Power Switch清電力行動中國生物質能利用技術評價駱仲泱,周勁松,王樹榮,余春江,方夢祥,岑可法(浙江大學能源潔凈利用與環(huán)境工程教育部重點實驗室,浙江杭州31007摘要:本文針對目前我國已有的生物質能利用技術進行技術評價,主要有生物質燃燒技術包括爐灶燃燒技術、鍋爐燃燒發(fā)電技術和生物質型煤技術)、生物質氣化技術(包括生物質氣化技術、生物質氣化發(fā)電技術)和生物質熱裂解液化技術。本文在闡述我國生物質能源開發(fā)利用的意義的基礎上,綜述了上述各種技術發(fā)展現(xiàn)狀與近年來的應用情況,對我國生物質能利用技術的發(fā)展有參考價值。關鍵詞:生物質;燃燒;氣化;液化;技術評價中圖分類號:Q6文獻標識碼:A文章編號:1003-2355(2004)09-0039.03Abstract: It discusses the current technologies of biomass energy utilization in China, including biomasscombustion technologies(stove combustion, power generation with biomass combustion and bio-briquette combustion), biomass gasification technologies(biomass gasifier and power generation with biomass gasification)and biomass liquefaction technologies. This article also introduces the signification of biomass energy utilization, and reviews the situation of research and application of these biomass energy utilization technologieswhich will be helpful for the future technology developmentKey words: biomass energy utilization combustion gasification liquefaction technological evaluation1中國生物質能源開發(fā)利實際使用量為2.2億tce左右。利用技術大致可分為三類:一是用的意義因此,我國的生物質資源還有很直接燃燒,直接燃燒的主要目的我國的生物質資源非常豐大的開發(fā)潛力。另外,生物質能是為了獲取熱量;二是生物轉換富,199年我國的各種主要農在我國商業(yè)用能結構所占的比例技術,通過微生物發(fā)酵方法制取作物秸桿(稻桿、麥桿、玉米桿極小,其主要被作為次能源在液體燃料或氣體燃料。三是化學等)總量為705億t,農業(yè)加工農村被利用,但大部分被直接作轉換技術,其又可分為有機溶劑殘余物(稻殼、蔗渣等)約為0.84為燃料燃燒或廢棄,利用水平提取法、氣化法和熱分解法。而億t,薪材及林業(yè)加工剩余物合低,浪費嚴重,且污染環(huán)境,所按過程的表觀現(xiàn)象將轉換技術分理資源量為1.58億t,人畜糞便以充分合理開發(fā)使用生物質能,為燃燒、干化學轉換和液化。自生物質資源總量為43億t,城改善我國尤其農村的能源利用環(huán)“七五”以來,我國已開展了廣市生活垃圾污水中的有機物約境,加大生物質能源的高品位利泛的生物質高品位的轉換裝置和0.6億t,我國生物質能資源潛用具有重要的經濟意義。利用技術的研制和開發(fā),在生物力折合7億tce左右,而目前年般來講,生物質能的轉換質氣化、液化和致密成型方面都中國煤化工收稿日期:2004-0901CNMHG作者簡介:駱仲泱(1962-),男,博士,教授,主要從事流化床燃燒理論與技術、生物質能的綜合利用技、天氣污染控制與治理等方面研究。o.2片數擺204第26卷第9期2年9月中黏39清潔電力行動Power Switch取得了較大進展。22生物質的直接燃燒與技術,除了顯而易見的廢物利用與發(fā)達國家生物質能利用技混合燃燒技術好處之外,另一個好處是燃煤電術相比,我國還相對落后。中國目哈爾濱工業(yè)大學較早進行了廠可降低NOx的排放。因為木前生物質能的燃燒利用方式主要有生物質燃料的流化床燃燒技術研材的含氨量比煤少,并且木材中兩種∶一種是在農村廣泛存在的炊究,研制成功12.5th燃甘蔗渣的水份使燃燒過程冷卻,減少了事爐灶中低效率利用,另一種是很流化床鍋爐。浙江大學提出了用NOx的熱形成。目前,國內已少部分生物質利用層燃燃燒設備燃于不同規(guī)模、各種爐型的生物質有多家鍋爐廠家生產生物質和煤燒,但效率也不高。80年代以來,燃燒系統(tǒng)的生物質利用轉化方混燒的鏈條爐和流化床爐。典型全國多家高校及科研機構在研制生案,并先后與無錫鍋爐廠、杭州「的混燃鍋爐,分別在東南亞國家物質氣化技術和裝置方面相繼取得鍋爐廠合作開發(fā)了10th燃用咖和我國廣東、浙江等省運行。其了一系列重要成果。然而,我國目啡渣流化床發(fā)電鍋爐、35th燃「中東方鍋爐廠生產的2臺前生物質能熱化學轉換技術的應用用稻殼流化床鍋爐以及10th燃DG209.8-13型煙煤與紙渣混燒遠不理想,生物質熱化學轉換利用用稻殼的鏈條爐。另外,為了提循環(huán)流化床鍋爐已在浙江寧波投典型的是面向農村集中供氣的秸桿高生物質在小型燃燒裝置上的利運,為目前我國最大的生物質與氣化工程。用效率,浙江大學還致力于成型煤混燒鍋爐。本文將對目前我國已有的生燃燒技術和流化床混燒技術的研生物質型煤是指破碎成一定物質能利用技術進行技術評價,究。浙江寧波中華紙業(yè)公司分別粒度和干燥到一定程度的煤及可主要有生物質燃燒技術(包括爐于1997年和1998年投運220th燃生物質,按一定比例摻混,加灶燃燒技術、鍋爐燃燒發(fā)電技術「煙煤和紙渣混燒的CFB鍋爐,為「入少量固硫劑,利用生物質中的和生物質型煤技術、生物質氣目前最大的生物質混燒鍋爐。木質素、纖維素、半纖維素等與化發(fā)電技術(包括生物質氣化技利用生物質原料生產熱能的煤粘結性的差異壓制而成。生物術、生物質氣化發(fā)電技術)和生傳統(tǒng)辦法是直接燃燒。無錫鍋爐「質在其中既起粘結作用又起助燃物質熱裂解液化技術。廠鏈條層燃爐采用了雙層燃燒結作用。國內研究機構如浙江大2生物質燃燒技術構,即懸浮燃燒和層燃燃燒,在學、清華大學、煤炭科學研究總2.1爐灶燃燒技術傳統(tǒng)的送風裝置上加上大量的播院北京煤化學研究所和哈爾濱理自70年代以來,政府先后料風,改變層燃狀況。增加木粉工大學等進行了生物質型煤的某實施了一大批生物質能利用研究嘖燃口。這種鍋爐的適應性較差,些開發(fā)工作和實驗室研究。山東項目和示范工程,到196年底,要保證鍋爐的負荷,必須保證層臨沂生物質型煤示范廠1994年推廣省柴節(jié)煤爐灶1.7億戶,每燃的正常,風的分配也比較復雜。動工,1995年建成,是目前國年減少了數干萬噸標準煤的能源80年代初興起的循環(huán)流化床燃燒‖內惟一的一家工業(yè)規(guī)模的生物質消耗。在最近的一段時間內,節(jié)技術,使燃燒效率的進一步提高型煤生產廠,設在山東臨沂礦務柴灶的推廣應用仍然是農村,特成為可能。生物質流化床鍋爐最局湯莊煤礦內。該廠的設計年產別是偏遠山村生物質能利用的一適合燃用各種水分大、發(fā)熱值低量為3萬t(5th,每年以250天個重要的方面。采用先進技術,的生物質,并且有較高的燃燒效計,24小時運轉),實際年產量提高全國數億臺小型爐具的燃燒率和鍋爐熱效率,具有較廣的生為1萬t。生物質型煤雖然具有和熱利用效率,降低污染物的排物質燃料適應性。燃生物質流化「優(yōu)良的燃燒性能和環(huán)保節(jié)能效放,開發(fā)燃用農作物的生物質爐床鍋爐是大規(guī)模高效利用生物廢應,但在中國尚處于實驗室研具,實現(xiàn)農村爐具的商品化、規(guī)料最有前途的技術之究、工業(yè)試生產階段,尚未形成模化,以達到更廣泛的應用,對對于生物質大規(guī)模燃燒發(fā)電規(guī)模產業(yè),技術經濟因素阻礙了于改變我國農村現(xiàn)有的燃燒狀來說,近期有前景的應用也中國煤化工應用。況,具有重大的意義,而且也具在現(xiàn)有電廠利用木村或衣作CNMHG氣化技術有非常廣闊的市場前景。殘余物與煤的混合燃燒。利用此找國時生物質氣化研究和應萬方數中能活第26卷第9期2004年9月sep.2004Power Switch清電力行動用起步比較早,對農、林業(yè)廢棄物質氣化目前仍停留在少數幾個」位的易儲存、易運輸、能量密度物等生物質資源的氣化技術的深示范裝置上,而且主要是小規(guī)高且使用方便的代用液體燃料入研究是在70年代末、80年代模、固定床類型,存在著燃氣熱(生物油),其不僅可以直接用于初才廣泛開展起來的。這些技術值低、燃料利用率低、燃氣凈化現(xiàn)有鍋爐和燃氣透平等設備的燃中,推廣應用比較廣泛的有中國不徹底等問題。燒,而且可通過進一步改性加工科學院廣州能源所開發(fā)的上吸式由于我國現(xiàn)在經濟高速發(fā)使液體燃料的品質接近柴油或汽生物質氣化爐和循環(huán)流化床氣化「展,電力供應日趨緊張,許多地油等常規(guī)動力燃料的品質,此外爐、中國農業(yè)機械化科學研究院區(qū)和單位不得不使用高成本的柴還可以從中提取具有商業(yè)價值的研制的ND系列生物質氣化爐、油發(fā)電機作為供電設備。另一方化工產品。相比于常規(guī)的化石燃山東省能源研究所研制的XHL面,我國對農業(yè)生物質缺乏有效料,生物油因其所含的硫、氮等系列秸桿氣化爐、大連環(huán)境科學利用、價格便宜、有的甚至造成有害成分極其微小,可視為21院開發(fā)的木柴干餾工藝以及商業(yè)浪費,在這種情況下利用農業(yè)生世紀的綠色燃料。部紅巖機械廠開發(fā)的稻殼氣化發(fā)物質進行氣化發(fā)電,將取得更大相對而言,我國在該技術領電技術等。這些氣化技術普遍具的經濟效益。我國已研制的中小域的研究開發(fā)活動很少。但最近有可靠、耐用、簡單和原料適應型生物質氣化發(fā)電設備功率從幾幾年,國內很多大學都在這方面性好等特征,注重在應用中的實千瓦到2000kW。但由于生物質進行機理試驗研究和分析。對大際效果,可以最大限度地開發(fā)利種類的復雜性和氣化發(fā)電技術本規(guī)模的推廣應用目前尚無報道。用當地的農、林業(yè)廢棄物資源,身固有的特點,現(xiàn)在還有一些問1995年,沈陽農業(yè)大學在達到了化害為利、變廢為寶的目題沒有解決,如灰的處理問題、UNDP的資助下,從荷蘭的的,有利于環(huán)保。在設計上采用氣體凈化問題和廢水處理等問BTG引進一套旋轉錐閃速熱裂些特殊的結構,成功地解決了題。從氣化爐的結構上看,有層解裝置并進行了相關的試驗研生物質原料水分、揮發(fā)分含量式下吸式氣化爐、開心式氣化究,其加工能力為50kgh,據高、容重小、休止角大等因素給爐、下吸式氣化爐和循環(huán)流化床「說該裝置是中國乃至亞洲最大的氣化過程帶來的困難;在功能上氣化爐四種。從氣體內燃機上閃速熱裂中試設備。浙江大學在適應多種作業(yè)需求,包括烘干、看,有單位燃料氣體內燃機、雙國內率先開展了相關的原理性試加熱、供暖等熱利用和發(fā)電動力燃料內燃機,單機最大功率為驗研究,于90年代中期自行開應用。200kW。各種形式的氣化爐對發(fā)研制了國內第一臺小型生物質國內目前生物質氣化過程中生物質的要求不一樣。下吸式氣的流化床閃速熱裂解制油試驗裝所采用的氣化爐主要為固定床氣化爐和層式下吸式氣化爐只適用置,得出了各運行參數對生物油化爐和流化床氣化爐。固定床氣于塊狀、條狀或粒狀的生物質,的產率及組成的影響程度,并用化爐比較成熟,并在我國已有商開心式氣化爐只適用于谷殼,循GCMS聯(lián)機分析系統(tǒng)定量分析業(yè)運行的實例。但其容量大都是環(huán)流化床氣化爐可以適用于各種了生物油的主要組分。在此基礎小型的,大容量的仍有待于開發(fā)。不同的生物質原料,但使用之前上,針對已有的生物質熱裂解液流化床氣化爐是近年來發(fā)展起來必須進行粉碎,確保其生物質最化工藝中能源利用率不高以及液的一種爐型,適合大規(guī)模處理生大尺寸小于10mm體產物不分級等缺點,研發(fā)了生物質物料。迄今為止,商業(yè)運行4生物質熱裂解液化技術物質整合式熱裂解分級制取液體的循環(huán)流化床氣化爐只是用于產在生物質的能源化利用領域的燃料裝置,達到20kgh的生出可燃氣供熱或發(fā)電,以木材廢中,生物質熱裂解液化技術是目物質處理量,適合規(guī)?；迫〈鷹壩餅樵?功率在15-35MW前世界上生物質能研究開發(fā)的前用液體燃料。目前正在開展深層但與發(fā)達國家生物質氣化技沿技術。該技術能以連續(xù)的工藝中國煤化工。華東理術相比,我國目前在這方面相對和工廠化的生產方式將以木屑等CNMHG了循環(huán)流落后,特別在實際應用方面,生廢棄物為主的生物質轉化為高品化木快速裂解裝直,處理量為o.2片數擺204第26卷第9期2年9月中黏41信息大觀 Concentrate Information專家組提交中國油氣資源戰(zhàn)略報告溫總理表認可據中國新聞網報導,中石油發(fā)展的引導政策措施從中獲得份額油產量;二是通過勘探開發(fā)研究院副院長趙文智在趙文智認為,全球油氣資源長期購買合同,確定長期穩(wěn)定的2004年8月26日接受中國青年報是很豐富的,待發(fā)現(xiàn)的石油資源石油供應關系;三是通過長輸管專訪時說,由31位院士組成的專還有1000多億t,比1994年的預線建設和良好穩(wěn)定的睦鄰友好關家組已經向國家提交了《中國可測結果增加了20%。至少未來50系,積極引進周邊國家的油氣資持續(xù)發(fā)展油氣資源戰(zhàn)略研究》。至100年或更長的時間基本上能源這份報告分析了中國油氣資源的滿足全球對油氣的需求。趙文智特別提出,中國應重供需態(tài)勢,并提出了中國油氣資中國石油儲量和產量可以在新考慮油田儲備和石油資源儲備源可持續(xù)發(fā)展的總體戰(zhàn)略、指導未來15至20年內確保國內原油需的問題。中國各大石油公司目前原則和政策建議求主體的自給,但做不到原油需有45億t左右不能動用的儲量趙文智說,“這份報告可以求的全部自給,而且供需缺口會這些儲量在現(xiàn)在經濟和技術條件說是今后中國石油工業(yè)發(fā)展的不斷加大。一方面,國家應該加下開采,有可能不經濟或者采收綱?！壁w文智還介紹說,這輪油大油氣勘探的力度,另一方面,率非常低,資源不能得到最大限氣資源戰(zhàn)略研究,溫家寶總理至充分利用國外石油資源是確保石度的開發(fā)利用。因此,國家可以少聽了三次全面匯報油安全供給的必然選擇?！翱梢圆捎猛硕惖刃问桨堰@部分油田買此次油氣戰(zhàn)略研究的重點集通過三個途徑長期穩(wěn)定地獲得國下來,作為國家油田儲備,等將中在7個方面:資源和供需狀況、際油氣資源?！壁w文智說,一是來條件成熟時再投入開發(fā)?！眻髧鴥扔蜌赓Y源開發(fā)、油氣資源進鼓勵國內石油石化企業(yè)積極通過告得到了溫家寶總理的認可,他口和參與國際油氣資源開發(fā)、石風險勘探、參股、技術投入以及要求相關部門要積極研究這份油油安全和儲備、石化工業(yè)發(fā)展、對邊際儲量的開發(fā)等方式,參與氣戰(zhàn)略報告,盡快拿出實施措油氣資源節(jié)約和替代、油氣資源國際油氣資源的勘探開發(fā)利用,施?！壁w文智稱+*+“……++“……++“…#+…+“+“………+“……“+“+…+#…+#+………#+““……“*+“+…5kgh,對木屑材料進行了試驗鍋炕J]節(jié)能技術,1997,(220(2):1-5.研究。此外,近兩年中國科學院[4]吳創(chuàng)之,等農業(yè)生物質發(fā)[10]戴先文,吳創(chuàng)之,等.循環(huán)流化廣州能源所、山西煤化所、清華術應用分析[J]新能源,1995床反應器固體生物質的熱解液大學、哈爾濱工業(yè)大學、上海理17(5):5-1化[J]太陽能學報,2001,22工大學等也開展了實驗室規(guī)模的[5]徐冰燕中國生物質氣化技術的(2):124-130研究現(xiàn)狀及發(fā)展的關鍵技術[J[11農業(yè)部生物質氣化技術研究測相關研究。新能源,1995,17(12):14-18試培訓中心.生物質氣化技術及參考文獻[6]石定寰.中國新能源和可再生能其應用M]1999源發(fā)展綱要(1996-2010J]太陽[12]王樹榮.生物質熱裂解制油的試[1]中國能源研究會農村能源專業(yè)委能,1995,(3):2-4與機理研究[A]浙江大學博員會《中國農村地區(qū)可持續(xù)發(fā)展[7]吳創(chuàng)之,羅曾凡,等農業(yè)生物士學位論文,1999能源戰(zhàn)略研究》課題組.中國農質氣化發(fā)電技術應用分析J]新村地區(qū)可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略研究能源,1995,17(5):5-11報告R]1997[8]周篁,吳昌倫我國可再生能源[2]吳文淵,等.采用流化床技術開發(fā)展現(xiàn)狀與展望[1新VT凵中國煤化工發(fā)利用生物質能[J]新能源997,19(10):41-43CNMHG1994,16(10):12-15[9]吳創(chuàng)之,劉平,等,我國谷元傘仁口田wwF中國氣候變化[3]別如山,等.燃生物質流化床化化發(fā)電現(xiàn)狀[J]新能源,1998與能源項目主辦)萬方數提中能活第26卷第9期2004年9月Vol 26 No 9 Sep 2004