秸稈能源利用技術(shù)

秸稈能源利用技術(shù)農(nóng)作物秸稈資源具有多功能性，可用作燃料、飼料、肥料、生物基料、工業(yè)原料等，與廣大農(nóng)民的生活和生產(chǎn)息息相關(guān)。高效開發(fā)和集約利用農(nóng)作物秸稈資源，有利于改善農(nóng)村生產(chǎn)生活條件，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收，對(duì)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，構(gòu)建資源節(jié)約型社會(huì)，推進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)等具有重要意義。被人們稱之為改善農(nóng)村生產(chǎn)生活條件的清潔工程，建立資源節(jié)約型社會(huì)的能源工程，減輕大氣污染的環(huán)境工程，優(yōu)化畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)的節(jié)糧工程，提高耕地綜合生產(chǎn)能力的沃土工程，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)工程，增加農(nóng)民收入的富民工程。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年主要農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量6億噸以上，其中直接還田30%，過腹還田22%，剩余約3億噸左右可作為能源加以開發(fā)與利用，折合標(biāo)準(zhǔn)煤1.5億噸。農(nóng)作物秸稈能源轉(zhuǎn)化的主要方式有直接燃燒（包括通過省柴灶、節(jié)能炕、節(jié)煤爐燃燒及直燃發(fā)電）、?固化燃料（固體成型為顆粒、塊狀和棒狀燃料）、氣化燃料（包括生物質(zhì)燃?xì)?、沼氣）和液化燃料（包括燃料乙醇和生物原油）等。農(nóng)作物秸稈由于具有能量密度低、熱值不高、原料種類繁多、難以收集運(yùn)輸?shù)忍匦裕谀茉椿眠^程中存在許多技術(shù)和管理方面的問題與障礙。比如，秸稈熱解氣化焦油處理不徹底，熱值過低；秸稈生物氣化配套設(shè)備有待進(jìn)一步開發(fā)和完善；秸稈致密成型設(shè)備的關(guān)鍵部件壽命短，影響生產(chǎn)能力等，這些問題急需認(rèn)真研究解決。多年來(lái)，黨中央和國(guó)務(wù)院一直非常重視農(nóng)作物秸稈能源化利用工作，制定了相應(yīng)政策措施，加大了資金投入，成效顯著，受到了廣大農(nóng)民的熱烈歡迎。到2005年底，已累計(jì)推廣省柴節(jié)煤爐灶1.9億戶，普及率達(dá)到70%以上，熱效率比20世紀(jì)80年代初期提高了10個(gè)百分點(diǎn)；推廣節(jié)能炕2000萬(wàn)鋪，節(jié)約了大量的生物質(zhì)資源，有效緩解了農(nóng)村能源的緊張局面。已經(jīng)建設(shè)了秸稈集中供氣站539處，建立了一批秸稈固化成型示范點(diǎn)。截至2006年底，由國(guó)家和地方核準(zhǔn)秸稈規(guī)模化發(fā)電項(xiàng)目近50處，總裝機(jī)l500兆瓦，其中，山東單縣、江蘇宿遷和河北威縣3座發(fā)電站已投產(chǎn)發(fā)電，總裝機(jī)容量8萬(wàn)千瓦。雖然，我國(guó)在農(nóng)作物秸稈能源化利用方面取得了一定的成績(jī)，但是，長(zhǎng)期以來(lái)人們一直把秸稈看作是農(nóng)業(yè)的副產(chǎn)品，沒有給予足夠的重視，利用率低，浪費(fèi)嚴(yán)重。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)農(nóng)作物秸稈的認(rèn)識(shí)應(yīng)有一個(gè)轉(zhuǎn)變，秸稈和籽實(shí)一樣都是重要的農(nóng)產(chǎn)品。加強(qiáng)農(nóng)作物秸稈能源化利用，對(duì)加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。我國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中的農(nóng)業(yè)大國(guó)，以家庭承包經(jīng)營(yíng)為主體的農(nóng)村社會(huì)結(jié)構(gòu)，決定了農(nóng)作物秸稈利用必須立足于分散收集、小規(guī)模生產(chǎn)、就地利用的原則，走具有中國(guó)特色的秸稈能源化開發(fā)利用之路。今后一個(gè)時(shí)期，要對(duì)可獲得農(nóng)作物秸稈資源總量以及可利用資源的種類、分布、產(chǎn)量、利用途徑等情況全面深入系統(tǒng)地進(jìn)行調(diào)研，在此基礎(chǔ)上，對(duì)秸稈資源進(jìn)行全面、科學(xué)的評(píng)價(jià)，圍繞拓展農(nóng)業(yè)功能、發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)、促進(jìn)農(nóng)民增收，充分發(fā)揮資源和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過加強(qiáng)科技創(chuàng)新、加大政策扶持、強(qiáng)化體系建設(shè)，引導(dǎo)、整合和利用社會(huì)力量廣泛參與，在廣大農(nóng)村地區(qū)推廣高效低排生物質(zhì)爐、省柴灶、節(jié)能炕等農(nóng)村生活節(jié)能技術(shù)和秸稈沼氣技術(shù)，示范建設(shè)秸稈氣化集中供氣站和秸稈固化示范點(diǎn)，為農(nóng)民提供方，燃料，提高農(nóng)業(yè)資源利用效率，降低能源消耗，優(yōu)化能源；少污染排放，為建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村、保障國(guó)家能源安全態(tài)環(huán)境作出積極貢獻(xiàn)。一、秸稈生物氣化秸稈生物氣化技術(shù)又稱秸稈沼氣技術(shù)，是指以秸稈為原料，經(jīng)微生物厭氧發(fā)酵作用生產(chǎn)可燃?xì)怏w一一沼氣的秸稈技術(shù)。采用該項(xiàng)技術(shù)處理秸稈，能生產(chǎn)農(nóng)村急需的高品質(zhì)源，還能生產(chǎn)有機(jī)肥料，轉(zhuǎn)化率高，經(jīng)濟(jì)效益好。按處理工藝可分為干法和濕法發(fā)酵兩類，按規(guī)?？煞譃閼粲煤凸こ袒瘍深?。20世紀(jì)70年代末至80年代初，由于養(yǎng)殖業(yè)不發(fā)達(dá)，缺少糞便，戶用沼氣池普遍采用一次性進(jìn)出料的“大換料”干法發(fā)酵工藝，秸稈用量在50%左右。目前戶用沼氣池基本采用人畜糞便為原料、連續(xù)進(jìn)出料的濕法發(fā)酵工藝，基本不用秸稈。工程化和秸稈生物氣化技術(shù)目前尚未進(jìn)入大規(guī)模推廣階段。國(guó)內(nèi)外技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀國(guó)外技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀由于秸稈含有大量的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，并相互交織在一起，表面還包裹了一層蠟質(zhì)，起支撐、保護(hù)及避免微生物侵襲的作用，從而使秸稈降解極其緩慢，導(dǎo)致利用秸稈生產(chǎn)沼氣存在啟動(dòng)慢、產(chǎn)氣率低、結(jié)殼嚴(yán)重等問題。國(guó)外在秸稈的預(yù)處理、秸稈厭氧發(fā)酵工藝及產(chǎn)業(yè)化裝備方面做了研究。秸稈預(yù)處理研究?；瘜W(xué)法。Gh.HassanDar等使用1%濃度的氨水(NH4OH)預(yù)處理秸稈7天后，與禽畜糞便混合，厭氧消化能力和穩(wěn)定性提高高。RuihongZhang等發(fā)現(xiàn)氨水預(yù)處理具有較多的優(yōu)點(diǎn)，通過添加氨水，既增加了氮源，又無(wú)氨水排放。物理法。RuihongZhang等采用研磨和切碎兩種物理預(yù)處理方法處理稻草，研磨比切碎的預(yù)處理方法在沼氣產(chǎn)量上高12.5%。生物法。A.Ghosh等使用白腐真菌(Phanerochaetechry—sosporium)和褐腐真菌(Polyporusostrei/ormis)預(yù)處理秸稈，沼氣產(chǎn)量分別提高了34.73%?46.19%和21.12%?31.94%。秸稈厭氧發(fā)酵工藝試驗(yàn)。美國(guó)康奈爾大學(xué)的W.J.Jewel1等在20世紀(jì)80年代初最早完成了多種農(nóng)作物秸稈干發(fā)酵的工藝、反應(yīng)器等系統(tǒng)研究，研究認(rèn)為秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣是可行的，秸稈利用率可達(dá)50%。產(chǎn)業(yè)化設(shè)施裝備的試驗(yàn)。德國(guó)于20世紀(jì)90年代起，開始進(jìn)行以秸稈為主要原料的沼氣間歇干法厭氧發(fā)酵技術(shù)及工業(yè)級(jí)裝備的研發(fā)。目前歐洲可用于秸稈厭氧發(fā)酵處理的工藝主要有四種類型：車庫(kù)型、氣袋型、滲出液存貯桶型和干濕聯(lián)合型。美國(guó)加州大學(xué)DAVIS分校研制的貯罐型裝置也可用于秸稈厭氧發(fā)酵處理。2002年，德國(guó)BIOFERM公司、BEKON公司等廠家生產(chǎn)的車庫(kù)型工業(yè)級(jí)裝備已投入實(shí)際運(yùn)行，在控制、安全等方面均較完備，但所需投資巨大。在原料方面，德國(guó)農(nóng)場(chǎng)3000多個(gè)沼氣工程中，超過60%的工程采用玉米青貯秸稈與畜禽糞便混合厭氧發(fā)酵來(lái)生產(chǎn)沼氣并用來(lái)發(fā)電，玉米青貯秸稈是指栽種的玉米在成熟前2周左右收割、粉碎和堆放，青貯秸稈添加量一般為發(fā)酵原料的20%左右。這些工程全部采用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，中溫(35°C)發(fā)酵占90%以上，因此容積產(chǎn)氣率較高，一般都在0.8立方米/(立方米?天)以上。在全世界能源日益短缺和環(huán)境持續(xù)惡化的情況下，發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投入巨資，試圖在秸稈生物沼氣技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化方面取得突破。而取得產(chǎn)業(yè)化突破的關(guān)鍵是經(jīng)濟(jì)和技術(shù)都可行的工業(yè)級(jí)謹(jǐn)施、裝備。因此，研究適用的規(guī)模化秸稈干法厭氧發(fā)酵設(shè)施、裝備是當(dāng)前秸稈生物沼氣技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀從20世紀(jì)80年代起，國(guó)內(nèi)科研院所、大專院校和相關(guān)企業(yè)對(duì)秸稈沼氣干法厭氧發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行了大量研究，如中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所、遼寧省能源研究所、農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院、山東省能源研究所、吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所、寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所、中國(guó)科學(xué)院工程研究所、北京化工大學(xué)、武漢大學(xué)、清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京合百意生態(tài)能源科技開發(fā)有限公司、天津市同瑞達(dá)環(huán)保設(shè)備有限公司等，并取得了大量科技成果?；瘜W(xué)法。中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所使用2%的石灰澄清液堆漚秸稈，再進(jìn)行糞草發(fā)酵，取得了顯著效果。北京化工大學(xué)提出通過氫氧化鈉(NaOH)化學(xué)處理以改善玉米秸稈的可生物消化性能、提高玉米秸稈厭氧消化產(chǎn)氣量的方法，與未處理玉米秸稈相比，單位總固體含量(TS)的產(chǎn)氣率提高了13.1%?48.3%。物理法。中國(guó)科學(xué)院工程研究所研究了氣爆法預(yù)處理秸稈生產(chǎn)沼氣的方法，并利用氣爆預(yù)處理的秸稈經(jīng)多級(jí)發(fā)酵工藝進(jìn)行秸稈沼氣厭氧發(fā)酵研究。生物法。遼寧省能源研究所利用白腐菌對(duì)玉米秸稈中木質(zhì)纖維素進(jìn)行生物降解，研究木質(zhì)纖維素的變化規(guī)律，確定了白腐菌對(duì)玉米秸稈生物降解預(yù)處理的適宜條件。中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所開發(fā)了高效復(fù)合菌劑，并與北京合百意公司合作，進(jìn)行了復(fù)合菌劑預(yù)處理秸稈產(chǎn)沼氣生產(chǎn)性試驗(yàn)研究，8立方米沼氣池對(duì)比試驗(yàn)研究表明，在前30天產(chǎn)氣階段內(nèi)，經(jīng)過預(yù)處理的秸稈比未預(yù)處理的秸稈，產(chǎn)氣率提高40%以上，并且產(chǎn)氣啟動(dòng)時(shí)間縮短一半，沼氣中甲烷含量為60%左右。發(fā)酵后的物料不結(jié)殼，較為松散。2003年中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所與北京合百意生態(tài)能源科技開發(fā)有限公司在北京順義建成秸稈產(chǎn)沼氣示范基地和年產(chǎn)1200噸秸稈產(chǎn)沼氣菌劑的生產(chǎn)車間，合作生產(chǎn)秸稈預(yù)處理產(chǎn)沼氣復(fù)合菌劑，在全國(guó)10多個(gè)省、自治區(qū)、直轄的50多個(gè)縣進(jìn)行了示范應(yīng)用，并在江西吉安等地進(jìn)行了規(guī)?；茝V。（二）工藝流程戶用秸稈沼氣通過對(duì)不同的秸稈進(jìn)行粉碎度、粉碎方式、留水分和預(yù)處理時(shí)間等篩選實(shí)驗(yàn)研究，取得了大量有實(shí)用價(jià)值的技術(shù)參數(shù)，確立了復(fù)合菌劑預(yù)處理秸稈的工藝技術(shù)流程，如圖1—1所示。圖中線路1和2兩種預(yù)處理工藝的不同之處為，一個(gè)在池內(nèi)進(jìn)生物預(yù)處理，而另一個(gè)在池外。其余工藝完全相同，經(jīng)預(yù)處理的秸稈產(chǎn)氣效果相當(dāng)。（1） 粉碎。粉碎機(jī)粉碎秸稈（稻草、麥草等），粒度10毫米。（2） 溫潤(rùn)。粉碎秸稈加水（最好是糞水）潤(rùn)濕，每100千克秸稈加水量為100?120千克。潤(rùn)濕時(shí)間為1天左右。（3）混合。將潤(rùn)濕好的秸稈加水（最好是糞水），與補(bǔ)充水分后的復(fù)合菌劑和碳酸氫銨（簡(jiǎn)稱碳銨）混合。8立方米沼氣池菌劑用量l千克，碳銨用量5千克，加水量為100千克，秸稈補(bǔ)加到185—200千克（用手捏緊，有少量的水滴下，保證含水率為65%?70%）。肉眼觀察以地面不能有水流出為止。（4） 生物預(yù)處理。池外預(yù)處理時(shí)，將拌勻的秸稈收堆，寬度為2?1.5米，高度為l?1.5米（按季節(jié)不同而異）。生物預(yù)處理時(shí)間夏季3?4天，冬季4?6天。一般情況下，當(dāng)堆內(nèi)溫度達(dá)到50~C并維持3天、堆內(nèi)秸稈長(zhǎng)有白色菌絲時(shí)即人池。池內(nèi)預(yù)處理時(shí)，可人無(wú)水的沼氣池進(jìn)行生物預(yù)處理，生物預(yù)處理時(shí)適當(dāng)踏實(shí)，池口要覆蓋。（5） 接種。將生物預(yù)處理好的秸稈人池，加入接種物，同時(shí)加入碳酸氫銨（無(wú)糞便的情況下）。加入接種物的量為料容的20%?30%，碳酸氫銨量為8?10千克（有糞便時(shí)可不加或少加），加水量為沼氣池的常規(guī)容量（總固體濃度為6%—8%）。若采用干發(fā)酵工藝，秸稈經(jīng)生物預(yù)處理后不需加水，加接種物即可。（6） 啟動(dòng)。密封沼氣池池口，然后連續(xù)放氣1?3天。從放氣的第二天開始試火，直至能點(diǎn)燃并且火苗穩(wěn)定即可正常使用。大中型秸稈沼氣（覆膜開放槽干法厭氧發(fā)酵技術(shù)工藝流程）（1） 基本原理。覆膜開放槽干法厭氧發(fā)酵技術(shù)的核心是覆膜開放槽生物反應(yīng)器：采用獨(dú)特的軟管充氣壓力密封方式，使柔性的膜覆蓋材料與剛性的槽體快速密封或解除密封，從而快速建立固體厭氧發(fā)酵環(huán)境或快速轉(zhuǎn)換成好氧發(fā)酵環(huán)境，使發(fā)酵槽一槽多用。（2） 工藝流程。首先將物料堆人發(fā)酵槽，進(jìn)行好氧預(yù)發(fā)酵，待物料升溫后，將厭氧舊料或由專用菌種制備系統(tǒng)生產(chǎn)的菌種混入；然后在發(fā)酵槽上覆蓋柔性密封膜，使物料在密閉條件下厭氧發(fā)酵，生產(chǎn)沼氣；厭氧期結(jié)束時(shí)，將膜內(nèi)沼氣抽空，并收起柔性密封膜，剩余物料再進(jìn)行好氧脫水處理，生產(chǎn)有機(jī)肥料。整個(gè)處理過程分三個(gè)階段，即好氧預(yù)處理升溫一厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣一好氧發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥料。利用太陽(yáng)能和生物能使物料升溫，利用深堆層物料的自保溫性能和加強(qiáng)生物反應(yīng)器保溫來(lái)維持中溫厭氧發(fā)酵溫度，同時(shí)設(shè)計(jì)燃燒沼氣的加熱系統(tǒng)用于沼氣工程冬季穩(wěn)定運(yùn)行。用翻攪機(jī)將厭氧菌種與物料混合均勻，好氧發(fā)酵階段通過翻攪為物料充氧。（三）發(fā)展?jié)摿摆厔?shì)該項(xiàng)技術(shù)及產(chǎn)品的應(yīng)用，具有充足的資源作保障，同時(shí)秸稈生物沼氣產(chǎn)生的沼渣、沼液具有高肥效、低成本的優(yōu)勢(shì)，對(duì)改善植物與環(huán)境的互作關(guān)系、增強(qiáng)植物的抗逆能力、提高作物的產(chǎn)量、改進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等具有重要作用。秸稈生物沼氣技術(shù)及菌劑產(chǎn)品等適用于各類戶用沼氣池及大中型沼氣工程，可在全國(guó)農(nóng)村地區(qū)廣泛推廣使用。（四）效益分析秸稈生物氣化為秸稈資源的綜合利用開辟了一條新的途徑，既獲取了優(yōu)質(zhì)清潔能源，又獲取了高效低廉的有機(jī)肥料。若將1.85億噸廢棄秸稈用于產(chǎn)沼氣，按每千克秸稈（干重）產(chǎn)0.3立方米沼氣計(jì)，則每年可產(chǎn)生沼氣555億立方米，為1.1億戶農(nóng)民常年提供生活燃料［按500立方米/（戶?年）計(jì)），年減排C022694萬(wàn)噸（碳）。每年可產(chǎn)生1.1億噸有機(jī)固體肥料（含水率約20%）,為近3000公頃農(nóng)田提供優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料。二、秸稈熱解氣化秸稈熱解氣化技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展的一項(xiàng)較新的秸稈利用技術(shù)，即將秸稈轉(zhuǎn)化為氣體燃料的熱化學(xué)過程。秸稈在氣化反應(yīng)器中氧氣不足的條件下發(fā)生部分燃燒，以提供氣化吸熱反應(yīng)所需的熱量，使秸稈在700—850~C左右的氣化溫度下發(fā)生熱解氣化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為含H2、CO和低分子烴類的可燃?xì)怏w。秸稈熱解氣化得到的可燃?xì)怏w既可以直接作為鍋爐燃料供熱，又可以經(jīng)過除塵、除焦、冷卻等凈化處理后，為燃?xì)庥脩艏泄?，或者?qū)動(dòng)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)或燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)發(fā)電。（一）國(guó)內(nèi)外技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀1.國(guó)外技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀 國(guó)外生物質(zhì)氣化技術(shù)研究主要集中在氣化發(fā)電、合成甲醇以及熱電聯(lián)產(chǎn)等方面。美國(guó)及歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以農(nóng)場(chǎng)為主，生物質(zhì)資源集中，合同收購(gòu)額大，并且由于其森林覆蓋率高，生物質(zhì)資源多為木材以及林業(yè)加工廢棄物，其生物質(zhì)氣化朝著規(guī)?；?、自動(dòng)化、集成化方向發(fā)展，但采取的工藝復(fù)雜，造價(jià)昂貴。目前應(yīng)用的主要有生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（B/IC,CC）以及熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）等，發(fā)電效率和綜合熱效率都較高。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)生物質(zhì)氣化技術(shù)也進(jìn)行了多年的研究，主要將其用于發(fā)電，B/IGCC是應(yīng)用比較廣泛的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)。目前國(guó)際上有很多發(fā)達(dá)國(guó)家開展這方面研究并建成多個(gè)兆瓦級(jí)示范工程，如美國(guó)Battelle（63兆瓦）和夏威夷（6兆瓦）項(xiàng)目，歐洲英國(guó)（8兆瓦）、芬蘭（6兆瓦）以及瑞典Varnamo示范工程等。這些示范工程的原料以木材和經(jīng)過預(yù)處理成型后的生物質(zhì)原料為主。采用IGCC技術(shù)的生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)主要問題是系統(tǒng)造價(jià)高。以意大利12兆瓦的IC,CC示范項(xiàng)目為例，發(fā)電效率約為31.7%,但建設(shè)成本高達(dá)25000元/千瓦，發(fā)電成本約L2元/千瓦時(shí)，實(shí)用性很差。近年來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家也研究了其他技術(shù)路線，如比利時(shí)和奧地利的生物質(zhì)氣化外燃式燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)，美國(guó)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電技術(shù)，在提高發(fā)電效率的前提下降低生產(chǎn)成本，但技術(shù)仍未成熟，成本依然很高，尚處于示范階段。西方國(guó)家對(duì)基于固定床的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)也進(jìn)行了研究，但低密度生物質(zhì)的固定床氣化發(fā)電面臨著許多技術(shù)難題。目前，意大利AnticheTerreToscana和芬蘭技術(shù)研究中心正在進(jìn)行低密度生物質(zhì)固定床氣化技術(shù)的研究，并且已經(jīng)被列入歐盟的JOULE/THERMIE計(jì)劃中。在熱電聯(lián)產(chǎn)方面，瑞典、丹麥等北歐國(guó)家已成功實(shí)施了生物質(zhì)氣化的區(qū)域熱電聯(lián)產(chǎn)計(jì)劃，使生物質(zhì)在提供高品位電能的同時(shí)滿足供熱的要求。瑞典的地區(qū)供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)，生物質(zhì)能源占到所消耗能源的26%；奧地利建立了燃燒木材剩余物的區(qū)域供電、供熱系統(tǒng)，目前已有容量為1?2兆瓦的區(qū)域供熱站近100個(gè)。我國(guó)技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀我國(guó)目前生物質(zhì)氣化應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域是集中供氣以及中小型氣化發(fā)電，少量用于工業(yè)鍋爐供熱。農(nóng)村集中供氣工程解決了農(nóng)作物秸稈的焚燒和炊事用能問題，而生物質(zhì)氣化發(fā)電主要針對(duì)具有大量生物質(zhì)廢棄物的木材加工廠、碾米廠等工業(yè)企業(yè)。我國(guó)的秸稈氣化主要用于供熱、供氣、發(fā)電及化學(xué)品合成。秸稈氣化供熱。秸稈氣化供熱是指秸稈經(jīng)過氣化爐氣化后，生成的燃?xì)馑腿讼乱患?jí)燃燒器中燃燒，為終端用戶提供熱能。秸稈氣化供熱技術(shù)廣泛應(yīng)用于區(qū)域供熱和木材、谷物等農(nóng)副產(chǎn)品的烘干等，與常規(guī)木材烘干技術(shù)相比具有升溫快、火力強(qiáng)、干燥質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，并能縮短烘干周期，降低成本。秸稈氣化供氣。秸稈氣化供氣是指氣化爐產(chǎn)生的生物質(zhì)燃?xì)馔ㄟ^相應(yīng)的配套設(shè)備為居民提供炊事用氣。秸稈氣化供氣又分為集中供氣和單獨(dú)供氣兩種類型。秸稈氣化集中供氣。生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)是20世紀(jì)90年代以來(lái)在我國(guó)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的生物質(zhì)能源利用技術(shù)。它是在農(nóng)村的一個(gè)村或組建立一個(gè)生物質(zhì)氣化站，將生物質(zhì)經(jīng)氣化爐氣化后轉(zhuǎn)變成燃?xì)猓ㄟ^輸氣管網(wǎng)輸送和分配到用戶，系統(tǒng)規(guī)模一般為數(shù)十戶至數(shù)百戶。目前，我國(guó)已廣泛推廣利用生物質(zhì)氣化技術(shù)建設(shè)集中供氣系統(tǒng)，以滿足農(nóng)村居民炊事和采暖用氣。在秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)中，氣化爐的選用是根據(jù)不同的用氣規(guī)模來(lái)確定的，如果供氣戶數(shù)較少，選用固定床氣化爐；如果供氣戶數(shù)多(一般多于1000戶)，則使用流化床氣化爐更好。秸稈燃?xì)獾臓t具與普通的城市煤氣爐具有所區(qū)別，國(guó)內(nèi)此類爐具的生產(chǎn)廠家也較多，效果也較好，可以滿足用戶要求。戶用秸稈氣化供氣。該種方式為一家一戶的農(nóng)村居民使用，戶用小型秸稈氣化爐，產(chǎn)生的燃?xì)庵苯咏尤藸t灶使用，系統(tǒng)具有體積小、投資少的優(yōu)點(diǎn)。但也有顯著的缺點(diǎn)：由于氣化爐與灶直接相連，生物質(zhì)燃?xì)馕吹玫饺魏蝺艋幚?，因而灶具上連接管及氣化爐都有焦油滲出，衛(wèi)生很差，且易堵塞連接管及灶具；因氣化爐較小，氣化條件不易控制，產(chǎn)出氣體中可燃?xì)獬煞仲|(zhì)量不穩(wěn)，并且不連續(xù)，影響燃用，甚至有安全問題；從點(diǎn)火至產(chǎn)氣需要有一定的啟動(dòng)時(shí)間，增加了勞動(dòng)時(shí)間，而且該段時(shí)間內(nèi)煙氣排放也是個(gè)問題。秸稈氣化發(fā)電。我國(guó)在生物質(zhì)氣化方面有一定的基礎(chǔ)。早在20世紀(jì)60年代初就開展了這方面的研究工作，近20年來(lái)加快了生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步研究，開發(fā)的中小規(guī)模氣化發(fā)電系統(tǒng)具有投資少、原料適應(yīng)性和規(guī)模靈活性好等特點(diǎn)，已研制成功的中小型生物質(zhì)氣化發(fā)電設(shè)備功率從幾千瓦到5000千瓦，如表l—1所示。?i-i中國(guó)生物腰虹化ft龜摟術(shù)更3!氣化爐籬Hl旬率奸心下舸蹄to中冏用變機(jī)株北科學(xué)研算院1?斕成中匝神學(xué)隹廣捐惟摭折彌所密并池化火1B0D:L.Lf申聊學(xué)RTW岫究M1T壞制依成氣:偷:|-"i卜坤tTf氣化爐的結(jié)構(gòu)有層式下吸式、開心式、下吸式和常壓循環(huán)流化床氣化爐等，采用單燃料氣體內(nèi)燃機(jī)和雙燃料內(nèi)燃機(jī)，單機(jī)最大功率已達(dá)500千瓦。農(nóng)業(yè)廢棄物氣化發(fā)電技術(shù)經(jīng)過近年來(lái)的研究、探索，分別解決了流化床氣化、焦油裂解、低熱值燃?xì)鈾C(jī)組改造、焦油污水處理和系統(tǒng)控制及優(yōu)化等各種核心技術(shù)，在技術(shù)的產(chǎn)品化和標(biāo)準(zhǔn)化研究、提高農(nóng)業(yè)廢棄物氣化發(fā)電站的成套性和實(shí)用性方面取得較大進(jìn)展，形成了具有我國(guó)特色的農(nóng)業(yè)廢棄物能源利用方式。我國(guó)的生物質(zhì)氣化發(fā)電正在向產(chǎn)業(yè)規(guī)?；较虬l(fā)展，在國(guó)內(nèi)推廣很快，而且設(shè)備還出口到泰國(guó)、緬甸、老撾等東南亞國(guó)家和地區(qū)。目前已簽訂的中小型農(nóng)業(yè)廢棄物氣化發(fā)電項(xiàng)目總裝機(jī)容量40兆瓦以上，成為國(guó)際上應(yīng)用最多的中小型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)。我國(guó)的生物質(zhì)IGCC示范系統(tǒng)正在建設(shè)之中，裝機(jī)容量為4?6兆瓦。該技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)的同類技術(shù)相當(dāng)，而設(shè)備已全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，投資不到國(guó)外的2/3，運(yùn)行成本比國(guó)外低50%左右。而目前已有應(yīng)用的秸稈直燃發(fā)電要求生物質(zhì)資源集中，數(shù)量巨大，在大規(guī)模利用下才有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。以前我國(guó)該技術(shù)應(yīng)用發(fā)展較少，國(guó)內(nèi)近期開始從發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)該技術(shù)，但項(xiàng)目投資成本高，進(jìn)口技術(shù)的投資成本在1.1萬(wàn)元/千瓦以上，是我國(guó)氣化發(fā)電的1.5倍以上。秸稈氣化合成化學(xué)品。目前，通過使用催化劑將CO和H：合成為甲醇、二甲醚的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，生物質(zhì)氣化得到的氣體中含有CO和H2成分，所以，在一定條件下用生物質(zhì)氣化得到的氣體作為合成氣原料生產(chǎn)甲醇、二甲醚，為運(yùn)輸業(yè)提供代用燃料是可行的，而且這已成為目前研究的重點(diǎn)。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室正研究用此法合成甲醇，目標(biāo)是使合成的甲醇成本低于車用汽油。我國(guó)在利用生物質(zhì)氣化合成氣制甲醇、二甲醚方面也進(jìn)行了探索性實(shí)驗(yàn)研究。工藝流程1.秸稈氣化供熱秸稈氣化供熱系統(tǒng)包括氣化爐、濾清器、燃燒器、混合換熱器及終端裝置，該系統(tǒng)的特點(diǎn)是經(jīng)過氣化爐產(chǎn)生的可燃?xì)饪稍谙乱患?jí)燃?xì)忮仩t等燃燒器中直接燃燒，因而通常不需要高質(zhì)量的氣體凈化和冷卻系統(tǒng)，系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，熱利用率高。以上吸式氣化爐為主。見圖1—2。1*1I-.2暗肝’L化爐燃?xì)?雌木材段寰瀏產(chǎn)品系統(tǒng)1.瘴慵描%扉患振辟池3.揩燃室帆坷道5.冗化爐&殷甄明|乍.祝合挨燼智說搓前裝胃J2.秸稈氣化供氣秸稈氣化集中供氣。生物質(zhì)氣化集中供氣的基本模式如圖1一3所示，整個(gè)系統(tǒng)由燃?xì)獍l(fā)生系統(tǒng)、燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)和用戶燃?xì)庀到y(tǒng)組成。戶用秸稈氣化供氣。該系統(tǒng)(見圖1—4)產(chǎn)氣量為8?10立方米/時(shí)，熱量41.9—50.2兆焦/時(shí)，燃?xì)鉄嶂担?6兆焦/立方米，系統(tǒng)總效率可達(dá)30%?40%。(1)小規(guī)模秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)。小規(guī)模氣化發(fā)電系統(tǒng)功率在2?160千瓦之間，氣化爐幾乎都是下吸式固定床氣化爐，因?yàn)檫@種爐具產(chǎn)出燃?xì)饨褂秃枯^低，凈化系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境造成的危害較小。采用內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組，設(shè)備緊湊，運(yùn)行方便，適合照明或小型電機(jī)拖動(dòng)。見圖1—5。(2)中型秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)。目前系統(tǒng)功率一般在500?2000千瓦，由于氣化容量較大，氣化爐采用流化床或循環(huán)流化床形式，冷卻過濾系統(tǒng)比小型系統(tǒng)完善，采用催化裂解的方法使90%以上的焦油裂解成永久性氣體，發(fā)電設(shè)備為內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組，用于并網(wǎng)發(fā)電或小工業(yè)用電，也適合秸稈較多的區(qū)域進(jìn)行發(fā)電自供。見圖l一6。m1 5目-沖的整啊-虹it股I也孳姓E.舊盤卜融武rftw W卬略土il?ia#*-3€Xim大型秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)。氣化爐為循環(huán)流化床或加壓流化床，凈化方式采用陶瓷濾芯的過濾器、焦油裂解爐及焦油水洗塔。原料處理量大，自動(dòng)化程度高，系統(tǒng)效率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。見圖1—7。4.秸稈氣化合成化學(xué)品以氧氣或水蒸氣為氣化劑，氣化爐中產(chǎn)生的中熱值可燃?xì)?，除去其中的木焦油等有機(jī)物，壓縮除去C02、N：、CH+及其他碳?xì)浠衔?，再在一定壓力下，使CO與H：O反應(yīng)生成H：，調(diào)整CO和H2比例為1；2混合氣，導(dǎo)人合成反應(yīng)器，經(jīng)特定催化劑催化合成甲醇或二甲醚。見圖1—8。1 7生桁隨稚倬1 7生桁隨稚倬y化成弁站年震也卷姓Rw_j-|—■*[四"十]~7「此妙]-?JW**\THj~I1*~~I福*-]■一彳?京???偵|（三）發(fā)展?jié)摿摆厔?shì)利用生物質(zhì)氣化技術(shù)將生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為潔凈且便于輸送、利用的高品位能源是利用生物質(zhì)能源的一種有效途徑，也是替代常規(guī)能源的有效方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大部分生物質(zhì)作為能源利用，基本上還是直接獲取熱能的粗放型燃燒，由于生物質(zhì)的燃燒特性較差，有效熱利用率很低，污染嚴(yán)重。大力推廣生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)，提高能源綜合利用效率，減少污染，對(duì)新農(nóng)村建設(shè)，構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)，保障能源供應(yīng)，提高農(nóng)民生活質(zhì)量、健康水平和文明程度，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，并且可操作性強(qiáng)。我國(guó)已經(jīng)開發(fā)出多種固定床和流化床氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產(chǎn)燃?xì)狻Ｓ糜谀静暮娃r(nóng)副產(chǎn)品烘干的有800余臺(tái)，村鎮(zhèn)集中供氣系統(tǒng)年產(chǎn)生物質(zhì)燃?xì)?000萬(wàn)立方米，兆瓦級(jí)生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)已推廣20余套。（四）效益分析秸稈熱解氣化項(xiàng)目的應(yīng)用和實(shí)施，符合我國(guó)高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，大大降低煤、天然氣等化石能源的使用量，減少環(huán)境危害，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的能源發(fā)展戰(zhàn)略角度出發(fā)，是改變我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)科學(xué)用能的重大舉措，對(duì)拓展生物質(zhì)能利用技術(shù)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，推動(dòng)可再生能源行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步具有重要戰(zhàn)略意義。同時(shí)，生物質(zhì)氣化項(xiàng)目的實(shí)施，也具有顯著的社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、能源效益。集中供氣該系統(tǒng)建設(shè)以自然村為單位。選擇較典型的200戶規(guī)模為例進(jìn)行系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析。設(shè)計(jì)每戶每天消費(fèi)5立方米燃?xì)?，峰荷時(shí)要保證供應(yīng)每戶每小時(shí)不低于2立方米的氣，并要求能24小時(shí)穩(wěn)定供氣。系統(tǒng)選用XFF—2000型氣化機(jī)組和250立方米容積的氣柜。秸稈氣化發(fā)電由于秸稈原料的成本中，運(yùn)輸和貯存保管的費(fèi)用占了很大比例(30%?50%)，所以在計(jì)算發(fā)電成本時(shí)，不同規(guī)模的秸稈氣化發(fā)電站原料的運(yùn)輸和管理成本都會(huì)明顯增加。為此，對(duì)于不同規(guī)模的電站，所采用的原料價(jià)格作不同的設(shè)定。三、生物質(zhì)固化成型燃料生物質(zhì)固化成型燃料技術(shù)是在一定溫度和壓力作用下，將各類分散的、沒有一定形狀的農(nóng)林生物質(zhì)經(jīng)過收集、干燥、粉碎等預(yù)處理后，利用特殊的生物質(zhì)固化成型設(shè)備擠壓成規(guī)則的、密度較大的棒狀、塊狀或顆粒狀等成型燃料，從而提高其運(yùn)輸和貯存能力，改善秸稈燃燒性能，提高利用效率，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。生物質(zhì)原料擠壓成型后，密度可達(dá)0.8—1.3噸/立方米，熱值可達(dá)15?17兆焦/千克，燃燒特性明顯改善，且貯存、運(yùn)輸、使用方便，是在一定領(lǐng)域代替煤炭的理想燃料。生物質(zhì)固化成型燃料可以部分替代煤炭、燃?xì)獾茸鳛槊裼萌剂线M(jìn)行炊事、取暖等，也可作為工業(yè)鍋爐或生物質(zhì)發(fā)電站的燃料。我國(guó)生物質(zhì)固化成型燃料技術(shù)起步較晚，但發(fā)展迅速。目前，北京、河南、河北、山東、江蘇、安徽、遼寧、吉林、黑龍江等省、直轄市推廣生物質(zhì)固化成型燃料技術(shù)較多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，推廣使用的各類固化成型燃料設(shè)備約有30多處（不含機(jī)制木炭），其中包括部分由生產(chǎn)飼料轉(zhuǎn)制生產(chǎn)燃料的企業(yè)，年總生產(chǎn)能力約5萬(wàn)?6萬(wàn)噸。（一）國(guó)內(nèi)外技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀1.國(guó)外技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀早在20世紀(jì)30年代，美國(guó)就開始研究固化成型燃料技術(shù)并研制了螺旋式成型機(jī)。在1976年，開發(fā)出了生物質(zhì)顆粒燃燒設(shè)備。日本于20世紀(jì)50年代引進(jìn)固化成型技術(shù)后進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)展成了日本固化成型燃料的工業(yè)體系，研制出了棒狀燃料成型機(jī)及相關(guān)的燃燒設(shè)備。20世紀(jì)70年代后期，由于出現(xiàn)世界能源危機(jī)，石油價(jià)格上漲，歐洲許多國(guó)家如芬蘭、比利時(shí)、法國(guó)、德國(guó)、意大利等也開始重視固化成型燃料技術(shù)的研究。當(dāng)前，日本、美國(guó)及歐洲一些國(guó)家生物質(zhì)固化成型燃料燃燒設(shè)備已經(jīng)定型并形成了產(chǎn)業(yè)，在加熱、供暖、干燥、發(fā)電等領(lǐng)域普遍推廣應(yīng)用。在亞洲，泰國(guó)、印度、菲律賓等國(guó)家從20世紀(jì)80年代開始先后研制成了加黏結(jié)劑和不加黏結(jié)劑的生物質(zhì)固化成型機(jī)。目前，國(guó)外生物質(zhì)固化成型燃料技術(shù)的成型設(shè)備主要有四種，即環(huán)模顆粒成型機(jī)、螺桿擠壓成型機(jī)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)沖壓成型機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)沖壓成型機(jī)。原料以木屑等林業(yè)廢棄物為主，歐美國(guó)家一般不利用秸稈作原料生產(chǎn)成型燃料。國(guó)外成型燃料的發(fā)展大體分為三個(gè)階段。20世紀(jì)30年代至50年代為研究、示范、交叉引進(jìn)階段，研究的著眼點(diǎn)以代替化石能源為目標(biāo)。20世紀(jì)70年代至90年代為第二階段，各國(guó)普遍重視了化石能源對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)數(shù)量較大的、可再生的生物質(zhì)能源產(chǎn)生了興趣，開展生物質(zhì)固化成型燃料的研究，到90年代，歐洲、美洲和亞洲的一些國(guó)家在生活領(lǐng)域中比較大量地應(yīng)用生物質(zhì)固化成型燃料。20世紀(jì)90年代后期至今為第三階段，首先以丹麥為首開展了規(guī)?；玫难芯抗ぷ鳎溨哪茉赐顿Y公司BWE率先研制成功了第一座生物質(zhì)固化成型燃料發(fā)電廠，隨后瑞典、德國(guó)、奧地利等國(guó)先后開展了利用生物質(zhì)固化成型燃料發(fā)電和作為鍋爐燃料研究，丹麥已經(jīng)建立了130座發(fā)電廠。目前，美國(guó)已經(jīng)在25個(gè)州興建了樹皮成型燃料加工廠，每天生產(chǎn)燃料超過300噸。但生物質(zhì)固化成型燃料以歐洲的一些國(guó)家如丹麥、瑞典、奧地利發(fā)展最快。例如，瑞典人均生物質(zhì)固化成型燃料消耗量達(dá)到160千克/年。歐洲現(xiàn)有近百家生物質(zhì)固化成型燃料加工廠，農(nóng)場(chǎng)以秸稈為原料，靠近城市的加工廠以木屑為原料。南非在2003年建成了4座以木柴加工廢棄物為原料，年產(chǎn)量達(dá)到20萬(wàn)噸的成型燃料加工廠?？傊?，國(guó)外生物質(zhì)固化成型燃料技術(shù)發(fā)展有如下特點(diǎn)：原料以木屑等林業(yè)廢棄物為主，一般不利用農(nóng)作物秸稈；生產(chǎn)技術(shù)大部分已經(jīng)成熟，并達(dá)到規(guī)?；蜕唐坊?；成型燃料的用途已經(jīng)由燒壁爐等生活用能為主轉(zhuǎn)向了生產(chǎn)應(yīng)用；設(shè)備制造比較規(guī)范，但能耗高，價(jià)格高。2.我國(guó)技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀研發(fā)現(xiàn)狀。我國(guó)從20世紀(jì)80年代起開始致力于生物質(zhì)固化成型燃料技術(shù)的研究，主要引進(jìn)韓國(guó)、日本、中國(guó)臺(tái)灣等成套設(shè)備。隨后，荷蘭、比利時(shí)等國(guó)家的技術(shù)和設(shè)備也相繼引入我國(guó)，并以螺桿成型機(jī)為主。1999年，遼寧省能源研究所承擔(dān)的“九五”國(guó)家科技攻關(guān)(重點(diǎn))項(xiàng)目“秸稈的能源轉(zhuǎn)化與利用綜合系統(tǒng)”一一生物質(zhì)固化成型機(jī)組通過省級(jí)技術(shù)和投產(chǎn)鑒定，標(biāo)志著我國(guó)棒狀生物質(zhì)固化成型燃料生產(chǎn)設(shè)備達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。隨后，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所等單位也推出了類似的產(chǎn)品。21世紀(jì)初，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)等又推出活塞沖壓式成型設(shè)備，遼寧省能源研究所則在國(guó)內(nèi)率先推出產(chǎn)量大、能耗低、原料適應(yīng)性廣的顆粒燃料設(shè)備。不久前，該所又成功研制開發(fā)出可移動(dòng)生物質(zhì)固化成型燃料設(shè)備。至此，我國(guó)已成功研制出各種類型的生物質(zhì)固化成型燃料生產(chǎn)設(shè)備。(2)各類型設(shè)備性能介紹。活塞沖壓式成型機(jī)。該機(jī)由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)率先對(duì)沖壓式生物質(zhì)固化成型設(shè)備進(jìn)行了應(yīng)用研究，所設(shè)計(jì)的往復(fù)式活塞雙向擠壓成型機(jī)具有創(chuàng)新性。生產(chǎn)試驗(yàn)和分析結(jié)果表明：該成型機(jī)可顯著提高易損件的使用壽命，降低單位產(chǎn)品能耗，工作平穩(wěn)，成型可靠，成本低，投入回收期短，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益明顯，生產(chǎn)以秸稈為主的生物質(zhì)原料，推廣前景廣闊。但該類型設(shè)備所生產(chǎn)的燃料密度比較小。螺旋擠壓式成型機(jī)。中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所率先開始研制螺旋擠壓式棒狀燃料成型機(jī)，主要由加熱裝置、螺旋擠壓裝置和控制裝置組成。但這些設(shè)備存在著一些諸如成型筒及螺旋軸磨損嚴(yán)重、壽命較短、電耗大等缺點(diǎn)。1999年遼寧省能源研究所成功研制開發(fā)生物質(zhì)固化成型機(jī)組，該機(jī)組包括干燥、成型、炭化等設(shè)備。2005年又研制開發(fā)了BIO—37型生物質(zhì)固化成型機(jī)，該機(jī)產(chǎn)量可達(dá)到500千克/時(shí)，是目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)量最大的固化成型設(shè)備。使用該設(shè)備可以大大減少人工成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。壓輥式顆粒成型機(jī)。北京老萬(wàn)生物質(zhì)能科技有限公司從2000年開始研發(fā)農(nóng)作物秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料，其固化成型技術(shù)主要從瑞典引進(jìn)。但是在生物質(zhì)顆粒燃料加熱成型過程中，能量消耗較大。為了降低顆粒燃料成型的能耗，遼寧省能源研究所研制開發(fā)7BIO一C55型顆粒燃料生產(chǎn)設(shè)備，這是一種在常溫下生產(chǎn)顆粒燃料的成型機(jī)，采用環(huán)模壓輥式結(jié)構(gòu)，由一臺(tái)55千瓦的主電機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)模和壓輥執(zhí)行顆粒成型的擠壓，通過調(diào)整上料電機(jī)的轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)供料量的控制，顆粒燃料的生產(chǎn)效率可達(dá)到700—900千克/時(shí)。另外，通過對(duì)不同物料成型機(jī)理的研究，總結(jié)出不同物料不同含水率情況下最佳的成型條件。該成果已通過了省級(jí)科技成果鑒定。環(huán)模擠壓成型。主要有兩種，一種采用內(nèi)環(huán)模壓輥擠壓成型，一種采用雙環(huán)模對(duì)輥擠壓成型，這兩種都是由飼料成型設(shè)備改進(jìn)而來(lái)。前者以北京盛昌綠能科技有限公司改進(jìn)美國(guó)技術(shù)為代表，是目前歐美國(guó)家的主流技術(shù)，設(shè)備采用常溫成型，適用原料為秸稈、木屑等各種農(nóng)林廢棄物；產(chǎn)品為顆粒狀及方塊狀，設(shè)備生產(chǎn)能力1?4噸，環(huán)模工作壽命約600小時(shí)，根據(jù)配置其售價(jià)30萬(wàn)?60萬(wàn)元/套。在北京市大興區(qū)禮賢鎮(zhèn)建有年產(chǎn)2萬(wàn)噸的示范工廠。后者以國(guó)能惠遠(yuǎn)公司為代表，常溫成型，主要適用原料為木屑，過于干燥不易成型，成型后需要干燥處理，有黏結(jié)劑易于成型，產(chǎn)品為顆粒狀，生產(chǎn)能力約300?500千克/時(shí)，模具工作壽命約400小時(shí)，售價(jià)約30萬(wàn)元/套。北京懷柔區(qū)建有示范工廠。平模擠壓成型。由飼料成型設(shè)備改進(jìn)而成，以吉林華光研究所為代表。設(shè)備采用常溫成型，主要適用原料為木屑等，產(chǎn)品顆粒狀，設(shè)備生產(chǎn)能力50?300千克/時(shí)，平模工作壽命約400小時(shí)，售價(jià)5萬(wàn)?15萬(wàn)元/套。在國(guó)內(nèi)有少量應(yīng)用。我國(guó)一些科研單位針對(duì)成型設(shè)備存在的各種問題做了大量研究試驗(yàn)，對(duì)設(shè)備的關(guān)鍵部件進(jìn)行了改進(jìn)，還對(duì)各類成型機(jī)進(jìn)行比較分析，綜合其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了設(shè)備改造。但生產(chǎn)率低的問題需進(jìn)一步研究解決，并加快生物質(zhì)燃料專用燃燒鍋爐的研發(fā)步伐，從而推動(dòng)壓縮成型技術(shù)的商業(yè)化發(fā)展?？傮w來(lái)說，我國(guó)的生物質(zhì)固化成型燃料有如下特點(diǎn)：在全國(guó)范圍內(nèi)，還處于研究示范試點(diǎn)階段，設(shè)備的技術(shù)原理比較先進(jìn)，成本低廉，適合我國(guó)國(guó)情；規(guī)?；褪袌?chǎng)化較差；管理不規(guī)范，支持政策缺乏，推廣速度緩慢。（二）工藝流程生物質(zhì)固化成型燃料技術(shù)發(fā)展至今，已開發(fā)了許多種成型工藝和成型機(jī)械。但是作為生產(chǎn)燃料，主要是干燥物料的常溫成型與熱成型。基本流程圖如圖1—9所示。aL-y牛整旭Wlkt犁旦櫥故本耳卡i.p.曲牝rJ :泰弁?足宣產(chǎn)昇童船推料?」［1不屹過十?，＜|于klU財(cái)枝卅的■骨逑判.勵(lì)R-tiS.r-tf.SHI,口院110!胃懊III單!r熱成型工藝熱成型工藝是目前普遍采用的生物質(zhì)固化成型工藝。其工藝流程為：原料粉碎一干燥混合一擠壓成型一冷卻包裝。熱成型技術(shù)發(fā)展到今天，已有各種各樣的成型工藝問世，總的看來(lái)可以根據(jù)原料被加熱的部位不同，將其劃分為兩類：一類是原料只在成型部位被加熱，稱為非預(yù)熱熱壓成型工藝。另一類是原料在進(jìn)入壓縮機(jī)構(gòu)之前和在成型部位被分別加熱，稱為預(yù)熱熱壓成型工藝。兩種工藝的不同之處在于預(yù)熱熱壓成型工藝在原料進(jìn)入成型機(jī)之前對(duì)其進(jìn)行了預(yù)熱處理。但是從實(shí)際應(yīng)用情況看，非預(yù)熱熱壓成型工藝占主導(dǎo)地位。常溫成型工藝生物質(zhì)常溫成型工藝即在常溫下將生物質(zhì)顆粒高壓擠壓成型的過程。常溫成型工藝一般需要很大的成型壓力，為了降低成型壓力，可在成型過程中加入一定的黏結(jié)劑。如果黏結(jié)劑選擇不合理，會(huì)對(duì)成型燃料的特性有所影響。從環(huán)保角度，不加任何添加劑的常溫成型是現(xiàn)代的主流。一般成型工藝如圖1—10所示。圖11；?生物質(zhì)常溫成型匚邪程其他成型工藝除了上述主要成型工藝外，還有炭化成型工藝。該工藝可以分為兩類，一類是先成型后炭化，一類是先炭化后成型。(1)先成型后炭化工藝。工藝流程為：原料一粉碎干燥一成型一炭化一冷卻包裝。先用壓縮成型機(jī)將松散碎細(xì)的植物廢料壓縮成具有一定密度和形狀的燃料棒，然后用炭化爐將燃料棒炭化成木炭。這種工藝具有實(shí)用價(jià)值。先炭化后成型工藝。工藝流程為：原料一粉碎除雜一炭化一混合黏結(jié)劑一擠壓成型一千燥一包裝。先將生物質(zhì)原料炭化成顆粒狀炭粉，然后再添加一定量的黏結(jié)劑，用壓縮成型機(jī)擠壓成一定規(guī)格和形狀的成品炭。這種成型方式使擠壓成型特性得到改善，成型部件的機(jī)械磨損和擠壓過程中的能量消耗降低。但是，炭化后的原料在擠壓成型后維持既定形狀的能力較差，貯運(yùn)和使用時(shí)容易開裂和破碎，所以壓縮成型時(shí)一般要加入一定量的黏結(jié)劑。如果在成型過程中不使用黏結(jié)劑，要保證成型塊的貯存和使用性能，則需要較高的成型壓力，這將明顯提高成型機(jī)的造價(jià)。這種成型方式在實(shí)際生產(chǎn)中很少見。發(fā)展?jié)摿摆厔?shì)我國(guó)發(fā)展生物質(zhì)固化成型燃料的條件(1)經(jīng)濟(jì)上的可行性。固化成型燃料的經(jīng)濟(jì)可行性可以從兩方面分析。首先是固化成型燃料的價(jià)格。如果能夠建立生物質(zhì)原料的收購(gòu)體系，保證控制秸稈等原料的價(jià)格在150元/噸以內(nèi)是可能的；生物質(zhì)固化成型燃料的加工費(fèi)用為200元/噸左右，即可以控制成型燃料的成本在400元/噸以內(nèi)。生物質(zhì)固化成型燃料的熱值5?17兆焦/千克，而價(jià)格在400元/噸的煤炭的熱值約為18兆焦/千克，雖然在現(xiàn)階段內(nèi)成型燃料的熱值/價(jià)格比稍高于煤炭，但生物質(zhì)固化成型燃料是清潔能源，且煤炭的價(jià)格將逐漸上揚(yáng)。所以在一定范圍內(nèi)以固化成型燃料代替煤是完全可能的。其次是成型燃料設(shè)備的價(jià)格。雖然各類不同廠家、不同生產(chǎn)工藝的設(shè)備價(jià)格相差較大，但建設(shè)一座年產(chǎn)成型燃料5000噸的生產(chǎn)線總投資在200萬(wàn)元以內(nèi)，當(dāng)年可以回收全部投資。(2)社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整趨勢(shì)。我國(guó)大部分人口在農(nóng)村，農(nóng)村人口生活用能的大部分為原生生物質(zhì)資源。隨著社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)和農(nóng)村小康環(huán)保行動(dòng)計(jì)劃的實(shí)施，解決農(nóng)村環(huán)境“臟、舌L、差”的根本途徑是解決柴火亂堆問題，最現(xiàn)實(shí)的辦法就是使用成型燃料。另外，隨著城市化進(jìn)程的加快，小城鎮(zhèn)建設(shè)將成為今后發(fā)展重點(diǎn)，小城鎮(zhèn)靠近農(nóng)村，秸稈等資源來(lái)源方便，以成型燃料為這部分居民集中供暖，在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上是可行的。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整趨勢(shì)。改變傳統(tǒng)的不合理的能源結(jié)構(gòu)，實(shí)施“節(jié)能減排”是實(shí)現(xiàn)我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的途徑之一，發(fā)展清潔能源，實(shí)施多元化的能源發(fā)展戰(zhàn)略是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措。成型燃料加工簡(jiǎn)單、生物質(zhì)熱利用率高，必將在未來(lái)的生物質(zhì)能源中占據(jù)重要位置。生物質(zhì)固化成型燃料的開發(fā)潛力相當(dāng)巨大。固化成型燃料的開發(fā)規(guī)模根據(jù)我國(guó)農(nóng)業(yè)地區(qū)單位農(nóng)田面積秸稈產(chǎn)量和收集率計(jì)算，5萬(wàn)噸秸稈的收集半徑在15千米左右。15?30千米原料價(jià)格要比15千米以內(nèi)原料價(jià)格提高20%左右。因此，成型燃料生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)控制在1萬(wàn)?5萬(wàn)噸為宜。固化成型燃料的重點(diǎn)生產(chǎn)區(qū)域秸稈等生物質(zhì)資源的用途廣泛，生產(chǎn)固化成型燃料的生物質(zhì)原料只能是原生生物質(zhì)中的一小部分。因此，固化成型燃料的生產(chǎn)應(yīng)重點(diǎn)在如下區(qū)域展開。一是商品糧集中生產(chǎn)區(qū)。這類地區(qū)秸稈資源豐富，經(jīng)常出現(xiàn)農(nóng)民就地焚燒秸稈的現(xiàn)象。二是林區(qū)林產(chǎn)和薪柴生產(chǎn)區(qū)。這類地區(qū)林業(yè)加工剩余物量大、易得。三是生態(tài)保護(hù)區(qū)、河川源頭地區(qū)和生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)。此類地區(qū)的水土流失對(duì)生態(tài)環(huán)境影響巨大，成型燃料熱利用率高，少量的生物質(zhì)資源經(jīng)加工成成型燃料就可以滿足居民生活使用，可以有效避免亂砍濫伐現(xiàn)象。固化成型燃料的重點(diǎn)消費(fèi)領(lǐng)域農(nóng)村能源建設(shè)是提高農(nóng)民生活質(zhì)量的關(guān)鍵手段，在沼氣、生物質(zhì)氣化氣無(wú)法從根本上解決農(nóng)村尤其是北方農(nóng)村冬季取暖問題的情況下，固化成型燃料則可以解決炊事、取暖用能。我國(guó)每年因燃煤產(chǎn)生的S02達(dá)2500萬(wàn)噸，且逐年增加，為了解決由此造成的環(huán)境污染問題，各地相繼出臺(tái)了大氣污染整治方案，逐漸取締小型燃煤鍋爐。很多企事業(yè)單位在燃油、燃?xì)鉄o(wú)法承受的情況下，燃用生物質(zhì)成型燃料是最經(jīng)濟(jì)的選擇。（四）效益分析國(guó)家“十一五”規(guī)劃綱要中明確提出“擴(kuò)大生物質(zhì)固化成型燃料生產(chǎn)能力”。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)生物質(zhì)固化成型燃料發(fā)展規(guī)劃提出，在2010年前，結(jié)合解決農(nóng)村基本能源需要和改變農(nóng)村用能方式，開展生物質(zhì)顆粒燃料應(yīng)用示范點(diǎn)建設(shè)年消耗顆粒燃料500萬(wàn)噸，代替300萬(wàn)噸煤。到2020年，使生物質(zhì)顆粒燃料成為普遍使用的一種優(yōu)質(zhì)燃料，消耗顆粒燃料5000萬(wàn)噸，代替3000萬(wàn)噸煤。國(guó)家的相關(guān)政策及產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃為生物質(zhì)顆粒燃料設(shè)備的推廣應(yīng)用起到了巨大的推動(dòng)作用。生物質(zhì)固化成型燃料原料利用率很高，去除塵土等雜質(zhì)，原料利用率可達(dá)90%以上。到2020年，我國(guó)秸稈等農(nóng)林廢棄物總量在8.5億?9億噸，生產(chǎn)5000萬(wàn)噸成型燃料需要原料5500萬(wàn)噸，約占資源總量的7%。由于生物質(zhì)用途廣泛，可以預(yù)計(jì)，5000萬(wàn)噸是我國(guó)成型燃料年產(chǎn)量的極限。5000萬(wàn)噸成型燃料可以折合3000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占屆時(shí)我國(guó)能源需求總量的1%;農(nóng)民銷售秸稈5500萬(wàn)噸，以每噸獲利30元計(jì)算，使農(nóng)民增收16.5億元；成型燃料生產(chǎn)企業(yè)以每噸獲利50元計(jì)算，年獲利27.5億元。每年消費(fèi)5000萬(wàn)噸成型燃料，減排C021億一1.5億噸，減排S0280萬(wàn)?100萬(wàn)噸。 生產(chǎn)5000萬(wàn)噸成型燃料與秸稈的其他用途相結(jié)合，可以有效解決我國(guó)農(nóng)村柴火垛問題，為新農(nóng)村建設(shè)發(fā)揮重大作用，具有十分明顯的環(huán)境效益。四、農(nóng)作物秸稈直接燃燒發(fā)電生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)可分為直接燃燒、氣化燃燒和混合燃燒發(fā)電等幾種技術(shù)類型。生物質(zhì)燃燒發(fā)電（包括城市固體廢物發(fā)電）技術(shù)類似燃煤技術(shù)，燃燒產(chǎn)生的蒸氣通過汽輪機(jī)或蒸汽機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，基本達(dá)到成熟階段，且風(fēng)險(xiǎn)最小，已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段?；旌先紵巧镔|(zhì)利用現(xiàn)有電廠的設(shè)備，部分替代傳統(tǒng)化石燃料進(jìn)行利用的一種形式，分為直接混合燃燒、間接混合燃燒和并聯(lián)燃燒三種方式，都已在示范或商業(yè)化項(xiàng)目中得到應(yīng)用。到2005年底，我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量約為2000兆瓦，其中蔗渣發(fā)電約1700兆瓦、垃圾發(fā)電約200兆瓦，其余為稻殼等農(nóng)林生物質(zhì)氣化發(fā)電和沼氣發(fā)電等。2003年以來(lái)，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)先后批復(fù)了江蘇如東、山東單縣和河北晉州3個(gè)國(guó)家級(jí)秸稈發(fā)電示范項(xiàng)目，拉開了我國(guó)秸稈發(fā)電建設(shè)的序幕。在《中華人民共和國(guó)可再生能源法》及其配套政策的支持下，我國(guó)秸稈發(fā)電邁出實(shí)質(zhì)性步伐。截至2006年底，由國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、地方發(fā)展和改革委員會(huì)核準(zhǔn)生物質(zhì)規(guī)?；l(fā)電項(xiàng)目近50處，總裝機(jī)容量1500兆瓦，其中2006年核準(zhǔn)38處，裝機(jī)容量l284兆瓦，總投資約100億元。2007年估計(jì)至少還有10處以上生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目建成投產(chǎn)，裝機(jī)容量200兆瓦左右。山東單縣、江蘇宿遷和河北威縣3座發(fā)電站已投產(chǎn)發(fā)電，總裝機(jī)容量8萬(wàn)千瓦。發(fā)展秸稈發(fā)電，不僅可以有效減少由于在田間地頭大量焚燒秸稈所造成的環(huán)境污染，變廢為寶，化害為利，而且對(duì)增加農(nóng)民收入，推進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)都具有積極的作用。建設(shè)一個(gè)2.5萬(wàn)千瓦的秸稈發(fā)電廠，每年需要消耗秸稈20萬(wàn)噸，按每噸秸稈收購(gòu)價(jià)200元計(jì)算，可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增加收入約4000萬(wàn)元，惠及的農(nóng)戶數(shù)量將近5萬(wàn)戶，年人均增收約200元。（一）國(guó)內(nèi)外技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀1.國(guó)外技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀1973年的石油危機(jī)，促使丹麥等發(fā)達(dá)國(guó)家開始研究生物質(zhì)秸稈燃燒發(fā)電技術(shù)。在BWE公司的技術(shù)支撐下，1988年誕生了世界上第一個(gè)生物質(zhì)秸稈燃燒發(fā)電廠。如今已有130家秸稈發(fā)電廠遍及丹麥，秸稈發(fā)電等可再生能源占到全國(guó)能源消費(fèi)量的24%以上，丹麥靠新興替代能源由石油進(jìn)口國(guó)一躍成為石油出口國(guó)。現(xiàn)在秸稈發(fā)電技術(shù)從丹麥走向了世界，并被聯(lián)合國(guó)列為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。據(jù)資料顯示，目前在丹麥、荷蘭、瑞典、芬蘭等歐洲國(guó)家，利用秸稈作為燃料發(fā)電的機(jī)組已有300多臺(tái)。丹麥開發(fā)了一種專門燃燒打捆秸稈的燃燒爐，利用液壓式活塞將打捆秸稈通過輸入通道連續(xù)地輸送至水冷的移動(dòng)爐排。由于秸稈灰熔點(diǎn)較低，通過水冷爐墻或煙氣循環(huán)的方式來(lái)控制燃燒室的溫度，使其不能超過900~C。目前，丹麥已建立10幾家秸稈發(fā)電廠，還有約lOO多家以秸稈或林木為燃料的供熱廠。丹麥已成為全世界秸稈直燃發(fā)電的領(lǐng)先者。混合燃燒在美國(guó)發(fā)展良好，約有300多家發(fā)電廠采用生物質(zhì)與煤混合燃燒技術(shù)，裝機(jī)容量達(dá)6000兆瓦，預(yù)計(jì)還有更多的發(fā)電廠將有可能采用此技術(shù)；在挪威、瑞典也得到一定的應(yīng)用。荷蘭Gelderland電廠是歐洲在大容量鍋爐進(jìn)行混合燃燒最重要的示范項(xiàng)目之一，以廢木材為燃料，鍋爐機(jī)組選用635兆瓦煤粉爐。木材燃燒系統(tǒng)獨(dú)立于燃煤系統(tǒng)，對(duì)鍋爐運(yùn)行狀態(tài)沒有影響。系統(tǒng)于1995年投入使用，現(xiàn)已商業(yè)化運(yùn)行。每年平均消耗約6萬(wàn)噸木材（干重），相當(dāng)于鍋爐熱量輸入的3%?4%，替代燃煤約4.5萬(wàn)噸，輸出電力20兆瓦，為未來(lái)混合燃燒項(xiàng)目提供了直接經(jīng)驗(yàn)。但是，秸稈等生物質(zhì)發(fā)電如果失去了國(guó)家政策的扶持是很難生存的。以丹麥為例，秸稈發(fā)電企業(yè)除了免繳能源稅、COz稅等環(huán)境稅，并且優(yōu)先調(diào)用秸稈產(chǎn)生的電、熱，由政府保證最低上網(wǎng)電價(jià)、熱價(jià)。政府還對(duì)各發(fā)電運(yùn)營(yíng)商提出明確要求，各發(fā)電公司必須有一定比例的可再生能源容量。2.我國(guó)技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀 2006年12月1日，我國(guó)第一個(gè)國(guó)家級(jí)生物發(fā)電示范項(xiàng)目——山東省單縣秸稈直燃發(fā)電項(xiàng)目投產(chǎn)發(fā)電。單縣秸稈發(fā)電項(xiàng)目是國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)核準(zhǔn)的第一個(gè)秸稈直燃發(fā)電示范項(xiàng)目