中国生物质能利用技术评价

Power Switch清电力行动中国生物质能利用技术评价骆仲泱,周劲松,王树荣,余春江,方梦祥,岑可法(浙江大学能源洁净利用与环境工程教育部重点实验室,浙江杭州31007摘要:本文针对目前我国已有的生物质能利用技术进行技术评价,主要有生物质燃烧技术包括炉灶燃烧技术、锅炉燃烧发电技术和生物质型煤技术)、生物质气化技术(包括生物质气化技术、生物质气化发电技术)和生物质热裂解液化技术。本文在阐述我国生物质能源开发利用的意义的基础上,综述了上述各种技术发展现状与近年来的应用情况,对我国生物质能利用技术的发展有参考价值。关键词:生物质;燃烧;气化;液化;技术评价中图分类号:Q6文献标识码:A文章编号: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中国生物质能源开发利实际使用量为2.2亿tce左右。利用技术大致可分为三类:一是用的意义因此,我国的生物质资源还有很直接燃烧,直接燃烧的主要目的我国的生物质资源非常丰大的开发潜力。另外,生物质能是为了获取热量;二是生物转换富,199年我国的各种主要农在我国商业用能结构所占的比例技术,通过微生物发酵方法制取作物秸杆(稻杆、麦杆、玉米杆极小,其主要被作为次能源在液体燃料或气体燃料。三是化学等)总量为705亿t,农业加工农村被利用,但大部分被直接作转换技术,其又可分为有机溶剂残余物(稻壳、蔗渣等)约为0.84为燃料燃烧或废弃,利用水平提取法、气化法和热分解法。而亿t,薪材及林业加工剩余物合低,浪费严重,且污染环境,所按过程的表观现象将转换技术分理资源量为1.58亿t,人畜粪便以充分合理开发使用生物质能,为燃烧、干化学转换和液化。自生物质资源总量为43亿t,城改善我国尤其农村的能源利用环“七五”以来,我国已开展了广市生活垃圾污水中的有机物约境,加大生物质能源的高品位利泛的生物质高品位的转换装置和0.6亿t,我国生物质能资源潜用具有重要的经济意义。利用技术的研制和开发,在生物力折合7亿tce左右,而目前年般来讲,生物质能的转换质气化、液化和致密成型方面都中国煤化工收稿日期:2004-0901CNMHG作者简介:骆仲泱(1962-),男,博士,教授,主要从事流化床燃烧理论与技术、生物质能的综合利用技、天气污染控制与治理等方面研究。o.2片数摆204第26卷第9期2年9月中黏39清洁电力行动Power Switch取得了较大进展。22生物质的直接燃烧与技术,除了显而易见的废物利用与发达国家生物质能利用技混合燃烧技术好处之外,另一个好处是燃煤电术相比,我国还相对落后。中国目哈尔滨工业大学较早进行了厂可降低NOx的排放。因为木前生物质能的燃烧利用方式主要有生物质燃料的流化床燃烧技术研材的含氨量比煤少,并且木材中两种∶一种是在农村广泛存在的炊究,研制成功12.5th燃甘蔗渣的水份使燃烧过程冷却,减少了事炉灶中低效率利用,另一种是很流化床锅炉。浙江大学提出了用NOx的热形成。目前,国内已少部分生物质利用层燃燃烧设备燃于不同规模、各种炉型的生物质有多家锅炉厂家生产生物质和煤烧,但效率也不高。80年代以来,燃烧系统的生物质利用转化方混烧的链条炉和流化床炉。典型全国多家高校及科研机构在研制生案,并先后与无锡锅炉厂、杭州「的混燃锅炉,分别在东南亚国家物质气化技术和装置方面相继取得锅炉厂合作开发了10th燃用咖和我国广东、浙江等省运行。其了一系列重要成果。然而,我国目啡渣流化床发电锅炉、35th燃「中东方锅炉厂生产的2台前生物质能热化学转换技术的应用用稻壳流化床锅炉以及10th燃DG209.8-13型烟煤与纸渣混烧远不理想,生物质热化学转换利用用稻壳的链条炉。另外,为了提循环流化床锅炉已在浙江宁波投典型的是面向农村集中供气的秸杆高生物质在小型燃烧装置上的利运,为目前我国最大的生物质与气化工程。用效率,浙江大学还致力于成型煤混烧锅炉。本文将对目前我国已有的生燃烧技术和流化床混烧技术的研生物质型煤是指破碎成一定物质能利用技术进行技术评价,究。浙江宁波中华纸业公司分别粒度和干燥到一定程度的煤及可主要有生物质燃烧技术(包括炉于1997年和1998年投运220th燃生物质,按一定比例掺混,加灶燃烧技术、锅炉燃烧发电技术「烟煤和纸渣混烧的CFB锅炉,为「入少量固硫剂,利用生物质中的和生物质型煤技术、生物质气目前最大的生物质混烧锅炉。木质素、纤维素、半纤维素等与化发电技术(包括生物质气化技利用生物质原料生产热能的煤粘结性的差异压制而成。生物术、生物质气化发电技术)和生传统办法是直接燃烧。无锡锅炉「质在其中既起粘结作用又起助燃物质热裂解液化技术。厂链条层燃炉采用了双层燃烧结作用。国内研究机构如浙江大2生物质燃烧技术构,即悬浮燃烧和层燃燃烧,在学、清华大学、煤炭科学研究总2.1炉灶燃烧技术传统的送风装置上加上大量的播院北京煤化学研究所和哈尔滨理自70年代以来,政府先后料风,改变层燃状况。增加木粉工大学等进行了生物质型煤的某实施了一大批生物质能利用研究啧燃口。这种锅炉的适应性较差,些开发工作和实验室研究。山东项目和示范工程,到196年底,要保证锅炉的负荷,必须保证层临沂生物质型煤示范厂1994年推广省柴节煤炉灶1.7亿户,每燃的正常,风的分配也比较复杂。动工,1995年建成,是目前国年减少了数干万吨标准煤的能源80年代初兴起的循环流化床燃烧‖内惟一的一家工业规模的生物质消耗。在最近的一段时间内,节技术,使燃烧效率的进一步提高型煤生产厂,设在山东临沂矿务柴灶的推广应用仍然是农村,特成为可能。生物质流化床锅炉最局汤庄煤矿内。该厂的设计年产别是偏远山村生物质能利用的一适合燃用各种水分大、发热值低量为3万t(5th,每年以250天个重要的方面。采用先进技术,的生物质,并且有较高的燃烧效计,24小时运转),实际年产量提高全国数亿台小型炉具的燃烧率和锅炉热效率,具有较广的生为1万t。生物质型煤虽然具有和热利用效率,降低污染物的排物质燃料适应性。燃生物质流化「优良的燃烧性能和环保节能效放,开发燃用农作物的生物质炉床锅炉是大规模高效利用生物废应,但在中国尚处于实验室研具,实现农村炉具的商品化、规料最有前途的技术之究、工业试生产阶段,尚未形成模化,以达到更广泛的应用,对对于生物质大规模燃烧发电规模产业,技术经济因素阻碍了于改变我国农村现有的燃烧状来说,近期有前景的应用也中国煤化工应用。况,具有重大的意义,而且也具在现有电厂利用木村或衣作CNMHG气化技术有非常广阔的市场前景。残余物与煤的混合燃烧。利用此找国时生物质气化研究和应万方数中能活第26卷第9期2004年9月sep.2004Power Switch清电力行动用起步比较早,对农、林业废弃物质气化目前仍停留在少数几个」位的易储存、易运输、能量密度物等生物质资源的气化技术的深示范装置上,而且主要是小规高且使用方便的代用液体燃料入研究是在70年代末、80年代模、固定床类型,存在着燃气热(生物油),其不仅可以直接用于初才广泛开展起来的。这些技术值低、燃料利用率低、燃气净化现有锅炉和燃气透平等设备的燃中,推广应用比较广泛的有中国不彻底等问题。烧,而且可通过进一步改性加工科学院广州能源所开发的上吸式由于我国现在经济高速发使液体燃料的品质接近柴油或汽生物质气化炉和循环流化床气化「展,电力供应日趋紧张,许多地油等常规动力燃料的品质,此外炉、中国农业机械化科学研究院区和单位不得不使用高成本的柴还可以从中提取具有商业价值的研制的ND系列生物质气化炉、油发电机作为供电设备。另一方化工产品。相比于常规的化石燃山东省能源研究所研制的XHL面,我国对农业生物质缺乏有效料,生物油因其所含的硫、氮等系列秸杆气化炉、大连环境科学利用、价格便宜、有的甚至造成有害成分极其微小,可视为21院开发的木柴干馏工艺以及商业浪费,在这种情况下利用农业生世纪的绿色燃料。部红岩机械厂开发的稻壳气化发物质进行气化发电,将取得更大相对而言,我国在该技术领电技术等。这些气化技术普遍具的经济效益。我国已研制的中小域的研究开发活动很少。但最近有可靠、耐用、简单和原料适应型生物质气化发电设备功率从几几年,国内很多大学都在这方面性好等特征,注重在应用中的实千瓦到2000kW。但由于生物质进行机理试验研究和分析。对大际效果,可以最大限度地开发利种类的复杂性和气化发电技术本规模的推广应用目前尚无报道。用当地的农、林业废弃物资源,身固有的特点,现在还有一些问1995年,沈阳农业大学在达到了化害为利、变废为宝的目题没有解决,如灰的处理问题、UNDP的资助下,从荷兰的的,有利于环保。在设计上采用气体净化问题和废水处理等问BTG引进一套旋转锥闪速热裂些特殊的结构,成功地解决了题。从气化炉的结构上看,有层解装置并进行了相关的试验研生物质原料水分、挥发分含量式下吸式气化炉、开心式气化究,其加工能力为50kgh,据高、容重小、休止角大等因素给炉、下吸式气化炉和循环流化床「说该装置是中国乃至亚洲最大的气化过程带来的困难;在功能上气化炉四种。从气体内燃机上闪速热裂中试设备。浙江大学在适应多种作业需求,包括烘干、看,有单位燃料气体内燃机、双国内率先开展了相关的原理性试加热、供暖等热利用和发电动力燃料内燃机,单机最大功率为验研究,于90年代中期自行开应用。200kW。各种形式的气化炉对发研制了国内第一台小型生物质国内目前生物质气化过程中生物质的要求不一样。下吸式气的流化床闪速热裂解制油试验装所采用的气化炉主要为固定床气化炉和层式下吸式气化炉只适用置,得出了各运行参数对生物油化炉和流化床气化炉。固定床气于块状、条状或粒状的生物质,的产率及组成的影响程度,并用化炉比较成熟,并在我国已有商开心式气化炉只适用于谷壳,循GCMS联机分析系统定量分析业运行的实例。但其容量大都是环流化床气化炉可以适用于各种了生物油的主要组分。在此基础小型的,大容量的仍有待于开发。不同的生物质原料,但使用之前上,针对已有的生物质热裂解液流化床气化炉是近年来发展起来必须进行粉碎,确保其生物质最化工艺中能源利用率不高以及液的一种炉型,适合大规模处理生大尺寸小于10mm体产物不分级等缺点,研发了生物质物料。迄今为止,商业运行4生物质热裂解液化技术物质整合式热裂解分级制取液体的循环流化床气化炉只是用于产在生物质的能源化利用领域的燃料装置,达到20kgh的生出可燃气供热或发电,以木材废中,生物质热裂解液化技术是目物质处理量,适合规模化制取代弃物为原料,功率在15-35MW前世界上生物质能研究开发的前用液体燃料。目前正在开展深层但与发达国家生物质气化技沿技术。该技术能以连续的工艺中国煤化工。华东理术相比,我国目前在这方面相对和工厂化的生产方式将以木屑等CNMHG了循环流落后,特别在实际应用方面,生废弃物为主的生物质转化为高品化木快速裂解装直,处理量为o.2片数摆204第26卷第9期2年9月中黏41信息大观 Concentrate Information专家组提交中国油气资源战略报告温总理表认可据中国新闻网报导,中石油发展的引导政策措施从中获得份额油产量;二是通过勘探开发研究院副院长赵文智在赵文智认为,全球油气资源长期购买合同,确定长期稳定的2004年8月26日接受中国青年报是很丰富的,待发现的石油资源石油供应关系;三是通过长输管专访时说,由31位院士组成的专还有1000多亿t,比1994年的预线建设和良好稳定的睦邻友好关家组已经向国家提交了《中国可測结果增加了20%。至少未来50系,积极引进周边国家的油气资持续发展油气资源战略研究》。至100年或更长的时间基本上能源这份报告分析了中国油气资源的满足全球对油气的需求。赵文智特别提出,中国应重供需态势,并提出了中国油气资中国石油储量和产量可以在新考虑油田储备和石油资源储备源可持续发展的总体战略、指导未来15至20年内确保国内原油需的问题。中国各大石油公司目前原则和政策建议求主体的自给,但做不到原油需有45亿t左右不能动用的储量赵文智说,“这份报告可以求的全部自给,而且供需缺口会这些储量在现在经济和技术条件说是今后中国石油工业发展的不断加大。一方面,国家应该加下开采,有可能不经济或者采收纲。”赵文智还介绍说,这轮油大油气勘探的力度,另一方面,率非常低,资源不能得到最大限气资源战略研究,温家宝总理至充分利用国外石油资源是确保石度的开发利用。因此,国家可以少听了三次全面汇报油安全供给的必然选择。“可以采用退税等形式把这部分油田买此次油气战略研究的重点集通过三个途径长期稳定地获得国下来,作为国家油田储备,等将中在7个方面:资源和供需状况、际油气资源。”赵文智说,一是来条件成熟时再投入开发。”报国内油气资源开发、油气资源进鼓励国内石油石化企业积极通过告得到了温家宝总理的认可,他口和参与国际油气资源开发、石风险勘探、参股、技术投入以及要求相关部门要积极研究这份油油安全和储备、石化工业发展、对边际储量的开发等方式,参与气战略报告,尽快拿出实施措油气资源节约和替代、油气资源国际油气资源的勘探开发利用,施。”赵文智称+*+“……++“……++“…#+…+“+“………+“……“+“+…+#…+#+………#+““……“*+“+…5kgh,对木屑材料进行了试验锅炕J]节能技术,1997,(220(2):1-5.研究。此外,近两年中国科学院[4]吴创之,等农业生物质发[10]戴先文,吴创之,等.循环流化广州能源所、山西煤化所、清华术应用分析[J]新能源,1995床反应器固体生物质的热解液大学、哈尔滨工业大学、上海理17(5):5-1化[J]太阳能学报,2001,22工大学等也开展了实验室规模的[5]徐冰燕中国生物质气化技术的(2):124-130研究现状及发展的关键技术[J[11农业部生物质气化技术研究测相关研究。新能源,1995,17(12):14-18试培训中心.生物质气化技术及参考文献[6]石定寰.中国新能源和可再生能其应用M]1999源发展纲要(1996-2010J]太阳[12]王树荣.生物质热裂解制油的试[1]中国能源研究会农村能源专业委能,1995,(3):2-4与机理研究[A]浙江大学博员会《中国农村地区可持续发展[7]吴创之,罗曾凡,等农业生物士学位论文,1999能源战略研究》课题组.中国农质气化发电技术应用分析J]新村地区可持续发展能源战略研究能源,1995,17(5):5-11报告R]1997[8]周篁,吴昌伦我国可再生能源[2]吴文渊,等.采用流化床技术开发展现状与展望[1新VT凵中国煤化工发利用生物质能[J]新能源997,19(10):41-43CNMHG1994,16(10):12-15[9]吴创之,刘平,等,我国谷元伞仁口田wwF中国气候变化[3]别如山,等.燃生物质流化床化化发电现状[J]新能源,1998与能源项目主办)万方数提中能活第26卷第9期2004年9月Vol 26 No 9 Sep 2004