生物質(zhì)燃料綜述

1、生物質(zhì)燃料綜述定義1.1 生物質(zhì) 生物質(zhì)：生物質(zhì)是指利用大氣、HYPERLINK /view/2630.htm水、土地等通過光合作用而產(chǎn)生的各種有機體，即一切有生命的可以生長的有機物質(zhì)通稱為生物質(zhì)。它包括HYPERLINK /view/3468.htm植物、HYPERLINK /view/7866.htm動物和HYPERLINK /view/3736.htm微生物。特點：可再生、低污染、分布廣泛。精品文檔，你值得期待 表1 生物質(zhì)分類表林業(yè)資源林業(yè)生物質(zhì)資源是指森林生長和林業(yè)生產(chǎn)過程提供的生物質(zhì)能源，包括薪炭林、在森林撫育和間伐作業(yè)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

2、枝丫、鋸末、木屑、梢頭、板皮和截頭等；林業(yè)副產(chǎn)品的廢棄物，如果殼和果核等。農(nóng)業(yè)資源農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能資源是指農(nóng)業(yè)作物(包括HYPERLINK /view/3327990.htm能源作物)；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的廢棄物，如農(nóng)作物收獲時殘留在農(nóng)田內(nèi)的農(nóng)作物秸稈（玉米秸、高粱秸、麥秸、HYPERLINK /view/1308160.htm稻草、豆秸和HYPERLINK /view/1873968.htm棉稈等）；農(nóng)業(yè)加工業(yè)的廢棄物，如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中剩余的稻殼等。生活污水和工業(yè)有機廢水HYPERLINK /view/638151.htm生活污水主要由城鎮(zhèn)居民生活、商業(yè)和服務(wù)業(yè)的各種排水組成，如冷卻水、洗浴排水、盥

3、洗排水、洗衣排水、廚房排水、糞便污水等。工業(yè)有機廢水主要是酒精、釀酒、制糖、食品、制藥、造紙及屠宰等行業(yè)生產(chǎn)過程中排出的廢水等，其中都富含HYPERLINK /view/14997.htm有機物。城市固體廢物城市固體廢物主要是由城鎮(zhèn)居民生活垃圾，商業(yè)、服務(wù)業(yè)垃圾和少量建筑業(yè)垃圾等固體廢物構(gòu)成。畜禽糞便畜禽糞便是畜禽排泄物的總稱，它是其他形態(tài)生物質(zhì)（主要是HYPERLINK /view/251850.htm糧食、農(nóng)作物秸稈和HYPERLINK /view/968920.htm牧草等）的轉(zhuǎn)化形式，包括畜禽排出的糞便、尿及其與墊草的混合物。1.2 生物質(zhì)能生物質(zhì)能：就是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)

4、中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時也是唯一一種可再生的碳源。生物質(zhì)能源的特點：（1）可再生性。（2）清潔、低碳。（3）替代優(yōu)勢。（4）原料豐富。 利用途徑：生物質(zhì)能的利用主要有直接燃燒、HYPERLINK /view/391301.htm熱化學(xué)轉(zhuǎn)換和生物化學(xué)轉(zhuǎn)換等3種途徑。生物質(zhì)的直接燃燒在今后相當長的時間內(nèi)仍將是我國生物質(zhì)能利用的主要方式。生物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)換是指在一定的溫度和條件下，使生物質(zhì)汽化、炭化、熱解和催化液化，以生產(chǎn)氣態(tài)燃料、液態(tài)燃料和化學(xué)物質(zhì)的技術(shù)。生物質(zhì)的生物

5、化學(xué)轉(zhuǎn)換包括有生物質(zhì)-沼氣轉(zhuǎn)換和生物質(zhì)-乙醇轉(zhuǎn)換等。生物質(zhì)能國內(nèi)外利用現(xiàn)狀目前，生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源。生物質(zhì)能是重要的可再生能源資源，具有資源種類多、分布廣的特點，在當今能源日趨緊張的情況下，越來越引起人們的關(guān)注。生物質(zhì)中硫含量和灰分含量較低，利用過程中對環(huán)境污染小，不會增加自然界碳的循環(huán)總量，對于未來的能源戰(zhàn)略具有深遠意義。根據(jù)BP公司2013年統(tǒng)計年鑒可知，世界生物燃料的產(chǎn)量由 2002 年的11830千噸油當量增加到2011年60286千噸油當量。根據(jù)EL Insights于2010年9月發(fā)布的報告，從2010年到2015年，全球生物制造市

6、場預(yù)計將從5729億美元增加至6937億美元，相當于在此期間的復(fù)合年增長率(CAGR)為3.9%。2.1 國外生物質(zhì)能的利用情況美國國會于2008年5月通過一項包括加速開發(fā)生物質(zhì)能源的法案，要求到2018年后，把從石油中提煉出來的燃油消費量減少20%，代之以生物燃油。據(jù)2010年美國能源展望，到2035年美國可用生物燃料滿足液體燃料總體需求量增長，乙醇占石油消費量的17%，使美國對進口原油的依賴在未來25年內(nèi)下降至45%。2009-2035年美國非水電可再生能源資源將占發(fā)電量增長的41%，其中生物質(zhì)發(fā)電占比最大為49.3%。美國還欲在中西部打造航空生物燃料基地，這將極大促進美國航空行業(yè)的綠色發(fā)

7、展據(jù)歐洲EurObserv公司于2010年12月發(fā)布的統(tǒng)計報告，2009年歐洲從固體生物質(zhì)生產(chǎn)的一次能源又創(chuàng)新高，再次達到7280萬噸油當量，比2008年增長3.6%。統(tǒng)計表明，歐洲成員國2008年從固體生物質(zhì)生產(chǎn)的一次能源比2007年增長2.3%，即增長達150萬噸油當量。這一增長尤其來自生物質(zhì)發(fā)電，比2007年提高10.8%，增長5.6TWh。來自固體生物質(zhì)發(fā)電的增長尤為穩(wěn)定，自2001年以來年均增長率為14.7%，從20.8TWh增長到2009年62.2TWh。2009年這一生產(chǎn)的大多數(shù)即62.5%，來自于聯(lián)產(chǎn)設(shè)施。歐盟生物質(zhì)基電力生產(chǎn)自2001年以來翻了二番，從2001年20.3TWh

8、增長到2008年57.4TWh。歐洲委員會于2010年5月表示，已采取積極步驟來改善歐盟的生物廢棄物管理，并以此取得大的環(huán)境和經(jīng)濟效益。分析指出，歐盟運輸業(yè)2020年可再生能源目標約1/3將可望通過使用來自生物廢棄物的生物氣體來得以滿足。瑞典是世界上道路交通最不依賴于化石燃料的國家之一，據(jù)報道，2009年，瑞典政府批準了一項計劃，到2020年將使可再生能源達到該國能源消費總量的50%。此外，該國旨在到2030年使其運輸部門完全不依賴于進口化石燃料。根據(jù)瑞典生物能源協(xié)會(Swedish Bioenergy Association)統(tǒng)計，瑞典從生物質(zhì)產(chǎn)生的總的能源消費在2000-2009年期間已從

9、88TWh增加至115TWh。而在此期間內(nèi)，基于石油產(chǎn)品的使用量已從142TWh減少至112TWh。至2009年，生物質(zhì)已超過石油，成為第一位的能源來源，占瑞典能源消費總量的32%。據(jù)預(yù)測，生物質(zhì)能的消費在2011年將繼續(xù)再增長10%。在瑞典，生物質(zhì)供熱發(fā)電1030億度，占全國能源消費總量的16.5%，占供熱能源消費總量的68.5%。瑞典首都斯德哥爾摩清潔能源轎車約10萬輛，包括使用乙醇的車、使用生物燃氣車和混合動力車，占轎車總量的11%。瑞典計劃到2020年在交通領(lǐng)域全部使用生物燃料，率先進入后石油時代。 德國政府提出了生物經(jīng)濟戰(zhàn)略，提出通過大力發(fā)展生物經(jīng)濟，以擺脫對化石能源的依賴、增加就業(yè)

10、機會、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、提高德國在經(jīng)濟和科研領(lǐng)域的全球競爭力，且在2010年，啟動了“2030年國家生物經(jīng)濟研究戰(zhàn)略通向生物經(jīng)濟之路”科研項目，計劃2011年至2016年間投入24億歐元用于生物經(jīng)濟的研發(fā)應(yīng)用。英國生物質(zhì)生產(chǎn)商和出口商公司非洲可再生能源公司(AfriRen)于2010年12月宣布，進軍非洲大陸開發(fā)生物質(zhì)能，該公司與非洲領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)集團SIFCA旗下的GRE公司簽訂長期生物質(zhì)供應(yīng)合同，GRE公司擁有2.1萬人，營業(yè)收入為6億歐元。AfriRen公司與合作伙伴將初期投資1600萬美元，為歐洲生物質(zhì)購買商創(chuàng)建一個平臺。歐洲目前進口的幾乎所有生物質(zhì)都來自于美洲，AfriRen公司將采用最新

11、的技術(shù)在非洲開發(fā)可再生能源項目。AfriRen公司旨在成為非洲最大的生物質(zhì)生產(chǎn)商，預(yù)計僅從其在加納的作業(yè)，自2011年起每年就可出口12萬噸木屑，木屑符合歐洲生物質(zhì)規(guī)格和可持續(xù)性標準。這是AfriRen公司第一個項目，該公司已與SIFCA旗下的加納橡膠Estates公司簽約8年合同，從他們在Takoradi附近的橡膠樹種植區(qū)出口木屑生物質(zhì)。丹麥正準備在全國前5大城市，逐步減少并淘汰燃煤發(fā)電站，要求發(fā)電站進行技術(shù)改造，使用生物燃料替代煤和燃油，作為城市生產(chǎn)和生活的主要能源來源。巴西所有汽油中都強制加入了25%的乙醇，2010年起所有普通柴油中生物柴油的比例也達到5%，提前三年進入B5時代。憑借生

12、物能源這張王牌，巴西政府表示有信心實現(xiàn)到2020年減排36%的目標。印度于2004年開始了石油和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的“無聲革命”，制訂了2011年全國運輸燃料中必須添加10%乙醇的法令。2.2 我國生物質(zhì)能的利用情況 我國擁有豐富的生物質(zhì)能資源，據(jù)測算，我國理論生物質(zhì)能資源為50億噸左右標準煤，是目前中國總能耗的4倍左右。在可收集的條件下，中國目前可利用的生物質(zhì)能資源主要是傳統(tǒng)生物質(zhì)，包括農(nóng)作物秸稈、薪柴、禽畜糞便、生活垃圾、工業(yè)有機廢渣與廢水等。我國十八大報告中就明確提出“支持節(jié)能低碳產(chǎn)業(yè)和新能源、可再生能源發(fā)展，確保國家能源安全”。 中華人民共和國可再生能源法和可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃的制定，以及國

13、內(nèi)相關(guān)鼓勵政策的推行，加快了我國生物質(zhì)利用技術(shù)的發(fā)展。近年來我國生物質(zhì)能源行業(yè)發(fā)展迅速，主要利用方式有以下5 種：（1）生物質(zhì)成型燃料 目前國內(nèi)生物質(zhì)成型燃料主要用于發(fā)電廠和工業(yè)鍋爐的燃料等，仍處于市場發(fā)展初期，能實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的企業(yè)不多。大部分企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模較小，企業(yè)生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定、生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)不成熟，故障率比較高，對下游生物質(zhì)成型燃料應(yīng)用市場的開拓工作較為滯后。（2） HYPERLINK /reports/201201/17151128148964.shtml 生物質(zhì)氣體燃料沼氣 沼氣技術(shù)是我國發(fā)展最早、最普遍推廣的生物質(zhì)能源利用技術(shù)。戶用沼氣在我國已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史，目前已基本成熟

14、。據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計，“十五”期間政府累計投資34 億元用于農(nóng)村戶用沼氣的建設(shè)。至2010 年，全國農(nóng)村戶用沼氣總數(shù)達到4,000 萬戶，占適宜農(nóng)戶的30左右，年生產(chǎn)沼氣155 億立方米。 HYPERLINK /reports/201201/17151128148964.shtml 生物質(zhì)可燃氣（BGF） 在缺氧條件通過高溫氣化工藝，將固體生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為清潔的燃氣。瑞典、美國、意大利、德國在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平。國外生物質(zhì)氣化裝置一般規(guī)模較大，自動化程度高，工藝較為復(fù)雜，以發(fā)電和供熱為主。近年來，我國生物質(zhì)氣化技術(shù)取得了重要突破，發(fā)行人與中科院廣州能源所聯(lián)合開發(fā)了BGF 代油/氣技術(shù)，并擁有這一技術(shù)

15、的知識產(chǎn)權(quán)，該技術(shù)目前已成功應(yīng)用于華美鋼鐵60 萬噸/年鋼鐵加熱爐生產(chǎn)線。（3）生物質(zhì)發(fā)電 隨著可再生能源法和相關(guān)可再生能源財政補貼政策的出臺，尤其是國家對生物質(zhì)發(fā)電廠的上網(wǎng)電價優(yōu)惠措施的實施，我國生物質(zhì)發(fā)電發(fā)展迅速。截至2010 年底，全國投產(chǎn)和在建的秸稈直燃發(fā)電項目170 多個，總裝機容量約400萬千瓦，其中已投產(chǎn)的裝機容量約為150 萬千瓦（資料來源：國家發(fā)展改革委有關(guān)負責人就“十二五”農(nóng)作物秸稈綜合利用實施方案有關(guān)問題答記者問）。目前,我國生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)尚處于起步階段。（4）生物質(zhì)液體燃料生物乙醇 我國生物乙醇生產(chǎn)規(guī)模相對較大，主要以糧食為原料。由于我國人均耕地面積不足1.4 畝，不足

16、世界平均水平的40%，使得我國以糧食為原料的生物乙醇發(fā)展?jié)摿τ邢蓿笠?guī)模利用存在原料供應(yīng)的瓶頸。為了避免“與人爭糧、與糧爭地”，2007 年9 月，國家發(fā)改委發(fā)布關(guān)于促進玉米深加工健康發(fā)展的指導(dǎo)意見指出，“十一五”期間我國原則上不再核準新建玉米深加工項目，要求各地立即停止備案玉米深加工項目，而且對在建、擬建項目進行全面清理，對已備案尚未建的項目全面叫停，并大力鼓勵發(fā)展非糧食作物為原料開發(fā)生物乙醇。目前國內(nèi)數(shù)家企業(yè)和科研單位都在積極開展纖維素乙醇的研究及產(chǎn)業(yè)化嘗試。生物柴油 我國生物柴油產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起步于本世紀初，隨著生物柴油產(chǎn)業(yè)日益受到國重視，近年來，我國生物柴油發(fā)展較快。根據(jù)液態(tài)生物質(zhì)燃料發(fā)展

17、的社會經(jīng)濟影響分析統(tǒng)計，2007 年全已建成的萬噸級生物柴油生產(chǎn)企業(yè)大約20 家，年生產(chǎn)量約30 多萬噸，主要原材料為油料作物、油料林木果實及各種植物油、廢棄油。生物質(zhì)裂解油 目前，我國在生物質(zhì)裂解油方面也取得了一些進展，但仍未達到大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的階段。 表2 我國生物質(zhì)能源上市公司及股票分類介紹相關(guān)企業(yè)和股票直接燃燒生物質(zhì)的直接燃燒和固化成型技術(shù)的研究開發(fā)主要著重于專用燃燒設(shè)備的設(shè)計和生物質(zhì)成型物的應(yīng)用。華西能源（002630）華光股份（600475）：垃圾焚燒爐制造。燃控科技（300152）：無煙點火、特種燃燒技術(shù)和設(shè)備的提供者。盛運股份（300090）：焚燒爐設(shè)備。生物質(zhì)氣化生物質(zhì)氣化技術(shù)

18、是將固體生物質(zhì)置于氣化爐內(nèi)加熱，同時通入空氣、HYPERLINK /view/48978.htm氧氣或HYPERLINK /view/271823.htm水蒸氣，來產(chǎn)生品位較高的可燃氣體。它的特點是氣化率可達70%以上，熱效率也可達85%。生物質(zhì)氣化生成的HYPERLINK /view/1320911.htm可燃氣經(jīng)過處理可用于合成、取暖、發(fā)電等不同用途。迪森股份（300335）液體生物燃料由生物質(zhì)制成的液體燃料叫做生物燃料。生物燃料主要包括HYPERLINK /view/1301986.htm生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇等。生物乙醇是指通過HYPERLINK /view/3736.

19、htm微生物的發(fā)酵將各種HYPERLINK /view/40397.htm生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料酒精。它可以單獨或與HYPERLINK /view/19916.htm汽油混配制成HYPERLINK /view/20205.htm乙醇汽油作為汽車燃料。龍力生物（002604）中糧生化（000930）海南椰島（600238）廣東甘化（000756）華資實業(yè)（600191）生物丁醇的蒸汽壓力低，與汽油混合時對雜質(zhì)水的寬容度大，而且腐蝕性較小，與現(xiàn)有的生物燃料相比，能夠與汽油達到更高的混合比威遠生化（600803）：甲醇、二甲醚。北大荒（600598）：擁有甲醇項目生物柴油指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕櫚

20、等，野生油料植物和工程HYPERLINK /view/1115476.htm微藻等水生植物HYPERLINK /view/42596.htm油脂以及動物油脂、HYPERLINK /view/4515328.htm餐飲垃圾油等為原料油通過酯交換工藝制成的可代替石化柴油的再生性柴油HYPERLINK /view/810216.htm燃料。國際實業(yè)（000159）沼氣HYPERLINK /view/43456.htm沼氣是各種有機物質(zhì)在隔絕空氣（還原）并且在適宜的溫度、濕度條件下，經(jīng)過微生物的HYPERLINK /view/1461803.htm發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體。沼氣的主要成分HYPER

21、LINK /view/34133.htm甲烷類似于天然氣，是一種理想的氣體燃料，它無色無味，與適量空氣混合后即可燃燒。沼氣的傳統(tǒng)利用和綜合利用技術(shù)：通過HYPERLINK /view/364960.htm沼氣發(fā)酵綜合利用技術(shù)，沼氣用于農(nóng)戶生活用能和農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)加工，沼液用于飼料、HYPERLINK /view/54305.htm生物農(nóng)藥、培養(yǎng)料液的生產(chǎn)，沼渣用于肥料的生產(chǎn)，建立起以農(nóng)業(yè)為龍頭，以沼氣為紐帶，對沼氣、沼液、沼渣的多層次利用的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。華帝股份（002035）沼氣發(fā)電技術(shù)：HYPERLINK /view/43456.htm沼氣燃燒發(fā)電時隨著大型沼氣池建設(shè)和沼氣綜合利用的不斷發(fā)展

22、而出現(xiàn)的一項沼氣利用技術(shù)，它將HYPERLINK /view/1605260.htm厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)動機上，并裝有綜合發(fā)電HYPERLINK /view/393108.htm裝置，以產(chǎn)生電能和熱能。ST民和（002234） 沼氣燃料電池技術(shù)：用HYPERLINK /view/43456.htm沼氣（主要成分為CH4）作為燃料的電池，與HYPERLINK /view/139716.htm氧化劑O2反應(yīng)生成CO2和H2O.反應(yīng)中得失電子就可產(chǎn)生電流從而發(fā)電。生物制氫生物質(zhì)通過氣化和微生物催化脫氫方法制氫。但將其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氫并不容易。生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)是將生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化為電能

23、的一種技術(shù)，主要包括農(nóng)林廢物發(fā)電、垃圾發(fā)電和沼氣發(fā)電等。燃燒發(fā)電：直接燃燒發(fā)電是將生物質(zhì)在鍋爐中直接燃燒，生產(chǎn)蒸汽帶動蒸汽輪機及發(fā)電機發(fā)電。長青集團（002616）凱迪電力（000939）韶能股份（000601）泰達股份（000652）東湖高新（600133）哈投股份（600864）華電國際（600027）：涉足生物質(zhì)能運營，即發(fā)電運營混合發(fā)電：生物質(zhì)還可以與煤混合作為燃料發(fā)電，稱為生物質(zhì)混合燃燒發(fā)電技術(shù)。混合燃燒方式主要有兩種。一種是生物質(zhì)直接與煤混合后投入燃燒，該方式對于燃料處理和燃燒設(shè)備要求較高，不是所有燃煤發(fā)電廠都能采用；一種是生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的燃氣與煤混合燃燒，這種混合燃燒系統(tǒng)中燃燒，

24、產(chǎn)生的蒸汽一同送入汽輪機發(fā)電機組。垃圾發(fā)電：垃圾發(fā)電包括垃圾焚燒發(fā)電和垃圾氣化發(fā)電，垃圾焚燒發(fā)電是利用垃圾在焚燒鍋爐中燃燒放出的熱量將水加熱獲得過熱蒸汽，推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。原電池通過化學(xué)反應(yīng)時電子的轉(zhuǎn)移制成原電池，產(chǎn)物和直接燃燒相同但是能量能充分利用。 生物質(zhì)燃料的利用技術(shù)生物質(zhì)燃料按其存在狀態(tài)可分為：固體生物質(zhì)燃料、液體生物質(zhì)燃料和氣體生物質(zhì)燃料，下面將從這三個方面對生物質(zhì)燃料的利用技術(shù)進行介紹。 圖1 生物質(zhì)能利用途徑圖3.1 固體生物質(zhì)燃料3.1.1 直接燃燒直接燃燒所耗用的生物質(zhì)能源主要是農(nóng)作物秸稈和薪柴。在牧區(qū)也燃用少量的牲畜糞便 。該方法燃料利用效率低，為 5%15%,使得

25、生物質(zhì)燃料被認為是“貧窮燃料”，節(jié)能爐灶的推廣將效率提高到了 25%30%。垃圾焚燒技術(shù)屬于直接燃燒，目前主要的燃燒方式是改進后的鏈條爐排和馬丁爐排等，循環(huán)流化床垃圾鍋爐等新技術(shù)的方式正處在發(fā)展階段, 德國、法國、美國等國家在垃圾的能源利用方面處于領(lǐng)先地位。 燃燒技術(shù)即利用燃燒設(shè)備（鍋爐和爐灶）直接燃燒生物質(zhì)燃料。爐灶燃燒的優(yōu)點是操作簡單，投資小，但燃燒效率低1025）、規(guī)模小，對生物質(zhì)資源利用產(chǎn)生極大浪費。鍋爐燃燒可以通過使用先進的鍋爐技術(shù)和燃燒技術(shù)，實現(xiàn)生物質(zhì)的大規(guī)模高效燃燒，但投資大和操作復(fù)雜。鍋爐燃燒主要包括層燃技術(shù)和流化床燃燒。（1）層燃技術(shù)。適于燃燒含水率較高和粒徑不勻的生物質(zhì)燃料

26、，一般額定功率不高于20 MW，廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，采用的鍋爐主要有往復(fù)推飼爐排爐和鏈條爐。在國外，丹麥ELSAM公司改造出具有耐磨損、耐腐蝕和燃燒效率高等特點的Ben-son型鍋爐；國內(nèi)，田宜水等研究設(shè)計雙燃燒室結(jié)構(gòu)的秸稈直燃熱水鍋爐，翟學(xué)民研制出閉式爐膛結(jié)構(gòu)的甘蔗渣鍋爐。（2）流化床技術(shù)。具有熱容大、燃燒效率高、傳熱傳質(zhì)性好、有害氣體排放少等優(yōu)勢，主要用于燃燒水分大和熱值低的生物質(zhì)燃料。在國外，美國的CE公司成功研制出大型燃廢木循環(huán)流化床發(fā)電鍋爐；瑞典研制的大型流化床鍋爐，熱效率可達到80%；芬蘭在Kelionlahti市建造的泥煤與生物質(zhì)混燒流化床鍋爐，燃料為泥煤和碎木屑。該鍋爐容量為2

27、00MW電功率，熱功率為240WM，向Jvvaskv-lan市供熱。3.1.2 固化成型 固化成型技術(shù)，可將低品位生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為便于儲存、運輸和利用的高品位生物質(zhì)燃料。在固化成型的過程中往往需要加入粘結(jié)劑來增加其表觀密度和抗破損能力。生物質(zhì)制品的主要原料為農(nóng)林類廢棄物，如秸稈、木屑和玉米芯等。 成型技術(shù)目前普遍使用的固體生物質(zhì)燃料生產(chǎn)技術(shù)工藝流程如圖2所示。首先需對生物原材料進行收集處理，去除水分多、灰分高、污染高、熱值低和不易燃燒的生物原材料后進行干燥處理，使其既便于燃燒也便于運輸和成型處理；然后進行粉碎和壓縮處理，在壓縮的過程中一般需加入黏結(jié)劑，也可在這一過程中加入助燃劑，若黏結(jié)劑與助燃劑兩

28、者合二為一效果更佳；最后形成便于燃燒、運輸和存儲的固體生物質(zhì)燃料。 圖2 固體生物質(zhì)燃料生產(chǎn)流程固體生物質(zhì)燃料生產(chǎn)技術(shù)按生產(chǎn)條件的不同，可分為常溫濕壓成型、熱壓成型、冷壓成型和炭化成型技術(shù)。常溫濕壓成型技術(shù)指將纖維素原料置于常溫下浸泡水解處理，使纖維軟化、皺裂、濕潤、水解后壓縮成型。該技術(shù)設(shè)備簡單，操作簡便，但部件磨損較快，烘干成本高昂，燃燒特性較差，不利于推廣使用。熱壓成型技術(shù)根據(jù)加熱部位分為非預(yù)熱成型技術(shù)與預(yù)熱成型技術(shù)。非預(yù)熱成型技術(shù)只對成型部位進行加熱，而預(yù)熱成型技術(shù)不僅對成型部位加熱，而且在原料進入成型機之前也需加熱。預(yù)熱成型技術(shù)通過減低成型壓力，使成型部件壽命大幅提高。冷壓成型技術(shù)指

29、在常溫下將生物質(zhì)顆粒高壓擠壓成型。該技術(shù)需要很大的成型壓力，可在壓縮過程中添加一定量粘結(jié)劑降低擠壓壓力。炭化成型技術(shù)根據(jù)炭化階段的先后可分為先炭化后成型與先成型后炭化。該技術(shù)將生物質(zhì)原料炭化成粉末狀木炭后，添加一定量粘結(jié)劑，用壓縮成型機壓成一定規(guī)格與形狀的成品木炭。該技術(shù)可有效減低成型部件磨損及擠壓過程中的能量消耗，但不利于貯存運輸。圖3 生物質(zhì)固體顆粒燃料 燃燒技術(shù)成型生物質(zhì)燃料因具有體積小、密度大、儲運方便、燃料致密、無碎屑飛揚、燃燒持續(xù)穩(wěn)定、燃燒效率高、燃燒后的灰渣和煙氣中污染物含量小等優(yōu)勢，受到越來越多的研究和應(yīng)用。另外，由于生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)成熟，推動了固體生物質(zhì)燃料燃燒

30、技術(shù)在各領(lǐng)域中的普遍使用。成型生物質(zhì)燃料燃燒研究在國內(nèi)雖然取得了一定的成果，但技術(shù)遠落后于國外，因此，開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)和符合我國國情的成型生物質(zhì)燃料燃燒技術(shù)是我國未來發(fā)展的一個目標。3.1.3 與煤混燃(生物煤) 由于成型生物質(zhì)燃料熱值低、水分多、易受季節(jié)及區(qū)域影響，較難滿足連續(xù)穩(wěn)定燃燒與供應(yīng)要求，而煤是一種非再生的、不清潔的能源。將煤與生物質(zhì)混合燃燒不僅可以克服各自的缺陷，而且對原有的燃燒設(shè)備改變不大。低品位的煤炭和農(nóng)林產(chǎn)業(yè)廢棄物(31 左右配比)制成的復(fù)合固體燃料, 被稱為生物煤 。煤炭 、農(nóng)林產(chǎn)業(yè)廢棄物(生物質(zhì))通過干燥 、粉碎,連同脫硫固化劑(消石灰)同時加入混合攪拌機, 接著

31、送入輥式壓力機連續(xù)制壓成型。脫硫劑的加入使燃燒灰固定了大部分的硫磺 , 生物質(zhì)又提高了煤炭的燃盡性。國外，生物質(zhì)與煤混合燃燒技術(shù)已進入商業(yè)示范階段，美國和歐盟等發(fā)達國家已建成一定數(shù)量生物質(zhì)與煤混合燃燒發(fā)電示范工程，電站裝機容量通常在 50700 MW，少數(shù)系統(tǒng)在 550MW，燃料包括農(nóng)作物秸稈、廢木材、城市同體廢物以及淤泥等。國內(nèi)，對生物質(zhì)與煤混合燃燒的研究較多，但大部分都停留在生物質(zhì)與煤燃燒的排放特性上，而對先進設(shè)備與技術(shù)研究相對滯后。3.2 液體生物質(zhì)燃料液體生物質(zhì)燃料因具有資源豐富、價格低廉、可再生、零排放等優(yōu)勢而作為石油替代燃料最為理想，受到越來越多人的青睞。液體生物質(zhì)燃料主要包括燃料

32、乙醇和生物柴油，其中燃料乙醇是被看好的石油替代燃料。3.2.1 燃料乙醇 20世紀初葉，燃料乙醇因石油可大規(guī)模、低成本開發(fā)而被淘汰，而如今，因燃料乙醇具有低廉、安全、環(huán)保、清潔和可再生等優(yōu)點而作為最佳石油替代燃料，被越來越多的人關(guān)注。國外，燃料乙醇在燃料市場中所占的比例逐年增加，巴西的乙醇出口量由2005年的24.3億升增加到2010年的80億升；2001-2006年，美國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)為聯(lián)邦政府增加稅收19億美元，減少石油進口1.7億桶、減少外匯支出87億美元；2010年，美國環(huán)保署宣布同意將美國汽油中的乙醇含量上限由目前10%提高到15% ，但只推薦2007年以后生產(chǎn)的汽車使用。我國在這方面

33、也取得了令人矚目的成就，自2001年宣布推廣車用乙醇汽油以來，2005年底，成為世界第三大燃料乙醇生產(chǎn)國，2007年僅汽油添加燃料乙醇就達到550萬噸。 生產(chǎn)技術(shù)燃料乙醇的乙醇含量一般為99.5以上，高于無水乙醇（95），生產(chǎn)過程對脫水處理要求更加嚴格，其脫水方法主要有萃取精餾法、共沸精餾法、吸附分離法和離子交換樹脂法等。目前燃料乙醇的生產(chǎn)成本較高，主要包括原料成本和能耗成本，因此，如何降低成本提高其在燃料市場中的競爭力成為該領(lǐng)域的研究熱點。圖4 利用木薯等淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇的工藝流程圖 應(yīng)用領(lǐng)域作為最佳石油替代燃料的燃料乙醇，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，可應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通運輸行業(yè)等。隨著各國碳

34、排放體系的建立，燃料乙醇迎來了更加光明的前景，特別是在航空運輸行業(yè)，通過使用燃料乙醇可以減少大量的碳稅，降低成本，提高競爭力。3.2.2 生物柴油 生物柴油是利用動植物油脂生產(chǎn)出來的一種分子量與柴油接近的長鏈脂肪酸單烷基酯，具有十六烷值高、潤滑性好、無毒、VOC低、高閃點和可生物降解等優(yōu)點，可被用來替代柴油和作為化工產(chǎn)品原料使用。國外，生物柴油已經(jīng)被廣泛使用，2003年德國耕地面積為1180萬公頃，其中90萬公頃種植了能源植物，2005年已擁有1800多個生物柴油加油站；美國生物柴油的產(chǎn)量自2000年起快速增長，預(yù)計到2015年產(chǎn)量將達650萬噸。近年來我國生物柴油發(fā)展迅速，并取得令人矚目的成

35、就，但因其原料短缺、成本較高、政策扶持不到位而頻頻受阻。表3為世界部分國家生物柴油發(fā)展目標及主要原材料，由表3可見，各國對未來生物柴油的發(fā)展非常重視，并制定了詳細的目標。 表3 部分國家生物柴油發(fā)展目標及主要原材料 生產(chǎn)技術(shù) 生物柴油生產(chǎn)技術(shù)主要有直接混合法、微乳化法、高溫熱裂解法、酯交換法、酶催化法。其中直接混合法和微乳化法屬于物理方法，高溫熱裂解法、酶催化法和酯交換法屬于化學(xué)法。表4羅列了4種主要生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)缺點，由表可知，各技術(shù)所需原料不盡相同，優(yōu)缺點也不相同。目前，制備生物柴油最多的方法是酯交換法，酯交換法以甘油三酸酯與甲醇在堿催化下通過酯交換制得。該方法具有原料廣泛、工藝簡單、產(chǎn)品性

36、質(zhì)穩(wěn)定等特點而廣泛使用。同時，也存在一些不足，如生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量堿性廢水、催化劑不易分離回收、設(shè)備腐蝕嚴重而制約其進一步發(fā)展。 表4 生物柴油各生產(chǎn)技術(shù)的對比 應(yīng)用領(lǐng)域 生物柴油的制備原料來源十分寬廣，不僅可以變地溝油為寶，而且還可以通過富油、易繁殖和易飼養(yǎng)的微藻生物制得。通過微藻生物制備生物柴油，可以提高生物柴油的質(zhì)量，還有望降低生物柴油的成本，具有非常光明的前景。因生物柴油成本低廉、清潔和可再生，而被應(yīng)用于各個領(lǐng)域中。3.3 氣體生物質(zhì)燃料將生物質(zhì)制成氣體燃料是實現(xiàn)生物質(zhì)高效清潔利用的另外一種形式，主要包括生物質(zhì)發(fā)酵（沼氣）利用、生物質(zhì)氣化利用、生物質(zhì)制氫利用。其中生物質(zhì)制氫技術(shù)是目前

37、研究的熱點，可用于很多領(lǐng)域，特別是燃料電池、汽車燃料方面。3.3.1 生物質(zhì)發(fā)酵技術(shù)沼氣是指生物質(zhì)通過厭氧微生物分解代謝后生成的以甲烷為主的氣體，還包括少量的硫化氫、氫氣、二氧化碳。沼氣發(fā)酵包括3個階段，即水解液化階段、酸化階段和產(chǎn)甲烷階段。隨著生物技術(shù)不斷發(fā)展，促進了高效厭氧微生物的挖掘使用，促進了沼氣利用的發(fā)展。我國很重視這一領(lǐng)域的研究應(yīng)用，2007 年以來，我國密集出臺了一系列規(guī)范、鼓勵沼氣發(fā)展的政策法規(guī)，其中可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃的頒布，更是將沼氣列為中國重點發(fā)展的生物質(zhì)能源；根據(jù)中國農(nóng)村能源年鑒統(tǒng)計，2001-2009 年中央政府對沼氣建設(shè)的累計投資達196.1 億元，累計補貼農(nóng)戶

38、 1453.4 萬戶，占建池戶數(shù)的 41.4%。中國是世界上最大的沼氣生產(chǎn)國，2008 年全國各地新增處理農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣工程 1.36 萬處，年增 38.9%，總池容達 451.48 萬m3，年產(chǎn)沼氣 5.26 億m3；到2010年，建成規(guī)?；I(yè)有機廢水沼氣工程1600座、畜禽養(yǎng)殖場沼氣工程4700座、大中型沼氣工程年產(chǎn)沼氣約40億m3，沼氣發(fā)電達到100萬kW。在國外，瑞典的沼氣能源56%用于供熱、19%用于汽車燃料、8%用于發(fā)電和4%注入天然氣管道，沼氣汽車加氣站有120多座；英國沼氣發(fā)電裝置裝機容量2006年已達到720MW。3.3.2 生物質(zhì)氣化技術(shù) 生物質(zhì)氣化是在一定條件下將生物質(zhì)

39、的碳氫化合物轉(zhuǎn)化成含一氧化碳、甲烷、氫氣氣體的過程，可分為有氣化劑氣化和無氣化劑氣化兩類。有氣化劑氣化指在高溫下以空氣、氧氣、水蒸氣、氫氣或其混合氣等作為氣化劑，通過熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃氣體；無氣化劑氣化指在高溫、隔絕空氣的條件下，通過熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃氣體。生物質(zhì)氣化技術(shù)中關(guān)鍵裝置是氣化爐，國內(nèi)外在這一領(lǐng)域進行了大量的研究，并取得諸多研究成果。3.3.3 生物質(zhì)制氫技術(shù)氫氣是一種熱值高、無污染的可再生能源，近年來隨著氫氣貯存技術(shù)和燃料電池技術(shù)的迅速發(fā)展，氫氣的制取和利用日益受到重視，被認為是一種最具潛力的替代能源，生物質(zhì)可以通過一定技術(shù)手段制取氫氣。目前生物質(zhì)制氫技術(shù)主要有生物質(zhì)氣化制氫和生物乙醇制氫。（1）生物質(zhì)氣化制氫技術(shù) 生物質(zhì)氣化制氫原理基于生物質(zhì)氣化原理，差別是生物質(zhì)氣化制氫需將生物質(zhì)氣化后得到的可燃性氣體與水蒸汽進行多次重整而得到純凈的氫氣。目前，國內(nèi)外的研究主要集中在氣化爐、催化劑和氣化介質(zhì)上，如德國的斯圖加特太陽能和氫能研究中心采用煅燒白云石作CO2吸收劑來吸收蒸汽氣化產(chǎn)生的CO2，且在快速內(nèi)循環(huán)流化床（FICFB）和固定床中的實驗結(jié)果表明，產(chǎn)品氣中氫氣含