生物质能的利用技术

生物质能的利用技术

摘要:发展生物质能是解决当今社会能源危机的一种有效方式。秸秆作为一种典型的生物质能,在我国储量巨大,发展秸秆发电技术能够带来很大的经济效益并同时降低温室效应。

关键词:生物质能;秸秆;发电

生物质能,又称为绿色能源,是地球上最广泛存在的物质,是一种古老的可再生能源。目前,全球生物质能消耗量仅次于煤、石油、天然气,位居第4位。根据生物学家估算,地球上每年生长的生物质能总量约1 400～1 800亿t,相当于目前世界总能耗的10倍。我国生物质能也极为丰富,现在每年农业剩余物量约为6.50亿t,2010年将达到7.26亿t,相当于5亿t标煤。如果考虑日益增多的城市垃圾和生活污水、禽兽粪便等其他生物质资源,我国每年的生物质资源达6亿t标煤以上,扣除一部分做饲料和其他原料,可开发为能源的生物质资源达3亿多吨标煤[1]。

1生物质能的概念

据IEA国际能源署的定义,生物质能分为固体生物质、木炭、城市固体废弃物、生物液态燃料和沼气等,其直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固体燃料、液体燃料和气体燃料。依据是否能大规模代替常规化石能源,而将生物质能分为传统生物质能和现代生物质能。传统生物质能主要包括农村生活用途:薪柴、秸秆、稻草、稻壳和其它农业生产的废弃物和畜禽粪便等;传统生物质能主要限于发展中国家,广义来说它包括所有小规模使用的生物质能。现代生物质能是指那些可以大规模用于代替常规能源即矿物类固体、液体和气体燃料的各种生物能。

2生物质能的特点

生物质能作为优质的可再生能源,与传统的化石能源相比具有很多优点,这也是生物质能越来越被人们重视的原因。生物质能的特点如下:

2.1生物质能在燃烧的过程中,对环境污染危害很小

生物质能在燃烧过程中排放的CO2可被等量生长的植物光合作用吸收,实现CO2零排放,这对减少大气中的CO2含量以及降低温室效应极为有利。生物质能含硫量很少,在利用过程中,相比化石能源能够减少对环境的危害。

2.2生物质能的含量十分巨大,而且属于可再生能源

只要有阳光存在,绿色植物的光合作用就不会停止,生物质能源就不会枯竭。大力提倡植树、种草等活动,不但植物会源源不断的供给生物质能原材料,而且还能改善生态环境。

2.3生物质能具有普遍性、易取性的特点

生物质能存在于世界上所有国家和地区,而且廉价、易取,生产过程十分简单。

2.4生物质能可储存和运输

在可再生能源中,生物质能是唯一可以储存与运输的能源,对其加工转换与连续使用提供方便。

2.5生物质能挥发组分高,炭活性高,易燃

在400 ℃左右的温度下,生物质能源大部分挥发组分可释出,将其转化为气体燃料比较容易实现。

3生物质发电技术

3.1生物质能的利用技术

生物质能转化利用途径主要包括燃烧、热化学法、生物化学法、物理化学法等,可转化为二次能源,分别为热量或电力、生物质燃气、生物原油或木炭、液化油、沼气、氢气和成型燃料等。生物质发电是利用农作物秸秆、果树枝、林业加工废弃物、城市和工业有机废弃物、禽畜粪便等燃烧发电的技术。生物质发电一共有四个主要过程,庄稼生长,收获并获得废料,运输废料,燃烧废料。第一,植物通光合作用利用阳光和二氧化碳进行生长。第二,庄稼收获,然后获得生物废料。第三,收集这些生物废料并运输到生物发电厂。第四,生物发电厂燃烧这些生物废料发电,释放CO2,并产生肥料灰。据测算,运营1台2.50万kW的生物质发电机组,与同类型火电机组相比,每年可减少CO2排放约10万t。每年燃烧后产生的约8 000t灰粉,可作为高品质的钾肥直接还田。

3.2秸秆发电技术的特点

在生物质能中秸秆已经被认为是最具开发利用规模的一种绿色可再生能源,推广秸秆发电,将具有重要意义:

①农作物秸秆量大,覆盖面广,燃料来源充足。

②秸秆含硫量很低。国际能源机构的有关研究表明,秸秆的平均含硫量只有3.80 ‰,而煤的平均含硫量约达1%。且低温燃烧产生的氮氧化物较少,所以除尘后的烟气不进行脱硫,烟气可直接通过烟囱排入大气。丹麦等国家的运行试验表明秸秆锅炉经除尘后的烟气不加其他净化措施完全能够满足环保要求。所以秸秆发电不仅具有较好的经济效益,还有良好的生态效益和社会效益。

③各类作物秸秆发热量略有区别,但经测定,秸秆热值约为15 000kJ/kg,相当于标准煤的50%。其中麦秸秆、玉米秸秆的发热量在农作物秸秆中为最小,低位发热量也有14.40mJ/kg,相当0.492kg标准煤。使用秸秆发电,可降低煤炭消耗。

④秸秆通常含有3%~5%的灰分,这种灰以锅炉飞灰和灰渣、炉底灰的形式被收集,含有丰富的营养成分如钾、镁、磷和钙,可用作高效农业肥料。

⑤作为燃料,煤炭开采具有一定的危险性,特别是矿井开采,管理难度大。农作物秸秆与其相比,则危险性小,易管理,且属于废弃物利用。

3.3国外的秸秆发电技术

目前国际上,丹麦在秸秆发电技术上较为先进,且得到了广泛应用。丹麦BWE公司是世界领先者,第一家秸秆燃烧发电厂于1998年投入运行。此后,BWE公司在西欧设计并建造了大量的生物发电厂,其中最大的发电厂是英国的Elyan发电厂,装机容量为38mW。目前丹麦建立了13家秸秆发电厂,还有一部分烧木屑或垃圾的发电厂也兼烧秸秆,秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费量的24%以上。BWE公司的秸秆发电技术已走向世界,被联合国列为重点推广项目,瑞典、芬兰、西班牙等国由BWE公司提供技术设备建成了秸秆发电厂,许多国家还制定了相应的计划,如日本的“阳光计划”,美国的“能源农场”,印度的“绿色能源工厂”等,它们都将秸秆发电技术作为21世纪发展可再生能源战略的重点工程。

德国在20世纪80年代提出的控制NOX排放的燃料分级燃烧技术,也可用于秸秆-煤粉混烧。试验证明,对于固体和液体燃料,再燃燃料的挥发分越高,则再燃效果越好。在固体燃料中,稻秸的挥发分为75%,为最佳再燃燃料。

3.4中国的秸秆发电技术

我国是一个农业国家,农村人口占总人口的70%以上,生物质能一直是农村的主要能源之一,在国家能源构成中也占有重要地位。我国政府及有关部门对生物质能利用极为重视,已连续四个“五年计划”将生物质能利用技术的研究与应用列

为重点科技攻关项目,开展了生物质能利用新技术的研究与开发,并取得了多项科研成果。

2005年12月在山东枣庄的十里泉发电厂建成投产的我国首台“煤粉-秸秆混燃”发电机组,从丹麦BWE公司引进秸秆发电技术,每年将燃用10.50万多t秸秆,相当于减少7.56万t原煤消耗,与改造前单纯燃煤发电相比,利用秸秆-煤粉混烧发电技术改造后的这台机组每年可减少SO2排放1.50t,有效减少了有害气体及悬浮颗粒对大气的污染[2]。

2004年我国首个秸秆燃烧发电厂在河北省晋州市开工建设。该秸杆发电厂占地5.33hm2,引进丹麦的秸秆发电设备,建成后年烧秸秆20万t,发电量为1.20亿度,每年可节约煤炭16万t,减少SO2排放量60多t,减少烟尘排放量400t。此外,该厂消耗秸秆全部从农民手中收购而来。按照秸秆100元/t的收购价测算,该厂通过收购秸秆,每年就可使当地农民增收2 000万元。

据不完全统计,到2006年底,全国在建农作物秸秆发电项目34个,分布在山东、吉林、江苏、河南、黑龙江、辽宁和新疆等省(区),总装机容量约120万kW;山东单县、江苏宿迁和河北威县3座发电站已投产发电,总装机容量8万kW。据国家“十一五”规划纲要提出的发展目标,未来将建设生物质发电550万kW装机容量,已公布的《可再生能源中长期发展规划》也确定了到2020年生物质发电装机3 000万kW的发展目标。

4中国生物质能的前景

虽然我国在生物质能开发方面取得了很好成绩,但技术水平与发达国家相比仍存在一定差距;在我国现实社会经济环境中还存在一些消极因素制约并阻碍着生物质能利用技术的发展、推广和应用[3]。我国生物质能利用技术的研究与开发有必要借鉴发达国家的经验,积极寻求国际合作的机会,引进国外的先进技术与装备,争取国际组织或发达国家的援助或资助,建立具有规模效益的新技术实验示范工程,加大开发与应用力度,加快我国生物质能利用技术的发展进程[4]。

参考文献

[1] 李平,徐浩泉.蔗糠燃料特性与煤粉混烧技术的研究[J].实验研究,2001(1)31-33.

[2] 贾小黎,丁航等.中国生物质发电产业现状、问题和建议[J].太阳能产业论坛,2007(5),10-13.

[3] 吴根,白丽梅等.生物质转化能源技术的发展现状及趋势探讨[J].环境科学与管理,2008(33),166-168.

[4] 傅庆红,丁晓红等.世界能源形势和前景[M].北京:地质出版社,2005.