淺談生物質(zhì)能應用技術發(fā)展

宋凱華，付 穎

（遼寧高科節(jié)能熱電設計研究院，遼寧沈陽110000）

　?。壅蓦S著人類文明的發(fā)展，生物質(zhì)能的應用研究開發(fā)幾經(jīng)波折，最終人們深刻認識到，石油、煤、天然氣等化石 能源的有限性，同時無節(jié)制地使用化石能源，大量增加ＣＯ２、粉塵、ＳＯ２等廢棄物的排放，污染了環(huán)境，給人類賴以生存的星球，造成十分嚴重的后果。而使用大自然饋贈的生物質(zhì)能源，幾乎不產(chǎn)生污染，資源可再生而不會枯竭，同時起著保護和改善生態(tài)環(huán)境的重要作用，是理想的可再生能源之一。生物質(zhì)能的應用技術開發(fā)，旨在把森林砍伐和木材加工剩余物以及農(nóng)林剩余物如秸稈、麥草等原料通過物理或化學化工的加工方法，使之成為高品位的能源，提高使用熱效率，減少化石能源使用量，保護環(huán)境，走可持續(xù)發(fā)展的道路。

　　生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機體，包括所有的 動植物和微生物。而所謂生物質(zhì)能（biomassenergy），就是太陽能以化學能形式貯存在生物質(zhì)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)能的原始能量來源于太陽，所以從廣義上講，生物質(zhì)能是太陽能的一種表現(xiàn)形式。目前，很多國家都在積極研究和開發(fā)利用生物質(zhì)能。生物質(zhì)能蘊藏在植物、動物和微生物等可以生長的有機物中，它是由太陽能轉化而來的。

　　七十年代，由于中東戰(zhàn)爭引發(fā)的能源危機以來，生物質(zhì)的開發(fā)利用研究，進一步引起了人們的重視。美國、瑞典、奧地利、加拿大、日本、英國、新西蘭等發(fā)達國家，以及印度、菲律賓巴西等發(fā)展國家都分別修定了各自的能源，投入大量的人力和資金從事生物質(zhì)能的研究開發(fā)。

　　我國生物質(zhì)能研究開發(fā)工作，起步較晚。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，開始重視生物質(zhì)能利用研究工作，從八十年代起，將生物質(zhì)能研究開發(fā)列入國家攻關計劃，并投入大量的財力和人力。已經(jīng)建立起一支專業(yè)研究開發(fā)隊伍，并取得了一批高水平的研究成果，初步形成了我國的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)。

　　1、生物質(zhì)能應用技術的研究開發(fā)現(xiàn)狀

　　1.1國外研究開發(fā)簡介。在發(fā)達國家中，生物質(zhì)能研究開發(fā)工作主要集中于氣化、液化、熱解、固化和直接燃燒等方面。

　　生物質(zhì)能氣化是在高溫條件下，利用部份氧化法，使有機物轉化成可燃氣體的過程。產(chǎn)生的氣體可直接作為燃料，用于發(fā)動機、鍋爐、民用爐灶等場合。氣化技術應用在二戰(zhàn)期間達到高峰。隨著人們對生物質(zhì)能源開發(fā)利用的關注，對氣化技術應用研究又重新引起人們的重視。目前研究主要用途是利用氣化發(fā)電和合成甲醇以及產(chǎn)生蒸汽。奧地利成功地推行建立燃燒木材剩余物的區(qū)域供電計劃，目前已有容量為1000~2000kw的80~90個區(qū)域供熱站，年供應10×109MJ能量。加拿大有12個實驗室和大學開展了生物質(zhì)的氣化技術研究。1998年8月發(fā)布了由Freel.BarryA.申請的生物質(zhì)循環(huán)流化床快速熱解技術和設備。瑞典和丹麥正在實行利用生物質(zhì)進行熱電聯(lián)產(chǎn)的計劃，使生物質(zhì)能在提供高品位電能的同時滿足供熱的要求。1999年，瑞典地區(qū)供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)所消耗的能源中，26%是生物質(zhì)。

　　流化床氣化技術由于具有床內(nèi)氣固接觸均勻、反應面積大、反應溫度均勻、單位截面積氣化強度大。反應溫度較固定床低等優(yōu)點，從1975年以來一直是科學家們關注的熱點。包括循環(huán)流化床、加壓流化床和常規(guī)流化床。印度Anna大學新能源和可再生能源中心最近開發(fā)研究用流化床氣化農(nóng)業(yè)剩余物如稻殼、甘蔗渣等，建立了一個中試規(guī)模的流化床系統(tǒng)，氣體用于柴油發(fā)電機發(fā)電。1995年美國Hawaii大學和Vermont大學在國家能源部的資助下開展了流化床氣化發(fā)電的工作。Hawaii大學建立了處理生物質(zhì)量為100T/d的工業(yè)化壓力氣化系統(tǒng)，1997年已經(jīng)完成了設計，建造和試運行 達到預定生產(chǎn)能力。Vermont大學建立了氣化工業(yè)裝置，其生產(chǎn)能力達200T/d，發(fā)電能力為50MW。目前已進入正常運行階段。

　　生物質(zhì)的直接燃燒和固化成型技術的研究開發(fā)，主要著重于專用燃燒設備的設計和生物質(zhì)成型物的應用。目前，已開發(fā)的技術有：林產(chǎn)品加工廠的廢料（如造紙廠的樹皮、家具廠的邊角料等）的專用燃燒蒸汽鍋爐，國外造紙廠幾乎都有專門的設備，用來處理廢棄物。由于生物質(zhì)形狀各異，堆積密度小較松散，給運輸和貯存以及使用帶來了較大困難，影響生物質(zhì)的使用。因此，從四十年代開始了生物質(zhì)的成型技術研究開發(fā)。現(xiàn)已成功開發(fā)的成型技術按成型物形狀分主要有三大類：以日本為代表開發(fā)的螺旋擠壓生產(chǎn)棒狀成型物技術，歐洲各國開發(fā)的活塞式擠壓制得圓柱塊狀成型技術，以及美國開發(fā)研究的內(nèi)壓滾筒顆粒狀成型技術和設備。美國顆粒成型燃料年產(chǎn)量達80萬噸。

　　成型燃料應用于二個方面：其一：進一步炭化加工制成木炭棒或木炭塊，作為民用燒烤木炭或工業(yè)用木炭原料；其次是作為燃料直接燃燒，用于家庭或暖房取暖用燃料。日本、美國、加拿大等國家，開發(fā)了專用爐灶。在北美有50萬戶以上家庭使用這種專用爐灶作為取暖爐。

　　將生物質(zhì)能進行正?；瘜W加工，制取液體燃料如乙醇、甲醇、液化油等；是一個熱門的研究領域。利用生物發(fā)酵或酸水解技術，在一定條件下，將生物質(zhì)轉化加工成乙醇，供汽車和其它工業(yè)使用。加拿大用木質(zhì)原料生產(chǎn)的乙醇上產(chǎn)量為17萬噸。比利時每年用甘蔗為原料，制取乙醇量達3.2萬噸以上，美國每年用農(nóng)林生物質(zhì)和玉米為原料大約生產(chǎn)450萬噸乙醇，計劃到2010年，可再生的生物質(zhì)可提供約5300萬噸乙醇。

　　1.2國內(nèi)研究開發(fā)。我國生物質(zhì)能的應用技術研究，從八十年代以來一直受到政府和科技人員的重視。主要在氣化、固化、熱解和液化開展研究開發(fā)工作。

　　生物質(zhì)氣化技術的研究在我國發(fā)展較快，應用于集中供氣、供熱、發(fā)電方面。中國林科院林產(chǎn)化學工業(yè)研究所，從八十年代開始研究開發(fā)了集中供熱、供氣的上吸式氣化爐，并且先后在黑龍江、福建得到工業(yè)化應用，氣化爐的最大生產(chǎn)能力達6.3×106kJ/hr。建成了用枝椏材削片處理，氣化制取民用煤氣，供居民使用的氣化系統(tǒng)。最近在江蘇省又研究開發(fā)以稻草、麥草為原料，應用內(nèi)循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)，產(chǎn)生接近中熱值的煤氣，供鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民使用的集中供氣系統(tǒng)，氣體熱值約8000KJ/NM3。氣化熱效率達70%以上。山東省能源研究所研究開發(fā)了下吸式氣化爐。主要用于秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物的氣化。在農(nóng)村居民集中居住地區(qū)得到較好的推廣應用，并已形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。廣州能源所開發(fā)的以木屑和木粉為原料，應用外循環(huán)流化床氣化技術，制取木煤氣作為干燥熱源和發(fā)電，并已完成發(fā)電能力為180KW的氣化發(fā)電系統(tǒng)。另外北京農(nóng)機院、浙江大學等單位也先后開展了生物質(zhì)氣化技術的研究開發(fā)工作。

　　我國生物質(zhì)的固化技術在八十年代中期開始，現(xiàn)已達到工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。目前國內(nèi)有數(shù)十家工 廠，用木屑為原料生產(chǎn)棒狀成型物木炭。螺旋擠壓成型機有單頭和雙頭二種，單頭機生產(chǎn)能力為120Kg/hr，雙頭機生產(chǎn)能力達200Kg/hr。1990年中國林科院林化所與江蘇省東海糧機廠合作，研究開發(fā)生產(chǎn)了單頭和雙頭二種型號的棒狀成型機，1998年又與江蘇正昌集團合作，共同開發(fā)了內(nèi)壓滾筒式顆粒成型機，機器生產(chǎn)能力為250~300kg/hr，生產(chǎn)的顆粒成型燃料尤其適用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亞取暖器材有限公司，從美國引進適用于家庭使用的取暖爐，通過國內(nèi)消化吸收，現(xiàn)已形成生產(chǎn)規(guī)模。

　　生物發(fā)酵制氣技術，在我國已經(jīng)形成工業(yè)化，技術亦趨成熟，利用的原料主要是動物糞便和高濃度的有機廢水。在上海亦已建 成沼氣集中供氣系統(tǒng)。

　　2、結語

　　生物質(zhì)能高新轉換技術不僅能夠大大加快村鎮(zhèn)居民實現(xiàn)能源現(xiàn)代化進程，滿足農(nóng)民富裕后對優(yōu)質(zhì)能源的迫切需求，同時也可在鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)等生產(chǎn)領域中得到應用。由于中國地廣人多，常規(guī)能源不可能完全滿足廣大農(nóng)村日益增長的需求，而且由于國際上正在制定各種有關環(huán)境問題的公約，限制二氧化碳等溫室氣體排放，這對以煤炭為主的我國是很不利的。因此，立足于農(nóng)村現(xiàn)有的生物質(zhì)資源，研究新型轉換技術，開發(fā)新型裝備既是農(nóng)村發(fā)展的迫切需要，又是減少排放、保護環(huán)境、實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要。