生物质燃料的优点范文

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篇1

原理1：生物质制氢，包括生物质气化制氢和生物油重整制氢。生物质气化主要是采用木屑、秸秆末等为原料；生物油高温重整制氢，其原料来源于生物质高温裂解。原理2：主要是利用微生物自身的代谢作用将有机质或水转化为氢气，实现能源产出来获得氢气，同时获得一些有价值的副产物。由图可知，生物质制氢主要有三个方向：（1）生物质直接生物转化，微生物进行光解和发酵；（2）生物质直接燃烧制取氢气（农作物秸秆、柴）；（3）生物质热化工转化制氢，主要有两个方向：裂解、气化。2.生物制氢的优点（1）生物制氢消耗能量低、效率高。（2）生物制氢节能，氢气为可再生能源。（3）生物制氢原理成本低、制氢不污染环境。（4）一些生物制氢过程具有较好的环境效益。高中化学生物制氢实验的设计1.光水解制氢实验分析光解水制氢机理：光合生物体在厌氧条件下，通过光合作用分解水，生成有机物，同时释放出氢气。其作用机理和绿色植物光合作用机理相似，在某些藻类和真核生物（蓝细菌）体内拥有PSⅠ、PSⅡ等两个光合中心。PSⅠ产生还原剂用来固定CO2，PSⅡ接收太阳光能分解水产生H+、电子和O2；PSⅡ产生的电子，由铁氧化还原蛋白携带，经由PSⅡ和PSⅠ到达氢酶，H+在氢酶的催化作用下形成H2。（1）直接生物光解制氢系统：利用藻类光解水产氢的系统。（2）间接生物光解制氢系统：利用蓝细菌进行产氢的系统。（3）藻类产氢的主要优势：藻类的产氢反应受氢酶催化，可以利用水作为电子和质子的原始供体。

2.生物质热化学制氢实验分析

在实验过程中将组成生物质的碳氧化合物转化成含特定比例的CO和H等可燃气体，并且将伴生的焦油经过催化裂化进一步转化为小分子气体，同时将CO通过蒸汽重整（水煤气反应）转换为氢气等。生物质热化学制氢的基本方法为将生物质原料（薪柴、锯末、麦秸、稻草等）压制成型，在气化炉（或裂解炉）中进行气化或热裂解反应，获得富氢燃料气，再将富氢燃料气中的氢与其他气体通过变压吸附或变温吸附分离，获得高品质氢。研究重点在于获得理想组分与产率的富氢燃料气上。

篇2

目前，全球气候逐渐变暖，煤、石油、天然气等化石能源日渐消耗，从而引发了世界对可再生并对环境污染少的新型能源的深刻思考。诸如中国、巴西、美国、加拿大等国正在积极开发和利用生物质燃料乙醇。但如果一直采用大量粮食生产燃料乙醇，必然会造成人类缺粮、缺地等生活隐患，所以走“非粮”路线必然是正确道路。再者地球纤维素的贮量丰富，其能量来自太阳，取之不尽，用之不竭。

一、国内外燃料乙醇的发展现状

目前，随着石油价格的飞涨，环境污染与能源短缺问题日渐突出，化石能源日益枯竭，燃料乙醇便应运而生，并逐渐形成了一个产业，一些农产品丰富的国家正大力发展燃料乙醇的供应市场。巴西早在1981年就颁布法令规定全国销售的汽油必须添加燃料乙醇，成为世界上唯一不用纯汽油作为汽车燃料的国家。经过几十年的发展，巴西用占全国面积1.5%的国土面积，解决了全国超过一半的非柴油车用燃料的供应。美国自1992年起就开始推广燃料乙醇汽油，目前已经成为燃料乙醇年产量最大的国家，年产近4000万吨。加拿大从1981年起在汽油中添加乙醇，到2003年，加联邦政府宣布实施加拿大燃料乙醇的生产和利用，并拨巨款直接用于魁省等4个省的燃料乙醇商业化项目。欧盟每年约生产176万吨酒精。1997年只有5.6%用于燃料。1994年欧盟通过决议，给生物燃料生产工厂予以免税。并在2010年使燃料乙醇的比例达到12%。因此一些后续的国家如荷兰、瑞典和西班牙也出台了生物燃料计划。泰国是亚洲第一个由政府开展全国生物燃料项目的国家。在短短的几年时间内，泰国成功地开展了燃料乙醇项目。这些项目提供了利用过剩的食用农产品的途径，对提高泰国农村几百万农民的生活水平起到了积极作用。印度是仅次于中国的亚洲第二大乙醇生产国，设计的年生产能力约为200万吨，并准备效法巴西推出“乙醇汽油计划”。

我国是继巴西、美国之后全球第三大生物燃料乙醇生产国和消费国。受化石能源枯竭和环境保护双重压力的影响，中国生物质能源产业的发展再一次被提到战略性新兴产业的位置上来，尤其是在我国已经形成了初步规模的燃料乙醇产业，更是受到格外关注。我国燃料乙醇市场格局是2002年形成的，2006年以后的几年时间里，燃料乙醇已经在国内更多地区推广。到2010年底，燃料乙醇消费量占全国汽油消费量的比例，已经由过去不足20％上升到50％以上。同时我国也将采取各种措施来增加燃料乙醇的产量。可见，燃料乙醇行业发展前景光明，具有相当的投资潜力。

二、燃料乙醇的概述

1.燃料乙醇的含义

乙醇俗称酒精，它以玉米、小麦、薯类、甜高粱等为原料，经发酵、蒸馏而制成。将乙醇进一步脱水再加上适量汽油后形成变性燃料乙醇。燃料乙醇中的无水乙醇体积浓度一般都达到99.5%以上，它是燃烧清洁的高辛烷值燃料，是可再生能源。主要是以雅津甜高粱加工而成。

燃料乙醇再添加变性后，与无铅汽油按一定比例混配成的乙醇汽油，是一种新型绿色环保型燃料。当乙醇混配比例在25%以内时，燃料可保持其原有动力性。它可以有效改善油品的性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物的排放。它不影响汽车的行驶性能，还可以减少有害气体的排放量。更重要的是，乙醇是太阳能的一种表现形式，在整个自然界大系统中，乙醇的生产和消费过程可形成无污染的闭路循环。

2.燃料乙醇的使用方法

乙醇既是一种化工基本原料，又是一种新能源。尽管目前已经有着广泛的用途，但仍是传统观念的市场范围。其现在的使用方法主要有两种：一种以乙醇为汽油的“含氧添加剂”，这也是美国使用燃料乙醇的基本方法；二是用乙醇代替汽油，这是巴西较普遍采用的方法。未来乙醇作为基础产业的市场方向将主要体现在三个方面：一是车用燃料，主要是乙醇汽油和乙醇柴油。这就是我们传统所说的燃料乙醇市场，也是近期的（10年内）容量相对于以后较小的市场（在我国约1000万吨/年）。二是作为燃料电池的燃料。在低温燃料电池诸如手机、笔记本电脑，以及新一代燃料电池汽车等可移动电源领域具有非常广阔的应用前景，这是乙醇的中期市场（10―20年内）。乙醇目前已被确定为安全、方便、较为实用理想的燃料电池燃料。乙醇将拥有新型电池燃料30―40%的市场。市场容量至少是近期市场的5倍以上（主要是纤维原料乙醇）；三是乙醇将成为支撑现在以乙烯为原料的石化工业的基础原料。在未来二十年左右的时间内，由于石油资源的日趋紧张，再加上纤维质原料乙醇生产的大规模工业化，成本相对于石油原料已具可竞争性，乙醇将顺理成章地进入石化基础原料领域（如乙烯原料市场），很可能将最终取而代之。如果要做一个形象而夸张的比喻的话，二十世纪后半叶国际石油大亨的形象将在二十一世纪中叶为“酒精考验”的乙醇大亨所替代。

3.燃料乙醇的特点

（1）可作为新的燃料替代品。

乙醇作为新的燃料替代品，可直接作为液体燃料，也可用于生产生物质燃料乙醇的主要原料来源或者同汽油混合使用，减少对不可再生能源――石油的依赖，保障国家能源的安全。

（2）辛烷值高，抗爆性能好。

作为汽油添加剂，可提高汽油的辛烷值。通常车用汽油的辛烷值一般要求为90、93或97，乙醇的辛烷值可达到111，所以向汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值，且乙醇对烷烃类汽油组分（烷基化油、轻石脑油）辛烷值调合效应好于烯烃类汽油组分（催化裂化汽油）和芳烃类汽油组分（催化重整汽油），添加乙醇还可以较为有效地提高汽油的抗爆性。

（3）减少矿物燃料的应用，以及对大气的污染。

乙醇的氧含量高达34.7%，乙醇可以按较甲基叔丁基醚（MTBE）更少的添加量加入汽油中。汽油中添加7.7%乙醇，氧含量达到2.7%；如添加10%乙醇，氧含量可以达到3.5%。所以加入乙醇可帮助汽油完全燃烧，以减少对大气的污染。使用燃料乙醇取代四乙基铅作为汽油添加剂，可消除空气中铅的污染；取代MTBE，可避免对地下水和空气的污染。另外，除了提高汽油的辛烷值和含氧量，使用乙醇汽油可以有效降低汽车尾气对环境的污染，降低碳氢化合物和氮的氧化物的排放量。

（4）可再生能源。

若采用雅津甜高粱、小麦、玉米、稻谷壳、薯类、甘蔗、糖蜜等生物质发酵生产乙醇，其燃烧所排放的CO2和作为原料的生物源生长所消耗的CO2，在数量上基本持平。这对减少大气污染及抑制温室效应意义重大。

三、燃料乙醇的生产工艺

目前，燃料乙醇的生产方法有合成法和生物法两种。由于近年来原油资源短缺及乙烯价格上升，所以合成法逐渐被生物法所取代。

生物法生产燃料乙醇大部分是以甘蔗、玉米、薯类和植物秸秆等农产品或农林废弃物为原料经酶解糖化发酵制造的，其生产工艺有酶解法、酸水解法及一步酶法等。其生产工艺与食用乙醇的生产工艺基本相同，有所不同的是需要增加浓缩脱水后处理工艺，使乙醇的含量达到99.5%以上。脱水后制成的燃料乙醇再加入少量的变性剂就成为变性燃料乙醇，与汽油按一定比例调和就成为车用乙醇汽油。合成法是用纤维素、半纤维素、木素及其它生物体有机物，经过热解合成气（H2，CO），化学或酶催化或微生物发酵而合成乙醇。

在某些方面，化学法好比西药，强烈、见效快，生物法好比中药，温和、见效慢。两种方法“各有千秋”，其制约因素是成本和高效、廉价催化剂、酶和合适微生物的开发等关键技术。生物法具有选择性、活性好、反应条件温和等优点，但原料利用率低、反应时间长、产物浓度低及酶、微生物活性易受影响且纤维素降解和单糖转化所需酶、微生物适用于不同反应条件，不能很好耦合。而化学法具有原料利用率高、反应时间短、催化剂构成简单、没有严格反应条件限制等优点，但为高温、高压过程，对设备要求高。

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四、燃料乙醇的经济效益

生物质直接燃烧热效率很低，只有10％左右，而将它们转化成气体或液体燃料（甲烷、氢气、乙醇、丁醇、柴油等）热效率可达30％以上，缓解了人类面临的资源、能源、环境等一系列问题。其次，乙醇燃烧值仅为汽油2/3，但分子中含氧，用作汽油添加剂抗暴性能好、低排放，可提高其辛烷值2―3倍，还能使汽车动力性能增加等。

据推算，平均每3.3吨玉米可生产1吨燃料乙醇，而且生产只是利用玉米种的淀粉，玉米种的其他部分仍可综合利用。如生产优质的药用添加剂、食品添加剂、专用饲料和农业复合肥等产品，由此可见燃料乙醇的生产成本比较低。巴西以甘蔗为原料生产燃料乙醇，成本价为每升0.2美元。美国以玉米为原料生产燃料乙醇，成本价为每升0.33美元。而且如谷物茎秆、稻草和木屑等废料也可用来生产燃料乙醇，这样就大大降低了燃料乙醇的生产成本。

除此之外，燃料乙醇还有一些明显的关联经济效应。一方面，燃料乙醇有巨大的环保效应，这可以大大降低城市处理空气污染的费用。另一方面，对于石化行业发展来说，燃料乙醇具有巨大的需求又是十分有利的。燃料乙醇的辛烷值是非常高的，可以提高油品质量和辛烷值。

五、燃料乙醇的发展前景和展望

燃料乙醇的生产正在由传统的粮食酿造向生物加工过渡，所以它的发展前景是十分广阔的。美国能源部资助用生物质废料生产燃料乙醇的技术开发，美国每年生产约2.8×108T的生物质废料。如谷物茎秆、稻草和木屑等，开发将生物质废料转化为乙醇是生物质制乙醇工业持续发展的关键，美国Novozymes公司和NREL合作研发了将生物质（如玉米秸秆）中的纤维素转化成葡萄糖，再发酵成燃料乙醇，这大大降低了燃料乙醇的生产成本。加拿大IOGEN公司与加拿大石油公司合作投产了世界上最大的，也是迄今唯一的用纤维素废料生产乙醇的装置，每年可将12000―15000T小麦等其他谷物茎秆转化为3×106―4×106T燃料乙醇。这也将燃料乙醇的生产成本价降到了1.1美元/加仑，预计未来可减少到90美分/加仑。

我国由天冠集团和山东大学联合攻关的纤维素酶科项目中试发酵试验表明，酶活力及生产成本达到国内领先水平。该项目利用酶解法生产纤维素乙醇，具有反应条件温和、环境污染小、装置简单等优点。采用当今流行的液体深层通风发酵培养，通过诱发育种和基因工程等方法，从提高酶活性降低生产成本着手，利用经济实用的秸秆类物质作原料，使酶的发酵水平显著提高，可望经过后续处理进行规模化生产。

燃料乙醇作为一种新型清洁燃料，是目前世界上可再生能源的发展重点，符合中国能源替代战略和可再生能源发展方向，技术上成熟安全可靠，在中国完全适用，具有较好的经济效益和社会效益，成为普通汽油与柴油的替代品。燃料乙醇作为推动农业产业化的战略产业，必须依靠科技进步。在吸收国外成果和经济的基础上，加强燃料乙醇生产新技术研究、开发和副产物深度加工研究工作。

近年来，石油等矿物质日渐枯竭，油价进一步上涨，使燃料乙醇发展更重要，而且使燃料乙醇的价格有一定的上升空间。随着石油等矿物质的枯竭与油价的大幅上升，以乙醇等能代替矿物质能源的新型能源供应多元化战略已成为国家能源政治的一个方向。

参考文献：

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农作物秸秆通常松散地分散在大面积范围内，且堆积密度较低，这给收集、运输、储藏和应用带来了一定的困难。在一定温度和压力作用下，将秸秆压缩成棒状、块状或颗粒状等成型燃料，提高其运输和贮存能力，改善秸秆燃烧性能，提高利用效率，不仅可以用于家庭炊事、取暖，也可以作为工业锅炉和电厂的燃料替代煤、天然气、燃料油等化石能源。

2　不同类型的生物质固体成型燃料

3　生物固体成型燃料的特点

生物质固体成型燃料是生物质能开发利用技术的发展方向之一，可为农村居民和城镇用户提供优质能源，近年来越来越受到人们的广泛关注。其体积缩小6～8倍，密度约为1.1～1.4吨／m3；能源密度相当于中质烟煤：使用时火力持久，炉膛温度高，燃烧特性明显得到了改善。

二　国外生物质固体成型燃料发展现状

1　国内外发展现状

目前，国外生物质能固体成型燃料技术及设备的研发已经趋于成熟，相关标准体系也比较完善，形成了从原料收集、预处理到生物质固体成型燃料生产、配送、应用整个产业链的成熟体系和模式。

2　生物质固体成型设备

3　热利用设备

4　发展现状

2005年，世界生物质固体成型燃料产量已经超过了420万吨，其中美洲地区110万吨，欧洲地区300万吨。预计2007年将总产量超过500万t。欧洲现有生物质固体燃料成型厂70余个。仅瑞典就有生物质颗粒加工厂10余

家，单个企业的年生产能力达到了20多万吨。国外生物质固体成型燃料技术及设备的研发已经趋于成熟，相关标准体系也比较完善，形成了从原料收集、预处理到生物质固体成型燃料生产、配送、应用的产业链成熟体系和模式。

5　欧盟标准－CEN／TC335固体生物质燃料

欧盟固体生物质燃料标准化工作始于2000年。按照欧盟的要求，由欧盟标准化委员会(cEN)组织生物质固体燃料研讨会，识别并挑选了一系列需要建立的固体生物质燃料技术规范。欧盟标准化委员会准备了30个技术规范，分为术语；规格、分类和质量保证；取样和样品准备，物理(或机械)试验；化学试验等5个方面。技术规范的初始有效期限制为3年，在2年以后CEN成员国需要提交对标准的意见，特别是可否转成欧盟标准。(表2)

三　我国发展生物质固体成型燃料的有力条件

1　国内发展现状

我国生物质固体成型技术的研究开发已有二十多年的历史，20世纪90年代主要集中在螺旋挤压成型机上，但存在着成型筒及螺旋轴磨损严重、寿命较短、电耗大、成型工艺过于简单等缺点，导致综合生产成本较高，发展停滞不前。进入2000年以来，生物质固体成型技术得到明显的进展，成型设备的生产和应用已初步形成了一定的规模。

2　形成了良好的政策法规环境

国务院办公厅《关于加快推进农作物秸秆综合利用意见的通知》中指出“结合乡村环境整治，积极利用

秸秆生物气化(沼气)、热解气化、固化成型及炭化等发展生物质能，逐步改善农村能源结构。”财政部出台了《秸秆能源化利用补助资金管理暂行办法》，采取综合性补助方式，支持从事秸秆成型燃料、秸秆气化、秸秆干馏等秸秆能源化生产的企业收集秸秆、生产秸秆能源产品并向市场推广。

3　核心技术趋于成熟

目前，我国秸秆固体成型的关键技术已取得突破，特别是模辊挤压式颗粒成型技术，已经达到国际同类产品先进水平，有效地解决了功率大、生产效率低、成型部件磨损严重、寿命短等问题，并已实行商业化。全国秸秆固体成型设备的生产和应用已初步形成了一定的规模，固体成型燃料的年产量约20万吨，主要以锯末和秸秆为原料，用于农村居民生活用能、锅炉燃料和发电等。生物质炉具的开发也取得一定的进展，开放了秸秆固体成型燃料炊事炉、炊事取暖两用炉、工业锅炉等专用炉具。

(1)不同的成型技术(图5、6、7)

(3)生物质固体成型燃料示范工程案例

示范地点：北京大兴区：建设规模：年产20000吨固体成型燃料，包括：颗粒燃料生产线1条，年产10000吨：压块燃料生产线1条，年产10000吨；原料类型：各种农作物秸秆、木屑、花生壳等。

工艺技术路线：(如8所示)

执行情况：已完成秸秆固体成型设备的研究设计，形成了具有自主知识产权的成型机，产品如图9、10、11、12所示。

2008年5月通过农业部科教司组织的鉴定，鉴定结论：技术为国内领先，主要技术经济指标居国际先进水平。

(4)生物质固体成型燃料炉

根据用途的不同，生物质固体成型燃料炉具可分为炊事炉、采暖炉和炊事采暖两用炉；根据使用燃料的规格不同，可分为颗粒炉(图13)和棒状炉；根据进料方式的不同，可分为自动进料炉和手动炉；根据燃烧方式的不同，可分为燃烧炉、半气化炉(图14)和气化炉。

(5)拟引进国外先进技术

引进了瑞典Gordic Environment AB公司的pellx生物质固体成型燃料高效燃烧器。(图15)

热输出：10～25kW；

燃烧效率：大约90％；

功率消耗：大约40W

(6)我国生物质固体成型燃料标准体系(图16)

(7)近期拟(已)制订计划(表4)

4　秸秆收储运模式初步建立

农作物秸秆通常松散地分散在大面积范围内。收购组织面广量大，涉及到千家万户，这给秸秆能源化利用带来了困难。经过探索和尝试，各地因地制宜，形成了“农户+秸秆经纪人+企业”、“农户+企业+政府”等各具特色的秸秆收储运模式。(图17)

需求分析：

生物质固体成型燃料适用于农村居民炊事和采暖用能，大中城市工业锅炉、发电和热电联产等。生物质固体成型燃料可为农村家庭提供室内取暖燃料，未来发展潜力巨大；随着国家节能减排政策的实施，大中城市取缔燃煤的工业锅炉将成为必然，将燃煤锅炉改造为燃生物质固体成型燃料锅炉则是一个可行的选择；木质颗粒燃料具有燃烧效率高、自动化程度高、清洁卫生等优点，适合于别墅壁炉等高端人群的冬季采暖，也是未来一个应用方向。

四　发展前景与展望

《可再生能源中长期发展规划》中明确提出“重点发展生物质固体成型燃料”到2010年，生物质固体成型燃料年利用量达到100万吨；到2020年，生物质固体成型燃料年利用量达到5000万吨。(图18)

效益分析：

拉动内需。建设1处年产3000吨秸秆固体成型燃料的示范点，需投资180万元，需要水泥100吨、砖30万块、沙子170吨、钢材70吨。

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一、影响生物质成型燃料加工装备性能的因素分析

1、生物质原料的来源与特点

我国是农业大国，农林废弃物资源十分丰富。我国每年总量约有7亿吨的农作物秸秆，另外，我国每年还有大量的林业采伐和林木制品加工厂产生的废弃物。如枝桠、小径木、板片、木屑等，总量也近1亿吨。生物质成型燃料。是以枝条、树皮、秸秆等农林剩余物为原料。这些原料具有来源广泛、分散、种类多、质地不统一等特点。决定了成型燃料加工技术与装备的设计必须做到满足原料来源的广泛性、多样性和方便灵活性。

2、生物质成型燃料的特点要求与使用对象

生物质成型燃料是将生物质原料经过粉碎、调质等处理，在高压条件下，压缩成颗粒状且质地坚实的成型物，除应具有比重大、便于贮存和运输、着火易、燃烧性能好、热效率高(是直接燃烧的5倍以上)的优点外。还应具有灰分小、燃烧时几乎不产生SO2、不会造成环境污染等优点。可作为工业锅炉、住宅区供热、农业暖房及户用炊事、取暖的燃料。成型燃料的这些特点。决定了成型燃料加工技术与装备的设计必须在充分考虑生物质原料特点的基础上，保证生物质原料的粉碎细度达到成型的要求，燃料成型的密度、成型设备的有关模板、模孔、压辊等成型关键部件，在尽可能满足吨料加工能耗较少，加工关键设备使用寿命较长，加工的成型燃料性能具有较好的燃烧性能的要求下，应具有实用性、适应性和经济性。

3、生物质成型燃料加工技术与设备的国内外现状

成型燃料有颗粒状和棒状两大类。根据成型主要工艺特征的差别，国内外生产生物质压缩燃料的工艺大致可划分为湿压(冷压)成型、热压成型、碳化成型等3种。按成型加压的方法不同来区分，技术较为成熟、应用较多的成型燃料加工机有辊模挤压式(包括环模式和平模式)、活塞冲压式(包括机械式、液压式)、螺旋挤压式等三种机型，其中辊模挤压式成型机采用的是湿压(冷压)成型工艺，活塞冲压式、螺旋挤压式成型机都采用的是热压成型工艺。

国外开发工作始于20世纪40年代。1948年日本申报了利用木屑为原料采用螺旋挤压方法生产棒状成型燃料的第1个专利，60年代成立了成型燃料行业协会。70年代初，美国研究开发了环模挤压式颗粒成型机，并在国内形成大量生产。瑞士、瑞典、西欧等发达国家都先后开发研究了冲压式成型机、辊模挤压式颗粒成型机。其中已有120多年历史的世界著名饲料机械生产企业――德国卡尔公司(Kahl)生产的动辊式平模制粒机，不仅能生产中低密度的颗粒饲料，而且还能生产较优高密度的颗粒燃料，成品产量大、能耗低而且质量好，在欧洲和东南亚国家使用较为广泛。在最早开发螺旋挤压成型燃料生产技术的日本也有采用环模颗粒成型机加工木屑成型燃料的大型生产企业。如今，固化成型燃烧在日本、欧、美等地已经商品化，在丹麦的一座叫阿文多的发电厂，还利用木屑压缩颗粒来发电。1985年日本平均每户家庭消耗成型燃料达750kg。1985年美国生产成型燃料达200万t以上。

我国从20世纪80年代中期起开始了成型燃料的开发研究，一方面组织科技攻关，另一方面，引进国外先进机型。经消化、吸收，研制出各种类型的适合我国国情的生物质压缩成型机。用以生产棒状、块状或颗粒生物质成型燃料。全国现有生物质压缩成型厂35个。生物质成型燃料的种类按其密度分为中密度(800―1100Kg/m3)和高密度(1100―1400kg／m3)二种，前者适宜于家庭炉灶或小型锅炉用，也可满足自动炉排机械加料的大型锅炉用，后者更适于进一步加工成为炭化产品。

国内主要的几种成型燃料生产技术的现状分述如下：

1)螺旋挤压技术

螺旋挤压成型技术是目前生产生物质成型燃料最常采用的技术，尤其是以机制炭为最终产品的用户，大都选用螺旋挤压成型机。

1990年中国林科院林产化学工业研究所与江苏省东海粮食机械厂合作，完成了国家“七五”攻关项目――木质棒状(螺旋挤压)成型机的开发研究工作，并建立了1000t／年棒状成型燃料生产线；1 993年前后，中国大陆的一部分企业和省农村能源办公室从日本、中国台湾、比利时、美国引进了近20条生物质压缩成型生产线，基本上都采用螺旋挤压式，以锯木屑为原料，生产“炭化”燃料。棒状成型燃料的形状为直径50*10-3m2左右、长度450*10-3m2左右，横截面为圆形或六角形，每根重约1Kg，用于蒸发量≤1000kg／h工业锅炉或民用炉灶。

国内现已有包括陕西武功县轻工机械厂、河南省巩义合英实业公司等在内的近十家厂家生产此种类型的设备。

螺旋挤压成型机的优点是：

①成品密度高。以木屑、稻壳、麦草等为原料，国内生产的几种螺旋挤压成型机加工的成型棒料的密度都在1100～1400Kg／m3。

②成品质量好、热值高，更适合再加工成为炭化燃料。

螺旋挤压成型机的缺点是：

①产量低，目前国产设备的最高台时产量不到150Kg／h，距离规模化生产的产量要求相差较大。

②能耗高，粉料在螺旋挤压成型前先要经过电加温预热，挤压成型过程的吨料电耗就在90Kwh／t以上。

③易损件寿命短，国产设备主要工作部件――螺杆的最高寿命不超过500h，距离国际先进水平1000h以上还有不小的差距。

④原料要求苛刻。螺旋挤压成型机采用连续挤压，成型温度通常调整在220～280℃之间，为了避免成型过程中原料水分的快速汽化造成成型块的开裂和“放炮”现象发生，一般要将原料含水率控制在8～12％之间，所以对有的物料要进行预干燥处理，增加了加工成本。这一点，对于移动式的成型燃料加工系统来说也许是一个致命伤，因为与旋挤压成型工艺相衔接还需有配套的烘干机。

2)活塞冲压技术

这种设备的优点是成型密度较大，允许物料水分高达20％左右，但因为是油缸往复运动，间歇成型，生产 率不高，产品质量不太稳定，不适宜炭化。活塞式的成型模腔容易磨损，一般100h要修一次，有的含SO2少的生物质材料可维持300h。

另据报道，2003年，河南农业大学承担完成了科技部研究项目“秸秆压块成型燃料产业化生产的可行性研究”，开发了HPB―m2型液压驱动式秸秆成型机，采用活塞套筒双向挤压间歇成型。生产率：400kg／h；吨料成型电耗：60Kwh／t左右。

另外北京三升集团研发了机械传动、活塞挤压成型技术，在工业化生产中密度饲料块的同时，还生产高密度(>900Kg／m3)的燃料块。

3)辊模挤压技术

生物质颗粒燃料的辊模挤压成型技术是在颗粒粒饲料生产技术基础上发展起来的。二者的主要区别在于纤维性物料含量的多少和成型密度的高低。用辊模挤压式成型机生产颗粒成型燃料一般不需要外部加热，依靠物料挤压成型时所产生的摩擦热，即可使物料软化和黏合。对原料的含水率要求较宽。一般在10％～40％之间均能成型。其最佳水份成型条件为18％左右，相比于螺旋挤压和活塞；中压而言，辊模挤压成型法对物料的适应性最好。因此。国内一些生产秸秆颗粒饲料的企业在生产颗粒饲料的同时也生产颗粒燃料，以提高设备的利用率。

以国内知名饲料机械生产企业――江苏正昌集团为代表的我国饲料机械业界，目前在环模制粒机和平模制粒机的设计、制造方面，已积累了丰富的经验，某些方面已达到世界先进水平。在生物质颗粒成型燃料加工机械的研发方面也进行了多年的探索，并取得了可喜的成绩。

4)环模挤压成型技术

1994～1998年，江苏正昌集团公司联合中国林科院林产化学工业研究所承担了国家林业局下达的项目“林业剩余物制造颗粒成型燃料技术研究”。该项目以江苏正昌集团公司生产的KYW32型环模式饲料颗粒成型机为基本结构，研究成功了以木屑和刨花粉为主要原料的颗粒燃料成型机，台时产量在250Kg／h左右，产品规格：直径6*10-3m2，长度为8-15*10-3m2，颗粒密度>1000Kg／m3，其热值为4800kcal／Kg左右。产品质量达到日本“全国燃料协会”公布的颗粒成型燃料标准的特级或一级。但是由于当时在材料和加工工艺等方面的原因，主要易损件环模在面对粗纤维物料时，暴露出了使用寿命短的缺陷。使用成本高，成为环模式制粒机难以在生物质成型燃料领域大面积推广的重要原因。但是，该项目的开展，为我国今后在辊模挤压成型燃料技术的发展打下了良好的基础。

5)平模挤压成型技术。由于在平模制造工艺水平和主要加工物料对象方面与国外的差距等原因，以前国内在对平模式制粒机的研究方面不够深入，国内能生产的最大平模直径只有400*10-3m2。2000年，我所承担了农业部引进国际先进农业科学技术项目(简称“948”项目)――秸秆颗粒饲料加工技术与设备的引进，在引进国际上著名的德国卡尔公司(Kahl)的38-780型大型平模式制粒机的基础上，结合我国实际，又进行了多处技术改进和创新。2003年12月，该项目通过了农业部“948”项目办公室的验收。

与其他生物质成型颗粒(块)加工技术相比。大型平模式制粒机的优点在于：

①原料适应性广。平模式制粒机压制室空间较大，可采用大直径压辊，因而能将诸如秸秆、干甜菜根、稻壳、木屑等体积粗大、纤维较长的原料强行压碎后压制成粒，对原料的粉碎度要求降低了。另外，平模式制粒机在压缩纤维性物料时，原料水分在15～25％(最佳18％左右)都能被压缩成型。大多数情况下，不需要对原料进行干煤。

②产量大。经江苏省农机鉴定站检测，SZLP-780型平模制粒机在以100％苜蓿草粉为原料时，产量可达2100kg／h。在此后进行的以木屑为原料的制粒试验时，当成型颗粒密度在1100Kg／m3时，产量达到1500Kg／h，是国内现有成型颗粒燃料加工设备所达到的最大产量。

③吨料耗电低。一方面，平模式制粒机由于压制室空间大、压辊直径大的原因，能将粒度相当大的原料制成颗粒，因而能克服环模挤压制粒机和螺旋式挤压机在这方面的局限，这就减少了物料在粉碎工段的能耗；另一方面，与环模制粒机相比，平模模孔带面积比值高，出料孔多。而且出料颗粒密度和大小比较一致。

④辊模寿命长。由于工作原理的差异，平模式制粒机压辊的线速度比环模式的低，因而辊、模的磨损比较慢。而且，平模在一侧面工作面磨损后可翻过来使用另一侧面，可以提高使用寿命。

⑤成型密度可调。压辊和压模之间的工作间隙和压力可通过液压式中央螺母调节装置使压辊同步升降，操作简单省时。既可生产中低密度的颗粒饲料，也可生产较高密度的颗粒燃料，一机多用。

但总体来看，目前，我国的生物质固化成型装备在设备的实用性、系列化、规模化上还很不足，距国际先进水平还有不小的差距。这一问题以成型机最为突出，表现在生产率低、成型能耗高、主要工作部件寿命短、机器故障率多、费用高等方面。

4、生物质成型燃料加工技术与设备的发展趋势

进入二十一世纪以来，人们愈加感觉到石化能源渐趋枯竭，在对可持续发展、保护环境和循环经济的追求中，世界开始将目光聚焦到了可再生能源与材料， “生物质经济”已经浮出水面。以生物能源和化工产品生产为主的生物质产业正在兴起，引起了世界各国政府和科学家的关注。许多国家都制定了相应的计划，如日本的“阳光计划”，美国的“能源农场”，印度的“国家战略行动”等。2005年“可再生能源法”在我国正式颁布实施，所有这些。预示着各国在包括生物质成型燃料开发在内的生物质技术领域的竞争进入一个白热化时代。

虽说生物质产业是世界发展之大势和新兴的朝阳产业，但其当前成本与价格尚难与石油基产品竞争，这一点对于成型燃料来说，表现得尤其明显。因此，以降低储运成本和压缩成型成本为目的，寻求技术上的创新、突破，成为生物质成型燃料领域最大的命题。降低颗粒燃料的吨料能耗、降低设备的使用成本。也成为本“863”项目所追求的最大目标。

在生物质固化成型技术装备研究、开发方面，国内外的发展趋势是装备生产专业化、产品生产批量扩大化、生产装备系列化和标准化。尤其在国内应在设备实用性、系列化上下功夫。不断降低成本并提高技术水平，为21世纪大规模开发利用生物质能提供必要的技术储备。

5、生物质成型燃料加工技术与设备的先进性与性价比

生物质成型燃料加工技术与设备先进程度的高低必须与其性价比有机的结合起来综合考虑。单一讲究技术 和设备的先进性，不考虑技术的投入成本和市场的接受程度，不考虑技术和设备的性能与市场接受的价格合理之比，再先进的技术在市场上如得不到应用，也得不到用户的认可，这种技术起码可以说是不完全适用的技术。生物质成型燃料加工技术与装备的先进性主要体现在以下几方面：一是理想的吨料加工耗能量；二是适度的关键部件的使用寿命；三是良好的产品结构组成；四是合理的加工工艺路线等等。因此，在研究和设计生物质成型燃料加工技术和加工设备时，要在尽可能低的吨料耗能的前提下，使得产品的结构优化与合理，在产品得到较高的使用寿命的基础上，保证产品的价格尽可能适应市场的接受程度。使生物质成型燃料加工技术与装备的先进性与产品的性价比有机结合与统一，以利于推广应用。

二、生物质成型燃料加工装备技术方案技术特征

1、技术路线和技术方案

考虑到上述一些因素，我们在研究设计时充分借鉴利用现有技术成果，并在利用国产制粒机进行成型燃料加工试验的基础上，优化创新设计，采用新结构、新材料、新工艺，研发关键部件；其系统技术方案如下所述。

(1)技术方案分析

我们研究设计的技术方案及机组总体配置示意见以下附图：

本技术方案以秸秆等农林废弃物为原料，既可将多物料联合粉碎机、粉料输送组合装置、制粒机等有机集成组装在一台拖车上，形成一个可移动的颗粒燃料加工设备系统，又可将多物料联合粉碎机、粉料输送组合装置、制粒机等有机集成组装在一个固定场所进行加工。系统各部分的设计方案说明如下：

1)多物料一次粉碎机

适应的原料包括经自然风干的玉米秆、棉秆以及麦秆、稻草等，充分考虑到了移动式成型燃料加工系统对原料应具有广泛适应性的要求特点。采用搓揉装置和锤片粉碎、筛分装置的有机组合技术，对原料进行切段粉碎复合作业。粉碎后的粉料过筛后经风管直接输送到粉料暂贮箱中输送至制粒机中；人工只要把待粉碎的原料放到加料斗里即可，大大减轻了劳动强度，并改善了劳动条件。

2)粉料输送组合装置

秸秆类生物质经粉碎后，堆密度很低，输送过程中容易结拱，使送料受阻。本装置的作用是接受由粉碎机经风管输送来的粉料，通过简易脉冲装备向制粒机内连续不断地输送粉料。

该装置将采用料仓防结拱技术，有效地避免因纤维性物料流动性差，而导致喂料不均匀情况的发生。

3)颗粒燃料制粒机

这是本技术装备的核心和关键。根据移动式作业特点考虑上述的多种因素。采用平模制粒技术方案。实施时通过试验，进一步优化设计平模制粒成型模孔，调整颗粒燃料制粒工艺，减小功率，降低主轴转速，增加辊模压力，保证得到较高密度、质量稳定的成型燃料的。

在主要工作部件(同时也是主要易损件)压辊和模具的加工方面。充分利用国内辊模制造领域技术工艺和设备方面的优势，采用新材料和新工艺，进一步提高辊模耐磨性。

4)系统集成技术

上述3部分集成装在1台拖车上，可以灵活方便地在村镇间转移。成为一个流动的加工车间，适应了农村秸秆原料既分散、季节性又强的实际作业条件。同时，可以根据不同的用户要求，也可将上述3部分集成在固定的工作场所进行作业。

本技术方案在粉碎机喂料、粉料输送、成型颗粒筛分等环节充分考虑到了自动化的有机衔接，因此，整个系统的操作工人只要有3―5名即可。

如上所述，本方案全面考虑了农村的实际条件，从有效发挥机组加工效能、减轻人工劳动强度等方面着眼，优化了系统的设计。整个加工系统总功率80KW左右，处理能力500―1000Kg／h。是可以满足课题确定的指标要求。

(2)设备投资分析

本技术方案以枝条、秸秆等农林废弃物为原料，有机集成从原料筛分、粉碎到制粒成型的工艺，形成为一个整体可移动的加工设备系统，其中从粉碎到压缩成型所需的设备投资合计约为20万元。综合分析国内外现有成型燃料加工设备的生产率和设备投资情况，本项目制的成型燃料加工设备系统有较大竞争优势。

2、生物质成型燃料加工技术与装备技术特征

(1)技术特征

1)多物料一次粉碎技术。该技术针对不同来源、不同生物质原料，采用组合粉碎转子等结构，实现多种生物质原料一次粉碎，并达到制粒成型所需的细度要求。

2)物料流量自动调节技术。该技术就是主要是根据成型机加工成型燃料的产量要求，采用简易脉冲、负压输送等机构自动调节来自于粉碎机粉碎后的生物质原料的流量，在保证成型机不发生堵塞的情况下，使输送到成型机的物料流量达到最大。

3)颗粒燃料成型技术。该技术就是将由粉碎机输送来的生物质原料。通过平面辊压和平模将原料压制成颗粒成型燃料。动力通过减速传动机构带动主轴运转，不同直径模孔的平模可以根据需要进行更换，成型燃料加工过程可以通过检查视窗口直接观察并可通过打开视窗进行维护和修理，模辊间隙和压制压力实现自动调节，确保颗粒成型燃料的密度符合规定的要求。

4)既可移动又可固定场所连续生产机组集成技术。该技术就是根据用户需要将多物料一次粉碎机和颗粒燃料成型加工机有机的集成为连续生产机组。这种机组既可安装在固定场所，也可集成在平板机车上，所需加工动力既可适用于电力。也可适用于柴油机动力机等。

(2)主要技术指标

1)成型燃料加工机组

总功率：80KW左右；生产能力：500―1000Kg／h；

可方便地整体转移作业；

2)成型燃料加工成本

农林剩余物固化成型燃料成本低于煤的价格，吨料能耗≤70KWh／t；

3)成型燃料产品性能

密度≥1g／cm3；

水分≤12％。

进料流量可调。

三、生物质成型燃料加工装备的设计与研究

1、多物料一次粉碎机的设计

多物料一次粉碎机采用同轴搓揉旋切装置和锤片式粉碎、下置式筛分装置有机组合技术。电机动力通过皮带盘驱动转子高速旋转，使秸秆通过搓揉旋切装置，搓揉旋切成3～5厘米长，再进入锤片粉碎室，经受锤片撞击剪切而粉碎。另一方面，物料与物料之间、物料与锤片之间相互摩擦进一步破碎。小于筛孔的粉体被排出粉碎室。大于筛孔的原料则继续被锤片打击、粉碎、直至通过筛孔，从而达到粉碎的目的。其结构示意如下图所示。

本粉碎机主要由：转子、机座、上下壳体、操作料斗、传动装置等五大部分组成。考虑到使用与维护的需要，设计了方便安装更换筛片和锤片的简易拆卸机构。可以方便用户使用。

多物料一次粉碎机的主要设计技术参数为：转子直径：720m2m2，主轴转速：2700rpm2一3500rpm2，锤片数量：128片，配用功率：22kw，轴承型号：NSK SN520， 吸风量：3300m3/h，产量：500～1 000Kg／h，整机重量：1200Kg，外形尺寸(m2m2)：2975×1730×1140。筛片面积(m2m2)：1120×540。

2、颗粒燃料成型机的设计

根据技术方案，成型机采用平面辊压和平模的组合结构，而这种结构按执行部件的运动状态分，有动辊式、动模式、模辊双动式三种。由于后两种仅适用于小型平模燃料成型制粒机，较大机型一般用动辊式。因此本机即采用动辊式结构。按磨辊的形状分，又可以分为锥辊式和直辊式两种。考虑到加工的工艺性本机设计为直辊式。其工作原理如下图所示。

由图可以看出，电动机通过减速箱驱动主轴，主轴带动磨辊。磨辊绕主轴公转的同时也绕磨辊轴自转。加工颗粒时，生物质原料被送入平模机的喂料室。在分料器和刮板的共同作用下均匀地铺在平模上，主轴带动的压辊连续不断地滚过料层。将物料挤压进入模孔，物料在模孔中经历成型、保型等过程。具体过程为：供料区内的物料在重力作用下紧贴在平模上，当压辊向前滚动，物料进入变形压紧区。这时因受到挤压，原料粒子不断进入粒子间的空隙内，间隙中的空气被排出，粒子间的相互位置不断更新，粒子间所有较大的空隙逐渐都被能进入的粒子占据。随着压辊继续滚动，被压实的原料进入挤压成型区，模孔的锥孔部分和前半部分都属于挤压成型区，该区内，压力继续增加。粒子本身发生变形和塑性流动，在垂直于最大主应力的方向被延展。并继续充填周围较小的空隙，由于压辊和物料间的摩擦作用加剧而产生大量热量。导致原料中含有的木质素软化。粘合力增加，软化的木质素和生物质中固有的纤维素联合作用。使生物质逐渐成形，这时部分残余应力贮存于成型块内部，粒子结合牢固但不甚稳定。成型块在挤压作用下进入模孔的保型段，在该段不利于形状保持的残余应力被消除，颗粒被定型。一定时间后以圆柱状态被挤出，旋转的切刀将物料切断，形成颗粒。由扫料板将颗粒送出。

本燃料成型机主要由：电动机、传动箱、主轴、喂科室、压辊、平模、切刀、扫料板、出料口等九大部分组成。考虑到加工密度的调节和辊模间间隙的调整，设计有液压调节机构，一是保证加工过程中的加工压力的稳定。二是保证辊模问间隙的自动调节。同时考虑到安装与维修的方便性。在制粒室周围设计有观察与调节窗口。

颗粒燃料成型机设计的主要技术参数为：平模直径：520m2m2。压辊转速：56rpm2，压辊压强：100m2pa，配用功率：45Kw，整机重量：1 500Kg，外形尺寸(m2m2)：1530×840×2047，产量：500―1000Kg／h。颗粒直径：10m2m2一20m2m2，颗粒长度：30m2m2，颗粒产品密度：≥1g／m3。

3、生物质成型颗粒燃料加工装备的集成设计

生物质成型颗粒燃料加工装备的集成设计，就是将多物料一次粉碎机和颗粒燃料成型机，通过负压简易脉冲风网系统有机的连接起来，一方面要求加工系统在加工过程中确保生物质原料的输送均匀，防止堵塞与结拱，另一方面要保证加工系统在加工过程中不会对环境造成严重污染，同时尽可能少用人工作业，减少作业劳动强度和用工量。因此。系统的集成设计成两种方案，一是直接将集成系统安装在固定场所。二是将系统集成安装在可移动的平板车上。

4、生物质成型燃料加工装备有关重要技术参数的研究结论

(1)生物质原料压缩特性

粉碎后的生物质原料(秸秆)在压缩过程中。是在一定压力下，通过秸秆的塑性变形和其本身的木质素软化固化成型的。在压缩过程中可分为3个阶段：松软阶段、过渡阶段和压紧阶段。在压力较小时，成型密度随压力的增大显著增大，但达到压紧阶段后，变化缓慢，趋于常数。一般情况下，在压力为85m2Pa时，制粒的成型效果就较好，将压力控制在85―100m2Pa范围内就可以达到较理想的成型要求。同时通过试验，探索了生物质压缩力和压缩密度的关系。确定了压缩力、压缩密度、压缩量的关系。

(2)生物质原料的特性对成型的影响

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一、引言

我国能源生产结构中煤炭比例始终在67%及以上,煤炭是我国能源的主体。目前,我国已探明煤炭可采储量约1145亿吨,年消耗燃煤12亿～15亿吨,其中大多数直接作为燃料被消耗掉,以煤炭为主的中国能源结构可开采煤炭储量约能使用150年。另外,以煤为主的能源结构直接导致能源活动对环境质量和公众健康造成了极大危害。

二、生物质固体成型燃料简介

生物质固体成型燃料(简称生物质燃料,俗称秸秆煤)是利用新技术及专用设备将农作物秸秆、木屑、锯末、花生壳、玉米芯、稻草、稻壳、麦秸麦糠、树枝叶、干草等压缩碳化成型的现代化清洁燃料(目前国内外常用的生物质成型工艺流程如图1),无任何添加剂和粘结剂。既可以解决农村的基本生活能源,也可以直接用于城市传统的燃煤锅炉设备上,可代替传统的煤碳。其直径一般为6cm～8cm,长度为其直径的4～5倍,破碎率小于2.0%,干基含水量小于15%,灰分含量小于1.5%,硫和氯含量一般均小于0.07%,氮含量小于0.5%。在河南省,生物质燃料是政府重点扶持的新农村建设项目之一。

三、生物质燃料燃烧技术

根据试验研究及测试资料,生物质燃料燃烧特性为:生物质挥发物的燃烧效率比炭化物质快。燃烧着火前为吸热反应;到着火温度以后,生成气相燃烧火焰和固相表面燃烧的光辉火焰,为放热反应。具体的燃烧性能见表1。

生物质燃料专用锅炉燃烧原理如下:

①生物质燃料从上料机均匀进入高温裂解燃烧室,着火后,燃料中的挥发份快速析出,火焰向内燃烧,在气(固)相燃烧室内迅速形成高温区,为连续稳定着火创造了条件;

②高温裂解燃烧室内的燃料在高温缺氧的条件下不断地快速分解为可燃气体,并送往气相燃烧室内进行气相燃烧;

③在气相燃烧的同时,90%以上挥发份被裂解为炙热燃料,由输送系统输送到固相燃烧室内进行固相燃烧,完全燃烧后的灰渣排往渣池或灰坑;

④在输送过程中,小颗粒燃料和未燃尽的微粒在风动的作用下于气(固)相燃烧室内燃烧;

⑤从多个配氧处可按比例自动调配、补充所需量的氧气,为炉膛出口的燃烧助燃,完全燃烧后的高温烟气通往锅炉受热面被吸收后,再经除尘后排往大气。

生物质燃料燃烧的特点为:

①可迅速形成高温区,稳定地维持层燃、气化燃烧及悬浮燃烧状态,烟气在高温炉膛内停留时间长,经多次配氧,燃烧充分,燃料利用率高,可从根本上解决冒黑烟的难题。

②与之配套的锅炉,烟尘排放原始浓度低,可不用烟囱。

③燃料燃烧连续,工况稳定,不受添加燃料和捅火的影响,可保证出力。

④自动化程度高,劳动强度低,操作简单、方便,无需繁杂的操作程序。

⑤燃料适用性广,不结渣,完全解决了生物质燃料的易结渣问题。

⑥由于采用了气固相分相燃烧技术,还具有如下优点:

a从高温裂解燃烧室送入了气相燃烧室的挥发份大多是碳氢化合物,适合低过氧或欠氧燃烧,可达无黑烟燃烧及完全燃烧,可有效地抑制“热力――NO”的产生。

b在高温裂解过程中,处于缺氧状态,此过程可有效地制止燃料中氮转化为有毒的氮氧化物。

四、环境影响分析

生物质燃料燃烧污染物排放主要为少量的大气污染物及可综合利用的固体废弃物。

(1)大气污染物

生物质燃料纤维素含量高,为70%左右;硫含量大大低于煤;燃料密度大,便于贮存和运输;产品形状规格多,利用范围广;热值与中质煤相当,燃烧速度比煤快11%以上,燃烧充分、黑烟少、灰分低、环保卫生;另在采取配套的脱硫除尘装置后,大气污染物排放种类少、浓度低。根据河南德润锅炉有限公司对生物质固体成型燃料专用锅炉的研究:生物质燃料燃烧后可实现CO2零排放,NOx微量排放,SO2排放量低于33.6mg/m3,烟尘排放量低于46mg/m3。新建使用生物质燃料锅炉大气污染物排放控制指标执行《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2001)中燃气锅炉的排放标准。查阅该标准可知,燃气锅炉排放标准为:SO2≤100mg/m3、烟尘≤100mg/m3。生物质燃料锅炉燃烧后大气污染物排放浓度远低于国家标准。

(2)固体废弃物

生物质燃料锅炉燃烧固体废弃物主要为燃烧后的灰分,可以回收做钾肥,资源综合利用。

五、环境效益分析

生物质燃料的环境效益主要体现在以下几方面:

(1)生物质燃料代替煤等常规能源,能减少大气污染物的排放量,有效改善城乡空气环境质量。生物质燃料中硫的含量不到煤炭的1/10,其替代煤燃烧能有效地减少大气中二氧化硫的排放量;由于生物质在燃烧过程中排出的CO2与其生长过程中光合作用中所吸收的一样多,所以从循环利用的角度看,生物质燃烧对空气的CO2的净排放为零。煤炭与生物质固体燃料的污染物燃烧排放比较见表2。

(2)燃烧后的固体废物可综合利用

灰分可以回收做钾肥,实现“秸秆――燃料――肥料”的有效循环。

(3)合理处理废弃的农作物,降低对环境的影响

仅秸秆而言,我国每年农作物秸秆产重约为7.06亿千吨,河南省每年达7000万千吨,占全国的1/10。若秸秆等废弃的农作物自然腐烂,将产生大量的甲烷,通常认为甲烷气体的温室效应是二氧化碳的21倍。将废弃的农作物做成燃料,既变废为宝,节约资源,又可减排温室气体,保护环境。

六、结论

生物质燃料利用废弃的农作物作为原料,可实现就地取材、就地生产,降低了农业废弃物运输成本与运输过程中的污染,其产品具有节能、环保、保护不可再生资源等特点。生物质燃料生产的工艺、方法符合我国目前建设节约型社会要求和可持续发展的国策,具有突出的社会效益、经济效益和环境效益,有很好的实用性和推广价值,对缓解我国能源紧张和环境污染具有重大意义,有着广泛的市场前景和应用空间。

参考文献:

[1]洪成梅 徐士洪 魏良国 利用农作物秸秆生产生物质“颗粒”燃料 污染防治技术,2007

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（1）秸秆气化供热。秸秆气化供热是指秸秆经过气化炉气化后，生成的燃气送人下一级燃烧器中燃烧，为终端用户提供热能。秸秆气化供热技术广泛应用于区域供热和木材、谷物等农副产品的烘干等，与常规木材烘干技术相比具有升温快、火力强、干燥质量好的优点，并能缩短烘干周期，降低成本。

（2）秸秆气化供气。秸秆气化供气是指气化炉产生的生物质燃气通过相应的配套设备为居民提供炊事用气。秸秆气化供气又分为集中供气和单独供气两种类型。

①秸秆气化集中供气。生物质气化集中供气系统是20世纪90年代以来在我国发展起来的一项新的生物质能源利用技术。它是在农村的一个村或组，建立一个生物质气化站，将生物质经气化炉气化后转变成燃气，通过输气管网输送、分配到用户，系统规模一般为数十户至数百户供气。目前，我国已广泛推广利用生物质气化技术建设集中供气系统，以供农村居民炊事和采暖用气。

在秸秆气化集中供气系统中，气化炉的选用是根据不同的用气规模来确定的，如果供气户数较少，选用固定床气化炉；如果供气户数多(一般多于1000户)，则使用流化床气化炉更好。秸秆燃气的炉具与普通的城市煤气炉具有所区别，国内此类炉具的生产厂家也较多，效果较好，可以满足用户要求。

②户用秸秆气化供气。该种方式为一家一户的农村居民使用，户用小型秸秆气化炉，产生的燃气直接接人炉灶使用，系统具有体积小、投资少的优点。但也有明显的缺点：由于气化炉与灶直接相连，生物质燃气未得到任何净化处理，因而灶具上连接管及气化炉都有焦油渗出，卫生很差，且易堵塞连接管及灶具；因气化炉较小，气化条件不易控制，产出气体中可燃气成分质量不稳，并且不连续，影响燃用，甚至有安全问题；从点火至产气需要有一定的启动时间，增加了劳动时间，而且该段时间内烟气排放也是个问题。

③秸秆气化发电。我国在生物质气化方面有一定的基础。早在20世纪60年代初就开展了这方面的研究工作，近20年来加快了生物质气化发电技术的进一步研究。开发的中小规模气化发电系统具有投资少、原料适应性和规模灵活性好等特点，已研制成功的中小型生物质气化发电设备功率从几千瓦到5000千瓦。

气化炉的结构有层式下吸式、开心式、下吸式和常压循环流化床气化炉等，采用单燃料气体内燃机和双燃料内燃机，单机最大功率已达500千瓦。

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[中图分类号] S210.43 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 （2013）09-0234-01

农村有着丰富的农作物秸秆资源，这些秸秆可以被当作肥料、燃料、工业原料等使用，与农民的日常生活和生产有着很大的关系。对秸秆资源进行综合的开发和利用，可以提高农民的收益，促进社会主义新农村的建设。而生物质燃料秸秆气化炉就是开发利用秸秆资源的有效方式，它提高了农民的生活质量，减少了秸秆资源的浪费，而且操作方便，在农村有着广阔的应用前景。

一、生物质燃料秸秆气化炉的含义

通过生物质进行密闭缺氧，然后运用热化学氧化法和溜热解法而产生的一种具有可燃性的气体，就是秸秆燃气，也称为生物质气，是一种含有氢气、一氧化碳、甲烷等气体的混合性的燃气，这种燃气就是秸秆气化炉的主要燃料。具体的说，生物质的组成通常是氢、氮、氧、和灰分，在它们被点燃的时候，通过提供比较少量的空气并运用相关措施对其反应过程进行控制，使氢、碳等元素转化为具有可燃性的氢气、一氧化碳、甲烷等气体，从而把秸秆中大部分的能量都转换到气体中。关于气化的原理，就是通过一部分的生物质和氧的燃烧，提供给还原反应及热分解所需的热量，促使固体的生物质转化为气体的燃料。秸秆气化炉的原料是生物质秸秆通过压缩而成型后的颗粒燃料，利用水蒸气和空气为气化剂对其进行气化处理，制造出煤气，取代了燃油，应用于炉灶、餐饮、锅炉的加热，而且价格较低，大大的降低了农村用户在燃料上所花的费用。生物质燃料秸秆气化炉是一种新型的产品，实现了生物质对燃油锅炉的替代，原料气化致使高温燃气产生，可以在气化炉燃烧器的喷火口燃烧，又因为高温烟气直接燃烧，而没有经过冷却，所以郊游等高废物不会析出，同时，燃烧的时候有多次配风，生物质可以充分的燃烧，不会有黑烟冒出，减少了环境污染。

二、贵州农村现有秸秆气化炉的使用现状及其中存在的问题

一般来说，农村主要有煤球炉、沼气、传统火灶等几种炊事方法，相比于这些方法，秸秆气化炉有着显著的优势：方便操作、清洁卫生、火焰温度高、炊事快等，而且不存在安全隐患，每月所需的燃料费用很少。因为这些优点，秸秆气化炉在贵州的试点村一经推广，便产生了广大的影响，受到了广大农村家庭的欢迎，而其有了秸秆气化炉，农户就不再对秸秆进行焚烧，觉得烧秸秆就是在烧钱。在秸秆气化炉推广后的那个夏天农忙期，贵州的几个试点村的农民都积极的对农作物的秸秆进行抢收，并且在这几个村，焚烧秸秆的情况几乎没有出现。

虽然秸秆气化炉有着明显的优势，在贵州农村的推广也取得了好的效果，但一些问题还是存在：首先是秸秆气化炉对秸秆资源的利用是一次性的，没有实现循环的利用，还是造成了一定的资源浪费；二是在冬季的时候，秸秆气化炉的使用率比较少，这是因为秸秆气化炉的技术还不是特别的完善，在冬天秸秆湿度比较大的情况下容易产生很大的烟气，焦油量也比较大，容易造成输气管道的堵塞产生污染，而且秸秆必须进行加工粉碎处理，操作利用起来比较不便，再者是不能满足冬季取暖的需要，农民还需要另外再生炉子，这些都降低了农民对秸秆气化炉的使用热情。

三、适宜农村的秸秆气化炉的运营模式

秸秆气化炉的原理是：在缺氧的条件下，使秸秆燃烧，产生碳、氢、氧等混合气体，再使其混合燃烧，产生巨大的能量。这种方法把品位比较低的秸秆能源转化成了品位比较高的清洁能源，使秸秆在变成了一种可以被有效利用的能源，并减少了环境的污染。因此，秸秆气化炉的出现，对于秸秆资源比较丰富的农村有着很大的应用和推广意义，可以极大的提高农村的经济效益、社会效益和生态效益。但从目前的情况来看，秸秆气化炉在农村的推广和运用的现状并不是十分的乐观，在技术上还有很大的不足，在秸秆资源的有效利用上还不够充分，因此，政府和有关部门要采取相关措施对这些问题进行解决，形成适合于农村的秸秆气化炉的运营模式。

首先，政府要采取一定的措施，比如通过制定相关政策和条例的方式，对目前比较杂乱无章的秸秆气化炉的生产、销售市场进行规范，因为只有形成良好的市场秩序，才能保证优良的产品的生产和销售，才能得到广大农民的认可。另外，政府还要加大对秸秆气化炉的扶持力度，支持秸秆气化炉在农村的推广，使这项于国于民都有力的产品能在农村得到广泛的使用。其次，相关的产品设计部门要对秸秆气化炉的使用流程进行简化，在农村，农民的文化水平相对较低，而且农村事务比较忙，如果秸秆气化炉的使用程序过于复杂，那么很多农民宁愿不再使用，而是继续采用之前的炊事方式，所以相关部门要对炉子的结构进行根本上的改进，使它更容易操作，更能被广大农民所接受，这样，秸秆气化炉才能在农村得到推广。再次，秸秆气化炉的设计部门还要对设计的理念进行完善，减少焦油的产量，从整个设计原理上说，秸秆气化炉还是有很大的优点的，但它在设计理念方面却存在一定的问题，这些问题一方面导致了秸秆资源无法被充分的利用，一方面致使产生的焦油量过高，危害人体和环境健康。所以设计部门在进行设计的时候一定要把有害物质的分解当作设计目标之一，尽量对产生的焦油量进行控制，降低在使用气化炉的过程中对人体健康和生态环境造成的危害。

四、结束语

总之，在广大农村推广秸秆气化炉，可以解决秸秆焚烧的问题，实现对秸秆资源的综合利用和开发，减少资源的浪费和因焚烧而造成的环境污染，达到经济效益与生态效益的双赢，推进社会主义下的新农村建设。

参考文献

[1]，李霞，杨斌.生物质气化及气化炉的研究进展[J].新疆农机化，2009（13）.

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0、前言

随着石化燃料的日益短缺和石化燃料的利用所引起的环境问题日趋严重，大力开发利用可再生能源资源，实现能源资源利用的本地化成了解决我国能源问题的主要措施之一。秸秆作为一种可再生能源，相比太阳能和风能，具有储量丰富、投资利用风险低、收益高、不受气候条件影响等优点。我国作为农业大国，秸秆产量每年约7亿t，相当于3亿多tce。这些秸秆目前主要用于炊事、直接露天燃烧还田，不但利用率低下而且露天燃烧还污染环境。因此必须积极寻求先进的秸秆利用技术。

自20世纪70年代的石油危机后，发达国家加快了生物质能利用技术的开发应用，秸秆发电技术应运而生。自丹麦1998年诞生了世界第1座秸秆生物质燃烧电站以来，秸秆发电技术得到了快速的发展，至2006年丹麦已建有130多座秸秆电站。我国的秸秆发电技术虽然起步较晚，但发展较快，在经过了成套引进、消化的阶段后，已走上了自主创新、开发的阶段。

1、秸秆的预处理技术

秸秆入炉前需经过预处理。秸秆体积大，组织疏松，必须经过晒晾打包才便于存储。秸秆入炉有打包入炉、粉碎入炉、压块（型煤）入炉3种。粉碎入炉成本较高，但适应性最强。秸秆的粉碎入炉主要包括秸秆的打包、存储、输送和破碎几个阶段。在农业机械化国家，秸秆的收割和打包可以通过机械化完成。而在我国农业生产的分散性和传统的耕作方式给秸秆的机械化收割和打包带来一定的困难。因此必须探索适合我国国情的秸秆收割打包方式，降低秸秆预处理成本，保证电站的连续供料。

2、秸秆发电技术

按秸秆利用方式的不同秸秆发电技术可分为秸秆气化发电技术、秸秆直燃发电技术。

2.1秸秆气化发电技术

秸秆气化发电技术主要是将秸秆在一定的压力和温度下，使秸秆与O2/H2O发生气化反应，产生CO、H2、CH4等可燃气体，这些可燃气体净化后送往燃气轮机发电。如果在燃轮机后面加装余热锅炉，还可以组成秸秆燃气-蒸汽联合循环发电技术。秸秆气化技术具有废气排量小、发电效率高等优点。但由于秸秆气化时产生了一定量的焦油，燃气飞灰混入焦油中，增加了焦油的脱除和回收利用成本。因此如何减小气化过程中的焦油成了发展这一技术的关键。

目前，秸秆气化发电技术已进入了工业示范阶段。中科院广州能源研究所的“生物质气化发电新技术”，继“九五”期间分别在福建莆田建成了国内首个1MW生物质谷壳气化发电系统、海南三亚木材厂建成了以国内首个生物质木屑气化发电厂、在河北邯郸建成了秸秆为燃料的气化发电厂示范工程后，最后又与黑龙江农垦局签订了兴建20套农业固体废弃物谷壳、稻草的生物质气化发电系统的合同。该项目总投资4000多万元，年总发电量为7500万kw，年处理农业固体废弃物约10万吨。

2.2 秸秆直燃发电技术

秸秆直接燃烧发电技术是将秸秆直接送往锅炉中燃烧产生高温高压蒸汽推动蒸汽轮机做功发电，相比秸秆气化技术，具有结构简单、投资省、易于大型化等优点。与常规的燃煤电站相比，秸秆电站的汽机岛与常规燃煤电站的汽机岛几乎没有差别，其关键技术是秸秆燃烧技术。

与煤粉的燃烧过程近似，秸秆的燃烧过程大致可以分为水分的析出阶段、挥发分的析出并着火阶段、焦炭的燃烧、燃尽4个阶段。但与电站用煤相比，秸秆具有水分和挥发分较高，灰分、热值、灰熔点较低等特点，因此与煤粉的燃烧不径相同。此外，由于秸秆中碱金属含量较高，某些秸秆如稻草中的氯离子含量较高，增加了烟气对受热面的腐蚀程度，组织秸秆燃烧时还必须考虑这些不利因素的影响。用于秸秆发电的燃烧技术主要有水冷式振动炉床燃烧技术和循环流化床燃烧技术。

水冷式振动炉床燃烧技术是丹麦BWE公司开发主要用于燃烧生物质的燃烧技术。BWE公司的秸秆发电技术已经应用在丹麦、瑞典、芬兰、西班牙等国的秸秆电站。传统的炉床燃烧技术具有燃料分布不均匀、空气容易短路、燃烧效率低等缺点。水冷式振动炉床采用振动炉排，减小了秸秆在炉排上分布的不均匀性。秸秆燃烧后灰量较小，采用水冷可以保护炉排不被烧坏；尾部过热器采用3级和竖直烟道中的分开布置可以有效降低碱金属等对受热面的腐蚀。最近，河北、山东、江苏等地也正在与BWE公司合作，引进其技术筹建秸秆发电厂。为了降低成套引进的成本，国内的企业也积极与BWE公司合作，寻求振动炉床燃烧设备的国产化。

循环流化床燃烧技术是一种先进的燃烧技术，也可用于秸秆的燃烧。循环流化床一般由炉膛、高温旋风分离器、返料器、换热器等几部分组成。流化床密相区的床料温度在800℃左右，热容量较高，即使秸秆的水分高达50%~60%，进入炉膛后也能稳定燃烧，加上密相区内燃料和空气接触良好，扰动剧烈，燃烧效率较高。相比炉床燃烧技术，流化床燃烧技术具有布风均匀、燃料与空气接触混合良好、SOX、NOX排放少等优点，更适应燃烧水分过高、低热值的秸秆。哈尔滨工业大学研制开发的流化床锅炉先后安装在泰国、马来西亚等地；浙江大学针对秸秆燃烧灰熔点低、易结渣等特点进行研究，不断改进循环流化床燃烧技术，通过采用特殊风分配及组织方式保证秸秆的流化燃烧和顺畅排渣，并优化受热面布置，降低碱金属的腐蚀，解决了一系列的难题，目前已处于工业化推广阶段。

2.3 结语

我国是世界上最大的农业国，也是秸秆资源最为丰富的国家之一。秸秆作为一种清洁可再生的能源在我国具有广阔的市场前景。秸秆燃烧产生的CO2与秸秆生长时所吸收的CO2大致相当，秸秆的平均含硫量只有0.38%，远低于电厂用煤的平均含硫量（1%）。因此，发展秸秆发电可以减少CO2和SO2的排放，保护我们赖以生存的地球环境。此外收购秸秆还可以增加农民收入，安置农村闲置劳动力，符合我国的“三农政策”。

根据国家能源局规划，到2015年我国生物质发电装机将达1300万千瓦，较2010年增长160%。数据显示，2010年我国农村以秸秆为燃料的生物质发电装机突破500万千瓦。我国秸秆发电技术的前景广阔，发展秸秆发电有利于提高农民收入，改善环境，实施可持续发展战略和建设节约型、和谐型社会。

参考文献

[1] 也飞.丹麦解决能源问题的经验.全球科技经济望,2005（2）：53~55

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一般地说，常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源，而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此，煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源，而把太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等作为新能源。随着技术的进步和可持续发展观念的树立，过去一直被视作垃圾的工业与生活有机废弃物被重新认识，作为一种能源资源化利用的物质而受到深入的研究和开发利用，因此，废弃物的资源化利用也可看作是新能源技术的一种形式。

太阳能

太阳能一般指太阳光的辐射能量，主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。

太阳能可分为2种：1、太阳能光伏。光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。2、太阳热能。现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。

核能

核能是通过转化其质量从原子核释放的能量。核能的释放主要有三种形式：A、核裂变能；B、核聚变能；C、核衰变。

海洋能

海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。

风能

风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。

生物质能

生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。

地热能

地球内部热源可来自重力分异、潮汐磨擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。

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关键词：

生物质发电;国能生物;光大国际;BWE锅炉;光大砀山;炉膛压力;自动控制;PID

中图分类号：

TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2014）23019702

1 引言

开发利用可再生能源，对于保障能源安全、保护生态环境、实现可持续发展具有重要意义。

我国生物质能资源非常丰富，发展生物质发电，实施煤炭替代，可显著减少二氧化碳和二氧化硫排放，产生巨大的环境效益。因此生物质能发电行业有着广阔的发展前景。

国内生物质直燃发电的锅炉主要有流化床生物质锅炉（主要代表是凯迪生物发电集团的机组）和振动式炉排锅炉（主要代表国能生物发电集团、光大国际集团的机组）两种。两种锅炉各有优点，也各有不足。

国内振动式炉排锅炉主要采用的是BWE锅炉，该炉型由北京德普新源公司（原龙基电力）从丹麦BWE公司以生物质能发电技术引入，该炉型由济南锅炉厂生产。该锅炉的特点：适应燃料性较强，不需用床料，锅炉燃烧工况容易控制，机组带负荷能力强，热效率高等特点;从这几年国内生物质机组的运行情况及效益来看，该炉型比较适合我国北方地区。

2 国内生物质锅炉燃烧工况现状

由于国内生物质燃料的特点：燃料品种繁多，品质差异性大。例如有的项目所用燃料品种能达几十种之多，且燃料的热值、水份、杂质又非常难以控制。这就造成了锅炉运行人员要根据燃料品种、品质不断地调整工况，在调整过程中会频繁出现燃烧不稳定的工况（如暴燃、炉膛冒正压或负压过大、因炉膛正压太大导致给料系统着火、因负压过大致炉膛灭火等事故），目前在国内上百个生物质直燃发电项目中，极大多数锅炉都存在着炉膛压力波动很大的现象，波动范围达正常设定值±800Pa，有的经常会出现压力到上千Pa以上。加上锅炉本体密封不严等因素，锅炉向外冒灰冒火的现象极为普遍，造成锅炉本体上积灰积料、设备卫生差，给安全生产带来极大隐患，也给环境造成了不同程度的污染。而能将炉膛压力在各种工况时控制在微负压（-50Pa～-30Pa）波动范围在正常设定值±100Pa的运行项目很少。

在锅炉燃烧过程控制中，炉膛压力是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，也是运行中要控制和监视的重要参数之一。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。因此，监视和控制炉膛压力对于保证炉内燃烧工况的稳定均有极其重要的意义。

原因分析：大多数项目由于在工程建设中调试阶段为了保证机组调试期间的稳定，基本上都选用热值较高且品种单一的燃料，调试时虽然也都进行了炉膛压力自动参数的PID整定和调整，但当在机组投入以后，由于使用燃料品种变化大，燃料品质有好有差，这种造成实际运行中炉膛压力自动无法投入的情况，即使可以投入，调节性能也不能满足要求，尤其在燃料为较小颗粒状，或燃料水份、杂质较多时，燃烧工况更是难以控制。显然通过常规的炉膛压力PID控制是无法满足锅炉安全经济运行需求的。

所以如果能将炉膛压力自动投入并长期稳定运行，是做为热控专业人员及电厂运行人员的迫切期望;这样即节省了运行人员的人力投入，也相应对设备起到间接的保护作用。更能为机组的安全稳定经济运行提供有力保障。

3 BWE锅炉炉膛压力自动控制模型介绍及应用

本人从事电厂热控专业近20年，并有多年生物质发电的调试、运行经验，凭借多年的经验并结合生物质锅炉的特性，逐步摸索并建立了一套适合生物质锅炉炉膛压力自动控制模型（前馈+预控+PID），通过在光大砀山项目（2011年10月投入生产运行）实施了该控制模型，经过该项目的长期运行实践，这种模型的炉膛压力自动投入效果良好，炉膛压力自动在锅炉燃烧工况较稳定时可以将压力维持在-30Pa左右（波动范围±50Pa），在不稳定工况时也可将压力稳定在-30Pa（波动范围±100Pa）左右，在大扰动出现时，瞬间最高压力基本不会超过±160Pa，且能在1.5秒内就可将压力回调至设定值正常范围内。现就以光大砀山项目为例，介绍该模型特点及实施情况如下。

3.1 主要设备

（1）BWE振动式炉排炉。

主要参数：额定蒸发量：130t/h;

过热蒸汽压力：9.2MPa;过热蒸汽温度：540℃;

给水温度：220℃;冷空气温度：35℃;

空气予热器出口风温：195℃;排烟温度：134℃;

锅炉设计效率：89%;排污率：2%。

（2）引风机。

主要参数：电机功率：900kW;全压：7440Pa;

流量317800m3/h;转速：980r/min;

额定电压：10kV;

厂家：南通大通宝富风机有限公司。

（3）变频器。

主要参数：HIVERT-Y10/系列高压变频器;

采用高-高结构，电压等级10kV。

厂家：北京合康亿盛变频科技股份有限公司。

（4）DCS系统。

采用浙江中控公司的ECS-100控制系统。软件采用Advantrol-pro，该软件功能强大，各功能软件间采用对象链接与嵌入式技术，该软件人机交互界面为中文，并采用了windows标准控件，易学易用。该软件集成了LD、FBD、SFC、ST语言等编辑器，使用户编程更方便、直观，并具有强大的在线帮助和在线调试功能。

3.2 燃料品种

主要燃料品种：树皮、树枝、碎木块、小麦桔杆、玉米桔杆等。水份40%～60%，杂质15%左右。

3.3 炉膛压力扰动分析

锅炉燃烧时压力扰动主要有三种情况：

（1）燃料变化致使燃烧工况波动。

如燃料中有粉状燃料，或较小颗粒燃料，如锯末，花生壳、稻壳等或燃料水份太大或杂质过多等。

（2）炉排振动时造成的扰动。

（3）其他设备操作造成随机的扰动。

3.4 前馈+预控+PID模型应用分析

当燃料变化时，燃烧工况会发生较大变化，且出现压力波动很大的情况较多，并且是在极短时间内发生。普通的PID调节回路，无法适用这一情况，如果采用加微分的方式，通过实验，PID回路无法正常调节。主要原因是加入微分后调节回路振荡时间长，不易稳定（炉膛压力本身就是一个经常波动量）。且扰动幅度太大，PID本身无法及时回调。解决办法：在PID回路外加一分析模块，主要用于分析压力波动范围，当在正常范围时，自动调节PID回路超调节作用，当在一定时间内波动值超限（根据多次同种燃料燃烧试验取得该值），根据超限的幅度，通过折算模块，将可能出现超限的量直接叠加在PID的输出上，然后直接作用于引风机变频器（前馈方式），使引风机迅速回调，这样就可以在大扰动出现初期抵其带来的波动，通过这种前馈方式可消除大扰动变化量70%左右，其余则就由常规PID回路进行消除和调整。

当炉排振动时，由于生物质料层厚度较大，炉排风透过料层时的压力和风量会在短时间内改变炉内动力场分布。这种扰动引起压力波动也较大，但其有规律性，其压力波动图形基本属于抛物线形或尖峰型。根据其规律，通过中控DCS组态软件中ST语言程序编辑器，编写了一个预控模块，主要功能是通过计算炉排振动时可能产生的压力波动值，提前控制炉排风量（减少），并通过改变炉膛压力PID设定值（增加偏置量，该数值通过现场多次试验取得）两种方式协同作用，就可将炉排振动时产生的扰动消除。

其他随机扰动一般很少出现，当出现时可通过上述的综合控制模型（前馈+预控+PID）进行消除。

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化石能源(石油、天然气和煤炭)是经济社会发展和提高人民生活水平的物质基础。世界化石能源的剩余探明可采储量为9000亿吨油当量(toe)。其中，石油和天然气均为1600亿toe左右；煤炭储量最为丰富，为6000多亿toe。

石油资源分布极不均衡。中东、俄罗斯和非洲的石油探明可采储量占世界总量的77％，是世界商品石油的主要来源。亚太地区的石油探明可采储量和消费量分别占世界总量的3.3％和30％。中国相应的份额分别为1.3％和9.3％，是石油资源相对短缺的国家。

石油是重要的化石能源资源，在全世界一次能源消费结构中，石油所占的份额中约为40％左右，是形成现代工业和促进经济增长的动力。

煤炭是古老的燃料，从19世纪60年代开始大规模开采、使用。至今，在中国、美国等一些国家中，煤炭仍用作主要的发电燃料。中国是煤炭资源丰富的国家，煤炭仍然是主力一次能源，份额保持在70％左右。

为提高使用效率、减少排碳和对环境的污染，煤炭应用的创新方向是发展洁净的煤炭技术和煤炭液化、转化技术，生产运输用液体燃料和化工产品。

(二)石油消费情况

世界石油年消费总量近40亿吨，工业化国家(经合组织和俄罗斯)的消费量占62％；占人口大多数的非工业化国家(新兴市场经济体)，石油消费量仅为38％。

美国是石油消费量最多的国家，年消费量为9.4亿吨，相当于其他5个消费大国(中国、日本、德国、俄罗斯和印度)消费量的总和；人均石油消费量3吨多。中国的石油消费量为3.6亿吨，人均消费量较低，仅为0.28吨左右。

不同国家的民用、商业和工业的能源消费量和消费品种均各不相同。交通运输部门的能源消费以石油产品为主，石油总消费量中约有70％用作运输燃料油，此份额的多少各国均不同。在氢燃料和燃料电池汽车大规模进入市场之前，这种消费形势将不会有太大的变化。

中国是经济快速增长、尤其是以制造业为主的发展中国家，为了给生产厂增加原材料和能源供应，运输服务功能就需要加强。人均收入提高之后就会促进道路和航空运输服务的发展。近年来，中国运输、邮电和仓储的石油消费量约占石油总消费量的25％左右；中国仍然是人均燃料油消费量较低的国家。随着汽车数量的增长，运输部门的燃料消费量就会相应上升。

美国的年人均运输燃料油消费量2.3吨。欧盟各国平均1.0吨，中国仅为0.08吨。

(三)能源的转型

在人类发展历史中，在能源使用上已经历了好几次能源转型。从使用木材、薪炭为燃料到19世纪中叶大量使用煤炭，20世纪30年代开始向使用石油过渡，目前正在向以天然气为主的方向转变。随着石油资源的逐渐减少，未来三四十年后产量即将达到峰值，此后进入“后石油时代”。在石油资源将逐步被替代的前夕，科学技术界提出了林林总总的替代方案和工艺路线，替代能源课题涵盖了众多的科学领域、技术专业和产业行业。替代能源项目的实施会受到资源、技术、经济和实施条件等因素的约束，需要根据一定的时空条件做出技术经济评估，规划出发展路线。

氢燃料时代：构建以氢燃料为基础的能源系统是一项需要较长时间才能完成的系统工程，包括许多工程技术课题的研发，如原料开发、制氢方法、氢气储存运输技术、氢能燃料电池系统和车辆、氢能安全和氢能系统设施等技术。

发展氢燃料的三大课题是：开发高功率、长寿命、廉价的燃料电池；实现高能量密度的车载与地面氢燃料储存设施；使用可再生能源的廉价制氢工艺技术有待突破。

从使用化石能源为主的时代过渡到氢燃料时代也许需要几十年甚至一个世纪。

对于发展氢燃料仍存在着不同观点。

支持者认为应该接受氢能，因为没有其他有竞争力的运输燃料替代方案。电力、生物质和化石基的合成油替代方案都不可行。

由于燃料电池汽车简化了汽车的机械、液压转动系统和生产工艺；汽车制造商就会接受燃料电池汽车技术。汽车主了解燃料电池汽车具有加速快、行车安静、维修量小等特点之后也会接受这种新型汽车。

反对氢燃料人士认为“氢能是黑色的”，因为它目前主要来自煤炭等能源。发展氢能不能迅速解决能源、温室气体问题。发展汽车用燃料电池和氢气的系统设施还面临许多技术、经济的障碍。

总之，氢燃料作为替代石油产品在节约燃料、减少温室气体排放和改善汽车性能等方面均有优点。尽管对发展氢燃料仍有争议、又难确定推广日程，及早做出发展规划和经济论证是有意义的。

(四)石油替代

世界石油资源量终将逐渐减少以致最终枯竭，石油资源匮乏是人们关注的热点问题。对于石油产量到达峰值时间，不同学者提出了各种不同论点。一些学者曾预测世界常规原油生产的峰值将在2010年到达，有的则认为常规石油产量可持续增长20--30年或更长时间。按照目前石油年产量和年增长速率预测，当石油年产量达到峰值(60亿吨)后，产量就将逐步下降。

总体形势是：(1)勘探、钻采技术进步可将更多的石油资源开发成为探明可采储量；(2)非常规石油(包括油砂沥青、特重原油和油页岩等)储量丰富，开采、炼制技术不断进步，将补充常规石油的不足；(3)替代燃料生产技术(包括风能、太阳能、生物质能等可再生能源及核能的推广应用)、非常规石油资源开采及其加工技术、天然气制油(GTL)技术、煤炼油技术(cTL)、生物质制油技术(BTL)等的发展和应用将可逐步替代部分石油资源；(4)燃料使用技术和节能技术的进步将减缓石油消费的增长。

从目前石油生产形势看，约有63个产油国的产量处在峰值后期，35个国家尚未达到峰值。世界石油产量达到峰值的时间取决于石油消费的年均增长率和科学技术的进步等条件。较高的石油资源基数会推迟峰值产量到来的时间。近几十年来，石油资源基数不断攀升，已从上世纪40年代的820亿吨，升至2000年美国地质勘探局(USGS)估算的最高值5310亿吨。

尽管石油产量的峰值有可能于本世纪中期出现(可能会推迟)，但如不未雨绸缪，届时必定会m现全球性的能源危机。人们应该认识到：至本世纪中期(2050年)，尽管石油资源将逐渐减少，如果及时、积极地采取应对措施，在石油产量达到峰值之前解决石油替代问题，那么石油资源匮乏问题将得到一定程度的化解。

中国油、气资源相对短缺，发展替代能源尤其具有重要意义，也是解决能源问题的根本途径。除了具体项目的实施需经反复地技术经济论证之外，具体发展方针、工艺路线更需要高层决策者根据国家资源条件、技术发展状况，高屋建瓴地从国家的长远规划角度和可持续发展理念出发，预测到替代能源方案三五十年的发展前景，进行统筹安排、制定替代能源发展

战略和路线，实现能源转型。

本文试图以我国资源、技术条件为基础，就发展运输燃料的宏观经济评估问题做一探讨。根据国内石油用途及使用情况，论述内容以运输燃料的替代为重点。结合我国的国情和资源状况，着重介绍煤基和生物质基的替代燃料生产技术和交通运输工具及其节能问题。抛砖引玉，供有关领导和决策者参考，其中涉及到的具体技术课题，请参阅笔者编著、即将由中国石化出版社出版的《石油替代综论》一书。

二、宏观评估的基准

(一)原料资源及其可得性

生产替代燃料的原料种类繁多，性质各异、可得性也不同。必须衡量资源量及可供应量等做出评估。

煤炭资源：中国是煤炭资源较为丰富的国家，国土资源部公布的煤炭探明可采储量为2040亿吨。全国煤炭预测资源量约为4.55万亿吨。但我国又是人均煤炭拥有量偏低的国家(中国和美国的人均煤炭拥有量分别为160吨／人和800吨／人)。

中国的煤炭消费以发电、供热(占50％)和工业用煤(包括炼焦、建材等占40％)为主；民用、农业、商业和交通运输用煤占10％。

国民经济高速发展，使煤炭消费量迅速增长，煤炭年产量已增至26亿吨。

发展煤制油(CTL)产业，需耗用大量的优质煤炭原料(每生产1吨运输燃料油，约需耗煤4吨)，应根据发电、工业和服务业发展的用煤量来综合规划替代燃料生产的煤炭可供应量。

天然气资源：是生产替代燃料、氢燃料的重要原料，我国的天然气资源相对较少。

生物质资源：包括谷物和油料植物、木质纤维素秸秆和能源作物。数据显示：中国乃至亚洲均为可再生能源(包括生物质、太阳能、风能、地热和水力)短缺地区，人均拥有量仅为100公斤(世界人均值为300公斤)。中国农业、林业生物质废料资源不足、也未建成生物能源产业。有合适水资源的荒漠地区可发展生物质能源的种植。

生产燃料乙醇和生物柴油的玉米和植物油均为农作物，不仅占用良好耕地、光合效率也低。我国的人均粮食、油料占有率均较低(人均粮食占有率仅0.38吨／人・年)，所以玉米生产乙醇和食用植物油生产生物柴油均不应是替代燃料发展方向。

中国农作物秸杆资源量约为6亿吨。扣除饲料、还田用肥料等，可供作能源资源量约折合标准煤1.7亿吨，林业废料约折合标准煤3.7亿吨。

甜高粱制乙醇是开发中的技术。茎杆中的糖分可发酵生产乙醇，榨汁后的纤维素和半纤维素也可用作生产乙醇原料。

生产薯类作物地区可以发展薯类制乙醇技术，用木薯制乙醇每亩地可产乙醇0.2吨。除了薯类的前期预处理过程与玉米原料不同外，其他工序均相近。薯类发酵的残渣营养价值较低，通常用作沼气或肥料。加工薯类淀粉的水耗量较大，污水处理难度较大。

(二)能耗与能效率

替代石油生产过程的能耗是重要的经济指标。

煤直接液化为高压高温操作、生产流程长。水电等公用工程和氢耗量均较高，生产过程综合能效率为50％左右，即使用2吨一次能源(煤)最终转化为1吨油品。

煤间接液化采用一次通过式合成流程、与联合循环发电技术相结合的联产流程是生产运输燃料油的优化路线。联产合成油的IGCC电站系统可以提高能效率(达到52％--55％，常规合成仅为42％左右)，并可降低建设投资和生产费用。

目前玉米生产燃料乙醇的能效率已达1.34。每生产1公斤高热值的燃料乙醇需消费化石能源0.34公斤(包括玉米耕种、玉米收获、乙醇生产和燃料乙醇分配)。

生物柴油的能效率为1.313。即每生产1公斤能量的生物柴油需消费化石能源0.313公斤。

所以严格说，目前的生物燃料并非完全的“绿色燃料”。

(三)环境影响与温室气体(GHG)排放

用碳基化石能源生产替代燃料造成的温室气体排放量超过原油炼制过程。以煤炭生产合成油为例，煤炭中约70％含碳在合成过程转化为CO2排入大气中，造成温室气体效应。即使采取CO2回收或填埋技术后，也仍有约10％含碳未能回收而排入大气中。

在CTL生产流程中应考虑CO2回收、利用，以解决温室气体排放问题。CTL生产过程中增加碳回收将导致过程的能效率降低2％--3％，生产成本约增长25％。建设投资也将相应增加。

以CITL为例：每吨合成油的碳排放量2--2.4吨(联产电力的合成油厂，碳排放量约相当于进料含碳量的72％--77％。CO2回收系统的碳扑集量约相当于原料煤含碳量的70％)。

替代燃料生产过程还可能造成大气污染物的排放，对局部的环境和居民健康构成危害。例如：硫氧化合物(SOX)扩散范围可达几百公里。形成“酸雨”危害土壤和农作物生产。澳大利亚曾计划发展大型油页岩工业项目，由于未能解决二恶英毒害防治问题而被迫搁置、停建。

(四)建设投资

煤炭直接液化或间接液化工厂的单位油品(吨/年)的建设投资约1.2万元，炼油能力为500---1000万吨／年的燃料型炼油厂，单位生产能力(吨/年)的建设投资约在1500--2000元。据此估算，与投资有关的折旧费、维修费用和保险费等项均相应增大，煤制油项目的固定成本约为炼油项目的6倍。

煤直接液化过程包括高苛刻度的加氢过程和大量的固体物料破碎、研磨过程；水电等公用工程能耗为20公斤／吨产品，使生产成本增高。

宏观而言，CTL项目应包括相应的采煤、铁路运输、供电及供水等公用工程设施，综合投资费用就更高了。

(五)生产成本与价格

替代燃料的生产成本与原料价格、公用工程消耗量和建设投资密切相关。由于CTL是投资密集的工业，不仅固定成本会相应增加，税率和资金回报率也应相应增加，才能促进资金积累和鼓励投资信心。考虑这些因素，CTL的投资利润率应不低于12％。

上述增加成本因素必然导致替代燃料价格上升，对石油燃料的竞争力降低。

(六)占用土地

多数生物质能源是靠光合作用、摄取太阳能获得的。发展生物质原料生产需占用大量耕地或开垦荒漠土地。就土地的“能量收获密度”而言，不同产品差别很大。粮食生产乙醇的转化效率低：单位耕地面积的乙醇产量差别很大：甜高粱：4.0；甘蔗；3.1；玉米：1.3吨／公顷。

每生产1吨生物柴油占用耕地面积(公顷)：大豆：2.7；菜籽油：1.0；蓖麻油：0.84；棕榈油：0.2。

黄连木每亩地可产生物柴油60公斤(产1吨油需占地17亩)，麻风树果可产生物柴油180公斤(产1吨油需占地5.6亩)。

微藻生物柴油每公顷可达到40--60吨产量，不需占用耕地，可利用荒漠土地，但对日照强度和二氧化

碳供应有特定要求。

(七)水资源

替代燃料生产过程需耗用一定量的水资源。直接液化CDTL的耗水指标为7--8吨／吨生成油；间接液化CITL的耗水量指标为8--10吨／吨生成油。若包括原料煤的水洗，则总耗水量可达10--12吨／吨生成油。水资源也是发展CTL工业的制约因素。中国北方是水资源短缺地区。

微藻生产生物柴油，在微藻培育过程需要补充水，可使用盐碱水或海水等非饮用水源，取决于藻类的品种。在荒漠地区发展微藻生物柴油尤其需要考虑水源问题。

三、石油替代方案

运输车辆的能耗与客货运输量、车辆的效率、使用燃料种类有关、提高运输车辆的效率对于节约燃料、减少温室气体排放均具有重要意义。

替代燃料的发展路线应与汽车发动机和汽车发展趋势相适应。从使用内燃机汽车、推广混合动力汽车(HEV)到未来的燃料电池汽车是必然的发展趋势。这一发展时程要经历较长时间和逐渐的过渡。因此，不同时期需要有不同的替代燃料发展路线。最先是解决汽、柴油和航空燃料的替代；然后是为推广插电式混合动力汽车(PHEV)或电动汽车提供电力；最终则是为燃料电池汽车提供氢燃料。

改进、提高运输车辆效率的节能效应是显著的。例如：常规内燃机汽车通过改进发动机系统、传动系统、机泵负荷、驱动系统和减低车身重量等就可提高汽车的行车效率。汽车内燃机的均匀充气压燃技术可大大节约油耗。推广HEV汽车和发展燃料电池汽车的节油效应更为显著。1公斤氢燃料就约相当于8升汽油。

按照油箱到车轮(TTW)表示的运输过程能量效率计算：常规火花塞式的汽油内燃机汽车的TTW效率为16.7％；混合动力汽油内燃机汽车为20.7％；可使燃料经济性提高24％。未来的氢气燃料电池汽车可按40％计算；燃料经济性约可提高150％。

生产替代燃料的原料包括煤炭、天然气、生物质、太阳能、风能、核能等。不同发展时期的使用的替代燃料有：液体替代燃料(替代汽油和替代柴油，燃料乙醇、生物柴油等)，然后是电力，最终是使用氢燃料。

以下按不同的原料(煤炭、天然气和生物质等)生产各类替代燃料工艺方案的宏观经济性论述如下：

(一)煤炭

在内燃机汽车时代，用煤制油技术生产液体替代燃料的两种工艺均有在进行产业化示范的项目。国内具备了煤制油技术的工程设计和建设能力

在油价较高、煤炭价格相对较低的条件下，在煤资源丰富地区适合建设煤制油工厂。

煤制油是投资密集的产业，还需要配套建设相应规模的煤矿、交通运输和公用工程系统设施。全系统的综合投资可能高于深海天然石油、非常规石油的开发，做好CTL建设项目的综合宏观技术经济论证是必要的。

煤制油过程造成了温室气体排放效应，需要采用CO2回收和埋存技术以减少排碳。建设减排设施将降低过程的能效率，还将导致每吨油品增加上千元的减排费用。

1、煤直接液化(CDTL)技术

国内建设的CDTL项目，在工艺流程、工艺设备和控制技术等方面均有改进和创新；已进展到大型工业示范阶段。

CDTL为高压加氢技术，工艺特点是使用高压、高温工艺设备，操作条件苛刻；耗用大量氢气。汽油质量好、柴油十六烷值低，需经过调合才能出厂

2、煤间接液化(CITL)技术

国内正积极推动CITL技术的产业化，已建设了3个示范厂。

主要优点：生产洁净的成品油、柴油质量好；生产费用低于CDTL，适合于在生产过程中回收C2。

主要缺点：工流程较长；能效率较低(常规流程42％，联产电力较高、约50％--55％)，石脑油不适合制造汽油，而适合用作裂解(生产乙烯)的原料。

由整体燃气化联合循环(IGCC)发电与合成工艺组成的油一电联产系统可扩大生产规模、提高系统能效率(55％)，相应降低建设投资。

发展合成油工厂的几个技术问题：

①由大型煤气化炉、先进合成技术和IGCC发电系统组成的联合工厂在工程建设和生产运行上均缺乏经验。

②联合工厂耗水量大，(用水指标约为8--12吨／吨合成油)，污水处理和对地下水源污染问题也值得关注。

③煤矿规模应与合成油工厂配套，生产规模为年产合成油300万吨合成油厂，年耗煤量为1500---1600万吨(包括发电和燃料用)，需要配置大型煤矿基地。国家应根据资源条件配合电厂扩建考虑建设油电联产企业。

④温室气体排放问题：每吨合成油的碳排放量2--2.4。

3、煤电为电动车提供能源需要采用洁净的煤燃烧技术提高发电的效率。IGCC煤发电技术的能效率达40％。建设投资较高(约8000元／kW)

4、煤制氢：在氢燃料推广初期将以煤制氢为主要方式。采用先进技术的大型煤制氢工厂，氢燃料成本就可降到燃料电池汽车可接受的水平

(二)天然气

近年来我国天然气资源量有了较快增长。但是，目前国产天然气量和进口液化天然气数量仍不能满足城市民用燃料和调峰发电的需要。考虑到资源可得性和原料价格等因素，应慎重评估建设天然气制油(GTL)项目的技术经济可行性。

(三)生物质

在内燃机汽车时代，生物质替代燃料的主要发展路线为燃料乙醇、生物柴油、微藻柴油和生物质制油等项。

1、燃料乙醇

(1)纤维素生物质生产燃料乙醇。纤维素(如秸秆)制燃料乙醇技术：用农业秸秆或能源作物生产燃料乙醇可望于5--10年内实现工业化。纤维素制乙醇的技术课题是提高纤维素水解效率、降低纤维素酶的成本、开发木糖发酵用的微生物菌种和优化生产过程，如果这些关键技术能在今后10年内取得突破性进展，2020年将有可能达到替代率达到20％的水平。开发中的技术包括：

①开发水解用的纤维素酶：纤维素酶是由具有不同功能多种酶的重组体。美国研发目标是降低酶的生产成本(把酶的有效成本从170美元／吨乙醇降低lO倍，达到17美元／吨乙醇)、提高酶的比活性。近期把纤维素酶的比活性提高3倍(相对于Trichodermareesei系统)，最终目标是把酶的‘比活性’即生成效率提高10倍，我国也应制定相应的目标。

②糖类发酵用的微生物：为了实现秸秆生产乙醇技术的工业化，需采用DNA重组技术开发出一种新的微生物重组体，以便可以同时将葡萄糖、木糖和阿拉伯糖发酵为乙醇。研究发现：植入几种DNA基因体的发酵单胞菌可以同时进行葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的发酵。已经开发出了具有乙醇产率高、可在低PH值条件下发酵、副产物产率低的菌种；适合于工业生产使用。

③联合流程：为了将纤维素生物质完全转化为乙醇需要采用联合发酵流程。使用可以同时将葡萄糖、

木糖和阿拉伯糖发酵为乙醇的微生物，在生产上可降低耗电量；减少冷却水用量；将发酵罐生产能力从2.5克／升小时提高至5克／升小时，从而可以大大降低发酵罐的容量，降低建设投资。

(2)粮食生产乙醇不是发展方向，这是因为：粮食作物的光合作用的效率低；粮食生产乙醇的转化效率低：单位耕地面积的乙醇产量(吨／公顷)：甜高粱为4.0；甘蔗为3.1；玉米为1.3；中国的可耕地面积少，人均粮食水平偏低(仅约为0.38吨／人・年)。

(3)其他原料：非粮乙醇生产技术研发现状。甜高粱：具有不占用耕地和光合效率高、抗旱、耐涝耐盐碱等特性。每亩地可收获鲜茎杆4--5吨。茎杆的榨汁作为发酵制乙醇的原料。目前，茎秆的储存、防止霉化变质和木质纤维素利用等技术问题尚未解决。薯类：在盛产薯类地区可适当发展燃料乙醇的生产。

2、生物柴油

2006年世界生物柴油总产量约为750万吨，相当于680万吨(油当量)。

生物柴油的原料种类繁多。除了食用植物油外、发展木本油料作物、回收餐饮废油等非食用油资源是发展生物柴油的方向。 发展生物柴油工业，需要为副产甘油开发新的用途。生产环氧氯丙烷、1，3-丙二醇可供选择。

植物油经过加氢处理生产绿色柴油是第二代生物柴油工艺。产品具有高十六烷值(80)、超低硫含量和不含芳烃等特点。国外已建成了工业生产装置。此类装置适合于建在炼油厂内部以充分利用已有的供氢和水电供应设施。

10万吨／年生物柴油工厂的建设投资约3亿元左右，折合单位能力的建设投资指标为3000元／吨／年。

以大豆油为原料生产生物柴油工厂的生产成本与植物油原料价格密切相关。大豆价格为3000元／吨和4000元／吨时，生物柴油生产成本分别约为4700元／吨柴油当量和5100元／吨柴油当量。

3、微藻柴油

美国等国家已经对微藻生产生物柴油课题进行了近30年的开发研究，经过实验室和户外研究，已经在优选藻类品种、光合作用机理、培育方法和条件、培育水池构造等方面取得成果。一些公司正在积极从事“露天微藻培育水池”和“微藻光生物反应器”的开发，推动微藻柴油的工业化生产。

微藻生产生物柴油的工业化取决于地区拥有的资源条件、微藻生产技术和工艺设备的开况。

资源条件主要包括：气候和日照条件、C2和营养物的来源；微藻柴油工厂应靠近炼油厂、发电站、油田天然气田以便就近取得CO2；可用的水源，微藻培育过程需要补充水，可使用盐碱水或海水，取决于藻类的品种。

微藻培育：培育微藻设施已经研制了光生物反应器和露天培育水池两种方案。在建设投资和运行上各有优缺点，均处于研究、开发阶段。尚未进入工业示范阶段。

微藻生产技术包括微藻收获、生物质干燥、提取生物油等过程，均为开发中的技术。

微藻柴油的主要优点是单位土地面积产率比用植物油生产柴油高出几十倍，且不占用耕地。但在土地上布置大面积的开放式培养池或密闭式光生物反应器，需要巨额投资。

4、生物质制油(BTL)

国外已开发成功了木质纤维素两段气化生产合成气技术，并已建成了合成气生产运输燃料的示范装置。

生物质制油包括生物质气化和合成2个工序，系统热效率较高(50％--55％)。但生物质原料的集运困难，考虑适宜的原料收集半径，BTL生产规模以年产生物油≤10万吨为宜。BTL单位投资约为1.5--1.8万元／吨／年，高于CTL。

5、生物质发电厂

规模为25--50MWe热效率(28％)，远低于大型IGCC燃煤电厂。建设投资也高于后者。

生物质发电改为煤一生物质混烧具有减少排碳效应，是更适宜的组合。

四、对比方案

石油替代的宏观规划存在诸多的不确定因素，除了应反复论证、及时修订外，尤其需要根据资源、工艺路线和目的产品等条件做出不同方案的横向比较，才能得出较为切合实际的发展方针、路线。

许多一次能源(如煤、天然气、生物质和微生物)都能通过CTL、GTL、BTL和AGL(微藻制油)等技术路线转化为烃燃料，但它们同时也可是发电(CTE、GTE、BTE)的原料。从而可组成不同的横向对比方案。例如：既可引出诸如煤发电一生物质制油与煤制油一生物质发电的两组宏观对比方案。又可引出(用太阳能的)微藻制油一煤发电与煤制油一太阳能发电两组宏观对比方案。另外，电力汽车的能耗低于内燃机汽车，于是，从原料煤开始，可以有煤制油、煤发电两组对比方案，从中可以看出发展电动汽车对社会和消费者的节约效应。实例说明如下：

(一)煤或生物质交叉生产电力或运输燃料

设定煤制油―生物质发电和生物质制油―煤发电两组方案。煤制油和生物质制油规模均为年产运输燃料油100万吨；或是用煤、生物质为发电燃料，进行两组方案的对比。原料年消耗量分别为：煤炭330万吨，生物质原料600万吨。综合比较主要结果如下：

能效率：BTL的能效率(48％)略高于CTL(42％)。生物质发电能效率(28％)低于IGCC燃煤发电(40％)：

建设投资：BTL规模较小，单位建设投资比CTL高(约20％)。原料煤量同等的CTL31)--投资(140亿元)高于煤IGCC发电厂投资(110亿元)；

生产规模：生物质大规模集中运输困难，BTL只能到年产10万t级规模，生物质发电厂规模在25--50MWe之内；

环境效应：CTL的温室气体排放率为石油炼厂的1.8倍，煤―生物质联合制油(CBTL)的GHG排放率仅相当于原油炼制过程的20％，故环境效益好于CTL；

生物质发电改为煤―生物质混烧也是合理的组合。

(二)电动汽车和汽油汽车的能效率对比

实质上是CTL-煤发电的能效率对比。

HEV汽车可将回收的动力转化为电力再利用，插电式混合动力汽车(PHEV)可直接用电力替代汽油。若常规内燃机汽车每百公里耗油量按7.2升计、电动汽车耗电量按18kWh计，则相应的油-电当量为：2.5kWh电力可替代1升汽油。

若汽油和电力均为来自煤炭，上述事例既说明先进交通运输工具的节能意义，又表明不同煤炭利用路线的经济性。说明如下：

暂按4.0kWh电力替代1升汽油计算，即5.4MWh电力(即1kW装机容量)相当于1吨汽油。可以就CTL和煤发电两条工艺路线，从原料消耗和能效率、投资和社会效益等方面对比，生产同等数量燃料的效果作出如下比较：

煤耗和能效率：CTL生产1吨燃料需耗用标准煤3.5吨，综合能效率为45％；IGCC煤发电生产5，4MWh电力耗用标准煤1.8吨，能效率为40％；生产等量运输

燃料的耗煤比率为制油：发电=1：0.51。 建设投资：CTL工艺，1吨生产能力的建设投资约为1.4万元；1KW发电能力的IGCC电厂建设投资约为0.8万元；燃煤电厂投资大大低于CTL技术。

消费者收益：驾驶PHEV汽车按每年节约汽油0.5万元、支付电费0.24万元，净节约燃料费0.26万元；购车差价按2万元计算。则增加购车费的静态回收期达8年。为推动“以电代油”，国家应实施购买PHEV汽车的优惠政策。

环境效应：PHEV汽车可实现零碳排放。GHG效应优于汽油车。

(三)2种原料―2种产品交叉方案

太阳能是地球一次能源的唯一来源，可采用塔式集热技术发电、也可为微藻生物柴油的生产提供光合作用的光源。煤炭可用作CTL技术生产燃料油的原料、也可用作IGCC技术的发电燃料。这就可组成煤制油―太阳能发电(方案甲)和微藻柴油―煤发电(方案乙)两组对比方案。

以年产替代燃料100万吨为基准，CTL制油和发电用煤量相等。设定太阳能集热发电规模与煤发电相等。进行此两组方案的技术经济比较。主要结果如下：

a)相同煤加工量的煤制油投资(140亿元)高于IGCC煤发电(110亿元)。

b)煤制油能量转化效率(45％)高于IGCC煤发电(40％)；但如上所述，电代油具有节能效应。

c)太阳能塔式集热发电按峰值计算达70GWP，折合年均20GW，投资高(280亿元)(应还有降低空间)；微藻柴油尚未建成工业装置(全部按高效的光生物反应器估算投资约为300亿元)。两者的投资均为数量级估算，投资额接近。

d)同等规模的微藻柴油工厂建设投资大大高于CTL。

e)微藻柴油―煤发电组合方案有利于电厂烟气的C02利用。

f)太阳能集热发电、微藻柴油均需占用大量土地。适合于建在光照条件好、地势平坦的荒漠(微藻需有水源)地区。

g)根据数据粗略估算；方案甲的经济性好于方案乙。

五、小结

1、煤制油技术基本成熟，是正在进行产业化示范的技术。煤制油的发展规模受到煤炭的可供应量(煤炭是发电和工业的重要燃料；我国煤矿产能已位居世界第一)和石油价格趋势等因素的约束，只能适度发展。在地区规划的基础上宜通过论证及早确定全国发展规模，不宜各行其是。预期中远期的石油替代规模约可相当于“一个大庆”。

2、油砂沥青和特重质原油约占世界原油资源总量的一半，油页岩也是重要的非常规石油资源。预计今后20--30年期间，非常规石油生产将有较大的发展以补充常规石油的短缺。预测表明：2030年非常规原油的产量将可增长至占世界石油总产量的10％左右。我国拥有油页岩炼油工业基础，发展油页岩工业需要改进加工、炼制技术，提高生产规模，解决环保技术问题。

篇12

一、非化石能源面临结构调整

“十一五”期间，我国把节能减排作为经济社会发展的约束性指标，单位GDP能耗下降19.1%，二氧化硫排放量下降14.29%，化学需氧量排放量下降12.45%，折算为二氧化碳，相当于减少二氧化碳排放14.6亿吨。进入“十二五”，我国制定了更为全面的节能减排指标，而要实现总量控制的目标，最重要的举措就是“调整能源结构，大力发展非化石能源”并加以量化：“争取到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到百分之十五左右”。

目前我国对非化石能源的定义主要分为水电、太阳能、风能、核电和生物质能，其中非粮液体燃料和替代石油基的生物基产品构成了发展生物质能的战略重点。除了被大家所熟知的生物柴油、燃料乙醇外，生物航空煤油作为另外一种重要的替代能源也逐渐进入人们的视野。

二、中国生物航煤的发展现状

2011年，中国民航局出台了《关于加快节能减排工作的指导意见》，对行业的节能减排工作提出了目标，主要可以归纳为两条：一是全行业能耗和CO2的增速低于行业发展速度；二是到2020年民航单位产出能耗和排放比2005年下降22%。在国家和行业能源政策的大背景下，生物航煤的研发、应用被提上日程。

生物航煤是指由生物质加工生产的、可替代传统航空煤油的液体烃基燃料，具有原料可再生、调和性好、杂质含量低的特点。生物航煤原料来源广泛，动植物油脂、农林废弃物和微藻都可作为其原料，通过加氢技术生产得出。（见下图）

为了应对传统航煤价、量双升以及航空业应对气候变化压力的增加（特别是2012年围绕欧盟征收航空业碳排放税的斗争），很多发达国家和发展中国家都在大力发展生物航煤，中国也不例外。2008年以来，中国石油与中国石化相继开展了生物航煤的研发工作，从原材料种植基地的建设、炼制设备的改造、试加工生产都投入大量的人力物力。中国石油建立了小桐子能源林基地并着手筹建年产6万吨的航空生物燃料炼油厂，中国石化将杭州炼油厂的加氢装置改造用于生产生物航煤并已经开始了以微藻为原料的技术开发。2011年，中国石油与民航局在北京进行了首次航空生物燃料验证飞行。2012年2月，民航局受理了中国石化的1号生物航空煤油适航审定。目前，国内生物航煤从原料的采收、加工和储运直至油品炼制和加注使用的产业链已基本勾勒完成。

三、生物航煤的应用前景

1、前景广阔

从全球来看，美国计划到2020年生物燃料将占其能源总消费量的25%，2050年达到50%；欧盟计划到2020年用生物燃料替代20%的化石燃料。国际航空运输协会（IATA）预测，2030年生物燃料占航空燃料比例达30%。

就我国而言，航煤消费量目前保持每年13%左右的增长速度，远高于国际5%的增长水平，2010年国内航煤消费已达到1800万吨以上。预计2020年中国航空煤油消费量将超过4000万吨，届时生物航煤有可能占到航油总量的30%，生物航煤市场容量将达到1200亿元。

2、制约因素

（1）生产能力不足。按照中石化从2012年开始年产6000吨、中石油从2013年开始年产6万吨来计算，到2020年两家企业的生产能力总共还不到60万吨。这与消费需求相差甚大。况且，一套炼油装置从建设、调试到正常生产，至少需要三到五年的时间。

（2）成本问题是我国发展生物航煤的最大阻碍。我国尚未建立起成熟生物燃料供应体系，包括燃料乙醇、生物煤油在内的研发和生产建设都需要大量的资金投入。现阶段生物航煤成本达到传统航空煤油的2到3倍，真正实现产业化和商业化需要政府、企业共同来努力。比如，政府投资引导各种生物燃料的商业化，同时在政策上对新能源开发予以倾斜。又如，对可作为多种生物燃料原料的“地沟油”如何加以控制，使其不回流餐桌而流向再生利用环节，实现其价值的最大化，都值得我们深思。

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参考文献：