向下延伸、前后聯系形成的產品鏈。產業鏈中，上一個企業的產出是下一個企業的投入——這是產業鏈的“基礎內含鏈”。

從“企業鏈”的角度來講，金驕集團僅有3個生物質能產品系統。但從“產品鏈”的角度來講，金驕集團生物質能產品共有5種：生物甲醇、生物柴油、生物油、燃料乙醇、碳酸二烷酯等。從生物柴油、生物油聯產系統的工藝流程（如圖4所示）可以看出，油酸甘油酯通過酯交換、酯化，分別生成生物柴油、生物油兩種生物質能產品；甲醇基燃料系統最終生產出生物甲醇、碳酸二烷酯兩種生物質能產品，碳酸二烷酯以生物甲醇為原料，由生物甲醇進一步加工而生成。另外生物甲醇作為中間投入，用于生物柴油、生物油聯產系統中，作為最終生物質能產品生物柴油的中間投入。由此便形了成金驕集團生物質能“產品鏈”，具體見圖5。

3．3集團生產鏈解析

產業鏈的生產鏈是與最終產品生產直接或間接相關的諸多企業及社會經濟的若干部門之間的一種相互依存、相互制約的鏈狀經濟技術關系。

產業鏈的生產鏈結構及運行有兩個突出特點：一是各個環節在空間上的并存性和運行時間上的繼起性。空間并存性，是指鏈條的基本環節在空間上不能空缺，也就是在同一時點上各個環節都必須同時存在。時間的繼起性，是指生產鏈的每一個生產環節的運動不僅自身不能停止，而且必須一個接一個地有序地跟著前進。二是鏈狀結構之間的比例性和運動的平衡性。只有各環節在組織規模與作業數量上保持一定的比例，才能保持各環節在運動中的動態平衡；也只有保持鏈狀環節的動態平衡，才能保持整個生產鏈良性互動，并產生出整合的前推力量。該原理可借鑒并聯電路中總電流i與分電流ii的關系進行描述，見圖6。

在圖6中，電阻之間是相互并聯的關系，總電流i與分電流ii的關系為：i ＝ i1 ＋ i2 ＋ … ＋ in 。

當電路中其中一個電阻值ri變大時，則：ii減小，因此便會引起總電流變小。為保證整個電路能夠正常工作，當其中電阻變大時，總電壓也應相應地增大。

對于金驕集團的5個系統，各個系統之間是相互聯系、相互作用的。其中任何一個系統產品產量和規模的變化都會給其他系統帶來影響。如：熱電聯產系統，該系統存在的意義是將電、汽、熱及時、保質保量地供應給其他系統，這樣才能保證集團生物質能產品的正常生產。如果三大生物質能產品系統中任何一個系統想要擴大生產規模，那么該系統對電、汽、熱的需求便會增加，此時就應該相應地擴大熱電聯產系統的規模。

3．4集團技術鏈解析

產業鏈中每個企業為了保證產品生產的質量，都有一系列的技術支撐，所有不同環節企業的技術之和便構成了產業鏈的技術鏈。由于每個企業都有自己的核心競爭力，因此每個企業也都有獨特的技術，這些技術是企業的競爭優勢所在。當市場需求發生變化時，首先會引起技術鏈的變化，只有技術鏈能順利對接才能保證產業鏈生產上的對接，才能保證產業鏈的穩定運行。

金驕集團各系統之間存在著緊密的經濟技術聯系，如果沒有各種生物質能技術的支撐，就不能形成生物質能產業鏈。各系統中利用的關鍵技術見表1。

以纖維制乙醇為例，該工藝與發酵法纖維制乙醇相比，成本相當于其58％，投資低65％，生產規模是其2~3倍，與天然氣制醇類燃料相比，大大減少了溫室氣體co2的排放（是其26％），該技術工藝是由金驕集團自主研發的。

金驕集團吸納國內在生物質煉制領域技術領先的3所重點大學（北京化工大學、吉林大學、華南理工大學）作為股東，共同辦企業。由大學教授與企業科研人員共同組成課題組，利用大學的基礎研究設施和企業的應用研究、小試生產、中試生產設施共同完成科研開發，實現大學的基礎理論研究與企業的產品研發、應用技術研究相結合。開發隊伍精干，具備一流的研發實驗設施，形成靈活高效的運作機制、顯著的自主創新優勢和突出的技術特色，能夠持續不斷地為生物質煉制產業技術進步提供有力支撐。

4金驕集團生物質能產業鏈的特性

4．1“生態產業鏈”特性

生態產業鏈一般是指依據生態學原理，以恢復和擴大自然資源存量為宗旨，為提高資源基本生產率或滿足社會需要，對2種以上產業的鏈接進行設計（或改造）使其成為一種新型的產業系統的系統創新活動。

生物質能產業鏈是借助于高新科技將“生態工業系統”與“自然生態系統”耦合而形成的一種產業鏈，因此其必定具有一定的生態特性：

（1） 首先，從集團發展生物質能的原料來看，甲醇基燃料系統、纖維制乙醇系統均以植物纖維等農林廢物為原料，這些纖維素類物質是地球上最豐富、最廉價的可再生資源，利用這些廢物不但可恢復、擴充自然資源增量，還會減少這些廢物對生物生存空間的侵占并減少一定的環境污染。另外該集團利用巴彥淖爾市邊際性土地（沙荒地、鹽堿地、荒坡地）種植文冠果果樹等生物質能林木，原料供應不但做到了“不與人爭糧”，“不與糧爭地”，從而避免以往生物質能產業引起的“車人爭糧”、“人道危機”、“環境問題”等激烈爭論，而且將能源林基地建設與防風固沙、城市周邊綠化融為一體，更好地體現了該集團生物質能產業鏈的生態特性。

（2） 從生物質能產業鏈的“生態工業系統”角度來講，金驕集團研發部依據生物質c、h、o循環機制、生物質煉制與環境的協調性、生物質產品技術經濟分析等設計和改進生物質能生產工藝，其生產過程中處處體現綠色、無毒和安全的特性。例如，在生物柴油、生物油聯產系統整個生產過程中，利用國際領先的工藝（生物柴油生產過程采用國際先進的漢高法；生物油生產過程采用國際先進的有利凱瑪法，均為國際通稱的“綠色精細化工”方法），不添加任何對環境可能造成污染的添加劑，且工藝安全合理。另外，在生產過程中，涉及外運的易燃易爆品為工業溶劑油和甲醇，將采用專用車、專用道、專用時間運輸。

（3） 從生物質能產品利用的角度來講，生物質能產品與石油能源產品相比，其本身具有很好的環境友好特性，下面以生物柴油和燃料乙醇為例進行說明。

生物柴油具有優良的環保特性，主要表現在：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減少約30％（有催化劑時為70％）；生物柴油中不含對環境有污染的芳香族烷烴，因而其廢氣對人體的損害低于柴油，檢測表明，與普通柴油相比，使用生物柴油可降低90％的空氣毒性，降低94％的患癌率；由于生物柴油含氧量高，其燃燒時排煙少，其co2的排放與柴油相比減少約10％（有催化劑時為95％）；生物柴油生物降解率高，對水和土壤的污染比較少（參見表2）。

隨著燃料乙醇在汽油中混合比例的增加，其生命周期環境影響總水平值降低。當混合比例為100％時，環境影響總水平值最低，為4．26 × 10－5人／km。因此，與汽油比較，燃料乙醇產生的環境影響較小（參見圖7）。

一直以來，煤炭作為不可再生的化石能源，是我國主要依賴的能源，在一次能源消費中其比例高達70％。然而煤炭的利用給我國帶來了巨大的環境問題，co2、so2等有害氣體的大量排放，在造成環境污染的同時也制約著我國經濟社會的可持續發展。生物質能作為世界第四大能源，是唯一既可再生又可直接儲運的能源，其開發利用可使人類擺脫對化石能源的依賴，對生態環境保護具有重要的意義。

4．2循環經濟特性

循環經濟是指為保護環境，實現物質資源的永續利用及人類的可持續發展，按照生態循環體系的客觀要求，通過清潔生產、市場機制、社會調控等方式促進物質資源在生產中循環利用的一種經濟運行形態。資源的循環利用是循環經濟的核心內涵，“循環”則是循環經濟的中心含義。“循環”是指經濟賴以存在的物質基礎——資源在國民經濟再生產體系中各個環節的不斷循環利用（參見圖8）。

金驕集團循環經濟特性主要表現在以下方面：

（1） 在生產加工過程中對能源原材料的果實、秸稈、葉子等全方位的利用。以石油植物園中生產的文冠果為例，文冠果是我國特有的優良木本油料樹種，種子含油量為45％~50％，種仁含油量為70％。從能源角度看，是一種理想的能源林植物。金驕集團將文冠果果實作為生物柴油、生物油投入的原料；其廢枝條用于燃料乙醇和熱電聯產系統；文冠果葉被采摘直接銷售到市場，經其他企業加工生產高級茶葉。

（2） 通過適當的技術盡量將生產的副產品進行回收。金驕集團三大生物質能產品系統在生產過程中均有一定數量的副產品生成。如：甲醇基燃料系統副產品二氧化碳、堆肥；生物柴油、生物油聯產系統副產品甘油、粕；纖維制乙醇系統副產品堆肥。其中，副產品堆肥作為有機復合肥用于石油植物園的中間投入進行使用，以節約資源，減少集團開支。另外，副產品甘油、粕等直接進入流通市場，為集團創造了額外的經濟效益。

（3） 在各系統生產過程中，一個系統排出的“廢物”作為集團內其他系統的最初投入。以甲醇基燃料系統為例，其在生產過程中產生的“廢熱”被熱電聯產系統所利用；集團內各系統生產過程中所排出的“廢渣”、“廢水”等廢物，均是環境綜合處理系統的最初投入。在環境綜合處理系統中，通過回用水工程，實現了集團內的水循環。

4．3產業鏈網絡結構特性

根據以上論述，金驕集團生物質能產業鏈既具有生態性，又具有循環經濟特性。因此在集團內部，一條產業鏈的“下游企業”有可能是另一條產業鏈的“上游企業”。產業鏈的這種特性，很好地實現了系統間的物質集成、能量集成，通過上下縱向延伸和橫向環向拓展，形成產業間的工業代謝和共生關系，構建出生物質能產業共生網絡系統。其中上下縱向延伸是對生物質資源進行深加工，環向拓展就是將上下延伸的產業鏈排放出來的副產品或廢棄物再深度加工。

產業鏈網狀結構的構建需要多種技術，除包括循環經濟技術中通常使用的替代技術、減量化技術、再利用技術、資源化技術以外，還包括系統優化技術以及共生鏈接技術。系統優化技術是從系統工程的原理出發，通過資源、能源工業代謝分析，實現區域物質流、能量流、信息流、價值流等優化配置的軟科學技術，可用于指導產業鏈網狀結構的構建；共生鏈接技術是在構建產品組合、產業組合，實現產業鏈鏈接和產業共生時采用的鏈接技術，這對于構建生態產業鏈的成功起到關鍵作用。

根據前面對集團產業鏈的解析結果，該集團目前存在的縱向主導產業鏈有：文冠果果實—生物柴油—市場；文冠果果實—生物柴油—生物油—市場；文冠果纖維莖稈—燃料乙醇—市場；生物質纖維—生物甲醇—市場；生物質纖維—生物甲醇—生物柴油—市場；生物質纖維—生物甲醇—碳酸二烷酯—市場。

而環向產業鏈的構建主要是靠集團內兩大寄生型共生系統為媒介進行搭建。環境綜合處理系統吸收并消化三大產品系統產生的廢水、廢渣、廢氣，并實現了廢水回用于集團各系統，實現了水系統集成；熱電聯產系統利用石油植物園中植物纖維以及生物甲醇系統的余熱實現發電，并用于滿足集團各系統對于熱、電、汽的需求，但是從對該集團生物質能產業鏈耦合程度的考察結果來看，其在縱向延伸的深度和橫向延伸的廣度上可進一步加強，從而構建出更加健全穩定的生物質能產業鏈網狀結構。

5進一步構建集團生物質能生態產業鏈網絡的建議

金驕集團生物質能產業共生系統在其結構形成和發展過程中，會不斷加深各種鏈狀結構的縱向延伸和橫向聯系，從而又形成新內容的鏈狀結構，最終形成更復雜的產業鏈網狀結構。本文根據目前集團生物質能產業鏈網絡的發展情況，提出了集團生物質能產業鏈網絡結構的改進措施，具體如下：

（1） 燃料乙醇產業向上延伸與化石能源煤炭產業接軌，利用劣質煤炭褐煤與植物纖維雙原料技術，生產乙醇基燃料；

（2） 生物甲醇系統可進一步利用甲醇催化脫水制備二甲醚，利用再度脫水制備汽油技術，生成最終產品生物汽油，延長其產業鏈長度，增加經濟效益；

（3） 進一步擴大環境綜合處理系統的規模，改進污水處理技術，并將處理后的水用于石油植物園的灌溉和生物柴油系統中，更好地發揮集團水集成系統功能；

（4） 利用循環經濟技術，進一步構建co2利用產業鏈，更好地實現廢物利用的經濟效益。

5．1燃料乙醇產業向上縱向延伸

具有豐富的煤炭資源，在該地區煤炭資源開發與利用過程中，一部分劣質煤市場競爭力較弱，價格低廉，在對其開采過程中往往造成很大的浪費；另一方面，集團現有的纖維制燃料乙醇氣化技術存在著能量利用率低、過程污染嚴重等問題，因此該技術亟待改善。本文建議結合當地煤炭資源優勢，在纖維制乙醇系統中將褐煤這一劣質煤作為原料，與植物纖維混合制乙醇，在改進技術工藝的基礎上，使生物質能產業向上延伸，與煤炭行業接軌。

纖維質與煤炭雙原料氣化技術的優勢在于：

（1） 煤炭的氣化溫度高，生物質的氣化溫度低，雙原料氣化可以使生物質氣化在較高的溫度下進行，氣化反應充分，并可促進焦油的分解，減少過程的污染；

（2） 生物質中的高堿金屬可以在煤焦氣化過程中起催化作用，加快氣化反應速度；

（3） 生物質供應受季節的影響，而生物質和煤雙原料利用解決了季節性問題。

本項目以“生物質與煤雙原料制乙醇基燃料”技術為依托，采用高壓循環流動床氣化和連續自熱式固定床合成塔催化合成乙醇基燃料工藝，以生物質與煤為原料，通過雙流氣化制備雙流合成氣；雙流合成氣可滿足管道輸送要求，從而可提高天然氣的供應量；乙醇基燃料可直接摻入汽油或柴油中作為發動機燃料，燃料特性比甲醇好，而且還是甲醇、汽油的助溶劑，是生物柴油的功能改進劑。

5．2生物甲醇制備生物汽油

該項目經工藝延伸聯產高附加值產品，實現生物基化學品與石油化學品的“功能替代”，生產的生物汽油可代替化石能源直接應用于各種發動機。

生物質能產品的主要風險來自市場的競爭，而產品的價格競爭又是市場發展的重要因素。該項目直接利用金驕集團生產的生物甲醇來生產生物汽油，降低了原料成本，提高了生物汽油的市場競爭力，與原有生物甲醇產業鏈相比，其經濟效益的提高非常明顯，具體見表3。

甲醇制汽油技術工藝并不復雜，具體見圖9。

反應式為：2ch3ohch3och3＋h2o（脫水反應）

首先甲醇轉化為烴類是強放熱反應，因此控制和傳遞大量熱量是甲醇轉化為汽油工藝的重要問題。其次是反應過程中生成大量水的問題，反應主要裝置有流化床反應器、再生塔和外冷卻器，反應器包括一個密相段，其下部為稀相提升管。

原料甲醇和水按一定比例配料并進行氣化，過熱到177℃后進入流化床反應器。反應生成的相氣中除去夾帶的催化劑后進行冷卻，分離為水、穩定的汽油和輕組分。反應熱是在高溫催化劑返回反應器之前，通過冷卻器循環而回收。同時反應熱可發生高壓水蒸氣，其提供的余熱同樣可用于集團中的熱電聯產系統。

5．3進一步發揮環境綜合處理系統的功能

根據上述分析可知，集團環境綜合處理系統雖然在一定程度上實現了水集成系統的功能，但是其集成程度并不完善，這直接造成以環境綜合處理系統為主導企業的產業鏈網絡中的環鏈結構不夠發達，因此本文提出對其進行完善的建議，具體見圖10。

在已有的環向鏈聯系中，由于環境綜合處理系統規模較小，使其處理廢物的能力受到限制，其處理的廢物中又以廢水為主，而對于其他廢物的處理能力較弱，造成部分廢物的流失，其中包括溫室氣體co2等。另外，集團中生物柴油系統是一個用水量較多的系統，而目前其用水主要為新鮮水，因此，為節約水資源，提高環境綜合處理系統的水處理能力勢在必行。

另外，石油植物園中植物的種植，需要肥料和大量灌溉水。在集團三大產品生產系統中都有大量的有機堆肥產生，經過環境綜合系統對其進行處理，將其作為植物生長中所需的肥料；各系統中產生的各種廢水經過環境綜合系統回用水工程處理，可用于植物灌溉。通過這種從“源”—“匯”—“源”的縱向閉合來實現資源的永續利用。產業生態學要求從產品設計開始，就必須考慮產品使用期結束后的處置和再循環問題。因此，廢棄物處置和產品的設計、生產一樣重要，并且具有特殊的生態經濟意義，它既是物質生命周期的最終環節，也是鏈接上下兩個循環周期以及縱向閉合與橫向耦合、協同共生與內外和諧的關鍵環節。

5．4構建集團副產物co2利用產業鏈

循環經濟要求構建原材料、產品、副產品以及廢物的循環工業鏈，實現物質的最優化循環和利用。循環工業鏈的設計是生物質能產業鏈環向鏈中的重要組成部分，因此是值得我們探討的一個重要問題。縱觀金驕集團生物質能產業鏈網絡，我們發現在其生產過程中，排放的主要廢棄物就是co2，且以生物甲醇系統為最，每生產1噸生物甲醇就會產生0．1噸的co2。

實際上，co2在工業、農業、食品、醫藥、精細化工等領域應用廣泛，但結合本集團種植業與工業生產相結合的現狀，可考慮利用co2發展生態農業。具體做法是：收集各系統產生的co2氣體用于集團石油植物園溫室育苗過程，以達到減少溫室氣體排放的目的。與此同時，還可利用集團中各系統產生的余熱來維持溫室溫度。

另外，該集團正在開發藻類生產生物柴油技術，并在石油植物園中培育高產量藻類品種，而藻類在其生長過程中同樣離不開co2，因此在集團內部就可以將co2消化掉。利用co2氣體構建的生態產業鏈可以表示為：co2氣體—種植業—三大產品系統；co2氣體—藻類培育—生物柴油。因此，co2產業鏈的構建使得集團生物質能產業鏈的耦合程度更加復雜化，生物質能產業鏈網絡更加完善，具體見圖11。

綜上所述，在原有的生物質能產業鏈網絡結構基礎上，可延伸出褐煤—乙醇基燃料、生物甲醇—生物汽油—市場等縱向產業鏈；以及各系統廢水—環境綜合處理系統—石油植物園、生物甲醇系統—co2氣體—石油植物園、co2氣體—藻類培育—生物柴油系統等多條橫向耦合的產業鏈，形成了更加復雜的生物質能產業鏈網絡。

在該生物質能產業鏈網絡中，其價值鏈更長。循環經濟生產方式本身拉長了產業鏈，深化了資源價值的開發。在該結構中，廢棄的副產品被回收、處理、加工，因此增加了生產環節，價值鏈相應得到延伸，用同樣的資源卻創造出了更大的價值。

6總結

通過對金驕集團生物質能產業鏈的分析，我們得出以下結論：

（1） 生物質能產業鏈是借助于高新科技將“生態工業系統”與“自然生態系統”耦合而形成一種資源循環利用型產業鏈，以此發揮該產業在經濟部門中的靜脈作用。生物質能產業鏈的培育要充分發揮產業集成技術與循環經濟技術的優勢。

（2） 生物質能產品企業的核心技術是提高生物質能產業的生產效率和經濟效益的關鍵因素。金驕集團應進一步加大對生物質能技術的開發力度，使其成為產業鏈中在技術創新、專利、標準、品牌等方面具有競爭優勢的核心企業，以其良好的發展前景吸引更多的生物質能產品的消費者。

（3） 我們通過探討各產業之間“鏈”的鏈接結構以及特性，找到產業鏈上生態經濟形成的原因，并據此進一步提出完善集團生態產業鏈網絡內部的“物質流”和“能量流”的建議，以實現整個集團產業鏈網絡的和諧健康發展。

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篇（10）

中圖分類號： O643.2+1 文獻標識碼： A

引言

隨著世界各國經濟的不斷發展，能源的資源和供應問題越來越突出，給經濟和社會的進一步發展帶來很大壓力。與此同時，全球環境狀況惡化、全球暖化、氣候異常、重大自然災害等現象也越來越嚴重，向人類發出了警鐘，促使人類更加關注能源利用所產生的問題、更加緊迫地考慮可再生能源的發展和利用問題。

我國農業廢棄生物質資源豐富，每年約有7億噸的農作物秸稈和約1億噸的林業采伐和加工廠的廢棄生物質。利用生物質直燃發電，是一種新型、環保可再生能源方式，是緩解國內當今能源短缺的重要途徑；生物質是僅次于煤的第二大能源。我國是一個由于燒煤而引起的污染排放很嚴重的發展中國家,因此發展生物質與煤混合燃燒這種既能脫除污染,又能利用再生能源的廉價技術是非常適合中國國情的。下面將具體介紹生物質與煤混燒的部分燃燒特性研究。

1、實驗部分

1. 1 實驗設備

實驗采用STA409PC 型熱分析儀,該儀器采用微機程序自動控制,實驗可以用空氣、N2 或O2 為載體,氣體流量、升溫速度及終溫均可通過計算機設置. 盛裝樣品坩堝為D6 mm ×4 mm 的氧化鋁坩堝.

1. 2 樣品制備

實驗煤樣為義馬煤( YM) 、鶴壁煤( HB) ,生物質為玉米秸稈和木屑. 原料煤粒徑為0. 2 mm～0. 4 mm ,生物質粒徑為0. 4 mm～1 mm.用分析天平稱取煤樣和生物質樣品,按生物質占混合物總重量的20 % ,40 %和60 %配比混合均勻,然后取15 mg～20 mg 的混合物或純樣品進行熱分析。

1. 3 實驗條件及過程

實驗初始溫度為室溫,終溫為950 ℃,工作氣氛為N2 和O2 ,氣體總流量為100 mL/ min. 除特別說明外,N2 流量為80 mL/ min ,O2 流量為20 mL/ min ,升溫速率為20 ℃/ min. 實驗考察了煤種、生物質種類、生物質添加比例、升溫速率等對燃燒過程的影響。

2、實驗結果與討論

從圖1( a) ~ ( d) 可以看出, 單一生物質、生物質與煤混燒的情況下, 燃燒明顯的分成兩個階段。對于單純生物質來說, 燃燒主要集中在前期溫度較低的階段; 在煤和同一種生物質混合燃燒的情況下, 隨著煤粉的混合比例增加, 燃燒逐漸集中于后期階段。而對于單一的煤燃燒來說, 在DTGA 曲線上只有一個大的尖峰區域。這是由于生物質中含有大量的揮發分, 燃燒前期的強度很高, 后期階段相對較弱; 而煤粉則相反; 當煤和生物質混燒時, 則平衡了整個燃燒過程。

著火溫度是燃料氧化反應速度突變的溫度,表觀現象是燃料發生著火時的溫度,是衡量著火特性的重要特征點. 著火特性反映燃料的著火難易程度,著火性能的好壞可用著火特性指數來衡量. 著火特性指數可按式(1) 計算:

（1）

式中: Zi ———著火特性指數, %2 / ( ℃ · min ) ;V ad ———分析基揮發分, %; ( dm/ dt) max ———最大燃燒失重速率, %/ min ; Ti ———著火溫度, ℃.

由式(1) 可知,揮發分越高,最大燃燒失重速率越大,著火指數越大;著火溫度越高,著火指數越小.因此,著火指數越大,燃料越容易著火.

2.1 原煤和生物質的燃燒過程

原煤和生物質燃燒的TG--DTG曲線見圖2 . 圖2a 為原煤的燃燒過程,原煤的燃燒過程分為脫水干燥( 90 ℃～ 180 ℃) 和揮發分析出及固定碳燃燒(280 ℃～850 ℃) 兩個階段. 由于原煤固定碳遠高于其揮發分,因此DTG 曲線上除了失水峰外只有一個明顯的失重峰,燃燒過程中揮發分的析出幾乎一直伴隨著煤焦的燃燒. 圖2b 為生物質的燃燒過程,生物質的燃燒分為三個階段:第一階段為70 ℃～150 ℃,主要是脫水干燥階段;第二階段為200 ℃～340 ℃,主要是生物質中的纖維素和木質素裂解以及揮發分釋放燃燒階段;第三階段為340 ℃～500 ℃,主要是生物質裂解后焦炭燃燒階段. DTG曲線上除了失水峰外有兩個明顯的失重峰,分別為揮發分釋放燃燒峰及固定碳燃燒峰. 前者遠大于后者,這是由于生物質揮發分遠大于其固定碳所致.

由以上圖表所示，說明生物質的著火特性、燃盡性能和燃燒性能明顯優于原煤,這主要是由于生物質質地疏松,且揮發分和含氧量高于原煤,易于燃燒和燃盡.

2.2 生物質對燃燒過程的影響

將玉米秸稈和木屑分別以20 %的添加量與原煤混合燃燒,兩種混合物的燃燒規律基本符合所加生物質的燃燒規律,與單獨原煤相比,木屑與原煤混合物的著火特性指數和綜合燃燒特性指數比玉米秸稈與原煤混合物的著火特性指數和綜合燃燒特性指數增加的多,燃盡溫度也比玉米秸稈與原煤混合物降低得多,只有著火點的增加值小于后者. 這說明混合物著火溫度的變化主要取決于生物質本身的著火溫度,而其他指標受生物質揮發分含量的影響較大,揮發分含量越高,對燃燒性能的影響越大. 總的來說,玉米秸稈和木屑都可以改善原煤的燃燒性能。

2.4 生物質添加量對燃燒過程的影響

將原煤和玉米秸稈按不同比例混合燃燒, 由于玉米秸稈的水分和揮發分都遠遠高于原煤,因此,隨著玉米秸稈添加量的增加,混合物中水分和揮發分含量逐漸增加,固定碳含量逐漸降低,影響了水分、玉米秸稈揮發分、玉米秸稈固定碳燃燒及原煤揮發分的析出峰逐漸增強,而原煤固定碳燃燒失重作用逐漸減弱。

結語

單一生物質燃燒主要集中于燃燒前期; 單一煤燃燒主要集中于燃燒后期。在生物質與煤混燒的情況下, 燃燒過程明顯地分成兩個燃燒階段, 隨著煤的混合比重加大, 燃燒過程逐漸集中于燃燒后期；生物質的揮發分初析溫度要遠低于煤的揮發分初析溫度, 使得著火燃燒提前。在煤中摻入生物質后, 可以改善煤的著火性能。在煤和生物質混燒時, 最大燃燒速率有前移的趨勢, 同時可以獲得更好的燃盡特性。生物質的發熱量低, 在燃燒的過程中放熱比較均勻, 單一煤燃燒放熱幾乎全部集中于燃燒后期；在煤中加入生物質后, 可以改善燃燒放熱的分布狀況, 對于燃燒前期的放熱有增進作用, 可以提高生物質的利用率。

參考文獻:

[1] 龔云淮,陳惠泉,尹士恩1 生物質能源的開發前景[J ]1 云南華工,1995 (1) :23 - 261

篇（11）

正文

1、概述

生物質顆粒燃料是在一定溫度和壓力作用下，利用木質素充當粘合劑，將松散的秸稈、樹枝和木屑等農林生物質壓縮成棒狀、 塊狀或顆粒狀等成型燃料。中質煙煤相當；基本實現 CO2零排放，NOx和 SO2的排放量遠小于煤，顆粒物排放量降低；燃燒特性明顯得到改善，利用效率顯著提高。 因此，生物質固體成型燃料技術是實現生物質高效、 清潔利用的有效途徑之一。 生物質固體成型燃料主要分為顆粒、塊狀和棒狀 3 種形式，其中顆粒燃料具有流動性強、燃燒效率高等優點，因此得到人們的廣泛關注。

隨著我國的再生能源快速發展，生物質成型燃料技術及其清潔燃燒設備的研究開發提高了秸稈運輸和貯存能力，燃燒特性明顯得到了改善，可為農村居民提供炊事、取暖用能，具有原料來源廣泛、價格低、操作簡單等特點，是生物質能開發利用技術的主要發展方向之一。

自2006年1月1日我國頒布實施了再生能源法。使我國生物質能源發展走上了快速規范化的道路。生物質能在我國主要是以農作物秸稈為主體的資源。秸稈長期被作為農村傳統的用能，隨著我國農村經濟的發展，農民，特別是新一代的農民難以接受傳統的、直燒秸稈生活用能的落后方式。但又苦于缺乏先進廉價的使用。也只能花高價用液化氣、電、型煤等現代能源。由于現代能源的緊張和價格的日趨上漲，長期花高價用現代能源，農民又難以承受。特別是城鎮及城市接壤區域居民采暖，800-900元每噸的煤，一個冬天要用上1-2噸滿足采暖需要，農民甘愿受凍也不愿花如此大的費用，而城鎮及城市接壤區域居民采暖受到環境要求的嚴格限制。目前，居民冬季用煤采暖的已越來越少。從這一點看，在現代社會有相當多的農民沒有得到，也很難得到良好的能源服務，他們的現代生活水平還較低。國家早就重視如此重要的民生問題，從20世紀90年代初中國農業部和科技部就開始投資進行農作物秸稈資源化利用的研究、開發、試點示范和技術推廣工作。近幾年，中國農作物秸稈的清潔、方便能源利用的技術研究和開發工作已取得了一些成果，有些技術已趨于成熟，并得到一定程度的推廣。現在，中國主要的農作物秸稈能源利用技術有秸稈氣化集中供氣技術、秸稈壓塊成型及炭化技術、利用秸稈制取沼氣技術和秸稈直接燃燒技術。由于中國農村經濟的發展，農民及城鎮居民生活水平的提高，居民對清潔能源的需求，加上這些秸稈能源利用技術的不斷發展和逐步完善，秸稈能源利用將逐漸由傳統的、低效不衛生的直接燃燒方式向優質化和高效化方向發展。

國外關于生物質成型燃料與燃燒技術設備的應用以趨于成熟化和普遍化，我國生物質成型燃料的發展還剛開始，與之相適應的燃燒技術設備處于一種滯后狀態。目前一些成型燃料的應用，主要是在現有燃燒設備的基礎上，直接應用或改造應用，既使河南省科學院研制具有較高水平的家用顆粒燃料爐灶，也存在著技術不到位的情況，難以產業化發展，沒有做到商品化應用。

有些單位在取得了生物質顆粒燃料炊暖爐灶的基礎上，立足于建立一個秸稈成型顆粒燃料與高效清潔燃燒設備系統技術產品的有機統一，協調發展的機制。在進行“生物質冷成型燃料加工設備系統”和生物質顆粒燃料炊暖爐灶的研制過程中，重點解決了目前百姓采暖困難問題，創造了“生物質顆粒燃料供熱鍋爐”的成果。采用了生物質顆粒燃料炊暖爐灶的核心技術，實現了生物質高效、清潔燃燒、節能排放的目標。應用廣泛，可滿足城鎮及城市接壤區域居民采暖需求。

2、物質顆粒燃料成型和清潔燃燒技術及設備

2.1傳統成型方法。

它與現有的飼料制粒方式相同，即原料從環模內部加入，經由壓輥碾壓擠出環模而成粒狀。

包括原料烘干、壓制、冷卻、包裝等。該工藝流程需要消耗大量能量，首先在顆粒壓制成型過程中，壓強達到50～100MPa，原料在高壓下發生變形、升溫，溫度可達100℃～120℃，電動機的驅動需要消耗大量的電能；其次，原料的濕度要求在12%左右，濕度太高和太低都不能很好成粒，為了達到這個濕度，很多原料要烘干以后才能用于制粒；第三，壓制出來的熱顆粒（顆粒溫度可達95℃～110℃）要冷卻才能進行包裝。后2項工藝消耗的能量在制粒全過程中占25%～35%，加之成型過程中對機器的磨損比較大，所以傳統顆粒成型機的產品制造成本較高。

2.2冷成型技術。

新型冷成型技術通過顆粒成型機直接壓制，把秸稈、木料殘渣等轉化成大小一致的生物顆粒，其燃燒效率超過80%以上（超過普通煤燃燒約60%的效率）；燃燒效率高，產生的二氧化硫、氨氮化合物和灰塵少等優點。

2.3清潔燃燒設備

目前燃燒設備的理論研究和應用研究還較少，國內也引進一些以生物質顆粒為燃料的燃燒器， 但這些燃燒器的燃料適應范圍很窄，只適用于木質顆粒，改燃秸稈類顆粒時易出現結渣、堿金屬及氯腐蝕、設備內飛灰嚴重等問題，而且這些燃燒器結構復雜、能耗高、價格昂貴，不適合我國國情，因此沒有得到大面積推廣。

哈爾濱工業大學較早地進行了生物質燃料的流化床燃燒技術研究，并先后與無錫鍋

爐廠、杭州鍋爐廠合作開發了不同規模、不同爐型的生物質燃燒鍋爐。 此外，河南農業大學研制出雙層爐排生物質成型燃料鍋爐，浙江大學研制出燃用生物質秸稈顆粒燃料的雙膽反燒鍋爐等。

3、發展前景分析

我國生物質能資源非常豐富，農作物秸稈資源量超過7.2億噸，其中6.04億噸可作能源使用。國家通過引進、消化、吸收國外先進技術，嫁接商品化、集約化、規模化的管理經驗，結合中國國情，在農村推廣實施秸稈綜合利用技術，在節省不可再生資源、緩解電力供應緊張等方面都具有特別重要的意義。秸稈綜合利用不但減少了秸稈焚燒對環境造成的危害、減少了溫室氣體和有害氣體排放，而且對帶動新農村建設無疑將起到重要的促進作用。從秸稈資源總量看，廣大農村、鄉鎮的各種秸稈產量大、范圍廣。生物質固體燃料是繼煤炭、石油、天然氣之后的第四大能源，是可取代礦產能源的可再生資源，是未來一個重點發展方向。

參考文獻

[1]劉延春，張英楠，劉明，等.生物質固化成型技術研究進展[J].世界林業研究，2008，21（4）：41-47.