中国生物质能利用技术评价

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中国生物质能利用技术评价
骆仲泱  张冀强  姚向军
第一节 中国生物质能源开发利用的意义及技术现状
生物质能是一种唯一可固定碳的可再生能源，它来自于生物质，生物质的说法较多，如美国可再生能源实验室的解释为"……我们星球上丰富的植物是太阳能和化学能的天然仓库，不管其是人为栽培，还是野生繁殖，我们将这种数量巨大的可再生资源称为生物质……"。而在我国生物质涉及的范围较为广泛，通常生物质就是在有机物中除矿物燃料外，所有来源于植物、动物和微生物的可再生的物质，主要包括如下几个方面：①农作物秸杆和农业加工残余物；②林木和林业加工剩余物；③人畜粪便、工业有机废物和水生植物；④城市生活污水和垃圾。随着化石燃料的逐渐耗尽和人们对CO2排放的日益重视，生物质正被看作是全世界的一种重要能源。

生物质能源开发利用的经济意义

我国的生物质资源非常丰富，1996年我国的各种主要农作物秸杆（稻杆、麦杆、玉米杆等）总量为7.05亿吨，农业加工残余物（稻壳、蔗渣等）约为0.84亿吨，薪材及林业加工剩余物合理资源量为1.58亿吨，人畜粪便生物质资源总量为4.43亿吨，城市生活垃圾污水中的有机物约0.56亿吨，我国生物质能资源潜力折合7亿吨标煤左右，而目前年实际使用量为2.2亿吨标煤左右。因此，我国的生物质资源还有很大的开发潜力。
另外，生物质能在我国商业用能结构所占的比例极小，其主要被作为一次能源在农村被利用，生物质能约占农村总能耗的70%，占发达地区的15~35%，但大部分被直接作为燃料燃烧或废弃，利用水平低，浪费严重，且污染环境，如由生物质燃烧产生的SO2排放量达到4.9%，NOx的排放量会达到7.7%，所以充分合理开发使用生物质能这资源丰富的能源，改善我国尤其农村的能源利用环境，加大生物质能源的高品位利用具有重要的经济意义。

生物质能源开发利用的生态环境意义

生物质是一种清洁的低碳燃料，其含硫和含氮量均较低，同时灰分份额也很小，所以燃烧后SO2、NOx和灰尘排放量比化石燃料要小得多，是一种清洁燃料，同时，生物质对生态环境的最大贡献还在于其具有CO2零排放的特点，大气中的CO2和地面上的水经光合作用产生用来形成生物质的碳水化合物，如将生物质燃烧利用，则大气中的氧和生物质的碳相互作用生成CO2和水，这个过程是循环的，所以生物质同时是一种可再生资源，可视为取之不尽的永久能源[28]，其利用过程中没有增加大气中CO2的含量，这对于缓解日益严重的"温室效应"有着特殊的意义。

生物质能源开发利用的社会意义

我国是世界上最大的发展中国家，目前有9亿多人口生活在农村，农村能源短缺，利用水平低，严重阻碍了农村经济和社会的发展，占农村居民生活用能的70%的生物质能，是在普通炉灶上用作直接燃烧，效率很低，约为10~20%，同时随着农村经济的发展和生活水平的提高，传统的用能方式已发生了很大的变化 （见表1-1）。1997年国家在能源工业中采取了许多重大政策，迫使农村能源由当地能源和自然能源为主的状况逐步向商品能源的方向转变，但这种转变过程会造成环境污染越来越严重，要采取措施防止城市污染向农村转移，搞好农村环境保护。以上的变化会导致商品能源的紧张，同时也会造成生物质能的浪费，因此需及时开展生物质能的利用研究，促使其从自然能源向商业用能转化，而且农村的生活用能全部用高品位能源是不现实，需采取措施将当地丰富的生物质资源转化成高品位的能源，解决这些地区用电用能问题，可大大促进中国农村地区能源短缺局面，促进当地经济发展，对加快我国的农村建设和社会稳定具有重要意义。
表1-1  1979年和1996年农村地区能源消费变化（万吨标煤）
类别    1979年  1996年
煤      6000    25938.85
石油制品        1426.8  4628.36
电      3120    9331.7
生物质能        22170   22042.7
其他（沼气，太阳能等）  /       113.3
农用电动机（万kW）      14250   35826
农村总人口数（亿）      8       8.6
农村人均商品能源量（tce/人）    0.14    0.47
无电人口（亿）  4.5     1.1
严重缺柴人口（3~6月）（亿）     4.2     0.7

生物质能源开发利用技术的现状

一般来讲，生物质能的转换利用技术大致可分为三类：一是直接燃烧，直接燃烧的主要目的是为了获取热量；二是生物转换技术，通过微生物发酵方法制取液体燃料或气体燃料。三是化学转换技术，其又可分为有机溶剂提取法、气化法和热分解法。而按过程的表观现象将转换技术分为燃烧、干化学转换和液化 （图1-1）。
自"七五"以来，我国已开展了广泛的生物质高品位的转换装置和利用技术的研制和开发，在生物质气化、液化和致密成型方面都取得了较大进展。生物质气化装置已小批量地投入市场，用于户用或木材烘干和供暖；集中供气流化床干馏热解煤气也处于示范推广阶段。目前己有不少研究单位、工厂和公司从事生物质能高品位利用和开发的研制、示范试验、批量生产和销售服务。图1-5示出了我国的生物质能转换技术。

图1-1  生物质能的转换技术

图1-2 中国生物质能转换技术的类别

与发达国家生物质能利用技术相比，我国目前在这方面相对落后。中国目前生物质能的燃烧利用方式主要有两种：一种是在农村广泛存在的炊事炉灶中低效率利用，另一种是很少部分生物质利用层燃燃烧设备燃烧，但效率也不高。因此，研究开发生物质资源高效转化利用技术，在生物质的高效燃烧方面开展广泛的研究已成为一种共识。其中，哈尔滨工业大学开展了生物质燃料的流化床燃烧技术研究，进行了12.5t/h燃甘蔗渣流化床锅炉的研制，与锅炉厂合作生产的生物质流化床锅炉已投入运行，效果良好。八十年代以来，全国多家高校及科研机构在研制生物质气化技术和装置方面相继取得了一系列重要成果，如中国农机院开发的下吸式DN系列生物质气化炉和家用小型气化炉，广州能源所研制的上吸式气化炉，浙江大学热能工程研究所研制的生物质中热值集中供气装置，山东能源所研制出燃用农作物秸秆（以玉米秆为主）的固定床气化炉，经热解产气，成功地向50多个试点村的村民送上管道煤气，上述几种形式气化炉均利用空气气化生产5MJ/Nm3左右的低热值燃气。为了提高热值，浙江大学、广州能源所、中科院化冶所、大连科学院等均开展了利用生物质能的循环流化床或干馏气化技术研究，并已完成实验室阶段研究。然而，我国目前生物质能热化学转换技术的应用远不理想，目前生物质热化学转换利用典型的地方是山东省的秸杆气化工程，这主要得益于山东省**的正确引导，政策的支持，群众的响应，气化技术应用效果较好等有利因素，因此，生物质能的热化学转换技术要在我国得到规模化引用，一方面各相关科研机构要加强生物质能的热化学转换技术的研究，积极引进国外的先进技术并结合国情加以吸收，另一方面需要领导的支持和相关政策的支持，同时全社会也应提高这方面的认识。
本文将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）、生物质气化发电技术（包括生物质气化技术、生物质气化发电技术）和生物质液化技术。

第二节 以生物质为原料的直燃炉灶
中国80％人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物质能仍占有重要地位。占农村总能耗的三分之二，其绝大部分是以直接燃烧方式消耗的，能源利用效率极低。近年农村的节能技术工作有了一些进展，创造了各种形式的节柴灶(或炉)。但从燃烧过程上分析，其中绝大多数炉型仍属传统模式，实质上没有多大差别。从节约能源和保护生态环境的观点，采用新的燃烧模式，改进民用薪柴炉灶以替换旧的燃烧方式是一项紧迫的任务，其意义重大，涉及千家万户，有巨大的经济效益和社会效益。
炉灶燃烧是最原始的利用方法，但一般适用于农村或山区分散独立的家庭用炉，它的投资最省，但效率最低，燃烧效率在15-20%左右。
目前我国农村采用的燃烧炉与火灶，大都是延袭相传，这类烧柴炉灶的炉内的火焰存在着大量的末完全燃烧的气化物和炭烟等成份，得不到充分燃烧，而损失在大气中。每次投料，初期空气量不足，造成床层内的气化产物和大量的挥发物质得不到充分燃烧，而变成黑色的浓烟排入大气，浪费能源而又污染环境；后期的空气量过剩，使得烟气带走的能量损失增多。此外，还带来了炉内的火力不均，燃烧温度周期性变化。由以上分析可以看到这种炉型的燃烧过程组织是造成其能源利用效率极低的主要原因。
依据生物质燃烧的基本特性，新的炉型应当具有以下特点：
  1．充分利用生物质热解产生的挥发性物质。
  2．有效利用燃烧过程碳化物质的热辐射能量。
  3．合理地组织炉内过程，保证燃烧气体能进行有效的对流换热。
  4．空气能均匀流畅地进入炉内，连续稳定。
  5．火力足、火势均，燃烧完全，不冒黑烟，能源利用效率高。

从80年代初开始，各种各样的节柴灶，在各级**的重视下相继出现和普及。节柴灶的出现，使传统旧式炉灶被节柴灶替代。由于各地薪柴种类不同，使用炉灶的习惯不同，节柴炉灶的型号也很多，下面简单介绍几种改进的炉型：

月牙形自拉风省柴灶

河南省镇平县推广的一种月牙型自拉风省柴灶，已在许多地方受到欢迎。它的特点是省柴、省时间，五口之家用这种灶做饭，每顿约需半小时。烧开5公斤水约用8分钟，耗高粱秆400克。使用这种灶，屋内无烟，灰尘少，干净卫生，操作也简便。特别是所用燃料来源广，柴、草都能烧，适合在黄河南北广大农村使用。拉风灶形式多样，其中一种结构如下：
1)      炉篦子后沿正对着锅底中心，炉篦子前沿挨着灶门，约140毫米。炉篦子的安装前高后低，高度相差约30毫米。吊火高度（炉底至炉南子的距离）100－120毫米。
2)      灶膛的后半部设有拦火圈，正面呈月牙型，侧面 呈孤型。拦火圈上沿薄，下边宽。这个月牙型是中部高，两端低。拦火圈的外径中部与炉壁距离50毫米，向两侧逐步减到30毫米；拦火圈内径与锅的间隙，中间 5毫米，两侧8毫米。拦火圈的作用，是把火集中拦在锅底，使可燃的气体灶膛内得到充分燃烧，以提高热利用率。拦火圈可用粘土、头发茬或麻刀加入少量食盐水调和而成，以达到坚固、光滑的要求。
3)      靠烟囱自然抽风，烟囱高度应超过房脊。一般3米左右。砌烟囱要严密不漏气。
4)      灶门在不影响烧柴的情况下小一点为好，一般宽l40毫米，高140～160毫米。灶门小是为了减少外界冷空气的影响，便于控制炉内热量散失。
5)      下灰道，用于贮存柴灰和灶膛通风。

安义省柴灶

江西省安义县推广的一种赣I型省柴灶。其特点是进柴灶口小，适合于烧硬柴、碎木块、树枝和锯末等。灶体保温性好，能充分利用余热。一般晚饭后将锅加满水，堵塞好地风口、进柴口和关好烟囱闸板，次日早晨锅内水温可保持在40度左右。若按上述方法将做好的饭菜放在锅内，数小时后饭菜仍然温热。农村群众对这种能保温的节柴灶十分欢迎。而且这种灶清洁卫生，使用安全。
1)      灶芯呈葫芦状，分为三段，壁厚25毫米，用耐火水泥和谷壳灰制成(二者比例1：2)，故保温性好，而且轻。灶芯底部斜插炉条，灶芯中部斜装一个进柴筒。灶芯做成葫芦状是使燃料在灶膛中得到充分燃烧，并让火焰直冲锅底，同时锅底下边有聚热反射层，使锅受热均匀。
2)      灶芯周围用谷壳灰填实，以减少热量损失，使生火快，省时省柴。
3)      进柴灶口不能冒烟。若发现冒烟，则是烟囱排烟有故障，应及时处理。

炉芯水箱节柴灶

浙江省富阳县一带推广一种炉芯水箱节柴灶，该灶的热效率为38%，比普通炉灶有明显节柴效果。此种灶内的零部件已商品化生产，农民可在市场任意选购。 浙江省许多县都有大量推广，对减少林木砍伐起到了积极作用。 炉芯水箱灶的水箱可用铝和铜制成，水箱连接一条腰带形水管，该水管装置于烟道附近，以充分利用灶火的余热将水加温。

节能连锅灶

洪湖市农能办在长期改灶实践中，探索出了一种适合多种燃料的节能连锅灶。
性能和特点：该灶占地面积小、，烧火做饭、炒菜、炖汤、烧开水和热水等炊事在40分钟左右可一次性完成，很适合农村使用；该灶可燃烧软、硬柴草，如作物秸秆、枯木、树枝或煤炭等多种燃料，点火容易，上火快，操作也很方便．该灶主要由进风道、灶门、灶膛、炉齿、  (双层炉齿)斜齿、拖齿(炉桥)，栏火圈、保温层、回烟槽、过火道、烟道口、吞烟火板、封火板门．热水器、料箱(装谷壳、棉壳等色壳用的)，烟闸门和烟囱等结构而成。
主要性能指标，根据现场测试(三次燃烧麦草取平均埠)结果如下：
升温速度4.63℃／分，蒸发速度0.039kg／分，降温速度0.15℃／分，前锅热效率28.8％，后锅热效率7.15％。

二次进风省柴灶（松溪Ⅱ型省柴灶）

由福建省松溪县能源办开发，其原理为：燃烧三要素(空气、温度和时间)不是单独发生作用的，而是相互影响。燃料已经燃烧并在炉膛形成一个高温区域后，加强通风补充氧气才是有意义的。二次风就是在燃料已经燃烧，并形成一个高温区域后急需增氧的情况下，进入燃烧室、帮助燃烧、提高了炉灶的热效率。
该灶由炉门、燃烧室、二次进风道、出灰通风道、烟囱等部分组成。
炉门用铁皮做成，规格180x180mm，可以开关，中部开个小孔，用来观察炉膛柴片燃烧情况。
燃烧室设有炉膛、炉栅、挡火圈、回烟道、二次进风道及二次喷风孔。炉膛用断砖做成，外表用耐火材料，同时在周围做好二次进风道，然后在炉膛外穿若干个喷风孔。在二次进风道上面靠炉膛的后半部设挡火圈和回风道。挡火圈为半孤型，中间高两边低。燃烧室的设计使燃料在燃烧时火焰受挡火圈的阻挡进入回烟道，同时在燃料已经燃烧并形成一个高温区后打开二次进风口，增加氧气补充，促使燃料进一步迅速燃烧。
二次进风设在炉门两例，直通燃烧室的喷风孔，二次风由进风口进入并通过风道预热后经喷风孔进入燃烧室进行补氧助燃。使用后堵住二次进风口，二次进风道就成为特有的空气保温层。
出灰通气道设在燃烧炉栅底下，是自然抽风，进入冷空气和排灰出渣的重要部位，可使空气在炉栅底部预热后，产生一股喷射力，通过炉栅进入炉膛帮助燃烧。
烟囱内径180x180mm，高度3000mm以上，要求房出屋脊500mm，砌烟囱时应注意密封，烟囱里面要求平整光滑。

1一出灰通气道；2一铁锅；  3一保温层；  4一回风道；  5-过道；  6-烟囱闸板；
7一二次进风道；  8一炉栅；  9-挡风圈：10一烟囱；11一灶门；12-灶体
图2-1 松溪Ⅱ型省柴灶

三用无烟节能灶

三用无烟节能灶，是指同一个灶可烧硬柴、毛草，还可烧蜂窝煤。
性能特点：该灶结构简单。造价低，省柴省时效果好。燃料燃烧充分，可有效利用热能，用0.3-0.4kg的干柴，可煮沸5kg常温的水。
该灶由灶体、灶膛(灶圈、炉桥、燃烧聚热反射圈、回烟道、拦火圈)和烟囱组成。
炉桥用生铁铸成，或用铁皮薄火砖亦可。炉桥的放置可采用固定式，或活动式，间隔15mm。如果一个灶能烧匠柴、毛草，或蜂窝煤，可放双层炉桥。上层烧硬柴，下层烧草，上下层都可烧煤(也可放一个活动煤胆，烧煤时放入，烧柴时取出)。下层比上层低40mm，下层固定，上层活动。
聚热反射圈也就是燃烧室与回烟道之间向燃烧室呈锅底状弧形的非闭合圆圈。圈面与炊具的间隙，靠灶门一侧为30mm，靠烟囱一侧为10mm。使聚热反射圈与炊具间隙由灶门一侧向烟囱一侧逐渐变小，从而使火力散布均匀，增大炊具的受火面和吃火力。
回烟道即聚热反射圈与拦火圈之间的回形通道。总之，它的截面积自前向后逐渐增大，以增强抽风力，利于烟气流畅，便灶门无烟倒出。

一般旧式炉灶的热效率约为10%左右，经过改造后，大多数炉灶的热效率可提高到30％左右。现在，节柴灶的普及率在许多地区都在80％以上。尽管农村人口持续增加，节柴灶的普及却使薪柴耗用量有了明显的降低。80年代的各种节柴灶，其设计都离不开传统式炉灶的外型结构和砌灶方式，这与传统的农户厨房结构布置和生活方式有密切关系。由于这些节柴灶不是整体制造，在大范围推广中，很难保证每只灶都达到设计要求，在质量上和效率上也难保证预期要求。80年代末以来，许多从事农村能源的机构仍在继续进行新型节柴灶炉的设计和研究，以进一步改进以前节柴灶的不足，主要趋势是设计成产品化、系列化，另外在燃烧和进风上又有新的改进，使燃烧效率有进一步的提高。
第三节　生物质固体成型燃料及相应炉具的开发
薪柴、秸秆以及其他农业废弃物(如谷壳等)在长期的传统消费中，由于其结构疏松，体积大，长距离运输显然不经济，因此大多就地使用，主要是直接燃烧。但由于这种资源分布不均，且不易运输。在资源丰富地方，浪费严重，资源不能合理列用；在资源缺乏地区，又因缺能而阻碍经济发展和人民生活水平的提高。为了解决这个问题，从80年代末开始，人们开始注目生物质压块技术。
生物质的基本组织是纤维素、半纤维素和木质素，它们有一个共同的特点，是在适当的温度(通常为200一300℃)下会软化，此时如施加一定的压力，使其紧密粘结，冷却后即固化成型。
生物质固体成型燃料就是利用生物质的这种特性，用压缩成型机械，将经过干燥和粉碎过的松散的生物质废料在超高压(o．5-1t／cm2)的条件下，靠机械与生物质废料之间及其生物质废料相互之间摩擦产生的热量或外部加热，使纤维素、木质素软化，经挤压成型而得到的具有一定形状和规格的新型燃料。
由于成型燃料除具有比重大,便于贮存和运输，着火易，燃烧性能好，热效率高的优点外，还具有灰分小,燃烧时几乎不产生SO2,不会造成环境污染等优点，堪称为一种理想燃料，有着广阔的市场开发前景。生物质固体成型燃料所用原料范围非常广泛，'-切农林废弃物如秸秆、稻壳、树皮、锯屑、树叶、甘蔗渣等都可用于加工，其工艺流程如下：
原料－(粉碎)－过筛－干燥－(混料)－成型－(冷却)－包装

专用颗粒成型燃料民用炉灶   

中国林业科学研究院林产化学工业研究所开发的专用颗粒成型燃料民用炉灶，为小型木煤气发生炉和燃烧灶具两部分的组合。在气化区，利用空气使颗粒成型燃料转变为可燃性气体(木煤气)，空气中的氧与炭发生作用。为保证得到高质量的木煤气、在设计气化炉灶时，必须充分考虑应有足够灼热炭层。
炉灶结构简图如图2-2：
存料区尺寸为：长×宽×高＝40cm×25cm×18cm
气化区尺寸为：长×宽×高＝34cm×16cm×18cm

图2-2 专用颗粒成型燃料民用炉灶简图
在专用炉灶中燃烧木片及颗粒成型燃料，其燃烧的热效率显著提高，超过10％，专用炉灶使用颗粒成型燃料的热效率为30.3％。颗粒成型燃料在民用炉灶上应用是完全可行的，燃烧稳定，热效率高，具有在广大农村、林区居民中应用推广的开发前景。

老万牌生物质自动燃烧器及相应炉具

北京万发炉业中心从2000年开始研发农作物秸秆类生物质颗粒燃料及其燃烧供暖设备。通过燃料的最佳配方和科学的压制方法，将其加工成一种颗粒状（Φ8mm,长2.5-3cm）的燃料，并成功地研制出世界上第一台能够连续自动和高效洁净燃烧普通农作物秸秆颗粒燃料的SWN－1型生物质自动燃烧器，以其为核心，还制成了暖风壁炉、水暖炉、炊事炉等系列炉具，均取得了满意效果。
专家认为该生物质自动燃烧器及炉具"设计独特，结构新颖，造型美观，自动供料，自动排渣，燃烧充分，属高新技术"，"经检测，热效率达到８６．０７％，各项环保指标均达到了国家标准和欧洲现行标准"，"该技术采用了下饲式自动供料方式，在解决生物质燃烧结渣和焦油处理上实现了突破，填补了我国生物质高效利用和暖风壁炉具有良好的能源效益、环境效益，达到了国际先进水平。
技术特点：把国外的"上喂料内燃式"改进为"下喂料半气化外燃式"，用螺旋机械实现下喂料，把熔渣从炉膛上端顶出，由旋转式拨渣杆把灰渣拨去，落入沉渣室。这样的炉子既能保证燃料充分燃烧，又能自动清渣，达到了预期的目的。其排放气体已达到瑞典、奥地利等国的木质类生物质能暖风壁炉的排放标准，烟尘极少，且无黑烟。
一些产品介绍：


生物质能暖风壁炉

　　既具有暖风空调般舒适的制暖功能，还可欣赏真实火焰的燃烧之美。


生物质能炊事灶
　　它是继燃煤、燃柴外最廉价的炊事设备，具有搬运方便、安装便利、火力大小可调控、使用绝对安全的特点。

生物质成型燃料，可以代替煤作燃料，除了用于民用做炊食取暖燃料外，还可用于工业，做供热、烘干、动力及发电用能；此外，还可将成型燃料干馏成生物木炭，做有色金属冶炼的燃料和生产活没炭、陶瓷、半导体的原材料，同时，还能对成型燃料进行热解气化，制取高品位优质生物质煤气。这对生物质能源资源丰富的贫油、贫煤国家来说，成为一种发展前景非常可观的替代能源。
我国在这方面虽然起步较晚，但近年来，随着化石能源的短缺和销售价格的上涨，开发生物质能已引起了各级**部门和科研机构的重视。在各级**部门的扶持下，"秸秆成型机"、"人工木炭机"、"耐燃固型燃料再生机"等各种生物质压缩成型机械及其产品相继问世。随着成型工艺、技术和设备的不断完替，生物质固体成型燃料、生物木炭、等将在我国得到普遍使用，必将带来显著的社会、经济、节能、环保及生态效益。

第四节　户用生物质气化燃烧炉灶的开发
虽然对传统的土灶进行改造后，燃烧效率有了一定的提高，但总的来说，燃烧效率还是很低，并且对环境的污染也很大。家家点火，处处冒烟，这是农村很常见的景象。因此长期以来很多的研究都致力于生物质的气化，农林废弃物气化技术是解决农村商品用能和农村废弃物处理问题的有效途径，对于保护农村生态环境有着积极的作用，如今能源环保与发展是当今世界关注的焦点。

４．１．　木柴气化炉
木柴是我国农村一项传统的能源．烧柴是人类利用生物质能最古老的一种方法。

连续工作式木柴气化炉                                    浙江农业大学

该木柴气化炉由原浙江农业大学开发。在现行使用的气化柴炉中，一般只能一次性加柴，烧完一炉，再加柴点燃，不能适应长时间连续工作的场合，因此有必要对其进行一定的改进，连续工作式木柴气化炉因此而产生。
该炉具由铁皮外壳、炉塞、保温层、炉面板、聚热板、内炉胆、外炉胆、旋热炉面板、炉条等构成。
内炉胆与外炉胆之间形成气化腔，在外炉胆的侧壁上设有开孔，拔出炉塞可以从孔中加柴．外炉胆的下部有一定坡度，气化木柴后生成的木炭可以从坡上滑下到炉条上，与进风口的空气相通燃烧．热量用来气化气化腔上部的木柴，气化腔上部的木柴因缺氧不会燃烧．炉的上部采用聚热板有利于保持炉腔的高温因而提高气化腔的温度。
采用旋热炉面板有利于提高热效率。
炉的一二次进风采源于炉门，在炉的底部分为两路：一路去炉条作为一次进风；另一路通过管道通到炉的旋热板处作为二次进风。
当木柴渐渐用尽时，可拔开炉塞加柴，燃烧过程就可继续下去。加柴过程中因为内胆内是负压，所以气化气不会从加柴口泄漏，为了更安全，在加柴口上还有一根通向炉面板的通道，少量的泄漏可以从此管抽走。

1一铁皮壳；  2一螺钉；  3一炉塞；  4一保温层；  5一炉面板；
6一内炉胆；  7一聚热板；    8一旋热炉面板；    9一外露胆；
10一炉条；  11一二次进风管；  12一姻由接口；  13一泄漏管
图2-3 连续式加柴气化炉

热性能数据为：热效率39％，蒸发速度0.07kg／min，升温速度4.6C/min。
数据表明其热性能良好，能够满足农户日常生活的需要。它既能满足北方农户冬天取暖的要求，也能满足小型饭店炊事用能的需要。体积小，重量轻，使用方便，有市场潜力。

高效气化节柴炉                                  北京长风技术开发公司

由北京长风技术开发公司生产，被人称之为"神炉"，该炉的主要特点：
烧法奇特，普通木柴浸水后，放入炉胆，从上点燃，木柴就象蜡烛一样由下往上燃烧，火苗窜起一尺多高，若连续烧煮时间长，所添之柴最好是新鲜木柴(干柴应浸水5分钟后添进炉灶)，有助于木柴气化，一般节柴率80%以上。
该炉不用电，不用添加剂，主要通过巧妙的多层次进风，使空气在木柴顶部高速回旋式流通，供氧大幅度增加，火焰温度急剧上升，促使木柴中的水份分解成氢气燃烧)和氧气(助燃)，从而达到木柴从上往下迅猛燃烧的神奇效果?br /> 使用该炉六百克木柴在30分钟内可一气呵成煮熟3斤米饭，烧一个汤,炒5-7个菜,余热还可烧4斤以上热水，炉火最高温度可达千度，普通炉具一年所烧掉的柴草，本炉可烧4-7年，中途无须用人看管。
本炉能烧木柴.蜂窝煤.煤球,煤块,草,炭,布.纸.锯木.刨花.畜粪等一切无规则可燃物。适合普通家庭烧饭，炒菜，烧水和室内加温取暖，更适合于缺煤、缺柴、阴湿地区及地质、石油勘探和部队野外作业等。炉重八公斤，体积小巧，携带方便。
成本60元/台，出厂价160-170元，主要原材料为铁皮、薄板。

４．２．　秸秆气化炉

　　秸秆是一种十分重要的可再生能源,其开发及利用价值极高，遗憾的是，一直以来，人们尚未找到其最佳利用方法。每年我国农村都有数十亿吨作物秸杆在田间露天被焚烧，不仅浪费资源，污染环境，危害人民健康，而且影口向工业生产和交通安全。值得可喜的是：本世纪90年代，我国的一些科研单位成功地开发出了生物质燃气技术，开创了秸杆高效利用的先河。比较好地解决了植物秸秆有效利用的课题。但这一技术只能适用于大型的集中供气系统工程，由于国情所致，而使推广进程缓慢、普及艰难。一些研究单位又开展了大规模的技术攻关，经过不懈的努力，终于研制开发成功了小型化、单户型生物质燃气秸秆气化炉灶。

一体化微型无风机秸秆气化燃气炉          北京科海星火科技有限公司

由北京科海星火科技有限公司开发生产。
该炉设计巧妙，采用内置循环风道，多次配风，二次燃烧的物化原理，无需电源和鼓风机。利用炉体自身风力循环系统、转换系统的助动力进行物化燃烧。
该炉由炉体及转换器、灶头等组件构成，全部组件均成为一个整体，拆装组合方便，不用任何外载能源，具有体轻（总重8公斤），占地面积小，故称一体化微型秸秆气化燃气炉。本炉操作安全，老少皆可使用。一次填料4公斤左右，可连续燃烧3个小时，即点即燃，火力猛如液化气，用后可自行封火，无烟无味无毒，环保节能。一切含有纤维的可燃物均可使用，如：秸秆、麦秆、豆秆、玉米芯、花生壳、谷糠、稻壳、泡花、锯末、碎木块、树枝及树叶等等。
该炉对南方及北方地区均适合使用，可作为野外施工、地质勘探、野营训练、野炊及室外摆摊设点的理想热源。该产品生产工艺简单，单炉成本：简易型每台80元，出厂价每台280元，市场零售价380元；豪华型每台140元，出厂价每台340元，市场零售价450元。

"物生"牌生物质秸秆气化炉                        云南物生新型燃气有限公司

由云南物生新型燃气有限公司生产的物生"牌系列气化炉以农林废弃物为原料，制取可燃气体，供广大农村炊事、取暖烘干、热水等多种用途；另有以燃煤制气也可供家庭和餐馆炊事、热水、取暖烘干之使用．农林废弃物主要指：秸秆、果壳、稻壳、谷糠、藤茎、刨花、锯末、木屑等。经过气化炉转换即可产生可燃性气体，该产品具有以下特点：
??1) 改变农村现有生活方式，以废物造气，以气代柴，卫生方便、省时省料、节能环保，实用农户炊事、取暖、热水、烘干多种用途。
??2) 该炉结构简单，使用维修方便，点火启动可自行产气直至燃气耗尽再加新料(家庭小型生物质一炉料可连续供气一个小时，煤气化炉供气可达3~4小时；家庭中型生物质一炉料可连续供气2~3个小时)该炉灶加热快、火力强。
3) 提高热效率、节约了常规能源。一般炉具使用生物质燃料效率只有10%~15%使用该气化炉比常规炉灶综合效率可提高3倍以上，热效率可达70%~80%。
4) 该炉热启动快、封火性能好。冷态启动需20~25分钟即可产气供炊厨使用，封火后热启动启动时只需3~5分钟即可产气。封火时间根据燃质材料不同一般可在12~24小时。
5) 该炉结构合理、外观新颖、经济实惠、实现了因地制宜、多功能互补、就地取材、讲求实效的方针；保护生态环境、节约能源。
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多功能生物质秸秆气化炉                  河南省南洋光辉机械厂

由河南省南洋光辉机械厂生产。
    填进去的柴禾、稻草、稻壳、秸秆、谷壳、谷糠、锯末、刨花、杂草、藤条、茎杆等农林可燃植物经热解、氧化、还原反应，三五分种后，便有足够压力的优质燃气可供燃烧了。这种由柴禾转化而来的气体比较清洁，焦油量低，不用任何化学添加剂即可实现千家万户自产自用优质燃气。该产品点火启动速度快，一次投料可连续使用四小时以上，且连续投料连续产气。  
其技术指标为：
1） 秸秆气化炉技术参数
炉体: 圆筒式                    炉体重量 :120kg                 灶具重量: 3-5kg
金属材料 :70kg                  耐火材料 :30-40kg       风 机 30-80W
气化效率: >60%          炉堂装料量: 4-10kg
燃烧耗料: >2kg/时（全负荷）                                     启动速度: 3-7分钟
热 流 量: 10MJ/h                热 效 率: 39%
2) 秸秆气化炉环保参数
项目　　　　　　 　  检测值　　　　   国家标准值
烟尘排放浓度　　　　 　28-39mg/Nm3　　　 120mg/Nm3
烟尘平均排放速度　　 　0.009kg/N　　　　        0.096kg/N
二氧化硫排放浓度　　 　10-14mg/ Nm3　　　       550mg/ Nm3
二氧化硫平均排放速度　 0.003kg/N　　　　        0.739kg/N
氮氧化物排放浓度　　　 30-38mg/ Nm3　　　240mg/ Nm3
氮氧化物平均排放速度　 0.008kg/N　　　　 0.219kg/N
林格曼黑度　　　　　　 0.5级　　　　　　 1级
该炉具有以下性能特点：
　  1) 燃料适应广:稻草、麦杆、玉米秸杆、谷壳、甘庶渣、山草、飞机草、树皮、树枝叶、刨花、锯末、废木屑、杂草、藤条、茎杆等农林可燃植物以及废纸塑料等城市有机垃圾均可作为燃料。
2) 用途广泛,改变了农村现有的生活方式,以柴变气,以气代柴,操作卫生方便,省时省料,节能高效。适用于农户炊事、烧水、取暖、烘干等多种用途,利用附带的热水层洗碗、洗脸、烫脚,热水不用愁。
　　3) 燃气产量大,气化效率高。燃气产量可达2.7立方米/h,气化效率≥70%,3-5口之家的农户每天仅需5公斤柴草。
　　4) 环保效果好,无污染,彻底改变了农妇一抹鼻子满脸黑的炊事环境,使农家厨房保持清洁卫生,可减少95%的烟尘排放量,净化空气质量,其烟尘和氮氧化物的排放大大低于国家标准的规定。
　　5) 操作简单,经济适用,在料仓中加入原料,关好边盖,启动风动后1分钟即可用煤气,煤气即点即燃。封火时间长达24小时。购一套多功能生物质气化炉只需几百元,而每月花费仅3元钱，它充分利有了农村现有的燃烧物,实现了一次投资,长期受益。
　　6) 使用成本低,节能效果显著，1kg原料可产煤气1.8立方米左右，热效率比节能灶高2-3倍，使用成本仅是石油液化气的1/10。一般家庭每天只需3-5kg柴禾即可。
　　7) 炉、灶、气合为一体。无需再购灶具且炉具结构简单,使用维修方便。
　　
生物质燃气秸秆气化炉灶                  北京领科技术研究中心

北京领科技术研究中心研制开发成功小型化、单户型生物质燃气秸秆气化炉灶，且各项性能指标均达到设计要求，家庭型、餐厅型等多种规格的生物质燃气秸秆气化炉灶也已相继问世。
性能特点：
1) 创新功能、超强稳压净化系统，使生物质燃气洁净燃烧，气源稳定，决无回火之忧。
　　2) 采用科学的风、气配比调节火势，制气过程及气流大小可控。制气数量根据投料数量确定,一次投料可满足1-3日的用气需要。
　　3) 首次气化启动只需3-5分钟，封火后再次气化启动更快，封火时间可达48小时。
　　4) 独创生物质燃气双孔灶电子点火燃烧系统启动速度快，且可将焦油转化为高能燃烧气燃烧。火力猛、热效利用率高，比同类燃烧器提高热效率30%以上，同比秸秆直燃炉提高热效利用率300%以上，各项环保指标均优于国家标准。
　　5) 能耗低、日用秸秆仅需4－6公斤（成本几乎为零），产优质燃气8～12M3，一次投料可满足1－3天的用气需要。
6) 燃气发生炉设计思想独特、技术先进、结构科学、体积小、操作方便，投料、制气、用气可同步进行，安全可靠，使用寿命长达15年以上。
　　7) 环保实测指标与国家标准对比：
项 目                  实际检测值         国家标准
烟 尘 排 放 浓 度     21～36mg/Nm3       120mg/Nm3
烟尘平均排放速度      0.008mg/Nm3         0.096mg/Nm3
SO2 排 放 浓 度      8-12 mg/Nm3         550 mg/Nm3
SO2排 放 浓 速 度    0.0028kg/Nm3        0.739kg/Nm3
氮氢化物排放浓度      26-35mg/Nm3         240mg/Nm3
氮氢化物平均排放速度  0.0075kg/Nm3        0.219kg/Nm3
林 格 曼 浓 度          0.1级                1级

  
４．３．　炉灶燃烧技术应用前景

自70年代以来，**先后实施了一大批生物质能利用研究项目和示范工程，涌现了一大批优秀的科研成果和应用范例，并在推广应用中取得了可观的社会效益和经济效益。到1996年底，推广省柴节煤炉灶1.7亿户，每年减少了数干万吨标准煤的消耗；进入80年代，又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和开发，使生物质能技术有了进一步提高。但是，这同世界先进水平相比仍有很大差距，特别是在技术设备的产业化和商业化生产方面的差距更为明显。
在最近的一段时间内，节柴灶的推广应用仍然是目前农村，特别是偏远山村生物质能利用的一个重要的方面。随着农村经济发展和农民生活水平的提高，农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求，生物质能优质化转换利用势在必行。
采用先进技术，提高全国数亿台小型炉具的燃烧和热利用效率，降低污染物的排放，开发燃用农作物的生物质炉具，实现农村炉具的商品化、规模化，以达到更广泛的应用，对于改变我国农村现有的燃烧状况，具有重大的意义，而且也具有非常广阔的市场前景。

第五节　工业规模的生物质直接燃烧与混合燃烧技术
我国目前生物质能的燃烧利用方式和转换技术相对落后，大部分仍采用柴灶直接燃烧方式，转换效率很低。因此，研究开发生物质高效燃烧和转化技术已成为能源领域的一个重要研究方向。哈尔滨工业大学较早进行了生物质燃料的流化床燃烧技术研究，研制成功12.5t/h燃甘蔗渣流化床锅炉。浙江大学热能工程研究所提出了用于不同规模、各种炉型的生物质燃烧系统的生物质利用转化方案，并先后与无锡锅炉厂、杭州锅炉厂合作开发了10t/h燃用咖啡渣流化床发电锅炉、35t/h燃用稻壳流化床锅炉以及10t/h燃用稻壳的链条炉。针对稻秆存在高碱金属、低熔点、易结团和易造成受热面腐蚀的特点，浙大在进行燃烧炉和锅炉大型化的同时还提出了链条炉分段燃烧方案，目前正和锅炉厂合作开发燃用秸秆的流化床锅炉和链条炉。另外，为了提高生物质在小型燃烧装置上的利用效率，浙江大学还致力于成型燃烧技术和流化床混烧技术的研究。确

５．１．生物质直接燃烧发电技术

利用生物质原料生产热能的传统办法是直接燃烧。供热厂的设备主要由生物质原料干燥器、锅炉和热能交换器等组成。无锡锅炉厂链条层燃炉采用了双层燃烧结构，即悬浮燃烧和层燃燃烧，在传统的送风装置上加上大量的播料风，改变层燃状况。增加木粉喷燃口。这种锅炉的适应性较差，必须保证锅炉的负荷，必须保证层燃的正常，风的分配也比较复杂。浙江大学热能所与无锡锅炉厂研制的35t 木柴链条炉和60t木料链条炉，出口到马来西亚，取得了良好的效果，燃烧效率81％－83％。
表2-1 国内典型生物质直接燃烧锅炉
锅炉型号        UG-60/100-T     UG-35/3.82-T
燃烧方式        链条炉燃烧      链条炉燃烧
燃料种类        木料(含水小于50％）     切削片木料
参数    额定蒸发量      60t/h   35t/h
        出口压力        100Kgf/cm2      3.82Mpa
        出口温度        510     450/105
锅炉效率        81.6％－84.6%   80.3%燃耗11590KG/h排烟200度
技术特点        震级设计，悬吊式。锅筒单级蒸发，设有加药管，连续排污管，紧急放水管，旋风分离装置。燃烧设备包括，木料喷薄装置，木粉喷出口及四个送风装置。只有在炉排上的木料层燃正常，锅炉60％符合以上，才允许投运木粉喷燃口。                    此炉的主要特点燃烧分两层:木材悬浮燃烧和层燃燃烧。一次风40％；播散风20％；二次风40％。中压燃烧木柴炉。
应用状况        出口泰国，应用良好      
但是，生物质水分较高(有的高达60％左右)，灰分含量较小，有的生物质还较难点燃(如椰子壳等)，采用层燃燃烧方式难以组织稳定燃烧，而且燃烧效率和锅炉热效率较低，不能实现生物质的高效利用。因此，早期开发应用的炉栅式锅炉和旋风式锅炉，由于大量热能不可避免地从烟道丢失，其热能转换效率小于26％。因此，芬兰从1970年就开始开发流化床锅炉技术。现在这项技术已经成熟，并成为燃烧供热发电工艺的基本技术。   
现在比较流行的是流化床燃烧技术。流化床中具有大量的高温床料，对于灰分含量较小、燃烧后难以形成床料、流化特性较差或着火困难的生物质，可采用媒体流化床燃烧技术，即选用与燃用生物质流化特性相匹配的情性床料，如砂子；燃煤流化床炉渣等作为流化媒体以保证形成硫化燃烧稳定的密相床层。因此，密相区床层的蓄热量很大，并且床层内传质传热剧烈，所以能够为高水分、低热值的生物质提供优越的着火条件，保证生物质顺利着火；对于难以燃尽的生物质，由于它在床内停留时间较长可以保证其充分燃尽；对于挥发份较高或细末含量较高的生物质，可以来用两段燃烧，即在密相区上部的稀相区内供入二次风，在此区域加强气－固、气-气混备组织有效燃凤进而大幅度提高燃烧效率。八十年代初兴起的循环流化床燃烧技术，使燃烧效率的进一步提高成为可能。循环流化床是在常规流化床(鼓泡流化床)的炉膛出口或烟道中部增设旋风分离抵将飞出燃烧室的较大的高含碳量粒子分离捕捉下来，再回送进入燃烧室，构成床料(可燃粒子)的循环。这对于提高难燃尽生物质的燃烧效率具有明显的作用。  由此可见，生物质流化床锅炉最适合燃用各种水分大、发热值低的生物质，并且有较高的燃烧效率和锅炉热效率，具有较广的生物质燃料适应性。所以说，燃生物质流化床锅炉是大规模高效利用生物废料最有前途的技术之一。
在我国，燃生物质流化床锅炉的研制工作也已取得了令人鼓舞的成果。例如哈尔滨工业大学热工程教研室于1991年进行了12.5t／h燃甘蔗渣流化床锅炉的研制，已由长春锅炉厂生产两台，由德国拜尔公司购买转口泰国，已投入运行，效果良好。还与长沙锅炉厂合作研制了4t/h燃稻壳的流化床锅炉，已于1993年底在衡阳粮库投入运行。于1992年进行了10t／h燃碎木片(木屑)硫化床锅炉的设计，已由营口锅炉总厂生产两台，装在大连经济技术开发区台资常荣台板有限公司，用于生产供汽和冬季采暖。取得了良好效果。

５．２．　生物质和煤的混合燃烧发电技术

对于生物质来说，近期有前景的应用也许是在现有电厂利用木村或农作物的残余物与煤的混合燃烧。利用此技术，除了显而易见的废物利用的好处外，另一个益处是燃煤电厂可降低NOx的排放。因为木材的含氨量比煤少，并且木材中的水份使燃烧过程冷却，减少了N0x的热形成。
在煤中混入生物质如木材，会对炉内燃烧的稳定和给料及制粉系统有一定的影响。许多电厂的运行经验证明，在煤中混入少量木村(1-8％)没有任何运行间题：当木材的混入量上升至15％时，需对燃烧器和给科系统进行一定程度的改造。
近年，美国电力研究所(EPRI)和纽约电力煤气公司、北印第安那公共服务公司(NIPSCO)等动力供应商一起，对数台锅炉的煤和木材混合燃烧进行了广泛的测试和研究。EPRI的研究证明，旋风炉的改造费用最低，大约为50美元/kw，其利用木材混合燃烧的比例为1-10％(按发热量计算)：煤粉炉利用木材混合燃烧的比例较低，一般为1-3％，需要约3000美元／kw的改造费用。若想在煤粉炉中采用更高程度的混合燃烧，将需要更高的费用用于生物质燃料的预处理如生物质燃料的干燥，或者建造单独的给料系统将生物质燃料送至锅炉中。
广东省江门市甘化厂热电分厂根据该厂自身特点对煤粉炉进行技术改造，开发利用本厂在造纸过程中产生的生物质－蔗糠，使蔗糖和煤粉在炉膛中混合烘烧、收到了较好的经济效益和社会效益。
浙江大学在试验研究和已有经验的基础上设计出了混烧生物质稻壳和煤的35t/h CFB炉。它的特点在于采用气力输送方式给入稻壳，低流化风速约1至2心s，以保证得到97％以上的燃烧效率。哈工大做了对生物质与媒体泥合系统的临界流化速度的研究。
生物质原料尤其是农作物秸秆，都含有较多的水涪性碱性金届物质，燃烧时会引起拥塞和结块，损坏燃烧床。有时还会沉淀于过热器造成腐蚀，严重时则引起工厂停产。为防止类似问题发生，应注意使用如下措施：
1)      可将生物质原料与煤炭或泥炭混合燃烧，后者比例不小于30％o
2)      管道材料要使用具有抗腐蚀功能的富铬钢材或者镀铬。
3)      尽可能使用较低的蒸汽温度。
4)      如有可能，使用淋溶过的生物质原料。如作物收割后置于田间，经过雨淋和风干后再使用。
5)      不要位用硅砂做燃烧床材料。最好的燃烧床材料是白云石，其次是菱镁矿和富铝红柱石。
6)      同时，直接燃烧生物质特别是木材，产生的颗粒排放物对人体的健康有影响。此外，由于生物质中含有大量的水份(有时高达60-70％)，在燃烧过程中大量的热量以汽化潜热的形式被烟气带走排入大气，燃烧效率相当低，浪费了大量的能量。
7)      常规燃煤锅炉炉膛内的温度范围为1000-1250℃，而多种生物质燃料灰的软化温度和融化温度都相当低。当采用生物质和煤混合燃烧时，可能会导致锅炉受热面结渣。
8)      此外，当混合燃烧含氯高的生物质燃料如稻草时，将使壁温高于400℃的受热面发生高温腐蚀。
9)      木屑与煤混燃可以有效地降低N0x和N20的排放，并且还发现，对NOx和N2O的削减能力与混合比例有关．掺入木屑的比例越大，削减的程度越强，但随温度的升高．削减程度有所下降。

目前，国内已有多家锅炉厂家生产生物质和煤混烧的链条炉和流化床炉。典型的混燃锅炉可见表2-2，其中无锡锅炉厂有三种型号，杭州锅炉厂一种，分别在东南亚国家和我国广东等省运行。

表2  国内典型生物质与煤混烧锅炉
锅炉型号        UG-35/3.82-T5   UG-35/3.82-T    SHF14-1.96-KA   NG-35/3.82-TM
燃烧方式        单筒沸腾燃烧    链条炉燃烧      双锅筒沸腾燃烧  链条炉燃烧
燃料种类        煤和稻壳        废木和煤
（其中木粉15％）        咖啡渣和煤      烟煤和碎木片按热量各半混合
参数    额定蒸发量      35t/h   35t/h   14t/h   35t/h
        出口压力        3.82Mpa 3.82Mpa 1.96Mpa 3.82Mpa
        出口温度        450℃   450/105℃       饱和温度（2.45Mpa）     450/105℃
锅炉效率        82.67%  81%（50％＋50％）       3t/h的咖啡渣和煤混燃工况下81％  81.13%
技术特点        外型21X9X15m，一次风45010立方米/h,床下布风，上部二次风及播料风本体空气阻力15786Pa。出口烟气量92053Nm/h;烟气阻力3210Pa.增加了旁路烟道，防止尾部积灰。    为促进炉膛中气体混合及组织辐射和热的烟气的流动使燃料及时着火，炉膛下部布置了混合供。炉膛两侧和支架间的侧密封采用接触式结构，防止空气进入燃烧室。木料小于100mm.  　      　
应用状况        　      　      东莞，运行良好  出口印尼


第六节　生物质型煤燃烧技术
６．１．　前言

生物质型煤(Bio-briquette，Bio-coal)是指破碎成一定粒度和干燥到一定程度的煤及可燃生物质，按一定比例掺混，加入少量固硫剂，利用生物质中的木质素、纤维素、半纤维素等与煤粘结性的差异经压制而成。生物质在其中既起粘结作用又起助燃作用。生物质型煤技术将不可再生的化石燃料（煤炭）和可再生的生物质能（生物质燃料）巧妙的结合在一起，这一结合预示着一种极有生命力的复合新能源的诞生，这一结合为生物质的大规模工业化利用提供了可能的有效途径，这一结合为我国工业型煤的加速推广应用注入了新的活力，这一结合也是将有限的化石能源与无限的取之不尽用之不竭的生物形式贮存起来的太阳能的结合，是能源开发与合理利用的重大变革，这一结合对于开辟能源新领域，促进环保效益及生态的良性循环，加快国民经济持续稳定的发展有着极其重要的意义。
我国的资源条件决定了我国今后能源方面仍要以煤炭为主的趋势，也决定了我国以煤为主的一次能源格局在相当长的时间内不会有根本性的变化。煤炭资源的型煤化利用是目前我国节约能源、保护环境的重要途径，我国型煤燃烧技术在工业及民用方面已经进行了一定的开发和推广应用。根据中国能源研究会的报告，依照环境效果、节能效果、技术成熟程度和经济性四项指标，对洁净煤洗选、气化、液化等十项技术进行综合评价，型煤技术排行第一。1997年10月3日国家环保局在第二界中国环境与发展国际合作委员会上宣布：中国**已决定到2000年全国大中城市停止原煤散烧，全部使用固硫型煤与其它清洁燃料。国家环保局、国家工商局早在1995年就明确规定：燃煤锅炉必须使用型煤或其它清洁燃料，禁止原煤散烧。目前，许多省、市相继作出不准燃烧散煤的政策规定，并付诸实施，这为大力普及推广型煤带来了空前的机遇。
近年来，我国虽已研究成功几种新型的成型技术，如免烘干、高强度、防水型煤等，但在向工业生产转化过程中，遇到资金筹措等方面困难，进展十分缓慢。当今工业型煤正朝着高交叉、洁净燃烧、生产工艺简化及多功能的方向发展：（1）开发免烘干、高强度、防水型煤，并加快实现工业化生产；（2）开发高固硫率型煤；（3）开发可利用煤泥、生物质的工业型煤；（4）继续研究开发廉价、易推广的粘结剂，改进提高现有的成型技术及设备，扩大锅炉型煤的推广应用。
在工业型煤粘结剂方面，目前也有向利用生物质粘结剂转化的趋势，因为生物质粘结剂来源广，价格低，又不增加型煤灰分，且有较高发热量，经过化学处理后有较好的粘结性，生产的型煤燃点低，燃烧不结渣。

６．２　　我国发展生物质型煤的重要性

    为了实现在工业锅炉和民用锅炉上煤的高效、清洁燃烧，型煤燃烧是一个很有前途的发展方向。发展高强度的生物质型煤是难着火、难燃烬、高污染煤有效利用的需要，如无烟粉煤、高硫煤、煤泥等，常规型煤很难解决其着火、污染、充分燃烬和长途运输等问题；是燃煤的低烟尘排放、不冒黑烟、少排有害烟气的环保要求和需要；是工农业废弃物变废为宝、高效利用的需要，如大量稻壳、锯末、树枝叶、某些工业废弃物等；是燃烬灰综合利用的需要；是我国现阶段有效控制SO2和CO2排放的需要。

煤炭资源洁净持续利用的需要

    我国是世界第一产煤大国，世界第一燃煤大国。在我国能源构成中，煤炭占一次能源的71％以上，远远高于石油(约占17％)、天然气(约占12％)等其它能源所占比例。我国石油剩余探明储量为3.2Gt，以年产0.15Gt计，可维持20年；而煤炭保有储量达954Gt，以年产1.0Gt计，可开采950余年，加之油气类综合利用价值高，更适宜于化工原料、深加工等，直接作为燃料烧掉是一种能源的浪费。所以我国的资源条件决定了我国今后能源方面仍要以煤炭为主的趋势，合理且高效地利用煤炭资源对国民经济的发展意义十分重大。
    我国中小型燃煤排放源数量众多，集中分布在城区和近郊区，其热效率较低，平均不到60％。随着采煤机械化程度的提高，工业用块煤的产量日渐减少，碎煤和细煤屑越来越多（约占55-80%）。型煤技术是用粉煤或低品位煤制成具有一定程度和形状的煤制品, 可以解决煤炭系统大量粉煤或低品位煤的出路问题，满足煤炭系统粒径合适的块煤远远不能达到的工业要求。民用型煤作为我国主要的民用燃料,其加工技术已成熟。工业型煤用于燃烧设备或煤气化等,目前我国尚处于工业示范阶段。型煤加工属我国洁净煤技术规划中要加速发展的技术，我国对型煤技术的开发特别重视，历经数届国家科技攻关，型煤技术在总体上已达世界先进水平，但在推广应用方面仍有不少问题有待完善解决。

大规模生物质能开发与利用的需要

    全世界的生物质象薪柴、稻壳、秸杆、柴草、木屑、树叶等资源相当丰富，但过去生物质能利用一直没有受到重视，直到七十年代初，第一次石油危机后，各国才兴起了开发和利用生物质能的热潮。
    国际上对生物质能的开发利用研究有如下三方面的基本内容：一是以生物质代替化石燃料，如种植薪柴林用于直接燃烧，利用林业残余物与煤混烧，液化或气化为高品位燃料供发电和动力使用，制作生物质型煤供工业炉窑燃用；二是通过造林将碳吸收存储在木材或木制品之中；三是开发光生物学和光生化学技术，强化微藻和CO2固定酶吸收CO2的能力。光生物、生化学技术目前仅停留在实验室研究阶段，近期内很难工业规模大范围应用；大面积发展薪柴林受土地条件、经济水平等的制约对我国这样一个地少人多的农业大国不现实；生物质代替化石能源的效益最适合我国国情。
    中国的生物质资源量大面广，生物质能占农村总能耗的近70%，占全国总能耗的近1/4，但目前大多处于低效利用方式，大部分是在柴灶上直接燃烧，其利用率仅为10-20%左右。农作物秸秆一项的年产量估计已达7亿多吨，除做农家燃料和饲料外，约有一半弃于荒野或是直接在田间烧掉。此外还有数量相当可观的工业废弃物，如制糖业产出的蔗渣，造纸业在提取表皮纤维后剩下的蔗髓，因其重量轻和挥发分含量高，难以合理配风，不宜单独燃烧使用，建材和木制品加工厂每天产生大量的木屑、刨花，含有大量的粘结剂，大部分廉价出售或粗放利用[5]。虽有大量的农作物秸秆直接燃烧，但不能高效利用，亦缺乏工业使用价值；生物质与煤混烧因物性显著差异很难操作；生物质液化或气化为高品位燃料，在发达国家目前仍受技术经济条件制约，何况我国。由于生物质燃料价格比煤低廉，这在降低工业型煤成本或提高生产收益方面会有所贡献，同时也避免田间生物质焚烧所带来的大气环境污染，生物质型煤则无疑是近期内利用生物质能的最有效现实途径，且能利用生物质的特性全面提高型煤的着火燃烧性能及其环境经济效益。

控制煤烟型大气污染的需要

    煤炭作为我国主导能源，以其成本低廉而久盛不衰，但其燃用后所产生的大气污染危害却远远大于油气类燃料，因而导致我国大部分城市的大气污染以煤烟型为主，在工业城市中尤为典型。煤炭燃烧后产生的大气污染物远高于油气燃烧后产生的大气污染物，污染物SO2、TSP、NOX、CO占总排放量的95％以上。如果再考虑到煤炭开采、加工、运输过程中对大气造成的污染，更是远远大于油气类燃烧所产生的影响。
    煤炭从开采加工到利用过程中所产生的大气污染物来源各不相同，其不同的用途也产生不同的大气污染物。煤炭在开采过程中，尤其是露天开采将产生大量的沙土扬尘及煤粉扬尘，形成局域的大气污染；煤炭在贮运过程中产生的煤粉扬尘在煤矿区造成的污染已成为公害之一，煤炭开采的副产物--煤矸石堆积成山，产生扬尘，自燃后释放大量的有毒有害气体；以炼焦为主要综合利用方式的煤炭加工业所产生的浓烟中含有高浓度的SO2、NOX、CO等，这些都是产生酸雨的主要因素；煤炭目前在我国的主要用途是作为工业、民用燃料，由于燃烧器、配套设施及操作的不合理而每年向大气中排入的SO2约20Mt，并且平均以每年0.8Mt的速度增加，造成我国酸雨面积每年以15000km2的速度增长。除气相污染物外，煤燃烧后产生的固相污染物--以粒径<3mm为主的粉煤灰也大量进入大气,形成TSP污染。原煤燃烧时细小颗粒煤屑因体轻在炉膛中极易被风吹起飞扬，经烟道进入天空，造成环境黑度严重超标[3]。由此可见，目前我国大气污染严重的主要原因之一是燃煤所产生的大气污染物，所以说控制燃煤产生的大气污染物的排放量是整个大气污染控制的源头和关键环节[6]。

当前控制温室效应的需要

    近几十年来，大气中的各种温室气体浓度正不断增加，它们对全球气侯变化的影响已引起了人们广泛的注意，国际上已签署了一系列关于控制全球气候变化的纲领性文件。各种温室气体中，以CO2的危害最为严重。大气中的CO2含量在最近二十年中已增加了27%，浓度达到360ppm。据估计目前每年约有260亿吨CO2被排入大气，其中大约有80%是由于煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧而引起的。溯本追源，大气中CO2为主的温室气体增量主要来自化石燃料的燃烧，尤其是发达国家在工业化时期以来的大量排放。大气中CO2的正常含量是地球本身长期发展演变的结果。地球上的森林、各种绿色植物以及微生物，在繁衍和衰亡过程中固定了大量的碳，借助于地壳运动和地质变迁转化为化石燃料贮藏在地质结构之中，最终造就了适合地球现状生态的大气环境。
各国学者已经提出了许多减少大气CO2含量，缓解温室效应的方案。总的说来，主要有提高能源转换效率、采用各种高效节能设备，减少化石燃料的消耗；将CO2从电站烟气中提取出来，加以深海、废油井贮藏或利用其作为化工原料；使用核电、太阳能、水能、风能和地热，以及生物质能和能源作物生产能源，实现CO2零排放。
能源危机以后，工业发达国家曾研究发展能源林来替代化石燃料的技术。因为，生物质资源量丰富而且可以再生，其含硫量和灰分都比煤低，含氢量较高，因此比煤清洁。若把它变成气体或液体燃料，使用起来清洁、方便。此外，化石燃料在燃烧过程中，排放出CO2气体，在大气层中不断积累，工业化前期大气中CO2浓度按体积比在空气中占0.028％，到1980年已增加到0.034％，预计到21世纪初，将提高到0.056％，温室气体在大气中浓度的不断增加，导致气候变暖，而生物质既是低碳燃料，又由于其生产过程中吸收CO2成为温室气体的汇（Sink），因此，随着国际社会对温室气体减排联合行动付诸实施，大力开发生物质能源资源，对于改善我国以化石燃料为主的能源结构有十分重要的意义。但是我们在考虑积极主动地扩大可利用生物质资源的规模，大幅度提高这种清洁的可再生能源在我国能源供应中的份额时必须考虑到我国现实的以煤炭为主的能源结构在近50年内是不可能改变的，优化能源结构的同时必须考虑煤炭的高效洁净利用。生物质型煤正是实现生物质大规模开发利用和降低型煤成本、提高型煤性能，我国当前控制温室效应的一种绝佳方法。
据有关专家测算，从90年代初至2020年，若每年造林400-500万公顷，至2020年该造林方案的总固碳量也只占当年碳排放量的10％。而按现状煤耗基数预测，2020年生物质型煤利用生物质的潜力可达2亿t/年，生物质型煤计入生物质的代煤效益和型煤节煤效益，生物质型煤减排碳的潜力可达当年碳排放量的10%，同时生物质型煤还可以有效的减少硫的排放量。生物质型煤减排CO2量按热工等效原则下减少化石燃料燃烧排入大气的净增量计，包括生物质代煤和型煤节煤所产生的两部分削减量。按20%的生物质加入量和10%的节煤率作保守估算，原煤和生物质的热值分别取为5500kJ/kg和4500kJ/kg，则可削减CO2排放(4500×20%+5500×10%)/5500>26%。

层燃工业锅炉环保节能的需要

    截至1998年底，全国锅炉装机总容量达到58.4万台，计188.6万t/h，其中工业锅炉57.92万台(占99.18%)，计143.48万t/h (占76.08%),其中链条炉排锅炉约占工业锅炉总台数的65%，总容量的60%。工业锅炉中的82%是小型锅炉，每小时的蒸汽发生量不到4t，平均热效率只有55-65%[8]。全国548家E级以上工业锅炉生产厂，生产能力已达15万蒸吨/年，年生产3-4万台8-10万蒸吨的工业锅炉，其中D级以上锅炉生产厂的年生产能力为12万蒸吨。我国工业锅炉中的大部分采用链条炉排散烧原煤，平均热效率不到低(工业化国家燃煤工业锅炉热效率很少低于80%)。总之，我国工业锅炉的现状是：数量大、耗煤多、容量小、设施老化、效率低、大部分没有脱硫装置、污染大气严重。
我国工业炉窑（包括工业锅炉和窑炉）大多数采用层状燃烧，适于燃用一定粒度的块煤，但目前块煤的产量难以满足工业炉窑燃用的需求；大多数工业炉窑基本上燃用粒度筛分很宽的未经加工的散煤，在燃烧过程中普遍存在着煤层厚、通风空隙小、阻力大、配风不均匀、机械不完全燃烧损失大、飞灰多，燃烧效率低，污染环境严重等问题。将我国现有的50多万台工业锅炉全部改为流化床锅炉，不仅不现实，而且也不可能。工业炉窑改烧工业型煤与烧原煤相比，烟气排尘可减少50％，型煤中添加固硫剂后还可使烟气中SO2排放量减少5O％，节煤率达10％～15％。尤其是中小型层燃锅炉，由于没

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循环经济，清洁能源！！！