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潘洪坤
(大連職業技術學院電氣電子工程技術系 遼寧 大連 1 16023)
摘要：對生物質成型燃料的實用性進行分析。從現階段生物質成型技術的現狀、優勢、影響因素、可行性及難題進行探討，結果表明，由生物質壓縮而成的成型燃料，將可再生的生物質能有效處理，具有充分利用能源和低排塵、不冒黑煙和少排有害煙氣等環境保護的多重功能。生物質燃料在能源結構中有非常重要的實際意義。
21世紀以來，能源與環境問題已成為制約社會發展的主要瓶頸根據國際能源機構統計，如果按目前的趨勢發展下去，不加控制，人類使用的主要化石燃料如煤炭、天然氣和石油的地球儲量可供開采的年限分別只有240、50和40年 同時化石燃料的燃燒又是造成大氣污染的主要原因，“酸雨”和“溫室效應”等現象都已經給我們賴以生存的地球帶來了災難性的后果。而使用生物質能，SO2的排放量極少，其燃燒產生的CO2與植物生長過程中需要吸收的CO2在數量上保持平衡，常被稱為CO2的中性燃料。從20世紀70年代開始，生物質能的研究和開發利用已成為世界的熱門課題。
生物質是由植物或動物生命體而衍生得到的物質的總稱，主要由有機物組成。 生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物質體內的一種能量形式，它源于植物的光合作用，可再生且性能穩定，方便儲存運輸。生物質的種類很多，通常生物質燃料大致可分為四類：農業生物質、森林生物質、城市固體廢棄物和能源作物。
1.生物質致密成型技術簡介
生物質致密成型技術指具有一定粒度的農林廢棄物干燥后在一定壓力作用下可連續擠壓成棒狀等成型燃料的工藝，有的成型時還需要加入一定的添加劑或粘結劑 其壓縮成型物，可作為工農業鍋爐等的燃料。由于生物質原料經擠壓成型后，除具有比重大、著火易、燃燒性能好、便于儲存和運輸、熱效率高等優點外，還具有灰分少、低污染等優點，具有廣闊的市場開發前景。
2.生物質成型燃料優勢
2.1替代煤炭且著火性能好
部分生物質的熱值與我國一些地區的層燃爐用煤的熱值相當(約18000kJ／kg)，如日本試驗研究所用的生物質，其熱值高達19600kJ／kg。由工業分析可知，生物質含有大量揮發分，而玉米秸稈和木屑的揮發分含量高達70—90％，這就決定了生物質不僅有良好的代煤效果，而且還具備優良的著火燃燒性能。
2.2清潔燃燒且排放污染少
我國是煤炭燃燒大國，NOx、CO2和SO2等大氣污染物主要是由化石燃料的燃燒形成的，且其排放量所占的比例也相當大，同時其它排放物如總懸浮顆粒物(TSP)、城市NOx濃度也嚴重超標。而生物質燃料CO2減排的效果明顯，且生物質中硫的含量極低，基本上無硫化物的排放。同時，生物質燃料還具有飛灰和排渣少、NOx和重金屬污染物排放低等環保特性，可稱其為綠色能源。
2.3資源豐富且價格優勢強
生物質能是當今世界的第四大能源 根據生物學家估算，地球上陸地年生產1000～1250億t千生物質：海洋年生產500億t干生物質。我國是一個農業大國，有著豐富的生物質資源，廣大的農村領域能提供大量的生物質來源 因此，生物質能是一種年產量極大且較穩定的可再生資源 由于生物質原料價格低廉，而制取的生物質成型燃料也比煤炭等燃料在價格方面更具優勢，利于推廣。
2.4工藝配套且生產設備全
2.4.1熱壓成型工藝
生物質粉碎后經高壓推擠到加熱的成型模具中，使其在一定溫度和壓力下固化。工藝過程一般分為原料粉碎、干燥、擠壓、加熱成型和保型等幾個環節
生物質原料要求粉碎至5mm以下，通常采用原料粉碎機進行加工：原料含水量控制在7—15％，濕度過低或過高都不利于最終的熱壓成型，通常玉米秸稈、稻殼和木屑等經晾曬后即可。
2.4.2成型設備分類
成型設備也較完善，根據成型原理的不同，目前成型設備主要分為四類：螺旋式成型機；活塞式成型機；卷曲式成型機；模壓顆粒成型機。由于生物質成型燃料在燃燒過程中，CO2凈排放量約為零，NOx排放量僅為燃煤的1／5，SO2的排放量僅為燃煤的1／10，因此，生物質成型燃料直接燃用是進行生物質高效和潔凈利用的一個有效途徑。
3.發展生物質成型燃料面臨的困難
3.1資源特點限制
雖然生物質資源豐富，但是生物質資源地域分散，其松散體積和能量密度較小 因此，儲存和運輸費用較高，這極大地限制了其工業化應用程度 如何提高其單位體積的能量密度，已成為生物質開發和利用的重要研究方向。
以稻殼為例，其自然堆積密度僅為83—160kg／m3，稻殼中固定碳含量不高，為10—15％，熱值為13—14.5×103kJ／kg，約為標煤熱值的一半，而稻殼的生物質高壓成型塊體密度更高達1000—1200kg／m3。但生物質壓型技術需要附屬的壓實設備，成本相應增加，這就限制了生物質的利用，因而使用時要慎重選擇。
3.2燃燒的積灰結渣和腐蝕性
生物質一般含有較高的堿金屬(如Na、K、Ca、Mg)元素和非金屬(如Si、S、Cl、P)元素，這使得灰熔點降低，是導致積灰結渣的主要因素。
灰垢和熔渣不僅降低換熱效率。而且會對設備造成腐蝕和磨損，因此通常可以適當加入添加劑(如Al2O3、MgO和高嶺土等)，或者添加灰熔點較高的生物質燃料(如稻殼)來提高軟化溫度同時降低燃燒溫度，也是解決生物質燃燒灰分低熔點的有效方法之一。
3.3成型燃料的抗水性
生物質成型燃料的抗水性是評價其穩定性的一個重要指標，抗水性差的成型燃料通常會給生物質的運輸、使用和儲存帶來麻煩，因此，需要增加防水防潮投資。
3.4成型設備運行問題
雖然我國成型機的生產和應用已達到了一定的規模，但在實際工作中還存在許多不足之處 以螺旋擠壓成型機為例，自身存在著一些諸如成型筒及螺旋軸磨損嚴重、壽命較短、電耗大和成型工藝過于簡單等缺點。
3.5生物質混合顆粒燃料的難題
生物質混合顆粒燃料在燃燒過程中，一個很重要的問題就是積灰結渣，探討積灰結渣的形成原因和抑制機理對于生物質利用安全運行具有非常重要的實際意義 因此，要通過實驗研究生物質混合顆粒燃料的灰熔點規律，找出抑制其積灰結渣的成型因素。
4.發展生物質成型燃料的可行性
2010年，中國作為世界第二大能源消耗國，并以每年6-7％的速度增長。目前，我國能源主要以煤(占69％)、石油(占18％)和天然氣(占4％)為主 而煤的直接燃燒對環境造成嚴重的污染，而《防止大氣污染法》和“京都議定書”中都對中國城鎮燃煤問題提出了量的限制和技術改造的要求。
2009年底，中國政府在哥本哈根召開的全球氣候峰會前宣布，到2020年中國單位GDP的CO2排放要量比2005年下降40-45％。據國際能源署統計，中國的減排目標意味著中國將承擔世界所需減排總量的四分之一以上 這就意昧著改善原有能源結構和尋找新型替代能源已經刻不容緩了。
生物質成型燃料能夠充分利用生物質能源，不僅可提高工業鍋爐效率和降低成本，而且使工農業可燃廢物變廢為寶，燃盡灰可以得到很好地綜合利用。 |
