生物质燃料的种类精选(九篇)

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第1篇：生物质燃料的种类范文

【关键词】生物质电厂；输送系统；设备选型

前言

勉县凯迪生物质电厂1×30MW机组工程是利用当地林业废弃物、农作物秸秆和稻壳等燃料发电的项目，电厂性质为可再生能源项目。本工程一次建设1×30MW高温超高压供热机组。对于生物质电厂来说，其燃料系统的性能优劣直接影响到机组运行的安全和经济性，本文就其燃料输送系统的设计特点进行介绍和总结。

1 燃料设计资料

1.1 燃料分析资料

本项目燃料分析资料见下表：

检测项目 符号 单位 设计燃料 校核燃料

固定碳 Fcar % 11.2 11.2

收到基水分 Mar % 28.69 40.8

收到基灰分 Aar % 7.3 3.408

收到基挥发分 Var % 52.81 45

可燃硫 St，ar % 0.052 0.048

收到基低位发热量 Qnet，ar MJ/kg 10.69 9.55

1.2 燃料消耗量

燃料消耗量见下表：

燃料 小时耗量（t/h） 日耗量（t/d） 年耗量（104t/a）

设计燃料 30.228 665.016 24.18

校核燃料 33.945 746.79 27.156

注：日运行小时数按22小时计，年运行小时数按8000小时计。

2 燃料系统设计特点

本项目燃料系统设有四个干料棚，干料棚内的燃料通过组合式给料机或螺旋给料机送到皮带机上，然后通过皮带直接输送至锅炉。由于炉前料仓存在堵料、蓬料的风险，为了保证锅炉的运行稳定性，本项目采用的是物料通过皮带直接输送至锅炉的方案。

2.1 卸料系统

燃料全部通过汽车运输进厂，进厂燃料分为两大类，一类为整包料，主要是玉米、小麦秸秆等软质秸秆燃料；另一类燃料为成品料，主要是破碎好的林木废弃物等其它硬质秸秆。

对于软质秸秆，考虑采用整包进厂，大部分物料采用桥式抓斗起重机或移动卸料设备卸至破碎机料斗内经破碎直接输送至锅炉进行燃烧，这样可以减少倒运环节，降低运行成本，超过破碎机破碎能力部分整包料堆放在燃料棚内。

对于硬质秸秆，部分成品料直接由自卸汽车卸到干料棚内，通过给料机、带式输送机直接输送至锅炉进行燃烧。对于不是采用自卸汽车进厂的成品料，可以采用移动机械进行卸料，辅助以人工清扫车厢的残料的卸料方式。

2.2 给料设备

除锅炉燃烧外，生物质发电的另一个设计难点就是给料系统。由于生物质燃料供应的多样性，不同种类燃料的分份、比重、外形都有较大的不同：即使是同种燃料，其物理性质受外界的影响会很大；另外燃料供应的季节性也较强，不同时间段内可能将燃用不同的燃料。因此，给料系统在方案设计时要充分考虑以上因素的影响。

目前，用于生物质电厂给料设备主要包括以下几个方面：板式给料机，活底料仓给料机，无轴螺旋给料机，有轴螺旋给料机。

板式给料机，一般安装在汽车卸车沟中，为满足来料变化的要求，启动平稳，对破碎后的燃料给料能力强，缺点是造价偏高，带负荷启动能力差。

活底料仓给料机，适用于破碎后硬质燃料，对于粒度≤50mm的燃料输送效果较好，但是存在给料不均匀，出力不稳定的问题。

无轴螺旋给料机适用于缠绕性不强、物料粒度大的燃料，由于本项目设计燃料有小麦秸秆类软秸秆，同时螺旋体刚性不够，易断裂损坏。由于此类设备存在问题较多，目前在新建电厂中此类给料设备基本已经不再应用。

有轴螺旋给料机是目前使用最多最普遍的生物质燃料给料设备，应用非常广泛。针对本项目，由于主要燃料为包含树皮、林业丢弃物以及小麦玉米秸秆等，种类各异，软硬质秸秆均有，所以本工程破碎后的燃料采用有轴螺旋给料机。

2.3 破碎设备

目前在国内生物质发电项目中，不同规格不同出力的破碎机产品比较多，使用效果是各不一样，价格差别很大，主要是两类产品。

第一类，小出力的破碎机，这种设备以国产为主，设备性能较好，产品比较成熟，缺点是刀具易钝化，基本每天要求磨刀几次，不适宜长期稳定运行。

第二类，大出力的破碎设备，这类产品国内市场上厂家较少。

在进口破碎机产品上，在中国市场上在生物质发电领域有应用业绩目前有2家，一个是丹麦的M&J破碎机，一个是美国的威猛破碎机，此类产品的特点是价格昂贵，产品性能好，能够长期稳定运行。

针对该项目，根据选定的燃料技术方案，在本工程中，厂内破碎设备使用进口破碎机作主要破碎机型；厂外使用国产破碎机作为补充备用。这样能保证机组的稳定运行，又节约了工程投资。

2.4 输送设备

根据对国内大部分的生物质发电项目进行调研和收资，燃料输送系统一般都能满足使用要求，输送设备主要包括以下几种：普通带式输送机、大倾角带式输送机、挡边带式输送机、链式输送机、管状带式输送机等。

目前国内采用普通带式输送机的生物质电厂用的较多；管带机在节约占地、密封输送等方面有一定的优势，但由于在给料段和卸料段需要一定的展开距离，本项目输送系统距离较短，管带机无优势；链式输送机只能整包上料，不应用于燃用多种燃料的电厂。大倾角带式输送机一般适用于场地受限的情况。针对本项目的具体特点，输送设备采用普通带式输送机，通过加大一级带宽和降低带速，来防止运行过程中撒料现象的发生。

2.5 其它辅助设备的选型

燃料系统其它辅助设备主要包括汽车衡、计量装置、喷雾抑尘设备、除铁器等，都是厂用设备，是比较成熟的产品。由于目前还没有适合生物质电厂的采样设备，目前投产的生物质电厂均采用人工采样，因此本项目也按人工采样考虑。

3 总结

生物质发电工程中燃料输送系统是一个极其重要的环节，由于煤与秸秆在物理特性方面有很大差异；每个生物质电厂受地域影响，导致燃料特性差异较大；受气候的影响，燃料的处理和储存工艺差异较大；受燃料收集影响，导致实际燃料和设计燃料的差异较大，多方面的原因导致燃料输送系统的设计方案多样化。本项目在设计时，考察和调研了国内众多的生物质电厂及燃料设备制造厂家，进行了多次技术交流。在以后进行生物质电厂设计时，根据项目的具体特点和燃料特性来选择合适的相关设备，从而保证燃料输送系统的设计是安全可靠性和经济性。

第2篇：生物质燃料的种类范文

【关键词】 生物质 煤油气 锅炉 经济对比

随着社会现代化建设的加快，人们对环保的要求日趋增高，节能减排已列入我国目前各级政府的工作重点。许多大中城市已禁止燃煤锅炉的使用，取而代之的是燃油、燃气及电锅炉，这三种锅炉的运行成本高，设备投资性大，使很多用户不愿接受。另一方面，我国又是一个农业大国，每年有大量的农作物秸秆无法有效处理，随意丢弃，严重影响了村容村貌。秸秆直接在田间焚烧带来的大气污染和消防安全问题更是危害巨大。这样既浪费了资源又污染了环境。生物质锅炉的问世，使农作物秸秆等废放弃物得到更好的利用。其经济性与燃煤、燃油、燃气锅炉相比又会如何呢？

1 生物质锅炉

生物质锅炉是锅炉的一个种类就是以生物质能源做为燃料的锅炉叫生物质锅炉， 他运行环保，节省燃料，是现在社会比较提倡使用的锅炉。分为生物质蒸汽锅炉、生物质热水锅炉、生物质热风炉、生物质导热油炉等。

2 生物质燃料

生物质燃料属于国家支持推广的新型燃料，生物质燃料是指以农村的玉米秸秆，小麦秸秆，棉花杆，稻草，稻壳，花生壳，玉米芯，树枝，树叶，锯末等农作物，固体废弃物为原料，经过粉碎后加压，增密成型，即为“生物质燃料”，是一种可再生资源。生物质成型燃料，也被称为生物质压缩燃料，其能源密度相当于中质烟煤，火力持久，燃烧性能好，是可以代替煤炭作为家庭生活燃料、工业或服务业锅炉及生物质电厂发电的燃料。生物质固体成型燃料储存、运输、使用方便，清洁环保，燃烧效率高，是一种重要的现代可再生能源。

3 生物质燃料主要特点

3.1 环保

国家级部门检测，完全符合国家标准。

（1）单一气体含量分别为（如表1）：

（2）热值：油质生物质（花生壳、棉花棵等）4000大卡/公斤左右

（3）粉尘含量为：38g/m3。

（4）林格曼黑度：

（5）噪音、低噪音风机≤55db（A）。

3.2 节能

3.2.1 烧生物质燃料与煤相比：（1kg标准煤用1.3kg生物质燃料即可替代）

（1）燃煤锅炉的热效率为68%，5000大卡/公斤标准煤实际热值用量为5000大卡/公斤×68%=3400大卡。

（2）改为燃生物质炭后，由于增加了燃烧器采用了先气化燃烧后燃烧碳的特殊工艺，使生物质燃料燃烧充分，因此热效率可达80.7%。

生物质燃料的热值4000大卡/公斤左右。

4000大卡/公斤×80.7%=3225大卡

煤价5000大卡社会价950元/吨，生物质燃料4000大卡社会价1150元/吨。

煤燃料锅炉1蒸吨满负荷用200公斤/小时×950元/吨=190元/小时。

生物质燃料锅炉1蒸吨满负荷用186公斤/小时×1150元/吨=214元/小时。

用煤燃料锅炉1天按8小时计算190元/小时×8小时=1520元。

用生物质燃料锅炉1天按8小时计算214元/小时×8小时=1712元。

实际用生物质燃料锅炉比用煤锅炉1天多消耗1712-1520=192元。

3.2.2 与天燃气锅炉相比：（1m3天燃气可用生物质燃料2.3kg替代）

（1）天燃气的热效率为85%，8600大卡/m3的天然气实际热值用量为：

8600大卡/m3×85%=7310大卡/m3

4000大卡/kg×80.7%=3228×2.3kg=7424.4大卡

用天然气锅炉1蒸吨锅炉满负荷用量82立方/小时×4.3元/m3=353元

（2）生物质锅炉的热效率为80.7%，4000大卡/公斤的生物质燃料实际热值用量为4000大卡×80.7%=3228大卡。

生物质燃料锅炉1蒸吨锅炉满负荷用量186公斤×1.15元/公斤=214元

用天然气锅炉1天按8小时计算353元/小时×8小时=2824元

用生物质燃料锅炉1天按8小时计算214元/小时×8小时=1712元

实际用生物质燃料锅炉比用天然气锅炉1天8小时节能2824-1712=1112元

3.2.3 与燃柴油锅炉相比：（1kg燃油用2.7公斤生物质燃料替代）

（1）燃柴油锅炉的热效率85%，10200大卡/kg的燃油实际热值用量为：10200大卡/kg×85%=8670大卡。

用柴油锅炉1蒸吨锅炉满负荷用量1小时69公斤×8.1元/公斤=559元

（2）生物质锅炉的热效率80.7%，4000大卡/公斤的生物质燃料实际热值用量为4000大卡×80.7%=3228大卡。

生物质燃料锅炉1蒸吨锅炉满负荷用量186公斤×1.15元/公斤=214元

用柴油锅炉1天按8小时计算559元/小时×8小时=4472元

用生物质燃料锅炉1天按8小时计算214元/小时×8小时=1712元

实际用生物质燃料锅炉比用柴油锅炉1天8小时节能4472-1712=2760元。

3.2.4 与燃重油锅炉相比：（1kg燃油用2.3公斤生物质燃料替代）

（1）燃重油锅炉的热效率76%，9700大卡/kg的燃油实际热值用量为：9700大卡/kg×76%=7370大卡。

（2）用柴油锅炉1蒸吨锅炉满负荷用量1小时82公斤×4.8元/公斤=394元。

（3）生物质锅炉的热效率80.7%，4000大卡/公斤的生物质燃料实际热值用

量为4000大卡×80.7%=3228大卡。

生物质燃料锅炉1蒸吨锅炉满负荷用量186公斤×1.15元/公斤=214元

用重油锅炉1天按8小时计算394元/小时×8小时=3152元

用生物质燃料锅炉1天按8小时计算214元/小时×8小时=1712元

实际用生物质燃料锅炉比用重油锅炉1天8小时节能3152-1712=1440元。

3.2.5 与电锅炉相比

（1）电锅炉的热效率96%，860大卡/度的电实际热值用量为：860大卡/度×96%=825.6大卡。

用电锅炉1蒸吨锅炉满负荷用量1小时727度×1.1元/度=800元。

（2）生物质锅炉的热效率80.7%，4000大卡/公斤的生物质燃料实际热值用量为4000大卡×80.7%=3228大卡。

生物质燃料锅炉1蒸吨锅炉满负荷用量186公斤×1.15元/公斤=214元

用电锅炉1天按8小时计算800元/小时×8小时=6400元

用生物质燃料锅炉1天按8小时计算214元/小时×8小时=1712元

实际用生物质燃料锅炉比用电锅炉1天8小时节能6400-1712=4688元。

4 生物质燃料锅炉的经济效益及社会效益

推广生物质燃料锅炉，可以部分解决企业的能源供应，维护企业的正常生产，提升企业的赢利能力，促进经济发展。生物质燃料是一种理想的可再生能源，它来源广泛，不但可促进农民的每年增收，又可以防止水土流失。生物质燃料作为一种新兴的能源，它的使用，每年可节约天然气6.84亿立方米，可以有效地节约不可再生的石油类能源，促进节能减排。因此，推广生物质燃料锅炉，有良好的经济效益与社会效益。

第3篇：生物质燃料的种类范文

中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）22-0338-021、生物质颗粒的燃烧与结渣特性

生物质成型颗粒燃料是经过压制粘合而成的，其密度远大于原生物质。成型燃料的结构与组织特征决定了挥发分的析出速度与传热速度都很低。生物质成型燃料的燃烧过程可分为干燥脱水、挥发分析出、挥发分燃烧、焦炭燃烧和燃烬几个阶段。其燃烧过程是：1）燃料进入燃烧室内，在高温热量（由前期燃烧形成）作用下，燃料被加热和析出水分。当温度达到约250℃左右，热分解开始，析出挥发分，形成焦炭。气态的挥发分和周围高温空气掺混首先被引燃而燃烧，进行可燃气体和氧气的放热化学反应，形成火焰。2）成型燃料表层部分的碳处于过度燃烧区，形成较长火焰。3）焦炭扩散燃烧，燃烧产物CO2、CO及其气体向外扩散，CO与O2结合成CO2，在表面进行CO的燃烧，在层内主要进行碳燃烧，在表面形成灰壳，并随着燃烧，燃烬壳不断加厚。当可燃物基本燃尽，在没有强烈干扰的情况下，形成整体的灰球，灰球变暗红色成为灰渣，完成整个燃烧过程。在炉内强烈气流的干扰下，则有一部分细碎燃料，以飞灰形态随烟气逸出炉内。

生物质颗粒燃料本身的灰分中含有钙、钠、钾等离子，这些离子在燃烧过程中容易形成渣层，且灰的软化温度较低，因此燃料本身的特性决定了结渣的特性和程度。燃烧过程中燃料层的温度，炉膛温度，燃料与空气混合不充分以及锅炉超负荷运行是造成结渣的重要因素。生物质颗粒中还含有氯、硫等元素，对钢材有腐蚀作用。

2、固定炉排燃煤锅炉改燃木柴、生物质颗粒等

2.1 改燃木柴

在节能和环保要求日益严格的今天，部分地区已不准许安装蒸发量较小的固定炉排燃煤锅炉，而原燃煤的固定炉排锅炉也要进行改造。因此，新装的固定炉排燃煤锅炉有部分直接燃用木柴、木板等，出现的问题有：

1）木柴燃烧过快，添加燃料时间短。木柴一般呈块状，开始燃烧时需要大量空气，后一阶段需要空气量减少，过量空气变多。

2）多数炉门处于常开状态，增加了漏风和散热。

3）炉膛容积小，火焰较高，烟气流速快，烟气流程短，排烟温度较高。在进行测试时发现，燃烧时排烟温度常超过300℃。

4）燃烧过程扰动不足，烟气中CO含量高，未燃尽的碳颗粒较多。

5）燃烧中空气分布不均匀，对水冷壁的冲刷严重。

这些问题一方面给锅炉带来了安全隐患，严重时会使锅炉积灰结焦甚至出现受热面变形的情况，另一方面，锅炉的热效率低下，燃烧不稳定，锅炉出力达不到使用要求。由于木柴、木板均为人工送料，锅炉运行的自动化程度较低，现场粉尘较大，操作环境差。

2.2 改燃生物质颗粒

这种锅炉改燃生物质颗粒一般要增加送料器，改变人工送料的方式。下面通过一个案例说明这种改造存在的缺陷。

在对某企业的锅炉能效测试中发现：锅炉经过改造，由固定炉排手烧燃煤炉改为给料机输送燃料的燃生物质颗粒炉，在测试中发现尾部烟气氧含量超过17%，并且经过多次调节也无法降下来，锅炉的配风设计不合理，炉内燃烧状况极差。经过观察燃烧过程，发现锅炉燃烧不佳的原因：

如图1示，燃料由锅炉前端位于炉排上方约0.6m高的送料口给入，为实现燃料均匀分布在炉排上，送料风风管鼓入大量热风将燃料颗粒吹撒在炉排上，而这一部分热风未能有效地参与燃烧反应，反而增加了过量空气，缩短了飞灰和可燃气体成分的停留时间，使其不能充分参与燃烧，降低了锅炉的热效率。

由一次热风管送入的热风不足，因而在右侧添加了一台鼓风机从底部供风，降低了风温，不利于燃烧。燃料在炉排上堆积过厚（图2示），难以燃尽并产生较多CO。因此这种设计极大的影响了锅炉的热效率。同时，该锅炉的尾部还增加了空气预热器，由于引风机的功率不足，导致炉膛呈微正压燃烧，炉内烟气冒出，导致炉墙部分位置出现烧黑的现象。

同时，由于固定炉排不是专门针对生物质颗粒进行设计和制作的，往往会出现生物质颗粒从炉排漏下去的情况，这样也增加了燃料的固体未完全燃烧热损失。

3、链条炉排锅炉改燃生物质颗粒的问题

链条炉排锅炉作为一种常见的锅炉结构形式，由于其运行稳定可靠、操作方便，使用中较为常见，这种类型的锅炉较多设计为燃烧烟煤的锅炉，燃烧形式为层燃。在实际运行中，有部分设计燃料为煤的链条

（1）当直接改燃生物质颗粒后，由于生物质颗粒密度小于煤，且挥发份含量远高于煤，其燃烧主要在炉排上部的空间发生，因此燃料在炉内的停留时间变短，许多焦粒和炭黑无法燃尽，还会造成整个火界后移，甚至引起尾部受热面部位二次燃烧。（2）链条炉排燃煤锅炉一般只有在炉排下方鼓入一次风，不设置二次风，而生物质颗粒挥发份的燃烧需要大量空气，因此会造成燃烧区缺氧的情况，产生较多CO。（3）受热面布置与生物质颗粒的燃烧情况不相符，造成换热效果变差，炉膛出口烟气温度高。（4）生物质颗粒的热值较煤低，燃烧温度低，燃烧强度小，不适宜较大的炉排面积，因此直接改燃生物质颗粒的煤炉会出现出力不足的情况。（5）由于鼓风一般偏高，而且生物质颗粒的灰分较轻，飞灰量变大。

结合生物质颗粒的特点及以上情况，改造要考虑到燃烧、积灰、结焦等众多问题，而不宜直接将燃料更换为生物质颗粒。

4、固定炉排锅炉改燃粉状生物质

在某些企业中，粉状生物质如锯末较易获得，于是将固定炉排锅炉改为燃粉状生物质锅炉。这种改造一般是在前端的人孔接上给料管，生物质粉末通过风力输送到炉膛中进行燃烧。通过分析，这种改造会存在以下问题：

1）燃烧方式由层燃变为室燃，烟气流程变短，烟气中未燃尽碳颗粒和CO增多；

2）粉状生物质燃烧系统点火程序不完善，存在点火爆燃现象，且木粉加料仓没有防火防爆装置；

3）燃烧中的颗粒和生物质中的杂质冲刷水冷壁，易造成较大磨损；

4）容易结焦。

5、燃油锅炉改燃生物质

这种改造的燃油锅炉一般为卧式三回程结构（图3），然后在锅炉前端加装采用水冷的生物质颗粒燃烧机，燃烧机采用固定炉排，生物质颗粒通过螺旋给料机给入，燃烧后产生的高匮唐进入锅炉炉膛和烟管换热，接着进入省煤器换热。这种锅炉存在的问题包括：

1）部分生物质颗粒燃烧机不成熟，无相关的型式试验即投入使用。生物质颗粒在燃烧机内气化后产生的可燃气体携带大量的生物质粉尘进入炉胆，对炉胆造成不同程度的磨损，当引风机和鼓风机匹配不佳时，生物质灰分容易在烟管里沉积。

2）炉胆前部布置过多的卫燃带，燃烧机出来的气流温度高，容易烧塌卫燃带，加上气流温度达到灰分的熔点，灰分容易粘附在受热面上，燃料含硫量大时，长期作用对受热面造成腐蚀损坏，同时灰分中含有的碱金属离子也会对受热面造成腐蚀。

3）燃烧机与锅炉不匹配，锅炉不能全部吸收燃烧机产生的高温气流，使锅炉及其辅机长期处于超负荷状态，造成烟管越堵、风机越大、积灰越多的恶性循环。

4）生物质燃料与油不同，灰分含量大，燃烧后的烟气传热特性与油燃烧后的烟气传热特性存在不同。改造的锅炉未经科学的热力计算，多凭经验估算。

5、总结

由于燃料特性存在较大不同，无论什么型式的燃煤、油锅炉直接改为燃生物质锅炉而不进行设计或相应改造，一般都不能取得较好的效果。要克服以上存在的问题，要针对燃料的特点对燃烧系统、烟风系统、除尘系统等进行改造，才能实现锅炉安全、经济地运行。

第4篇：生物质燃料的种类范文

(一)化石能源储量及开采情况

化石能源(石油、天然气和煤炭)是经济社会发展和提高人民生活水平的物质基础。世界化石能源的剩余探明可采储量为9000亿吨油当量(toe)。其中，石油和天然气均为1600亿toe左右；煤炭储量最为丰富，为6000多亿toe。

石油资源分布极不均衡。中东、俄罗斯和非洲的石油探明可采储量占世界总量的77％，是世界商品石油的主要来源。亚太地区的石油探明可采储量和消费量分别占世界总量的3.3％和30％。中国相应的份额分别为1.3％和9.3％，是石油资源相对短缺的国家。

石油是重要的化石能源资源，在全世界一次能源消费结构中，石油所占的份额中约为40％左右，是形成现代工业和促进经济增长的动力。

煤炭是古老的燃料，从19世纪60年代开始大规模开采、使用。至今，在中国、美国等一些国家中，煤炭仍用作主要的发电燃料。中国是煤炭资源丰富的国家，煤炭仍然是主力一次能源，份额保持在70％左右。

为提高使用效率、减少排碳和对环境的污染，煤炭应用的创新方向是发展洁净的煤炭技术和煤炭液化、转化技术，生产运输用液体燃料和化工产品。

(二)石油消费情况

世界石油年消费总量近40亿吨，工业化国家(经合组织和俄罗斯)的消费量占62％；占人口大多数的非工业化国家(新兴市场经济体)，石油消费量仅为38％。

美国是石油消费量最多的国家，年消费量为9.4亿吨，相当于其他5个消费大国(中国、日本、德国、俄罗斯和印度)消费量的总和；人均石油消费量3吨多。中国的石油消费量为3.6亿吨，人均消费量较低，仅为0.28吨左右。

不同国家的民用、商业和工业的能源消费量和消费品种均各不相同。交通运输部门的能源消费以石油产品为主，石油总消费量中约有70％用作运输燃料油，此份额的多少各国均不同。在氢燃料和燃料电池汽车大规模进入市场之前，这种消费形势将不会有太大的变化。

中国是经济快速增长、尤其是以制造业为主的发展中国家，为了给生产厂增加原材料和能源供应，运输服务功能就需要加强。人均收入提高之后就会促进道路和航空运输服务的发展。近年来，中国运输、邮电和仓储的石油消费量约占石油总消费量的25％左右；中国仍然是人均燃料油消费量较低的国家。随着汽车数量的增长，运输部门的燃料消费量就会相应上升。

美国的年人均运输燃料油消费量2.3吨。欧盟各国平均1.0吨，中国仅为0.08吨。

(三)能源的转型

在人类发展历史中，在能源使用上已经历了好几次能源转型。从使用木材、薪炭为燃料到19世纪中叶大量使用煤炭，20世纪30年代开始向使用石油过渡，目前正在向以天然气为主的方向转变。随着石油资源的逐渐减少，未来三四十年后产量即将达到峰值，此后进入“后石油时代”。在石油资源将逐步被替代的前夕，科学技术界提出了林林总总的替代方案和工艺路线，替代能源课题涵盖了众多的科学领域、技术专业和产业行业。替代能源项目的实施会受到资源、技术、经济和实施条件等因素的约束，需要根据一定的时空条件做出技术经济评估，规划出发展路线。

氢燃料时代：构建以氢燃料为基础的能源系统是一项需要较长时间才能完成的系统工程，包括许多工程技术课题的研发，如原料开发、制氢方法、氢气储存运输技术、氢能燃料电池系统和车辆、氢能安全和氢能系统设施等技术。

发展氢燃料的三大课题是：开发高功率、长寿命、廉价的燃料电池；实现高能量密度的车载与地面氢燃料储存设施；使用可再生能源的廉价制氢工艺技术有待突破。

从使用化石能源为主的时代过渡到氢燃料时代也许需要几十年甚至一个世纪。

对于发展氢燃料仍存在着不同观点。

支持者认为应该接受氢能，因为没有其他有竞争力的运输燃料替代方案。电力、生物质和化石基的合成油替代方案都不可行。

由于燃料电池汽车简化了汽车的机械、液压转动系统和生产工艺；汽车制造商就会接受燃料电池汽车技术。汽车主了解燃料电池汽车具有加速快、行车安静、维修量小等特点之后也会接受这种新型汽车。

反对氢燃料人士认为“氢能是黑色的”，因为它目前主要来自煤炭等能源。发展氢能不能迅速解决能源、温室气体问题。发展汽车用燃料电池和氢气的系统设施还面临许多技术、经济的障碍。

总之，氢燃料作为替代石油产品在节约燃料、减少温室气体排放和改善汽车性能等方面均有优点。尽管对发展氢燃料仍有争议、又难确定推广日程，及早做出发展规划和经济论证是有意义的。

(四)石油替代

世界石油资源量终将逐渐减少以致最终枯竭，石油资源匮乏是人们关注的热点问题。对于石油产量到达峰值时间，不同学者提出了各种不同论点。一些学者曾预测世界常规原油生产的峰值将在2010年到达，有的则认为常规石油产量可持续增长20--30年或更长时间。按照目前石油年产量和年增长速率预测，当石油年产量达到峰值(60亿吨)后，产量就将逐步下降。

总体形势是：(1)勘探、钻采技术进步可将更多的石油资源开发成为探明可采储量；(2)非常规石油(包括油砂沥青、特重原油和油页岩等)储量丰富，开采、炼制技术不断进步，将补充常规石油的不足；(3)替代燃料生产技术(包括风能、太阳能、生物质能等可再生能源及核能的推广应用)、非常规石油资源开采及其加工技术、天然气制油(GTL)技术、煤炼油技术(cTL)、生物质制油技术(BTL)等的发展和应用将可逐步替代部分石油资源；(4)燃料使用技术和节能技术的进步将减缓石油消费的增长。

从目前石油生产形势看，约有63个产油国的产量处在峰值后期，35个国家尚未达到峰值。世界石油产量达到峰值的时间取决于石油消费的年均增长率和科学技术的进步等条件。较高的石油资源基数会推迟峰值产量到来的时间。近几十年来，石油资源基数不断攀升，已从上世纪40年代的820亿吨，升至2000年美国地质勘探局(USGS)估算的最高值5310亿吨。

尽管石油产量的峰值有可能于本世纪中期出现(可能会推迟)，但如不未雨绸缪，届时必定会m现全球性的能源危机。人们应该认识到：至本世纪中期(2050年)，尽管石油资源将逐渐减少，如果及时、积极地采取应对措施，在石油产量达到峰值之前解决石油替代问题，那么石油资源匮乏问题将得到一定程度的化解。

中国油、气资源相对短缺，发展替代能源尤其具有重要意义，也是解决能源问题的根本途径。除了具体项目的实施需经反复地技术经济论证之外，具体发展方针、工艺路线更需要高层决策者根据国家资源条件、技术发展状况，高屋建瓴地从国家的长远规划角度和可持续发展理念出发，预测到替代能源方案三五十年的发展前景，进行统筹安排、制定替代能源发展

战略和路线，实现能源转型。

本文试图以我国资源、技术条件为基础，就发展运输燃料的宏观经济评估问题做一探讨。根据国内石油用途及使用情况，论述内容以运输燃料的替代为重点。结合我国的国情和资源状况，着重介绍煤基和生物质基的替代燃料生产技术和交通运输工具及其节能问题。抛砖引玉，供有关领导和决策者参考，其中涉及到的具体技术课题，请参阅笔者编著、即将由中国石化出版社出版的《石油替代综论》一书。

二、宏观评估的基准

(一)原料资源及其可得性

生产替代燃料的原料种类繁多，性质各异、可得性也不同。必须衡量资源量及可供应量等做出评估。

煤炭资源：中国是煤炭资源较为丰富的国家，国土资源部公布的煤炭探明可采储量为2040亿吨。全国煤炭预测资源量约为4.55万亿吨。但我国又是人均煤炭拥有量偏低的国家(中国和美国的人均煤炭拥有量分别为160吨／人和800吨／人)。

中国的煤炭消费以发电、供热(占50％)和工业用煤(包括炼焦、建材等占40％)为主；民用、农业、商业和交通运输用煤占10％。

国民经济高速发展，使煤炭消费量迅速增长，煤炭年产量已增至26亿吨。

发展煤制油(CTL)产业，需耗用大量的优质煤炭原料(每生产1吨运输燃料油，约需耗煤4吨)，应根据发电、工业和服务业发展的用煤量来综合规划替代燃料生产的煤炭可供应量。

天然气资源：是生产替代燃料、氢燃料的重要原料，我国的天然气资源相对较少。

生物质资源：包括谷物和油料植物、木质纤维素秸秆和能源作物。数据显示：中国乃至亚洲均为可再生能源(包括生物质、太阳能、风能、地热和水力)短缺地区，人均拥有量仅为100公斤(世界人均值为300公斤)。中国农业、林业生物质废料资源不足、也未建成生物能源产业。有合适水资源的荒漠地区可发展生物质能源的种植。

生产燃料乙醇和生物柴油的玉米和植物油均为农作物，不仅占用良好耕地、光合效率也低。我国的人均粮食、油料占有率均较低(人均粮食占有率仅0.38吨／人・年)，所以玉米生产乙醇和食用植物油生产生物柴油均不应是替代燃料发展方向。

中国农作物秸杆资源量约为6亿吨。扣除饲料、还田用肥料等，可供作能源资源量约折合标准煤1.7亿吨，林业废料约折合标准煤3.7亿吨。

甜高粱制乙醇是开发中的技术。茎杆中的糖分可发酵生产乙醇，榨汁后的纤维素和半纤维素也可用作生产乙醇原料。

生产薯类作物地区可以发展薯类制乙醇技术，用木薯制乙醇每亩地可产乙醇0.2吨。除了薯类的前期预处理过程与玉米原料不同外，其他工序均相近。薯类发酵的残渣营养价值较低，通常用作沼气或肥料。加工薯类淀粉的水耗量较大，污水处理难度较大。

(二)能耗与能效率

替代石油生产过程的能耗是重要的经济指标。

煤直接液化为高压高温操作、生产流程长。水电等公用工程和氢耗量均较高，生产过程综合能效率为50％左右，即使用2吨一次能源(煤)最终转化为1吨油品。

煤间接液化采用一次通过式合成流程、与联合循环发电技术相结合的联产流程是生产运输燃料油的优化路线。联产合成油的IGCC电站系统可以提高能效率(达到52％--55％，常规合成仅为42％左右)，并可降低建设投资和生产费用。

目前玉米生产燃料乙醇的能效率已达1.34。每生产1公斤高热值的燃料乙醇需消费化石能源0.34公斤(包括玉米耕种、玉米收获、乙醇生产和燃料乙醇分配)。

生物柴油的能效率为1.313。即每生产1公斤能量的生物柴油需消费化石能源0.313公斤。

所以严格说，目前的生物燃料并非完全的“绿色燃料”。

(三)环境影响与温室气体(GHG)排放

用碳基化石能源生产替代燃料造成的温室气体排放量超过原油炼制过程。以煤炭生产合成油为例，煤炭中约70％含碳在合成过程转化为CO2排入大气中，造成温室气体效应。即使采取CO2回收或填埋技术后，也仍有约10％含碳未能回收而排入大气中。

在CTL生产流程中应考虑CO2回收、利用，以解决温室气体排放问题。CTL生产过程中增加碳回收将导致过程的能效率降低2％--3％，生产成本约增长25％。建设投资也将相应增加。

以CITL为例：每吨合成油的碳排放量2--2.4吨(联产电力的合成油厂，碳排放量约相当于进料含碳量的72％--77％。CO2回收系统的碳扑集量约相当于原料煤含碳量的70％)。

替代燃料生产过程还可能造成大气污染物的排放，对局部的环境和居民健康构成危害。例如：硫氧化合物(SOX)扩散范围可达几百公里。形成“酸雨”危害土壤和农作物生产。澳大利亚曾计划发展大型油页岩工业项目，由于未能解决二恶英毒害防治问题而被迫搁置、停建。

(四)建设投资

煤炭直接液化或间接液化工厂的单位油品(吨/年)的建设投资约1.2万元，炼油能力为500---1000万吨／年的燃料型炼油厂，单位生产能力(吨/年)的建设投资约在1500--2000元。据此估算，与投资有关的折旧费、维修费用和保险费等项均相应增大，煤制油项目的固定成本约为炼油项目的6倍。

煤直接液化过程包括高苛刻度的加氢过程和大量的固体物料破碎、研磨过程；水电等公用工程能耗为20公斤／吨产品，使生产成本增高。

宏观而言，CTL项目应包括相应的采煤、铁路运输、供电及供水等公用工程设施，综合投资费用就更高了。

(五)生产成本与价格

替代燃料的生产成本与原料价格、公用工程消耗量和建设投资密切相关。由于CTL是投资密集的工业，不仅固定成本会相应增加，税率和资金回报率也应相应增加，才能促进资金积累和鼓励投资信心。考虑这些因素，CTL的投资利润率应不低于12％。

上述增加成本因素必然导致替代燃料价格上升，对石油燃料的竞争力降低。

(六)占用土地

多数生物质能源是靠光合作用、摄取太阳能获得的。发展生物质原料生产需占用大量耕地或开垦荒漠土地。就土地的“能量收获密度”而言，不同产品差别很大。粮食生产乙醇的转化效率低：单位耕地面积的乙醇产量差别很大：甜高粱：4.0；甘蔗；3.1；玉米：1.3吨／公顷。

每生产1吨生物柴油占用耕地面积(公顷)：大豆：2.7；菜籽油：1.0；蓖麻油：0.84；棕榈油：0.2。

黄连木每亩地可产生物柴油60公斤(产1吨油需占地17亩)，麻风树果可产生物柴油180公斤(产1吨油需占地5.6亩)。

微藻生物柴油每公顷可达到40--60吨产量，不需占用耕地，可利用荒漠土地，但对日照强度和二氧化

碳供应有特定要求。

(七)水资源

替代燃料生产过程需耗用一定量的水资源。直接液化CDTL的耗水指标为7--8吨／吨生成油；间接液化CITL的耗水量指标为8--10吨／吨生成油。若包括原料煤的水洗，则总耗水量可达10--12吨／吨生成油。水资源也是发展CTL工业的制约因素。中国北方是水资源短缺地区。

微藻生产生物柴油，在微藻培育过程需要补充水，可使用盐碱水或海水等非饮用水源，取决于藻类的品种。在荒漠地区发展微藻生物柴油尤其需要考虑水源问题。

三、石油替代方案

运输车辆的能耗与客货运输量、车辆的效率、使用燃料种类有关、提高运输车辆的效率对于节约燃料、减少温室气体排放均具有重要意义。

替代燃料的发展路线应与汽车发动机和汽车发展趋势相适应。从使用内燃机汽车、推广混合动力汽车(HEV)到未来的燃料电池汽车是必然的发展趋势。这一发展时程要经历较长时间和逐渐的过渡。因此，不同时期需要有不同的替代燃料发展路线。最先是解决汽、柴油和航空燃料的替代；然后是为推广插电式混合动力汽车(PHEV)或电动汽车提供电力；最终则是为燃料电池汽车提供氢燃料。

改进、提高运输车辆效率的节能效应是显著的。例如：常规内燃机汽车通过改进发动机系统、传动系统、机泵负荷、驱动系统和减低车身重量等就可提高汽车的行车效率。汽车内燃机的均匀充气压燃技术可大大节约油耗。推广HEV汽车和发展燃料电池汽车的节油效应更为显著。1公斤氢燃料就约相当于8升汽油。

按照油箱到车轮(TTW)表示的运输过程能量效率计算：常规火花塞式的汽油内燃机汽车的TTW效率为16.7％；混合动力汽油内燃机汽车为20.7％；可使燃料经济性提高24％。未来的氢气燃料电池汽车可按40％计算；燃料经济性约可提高150％。

生产替代燃料的原料包括煤炭、天然气、生物质、太阳能、风能、核能等。不同发展时期的使用的替代燃料有：液体替代燃料(替代汽油和替代柴油，燃料乙醇、生物柴油等)，然后是电力，最终是使用氢燃料。

以下按不同的原料(煤炭、天然气和生物质等)生产各类替代燃料工艺方案的宏观经济性论述如下：

(一)煤炭

在内燃机汽车时代，用煤制油技术生产液体替代燃料的两种工艺均有在进行产业化示范的项目。国内具备了煤制油技术的工程设计和建设能力

在油价较高、煤炭价格相对较低的条件下，在煤资源丰富地区适合建设煤制油工厂。

煤制油是投资密集的产业，还需要配套建设相应规模的煤矿、交通运输和公用工程系统设施。全系统的综合投资可能高于深海天然石油、非常规石油的开发，做好CTL建设项目的综合宏观技术经济论证是必要的。

煤制油过程造成了温室气体排放效应，需要采用CO2回收和埋存技术以减少排碳。建设减排设施将降低过程的能效率，还将导致每吨油品增加上千元的减排费用。

1、煤直接液化(CDTL)技术

国内建设的CDTL项目，在工艺流程、工艺设备和控制技术等方面均有改进和创新；已进展到大型工业示范阶段。

CDTL为高压加氢技术，工艺特点是使用高压、高温工艺设备，操作条件苛刻；耗用大量氢气。汽油质量好、柴油十六烷值低，需经过调合才能出厂

2、煤间接液化(CITL)技术

国内正积极推动CITL技术的产业化，已建设了3个示范厂。

主要优点：生产洁净的成品油、柴油质量好；生产费用低于CDTL，适合于在生产过程中回收C2。

主要缺点：工流程较长；能效率较低(常规流程42％，联产电力较高、约50％--55％)，石脑油不适合制造汽油，而适合用作裂解(生产乙烯)的原料。

由整体燃气化联合循环(IGCC)发电与合成工艺组成的油一电联产系统可扩大生产规模、提高系统能效率(55％)，相应降低建设投资。

发展合成油工厂的几个技术问题：

①由大型煤气化炉、先进合成技术和IGCC发电系统组成的联合工厂在工程建设和生产运行上均缺乏经验。

②联合工厂耗水量大，(用水指标约为8--12吨／吨合成油)，污水处理和对地下水源污染问题也值得关注。

③煤矿规模应与合成油工厂配套，生产规模为年产合成油300万吨合成油厂，年耗煤量为1500---1600万吨(包括发电和燃料用)，需要配置大型煤矿基地。国家应根据资源条件配合电厂扩建考虑建设油电联产企业。

④温室气体排放问题：每吨合成油的碳排放量2--2.4。

3、煤电为电动车提供能源需要采用洁净的煤燃烧技术提高发电的效率。IGCC煤发电技术的能效率达40％。建设投资较高(约8000元／kW)

4、煤制氢：在氢燃料推广初期将以煤制氢为主要方式。采用先进技术的大型煤制氢工厂，氢燃料成本就可降到燃料电池汽车可接受的水平

(二)天然气

近年来我国天然气资源量有了较快增长。但是，目前国产天然气量和进口液化天然气数量仍不能满足城市民用燃料和调峰发电的需要。考虑到资源可得性和原料价格等因素，应慎重评估建设天然气制油(GTL)项目的技术经济可行性。

(三)生物质

在内燃机汽车时代，生物质替代燃料的主要发展路线为燃料乙醇、生物柴油、微藻柴油和生物质制油等项。

1、燃料乙醇

(1)纤维素生物质生产燃料乙醇。纤维素(如秸秆)制燃料乙醇技术：用农业秸秆或能源作物生产燃料乙醇可望于5--10年内实现工业化。纤维素制乙醇的技术课题是提高纤维素水解效率、降低纤维素酶的成本、开发木糖发酵用的微生物菌种和优化生产过程，如果这些关键技术能在今后10年内取得突破性进展，2020年将有可能达到替代率达到20％的水平。开发中的技术包括：

①开发水解用的纤维素酶：纤维素酶是由具有不同功能多种酶的重组体。美国研发目标是降低酶的生产成本(把酶的有效成本从170美元／吨乙醇降低lO倍，达到17美元／吨乙醇)、提高酶的比活性。近期把纤维素酶的比活性提高3倍(相对于Trichodermareesei系统)，最终目标是把酶的‘比活性’即生成效率提高10倍，我国也应制定相应的目标。

②糖类发酵用的微生物：为了实现秸秆生产乙醇技术的工业化，需采用DNA重组技术开发出一种新的微生物重组体，以便可以同时将葡萄糖、木糖和阿拉伯糖发酵为乙醇。研究发现：植入几种DNA基因体的发酵单胞菌可以同时进行葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的发酵。已经开发出了具有乙醇产率高、可在低PH值条件下发酵、副产物产率低的菌种；适合于工业生产使用。

③联合流程：为了将纤维素生物质完全转化为乙醇需要采用联合发酵流程。使用可以同时将葡萄糖、

木糖和阿拉伯糖发酵为乙醇的微生物，在生产上可降低耗电量；减少冷却水用量；将发酵罐生产能力从2.5克／升小时提高至5克／升小时，从而可以大大降低发酵罐的容量，降低建设投资。

(2)粮食生产乙醇不是发展方向，这是因为：粮食作物的光合作用的效率低；粮食生产乙醇的转化效率低：单位耕地面积的乙醇产量(吨／公顷)：甜高粱为4.0；甘蔗为3.1；玉米为1.3；中国的可耕地面积少，人均粮食水平偏低(仅约为0.38吨／人・年)。

(3)其他原料：非粮乙醇生产技术研发现状。甜高粱：具有不占用耕地和光合效率高、抗旱、耐涝耐盐碱等特性。每亩地可收获鲜茎杆4--5吨。茎杆的榨汁作为发酵制乙醇的原料。目前，茎秆的储存、防止霉化变质和木质纤维素利用等技术问题尚未解决。薯类：在盛产薯类地区可适当发展燃料乙醇的生产。

2、生物柴油

2006年世界生物柴油总产量约为750万吨，相当于680万吨(油当量)。

生物柴油的原料种类繁多。除了食用植物油外、发展木本油料作物、回收餐饮废油等非食用油资源是发展生物柴油的方向。 发展生物柴油工业，需要为副产甘油开发新的用途。生产环氧氯丙烷、1，3-丙二醇可供选择。

植物油经过加氢处理生产绿色柴油是第二代生物柴油工艺。产品具有高十六烷值(80)、超低硫含量和不含芳烃等特点。国外已建成了工业生产装置。此类装置适合于建在炼油厂内部以充分利用已有的供氢和水电供应设施。

10万吨／年生物柴油工厂的建设投资约3亿元左右，折合单位能力的建设投资指标为3000元／吨／年。

以大豆油为原料生产生物柴油工厂的生产成本与植物油原料价格密切相关。大豆价格为3000元／吨和4000元／吨时，生物柴油生产成本分别约为4700元／吨柴油当量和5100元／吨柴油当量。

3、微藻柴油

美国等国家已经对微藻生产生物柴油课题进行了近30年的开发研究，经过实验室和户外研究，已经在优选藻类品种、光合作用机理、培育方法和条件、培育水池构造等方面取得成果。一些公司正在积极从事“露天微藻培育水池”和“微藻光生物反应器”的开发，推动微藻柴油的工业化生产。

微藻生产生物柴油的工业化取决于地区拥有的资源条件、微藻生产技术和工艺设备的开况。

资源条件主要包括：气候和日照条件、C2和营养物的来源；微藻柴油工厂应靠近炼油厂、发电站、油田天然气田以便就近取得CO2；可用的水源，微藻培育过程需要补充水，可使用盐碱水或海水，取决于藻类的品种。

微藻培育：培育微藻设施已经研制了光生物反应器和露天培育水池两种方案。在建设投资和运行上各有优缺点，均处于研究、开发阶段。尚未进入工业示范阶段。

微藻生产技术包括微藻收获、生物质干燥、提取生物油等过程，均为开发中的技术。

微藻柴油的主要优点是单位土地面积产率比用植物油生产柴油高出几十倍，且不占用耕地。但在土地上布置大面积的开放式培养池或密闭式光生物反应器，需要巨额投资。

4、生物质制油(BTL)

国外已开发成功了木质纤维素两段气化生产合成气技术，并已建成了合成气生产运输燃料的示范装置。

生物质制油包括生物质气化和合成2个工序，系统热效率较高(50％--55％)。但生物质原料的集运困难，考虑适宜的原料收集半径，BTL生产规模以年产生物油≤10万吨为宜。BTL单位投资约为1.5--1.8万元／吨／年，高于CTL。

5、生物质发电厂

规模为25--50MWe热效率(28％)，远低于大型IGCC燃煤电厂。建设投资也高于后者。

生物质发电改为煤一生物质混烧具有减少排碳效应，是更适宜的组合。

四、对比方案

石油替代的宏观规划存在诸多的不确定因素，除了应反复论证、及时修订外，尤其需要根据资源、工艺路线和目的产品等条件做出不同方案的横向比较，才能得出较为切合实际的发展方针、路线。

许多一次能源(如煤、天然气、生物质和微生物)都能通过CTL、GTL、BTL和AGL(微藻制油)等技术路线转化为烃燃料，但它们同时也可是发电(CTE、GTE、BTE)的原料。从而可组成不同的横向对比方案。例如：既可引出诸如煤发电一生物质制油与煤制油一生物质发电的两组宏观对比方案。又可引出(用太阳能的)微藻制油一煤发电与煤制油一太阳能发电两组宏观对比方案。另外，电力汽车的能耗低于内燃机汽车，于是，从原料煤开始，可以有煤制油、煤发电两组对比方案，从中可以看出发展电动汽车对社会和消费者的节约效应。实例说明如下：

(一)煤或生物质交叉生产电力或运输燃料

设定煤制油―生物质发电和生物质制油―煤发电两组方案。煤制油和生物质制油规模均为年产运输燃料油100万吨；或是用煤、生物质为发电燃料，进行两组方案的对比。原料年消耗量分别为：煤炭330万吨，生物质原料600万吨。综合比较主要结果如下：

能效率：BTL的能效率(48％)略高于CTL(42％)。生物质发电能效率(28％)低于IGCC燃煤发电(40％)：

建设投资：BTL规模较小，单位建设投资比CTL高(约20％)。原料煤量同等的CTL31)--投资(140亿元)高于煤IGCC发电厂投资(110亿元)；

生产规模：生物质大规模集中运输困难，BTL只能到年产10万t级规模，生物质发电厂规模在25--50MWe之内；

环境效应：CTL的温室气体排放率为石油炼厂的1.8倍，煤―生物质联合制油(CBTL)的GHG排放率仅相当于原油炼制过程的20％，故环境效益好于CTL；

生物质发电改为煤―生物质混烧也是合理的组合。

(二)电动汽车和汽油汽车的能效率对比

实质上是CTL-煤发电的能效率对比。

HEV汽车可将回收的动力转化为电力再利用，插电式混合动力汽车(PHEV)可直接用电力替代汽油。若常规内燃机汽车每百公里耗油量按7.2升计、电动汽车耗电量按18kWh计，则相应的油-电当量为：2.5kWh电力可替代1升汽油。

若汽油和电力均为来自煤炭，上述事例既说明先进交通运输工具的节能意义，又表明不同煤炭利用路线的经济性。说明如下：

暂按4.0kWh电力替代1升汽油计算，即5.4MWh电力(即1kW装机容量)相当于1吨汽油。可以就CTL和煤发电两条工艺路线，从原料消耗和能效率、投资和社会效益等方面对比，生产同等数量燃料的效果作出如下比较：

煤耗和能效率：CTL生产1吨燃料需耗用标准煤3.5吨，综合能效率为45％；IGCC煤发电生产5，4MWh电力耗用标准煤1.8吨，能效率为40％；生产等量运输

燃料的耗煤比率为制油：发电=1：0.51。 建设投资：CTL工艺，1吨生产能力的建设投资约为1.4万元；1KW发电能力的IGCC电厂建设投资约为0.8万元；燃煤电厂投资大大低于CTL技术。

消费者收益：驾驶PHEV汽车按每年节约汽油0.5万元、支付电费0.24万元，净节约燃料费0.26万元；购车差价按2万元计算。则增加购车费的静态回收期达8年。为推动“以电代油”，国家应实施购买PHEV汽车的优惠政策。

环境效应：PHEV汽车可实现零碳排放。GHG效应优于汽油车。

(三)2种原料―2种产品交叉方案

太阳能是地球一次能源的唯一来源，可采用塔式集热技术发电、也可为微藻生物柴油的生产提供光合作用的光源。煤炭可用作CTL技术生产燃料油的原料、也可用作IGCC技术的发电燃料。这就可组成煤制油―太阳能发电(方案甲)和微藻柴油―煤发电(方案乙)两组对比方案。

以年产替代燃料100万吨为基准，CTL制油和发电用煤量相等。设定太阳能集热发电规模与煤发电相等。进行此两组方案的技术经济比较。主要结果如下：

a)相同煤加工量的煤制油投资(140亿元)高于IGCC煤发电(110亿元)。

b)煤制油能量转化效率(45％)高于IGCC煤发电(40％)；但如上所述，电代油具有节能效应。

c)太阳能塔式集热发电按峰值计算达70GWP，折合年均20GW，投资高(280亿元)(应还有降低空间)；微藻柴油尚未建成工业装置(全部按高效的光生物反应器估算投资约为300亿元)。两者的投资均为数量级估算，投资额接近。

d)同等规模的微藻柴油工厂建设投资大大高于CTL。

e)微藻柴油―煤发电组合方案有利于电厂烟气的C02利用。

f)太阳能集热发电、微藻柴油均需占用大量土地。适合于建在光照条件好、地势平坦的荒漠(微藻需有水源)地区。

g)根据数据粗略估算；方案甲的经济性好于方案乙。

五、小结

1、煤制油技术基本成熟，是正在进行产业化示范的技术。煤制油的发展规模受到煤炭的可供应量(煤炭是发电和工业的重要燃料；我国煤矿产能已位居世界第一)和石油价格趋势等因素的约束，只能适度发展。在地区规划的基础上宜通过论证及早确定全国发展规模，不宜各行其是。预期中远期的石油替代规模约可相当于“一个大庆”。

2、油砂沥青和特重质原油约占世界原油资源总量的一半，油页岩也是重要的非常规石油资源。预计今后20--30年期间，非常规石油生产将有较大的发展以补充常规石油的短缺。预测表明：2030年非常规原油的产量将可增长至占世界石油总产量的10％左右。我国拥有油页岩炼油工业基础，发展油页岩工业需要改进加工、炼制技术，提高生产规模，解决环保技术问题。

3、生物质制油发展规模受资源可得性、资源综合利用等因素的约束。发展生物质能源作物的种植、充分利用生物质废料(秸秆、林业废料、生物垃圾)，在发电、制油和其他用途优化利用、综合平衡的基础上，可考虑用3亿吨原料生产替代燃料0.5亿吨(石油当量)作为中远期的发展目标。

第5篇：生物质燃料的种类范文

关键词：生物能；开发利用；综述；能源植物；生物质能源

Abstract

With the intensification of world energy crisis， the exploitation of biomass energy has become a hot

point at the present in the world. Giving a overview of the present research evolvement and the exploiting and using state both at home and abroad in energy plant， production technology of energy plant is introduced simply， some existing problems are analyzed and certain suggestions which accorded to the characteristics of energy plant and national situations are proposed in this paper.

Keywords: bioenergy; exploitation and utilization; recapitulate;energy plant; biomass energy

0. 引言

能源是现代社会赖以生存和发展的基 础，随着社会的发展，能源危机已成为当今 世界面临的巨大挑战。据世界能源权威机构1999 年底的分析，世界已探明的主要矿物燃 料储量和开采量不容乐观，其中石油剩余可 采年限仅有 40 年[1]，其年消耗量占世界能源 总消耗量的 40.5％[2]。从发展的角度看，化 石能源终将耗竭，加之其燃烧时产生的有害 物质严重污染了生态环境。传统的能源结构 已经开始调整，作为未来的主要能源只能依 赖于可再生能源和受控核聚变能。因此，国 内外的能源研究人员正积极探索发展替代 燃料和可再生能源。

生物质是一种重要的可再生能源。生物 质能是指利用生物可再生原料和太阳能生 产的清洁和可持续利用的能源，包括燃料酒 精、生物柴油、生物制氢、生物质气化及液 化燃料等。能源植物是最有前景的生物质能 之一。本文从能源植物的概念、分类入手， 对其国内外研究进展和开发利用现状、生物 能源生产技术及存在的问题进行了综述。

1. 能源植物定义

绿色植物通过光合作用将太阳能转化 为化学能而贮存在生物质内部，这种生物质 能实际上是太阳能的一种存在形式。所以广 义的能源植物几乎可以包括所有植物。植物 的生物质能是一种广为人类利用的能源，其 使用量仅次于媒、石油和天然气而居于世界

能源消耗总量第四位。但以目前的技术水

平，还不能将所有植物都用于能源开发。因 此，一般意义上讲能源植物通常是指那些利 用光能效率高，具有合成较高还原性烃的能 力，可产生接近石油成分和可替代石油使用 的产品的植物以及富含油脂、糖类淀粉类、 纤维素等的植物[3，4]。

2. 能源植物的分类

能源植物种类繁多，生态分布广泛，有 草本、乔木和灌木类等。目前全世界已发现 的能源植物主要集中在夹竹桃科、大戟科、 萝科、菊科、桃金娘科以及豆科，品种主要 有绿玉树、续随子、橡胶树、西蒙德木、甜 菜、甘蔗、木薯、苦配巴树、油棕榈树、南 洋油桐树、黄连木、象草等。为了研究利用 方便，这里按其使用的功能和转化为替代能 源的化学成分将能源植物主要分为四类。

2.1 富含类似石油成分的能源植物

这类植物合成的分子结构类似于石油 烃类，如烷烃、环烷烃等。富含烃类的植物 是植物能源的最佳来源，生产成本低，利用 率高。目前已发现并受到能源专家赏识的有 续随子、绿玉树、西谷椰子、西蒙得木、巴 西橡胶树等。例如巴西橡胶树分泌的乳汁与 石油成分极其相似，不需提炼就可以直接作 为柴油使用，每一株树年产量高达 40L。我 国海南省特产植物油楠树的树干含有一种 类似煤油的淡棕色可燃性油质液体，在树干 上钻个洞，就会流出这种液体，也可以直接用作燃料油。

2.2 富含高糖、高淀粉和纤维素等碳水

化合物的能源植物

利用这些植物所得到的最终产品是乙 醇。这类植物种类多，且分布广，如木薯、 马铃薯、菊芋、甜菜以及禾本科的甘蔗、高 粱、玉米等农作物都是生产乙醇的良好原料

[5]。

2.3 富含油脂的能源植物

这类植物既是人类食物的重要组成部 分，又是工业用途非常广泛的原料。对富含油 脂的能源植物进行加工是制备生物柴油的 有效途径。世界上富含油的植物达万种以 上，我国有近千种，有的含油率很高，如桂北 木姜子种子含油率达 64.4%，樟科植物黄脉 钓樟种子含油率高达 67.2%。这类植物有些 种类存储量很大，如种子含油达 15%～25% 的苍耳子广布华北、东北、西北等地，资源 丰富，仅陕西省的年产量就达 1.35 万 t。集 中分布于内蒙、陕西、甘肃和宁夏的白沙蒿、 黑沙蒿，种子含油 16%～23%，蕴藏量高达

50 万 t。水花生、水浮莲、水葫芦等一些高 等淡水植物也有很大的产油潜力。生存在淡 水中的丛粒藻（绿藻门四胞藻目），就如同 产油机，能够直接排出液态燃油[6]。

2.4 用于薪炭的能源植物

这类植物主要提供薪柴和木炭。如杨柳 科、桃金娘科桉属、银合欢属等。目前世界 上较好的薪炭树种有加拿大杨、意大利杨、 美国梧桐等。近来我国也发展了一些适合作 薪炭的树种，如紫穗槐、沙枣、旱柳、泡桐 等，有的地方种植薪炭林 3~5 年就见效，平 均每公顷（10 000 m2，15 亩）薪炭林可产 干柴 15 t 左右。美国种植的芒草可燃性强， 收获后的干草能利用现有技术轻易制成燃 料用于电厂发电。

3. 国内外能源植物研究开发和利用概况

3.1 国际能源植物的研究开发和利用

情况国际上能源植物的研究始于 20 世纪 50 年代末 60 年代初，发展于 70 年代，自 80 年代以来得到迅速发展。1986 年美国加州大 学诺贝尔奖获得者卡尔文博士在加州福尼 亚大面积地成功引种了具有极高开发价值 的续随子和绿玉树等树种，每公顷可收获

120~140 桶石油，并作了工业应用的可行性 分析研究，提出营造“石油人工林”，开创了 人工种植石油植物的先河[7]。至此在全球迅 速掀起了一股开发研究能源植物的热潮，许 多国家都制定了相应的开发研究计划。如日 本的“阳光计划”、印度的“绿色能源工程”、 美国的“能源农场”和巴西的“酒精能源计划” 等。随着更多的“柴油树”、“酒精树”和“蜡树” 等植物的发现及栽培技术的不断成熟，世界 各地纷纷建立了“石油植物园”、“能源林场” 等，栽种一些产生近似石油燃料的植物。英 国、法国、日本、巴西、俄罗斯等国也相继 开展石油植物的研究与应用，借助基因工程 技术培育新树种，采用更先进的栽培技术来 提高产量。

目前，美国已种植有一百多万公顷的石 油速生林，并建立了三角叶杨、桤木、黑槐、 桉树等石油植物研究基地；菲律宾有 1.2 万 公顷的银合欢树，6 年后可收 1000 万桶石 油；日本则建立了 5 万 m2 的石油植物试验 场，种植 15 万株石油植物，年产石油 100 多桶；瑞士“绿色能源计划”打算用 10 年种 植 10 万公顷石油植物，解决全国一年 50%

石油需求量。 泰国利用椰子油制作的汽车燃料加油

站在泰国中部巴蜀府开始营业，成为世界上 第一个椰子油加油站。巴西是乙醇燃料开发 应用最有特色的国家，实施了世界上规模最 大的“乙醇种植”计划。2004 年，巴西的乙醇 产量达 146 亿 L，乙醇消费量超过 122 亿 L。 目前巴西乙醇产量占世界总产量的 44%，出 口量的 66%。美国通过采用基因工程技术，

对木质纤维素进行了成功的乙醇转化。从

1980 年到 2000 年的 20 年内，美国的燃料乙 醇生产量由 66.24 亿 L 增加到 617 亿 L。

此外，还陆续发现了一些很有前景的能 源植物资源。南美洲北部有一种本土植物

——苦配巴(Copaífera L.)，主要生长在巴西 亚马逊流域的密林和丛林中，其树高大，有 粗大的树干和光滑的表皮，只要在树干上钻 一个孔，就能流出金黄色的油状树液，每株 成年树每年能产油 10kg～15kg，成份非常接 近柴油。阿联酋大学的瑟林姆教授等人发现 了一种名叫“霍霍巴(Jojba)”的植物—希蒙得 木(Simmondsia chinensis (Link) Schneider)， 生长在美洲沙漠或半沙漠地区，种子含油率 达 44％～58％，其油在国际上被誉为“液体 黄金”、“绿色石油”，广泛用于航空、航天、 机械、化工、等领域。产于澳大利亚的古巴 树(又称柴油树)，每棵成年树每年可获得约

25 L 燃料油，且这种油可直接用于柴油机。 油棕榈树也是一种石油树，3 年后开花结果， 每公顷可年产油 1 万 kg。柳枝稷(Panicum virgatum L.)是美国草原地区用于水土保持 或作为牛饲料的乡土植物，自从发现它可被 用来生产乙醇后，美国联邦政府认为这种植 物具有成为能源作物的潜力并加紧了对这 种植物的研究。澳大利亚北部生长的两种多 年生野草—桉叶藤(Cryptostegia grandiflora R. Br)和牛角瓜(Calotropis gigantean (Linn.) Dryanderex Aiton f.)，其茎、叶含碳氢化合 物，可以用于提取石油。这些野草生长速度 极快，每周长 30 cm，每年可以收割几次。 美国加州 “ 黄鼠草 ”(Ixeris chinensis (Thunberg) Nakai)，每公顷可生产 1 t 燃料 油，如果人工种植，草和油的产量还能提高， 每公顷生长的草料可提炼出 6 t 石油[8]。日 本科学家最近发现一种芳草类芒属植物“象 草”，1 hm2 平均每年可收获 12 t 生物石油， 比现有的任何能源植物都高产，且所产生的 能源相当于用油菜籽制作的生物柴油的 2 倍，但其投入不及种植油菜的 1/3，因此是

一种理想的石油植物。

3.2 国内能源植物的开发利用现状

我国是“贫油大国”，也是世界能源消费 大国。1993 年我国由石油净出口国变为净进 口国，石油进口量逐年上升，目前对石油进 口依赖度已超过 1/3[9]。我国对能源植物的 研究及开发利用起步较晚，与欧美发达国家 相比还存在很大差距。但我国植物资源丰 富，早在 1982 年分析了 1581 份植物样品， 收集了 974 种植物，并编写成了《中国油脂 植物》、《四川油脂植物》，选择出了一些 高含油量的植物，如乌桕(Sapium sebiferum (Linn.)Roxb)、小桐子(Jatropha curcas L.)、油 楠(Sindora glabra Merr.ex De Wi)、四合木 (Tetraena monglica) 、五 角枫 (Acer mono Maxim)等。已查明我国油料植物为 151 科

697 属 1554 种，种子含油量在 40％以上的 植物 154 种；新近调查表明，我国能够规模 化利用的生物质燃料油木本植物有 10 种， 这 10 种植物均蕴藏着巨大的潜力，具有广 阔的发展前景。

我国对能源植物的利用虽处于初级阶 段，但生物柴油产业得到了国务院领导和国 家计委、国家经贸委、科技部等政府部门的 高度重视和支持，并已列入国家计划。“七 五”期间，四川省林业科学研究院等单位利 用野生小桐子（麻疯树的果实）提取生物柴 油获得了成功；中科院“八五”重点项目“燃 料油植物的研究与应用技术”完成了金沙江 流域燃料油植物资源的调查研究，建立了小 桐子栽培示范区。湖南省在此期间完成了光 皮树制取甲脂燃料油的工艺及其燃烧特性 的研究；“九五”期间根据《新能源和可再生 能源发展纲要》的框架，在中央有关部委和 地方制定的计划中，优先项目是：对全国绿 色能源植物资源进行普查，为制订长期研究 开发提供科学依据；运用遗传工程和杂交育 种技术，培育生产迅速、出油率高，更新周 期短的新品种；进行能源植物燃料的基础研 究和开发研究，包括能源植物燃烧特性，提 炼工艺及综合利用和开发[10，11]。中国工程院

有关负责人介绍，中国“十五”计划发展纲要

提出发展各种石油替代品，将生物与现代化 农业、能源与资源环境等项目列入国家 863 计划，把大力发展生物液体燃料确定为国家 产业发展方向。据了解，“十一五”期间，我国 规划生物柴油原料林基地建设规模 83.91 万 公顷，原料林全部进入结实期后，将形成年 产生物柴油 125 万多吨的原料供应能力。目 前，已有一些颇具实力的企业和国外大型能 源企业，进入麻疯树生物柴油这一领域，在 各地筹建起有相当规模的生物柴油生产企 业，预计未来全国麻疯树种植面积至少可达

200 万公顷以上，显示了良好的资源开发利 用前景。

国内对能源植物产品研究与开发主要 集中在生物柴油和乙醇燃料两类上。生物柴 油的研究内容涉及油脂植物的分布、选择、 培育、遗传改良及加工工艺和设备等。用于 生产生物柴油的主要原料有油菜籽、大豆、 小桐子、黄连木(Pistacia chinens Bunge)、油 楠等。小桐子含油率 40%～60%，是生物柴 油的理想原料[12]。海南正和生物能源公司、 四川古杉油脂化工公司和福建新能源发展 公司都已开发出拥有自主知识产权的技术， 并相继建成了规模近万吨级的生物柴油生 产厂。德国鲁奇化工股份有限公司、贵州省 发改委、贵州金桐福生物柴油产业有限公司 就中德合作贵州小油桐生物柴油示范项目 签订了合作协议。西南生物柴油生产企业— 华正能源开发有限公司，总投资 8 000 万元， 年生产能力可达 2 万吨。

用于生物乙醇燃料加工的原材料主要 有甜高粱、木薯、甘蔗等。其中甜高粱具有 耐涝、耐旱、耐盐碱、适应性强等特点，成 为当前世界各国关注的一种能源作物。我国 种植的沈农甜杂 2 号甜高粱，收获后每公顷 可提取 4011L 酒精。此外，我国自 2000 年 开始启动陈粮转化燃料乙醇计划，目前已年 产百万吨燃料乙醇，在吉林、黑龙江、河南、 安徽等省普遍推广燃料乙醇- 汽油混合燃 料。秸秆酶解发酵燃料乙醇新技术已经试验成功，山东泽生生物科技有限公司建成了年

产 3 000 吨秸秆酶解发酵燃料乙醇产业化示 范工程。

转贴于 4. 生物能源的生产技术

4.1 生物柴油生产方法

生物柴油的生产方法主要有化学法、生 物酶法、超临界法等。

(1) 化学法 国际上生产生物柴油主要 采用化学法，即在一定温度下，将动植物油 脂与低碳醇在酸或碱催化作用下，进行酯交 换反应，生成相应的脂肪酸酯，再经洗涤干 燥即得生物柴油[13]。甲醇或乙醇在生产过程 中可循环使用，生产设备与一般制油设备相 同，生产过程中副产 10%左右的甘油。但化 学法生产工艺复杂，醇必须过量；油脂原料 中的水和游离脂肪酸会严重影响生物柴油 得率及质量；产品纯化复杂，酯化产物难于 回收，成本高；后续工艺必须有相应的回收 装置，能耗高，副产物甘油回收率低。使用 酸碱催化对设备和管线的腐蚀严重，而且使 用酸碱催化剂产生大量的废水，废碱（酸） 液排放容易对环境造成二次污染等。

(2) 生物酶法 针对化学法生产生物柴 油存在的问题，人们开始研究用生物酶法合 成生物柴油，即利用脂肪酶进行转酯化反 应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合 成生物柴油对设备要求较低，反应条件温 和、醇用量小、无污染排放。Xu 以大豆油 为原料，采用固定化酶的工艺[14]，酶用量为 油的 30％，甲醇与大豆油摩尔比为 12:1，反 应温度 40℃，反应 10 h 生物柴油得率为 92

％。因酶成本高、保存时间短，使得生物酶

法制备生物柴油的工业化仍不能普及。此 外，还有些问题是制约生物酶法工业化生产 生物柴油的瓶颈，如脂肪酶能够有效地对长 链脂肪醇进行酯化或转酯化，而对短链脂肪 醇转化率较低（如甲醇或乙醇一般仅为

40%～60%）；短链脂肪醇对酶有一定的毒 性，酶易失活；副产物甘油难以回收，不但

对产物形成抑制，而且甘油也对酶也有毒

性。

(3) 超临界法 即当温度超过其临界温 度时，气态和液态将无法区分，于是物质处 于一种施加任何压力都不会凝聚的流动状 态。超临界流体密度接近于液体，粘度接近 于气体，而导热率和扩散系数则介于气体和 液体之间，所以能够并导致提取与反应同时 进行。超临界法能够获得快速的化学反应和 很高的转化率。Kusdiana[15]和 Saka[16]发现用 超临界甲醇的方法可以使油菜籽油在 4 min 内转化成生物柴油，转化率大于 95%。但反 应需要高温高压，对设备的要求非常严格， 在大规模生产前还需要大量的研究工作。

4.2 生物乙醇生产情况

生物乙醇的生产是以自然界广泛存在 的纤维素、淀粉等大分子物质为原料，利用 物理化学途径和生物途径将其转化为乙醇 的一种工艺，生产过程包括原料收集和处 理、糖酵解和乙醇发酵、乙醇回收等三个主 要部分。发酵法生产燃料酒精的原料来源很 多，主要分为糖质原料、淀粉质原料和纤维 素类物质原料，其中以糖质原料发酵酒精的 技术最为成熟，成本最低。木质纤维原料要 先经过预处理再酶解发酵，其中氨法爆破

（ammonia fiber explosion，即 AFEX）技术， 被认为是最有前景的预处理方法。随着耐高 温、耐高糖、耐高酒精的酵母的选育和底物 流加工艺，发酵分离耦合技术的完善，工业 发酵酒精的成本还将越来越低。

5. 能源植物替代能源存在的问题及建议

目前，对于能源植物的利用还处于摸索 阶段，在应用上存在着一些问题，如能源植 物原料资源相对匮乏，生物柴油原料短缺， 供应量随季节变化；原料的栽培技术及油脂 加工技术不成熟，成品生产力不高等；生物 柴油理化性质也限制了其应用，如生物柴油 油脂的分子较大（约为石化柴油的 4 倍）、粘度较高（约为石化柴油的 12 倍）导致其

喷射效果不佳，挥发性低、不易雾化，造成 燃烧不完全，形成燃烧积炭， 影响发动机运 转效率。再有生物柴油生产处于初级阶段， 缺乏统一的质量标准，难以形成统一的市 场，生物原料价格也是限制生物柴油市场应 用的瓶颈。

针对以上的问题并结合我国的具体国 情提出以下建议：

第一、制定和完善有关法规政策，为我 国生物质能源产业提供良好的政策环境与 保障。如加强立法，通过税收及其它经济手 段，将能源的外部社会成本和环境成本计入 能源成本中，以增强生物质能源的竞争力； 对有前景但技术经济性或商业化条件尚未 完全过关的技术，要加大风险资金的投入力 度；加强生物质利用技术的商品化工作、提 高并考验生物质能源的可靠性和经济性，让 开发生物质能源有利可图，支持鼓励其工业 化生产。

第二、加快能源植物的培育，增加生物 能源的资源量。就是要依据植物的生态地理 空间分布格局，利用基因工程等生物技术选 育产量高、含油量高、与生物柴油的脂肪酸 组成相适应的脂肪酸组成高的能源植物，同 时高度重视大规模可再生能源基地的开发， 因地制宜，变荒山为油田，在保证农业的基 础上退耕还林，进行油料作物的栽培，扩大 生物原料资源。

第三 建立生物质能源系统研究平台， 加快科技发展，为可再生能源的开发利用提 供有力的科技支撑。根据生物质能源利用的 要求和特点，建立相关研究条件和试验基 地，选择重点研究内容和关键技术问题，进 行技术创新及系统集成，形成从生物质生 产、转换机理、技术开发和集成系统应用示 范的研究体系。

第四、开展国际合作，引进国际先进技 术和资金，推进生物质能源的市场化进程。 目前，我国生物柴油因其产量小，还没有进 入中国三大垄断石化企业（石化、中石油和中海油）的销售网络，随着产业化规模的扩

大，与石化企业的合作不为是打开未来市场 的一条有效途径。

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第6篇：生物质燃料的种类范文

生物质混燃发电技术是环境友好、高效经济的规模化利用技术，应用前景广阔.总结了现有生物质混燃技术和国内外应用现状，介绍了一种生物质能高效利用的新方式，即在煤粉炉中使用独立喷燃技术燃用生物质成型燃料的方案，该方案将成为未来发展方向.分析了生物质在大容量煤粉炉中混燃发电技术的可行性，讨论了该混燃技术的关键设备选型配置情况和系统要求，指出了该混燃技术要实现规模化推广存在的主要矛盾，并提出了相应的建议.

关键词：

生物质发电； 混燃； 技术； 设备

中图分类号： TK 6文献标志码： A

Analysis of the biomass co firing technology and key equipment

for pulverized coal power boilers

LU Wang lin， LIU Bing chi

（1. Shanghai Power Equipment Research Institute， Shanghai 200240， China；

2. Shanghai Electric Power Generation Group， Shanghai 201199， China）

Abstract：

The biomass co firing power generation is an environment friendly and cost effective technology for large scale biomass utilization. In this paper， types and application situations of the biomass co firing technology are summarized. A new， promising co firing plan for high efficiency utilization of biomass is recommended， by which pulverized biomass fuel is combusted with separate burners on the same pulverized coal furnace. The feasibility of biomass co firing for power generation on large capacity pulverized coal boilers is analyzed. Key equipment selections and system requirements for the technology are discussed. In addition， the major problem for large scale application of the plan is discussed and relevant suggestions are provided.

Key words：

biomass power generation； co firing； technology； equipment

我国目前的生物质燃烧发电以直燃技术为主，装机容量在30 MW以下，基本采用振动炉排炉或流化床技术[1].受燃料供应不稳定，供电效率低及基建投资高等因素影响，这些生物质发电厂虽然享受电价补贴，但经营状况仍然不佳.而生物质混燃技术是指将生物质与煤在传统的燃煤锅炉中混合燃烧技术.它能充分利用现有燃煤发电厂的投资和基础设施，是一种低成本、低风险且灵活的可再生能源利用方式.它既可减缓常规电站对传统化石燃料的依赖，又可减少传统污染物（SO2，NOx，PM等）和温室气体（CO2，CH4等）的排放，具有积极的社会效益和环境效益.

1生物质混燃技术分类和国内外应用现状

从混燃技术上可分为：（1）直接混合燃烧：经预处理的生物质直接输入锅炉系统燃烧；（2）间接混合燃烧：将生物质气化后的燃气输入锅炉系统燃烧；（3）并联燃烧：生物质在与传统锅炉并联的独立锅炉中燃烧，将所产蒸汽供给发电机组.根据混合点位置不同，直接混合燃烧又可分为共磨方案（在磨煤机前混合）、共管方案（在磨煤机后煤粉管道内混合）和独立喷燃方案（在锅炉燃烧室混合）.独立喷燃方案将成为未来发展方向[2].从生物质形态上可分为直接破碎混燃和成型颗粒混燃.

欧洲及北美等发达国家从上世纪90年代开始进行了多种混燃技术的示范工程，取得了一系列重要的成果[2]：如丹麦的Studstrupvrket 1#机组150 MW煤粉炉混燃了热量比20%的秸秆类生物质，约合输出电力30 MW；荷兰的Gelderland电厂635 MW机组的EPON计划中混燃了木材粉末（约占3%的锅炉输入热），合输出电力20 MW；英国的Drax电厂6×660 MW机组混燃了热量比2%左右的生物质燃料，合输出电力80 MW；比利时的Ruien发电厂540 MW机组及奥地利的Zeltweg 137 MW机组尝试了间接气化混燃技术；丹麦的Avedore 2# 的430 MW机组尝试了并联燃烧方式.目前在英国10余家燃煤电站（总装机超过20 000 MW），实现了生物质混燃技术的商业化运行.近年来，国际能源署IEA的生物质能协定任务32（Task 32）对该技术进行了较为深入的总结及调查研究.2007年，世界范围内有152个生物质混燃项目成功投入商业运行，到2009年已增长至228个，机组容量覆盖50～700 MW，其中100多个项目分布在欧洲，超过40家分布在北美，还有部分项目分布在澳洲[3].国内生物质混燃技术起步较晚，应用较少.最为典型的为山东十里泉电厂140 MW机组混燃秸秆示范项目.它是我国成功商业运行的生物质在煤粉炉中混燃的唯一项目[4].截至目前，国内未见在煤粉炉中使用独立喷燃方案燃用生物质成型燃料的实际工程实例报道.

2生物质混燃技术的关键设备和系统分析

受散状生物质收集半径所限，常规秸秆类生物质无法远距离运输，在一定程度上限制了生物质混燃电站的生物质供应链，而蓬勃发展的生物质成型燃料产业将会使生物质混燃技术进入全新的发展阶段.先进的生物质颗粒成型燃料的加工能耗约为70 kWh·t-1 [5]，约仅占其热值的2%左右.由于成型后燃料密度大（800～1 400 kg·m-3），且水分低（

2.1生物质成型燃料的储存运输处理系统配置要求

入厂原料采用生物质成型颗粒燃料的混燃技术，一般要求颗粒粒径在10 mm左右.此模式能克服传统生物质易堵塞特性.欧洲实践经验表明，生物质颗粒可存放于封闭式料场，通过刮板机上料；也可在电厂内存放于大型筒仓之中，通过皮带输运.为了释放长期存储可能产生的热量，筒仓通常需要设置螺旋给料、斗提等自循环系统，并配有可燃气体浓度监测装置及爆破门，以进一步提高安全性.由于生物质成型燃料的加工过程已经完成了纤维破碎，因此可经仓储、输送过程后直接进入后续的制粉工艺.

2.2粉碎设备

生物质混燃共磨方案使用电站原有的磨煤机制粉系统磨制生物质燃料有一定的局限性，运行期间需要关注磨煤机电流、石子煤量、出口风温等特性指标，需严格控制较低的混燃比例，以免造成生物质燃料阻塞磨煤机，引起磨煤机故障.另外，需要严格关注送粉管道挥发分浓度，避免出现爆燃事故.该系统设备简单，但可靠性稍差.

共管及独立喷燃方案需要单独配置生物质粉碎设备.经国内外调研，粉碎终点粒度控制在3 mm以下较佳[1]，可在约1 000℃的炉膛内充分燃烬.目前主要有两种类型设备可实现规模化应用.

（1） 锤片粉碎机（Hammer Mill）

如图1所示，此类设备非常适合粉碎处理秸秆、木材等生物质类物料，技术成熟可靠[6].通常为卧式结构，锤片在机内高速飞转，将物料锤碎至需要的过筛尺寸.国内主要应用于饲料及食品行业，国产设备单机最大生产能力约5～10 t·h-1.近期，随着生物质成型燃料加工行业的兴起，也有个别厂家能够设计生产能力20 t·h-1以上的产品，但目前尚无实际运行业绩支撑.国外设备经验较丰富，如瑞典BRUKS公司的最大型号单机额定功率500 kW，配有470块锤片，转子直径1 600 mm，锤片末端线速度达78 m·s-1，滤网面积可达8 m2，设备价格高达300万元.

图1锤片粉碎机

Fig.1

Hammer mill

（2） 雷蒙磨粉机（Raymond Mill）

如图2所示，此类设备历史悠久，在国内外矿产品粉体加工领域应用广泛[7] .该设备为立式结构，工作原理为：旋转磨辊在离心力作用下紧滚压在磨环上，将物料碾压破碎成粉；内置旋转铲刀防止物料堆积；磨内通风把成粉的物料吹起，达不到粒度要求的物料被分析机阻挡后重回到磨腔继续研磨；达到粒度要求的物料则可通过旋转分析机后进旋风分离器分离收集.国内一些制造厂对传统技术进行升级，成品粒度更小，比功耗更低，但在生物质领域的适应性尚不明确.国内设备供应商维科重工曾配合笔者单位进行了生物质成型颗粒燃料的试磨试验，可以预期185 kW最大型号设备单机生产能力达20～40 t·h-1，成品粒度在0.5 mm以下.

图2雷蒙磨粉机

Fig.2

Raymond mill

2.3燃烧器要求及气力输送配置

生物质燃料收到基含有约70%的挥发分，极易点燃及燃烬.国外一些公司开发了先进复杂的生物质专用燃烧器，但在笔者调研时发现十里泉电厂混燃示范项目实践中丹麦进口燃烧器的故障率较高，电厂已将其改造为简单的钢管燃烧器，且运行效果佳.燃烧系统的关键是将一次风量与燃料量相匹配，经初步计算四角切圆煤粉炉中独立喷燃方案，配10 t·h-1的生物质燃烧器推荐配一次风量为4 000 Nm3·h-1.合理地选择一次风速，并将其作为输送介质将生物质粉末吹送入燃烧器时宜选择稀相压送式装置，这在气力输送行业有丰富的经验，在此不再赘述[8].

2.4混燃对锅炉受热面的影响

碱金属氯化物（KCl等）的低温沉积腐蚀问题一直是困扰生物质直燃领域的一个技术难点，直接燃烧产生KCl等物质在含Cr合金钢受热面上发生沉积而导致严重的氯腐蚀问题.碱金属氯化物的高温腐蚀，直接限制了热力工质参数的进一步提高，导致目前生物质直燃电站的热电转换效率偏低.但在混燃技术领域，实验室及现场测试均表明，燃煤中含量较高的S元素及Al，Si，Fe类灰成分，将会使K等碱金属形成高熔点化合物，Cl元素则以超低浓度气相HCl的形式随烟气排放，因此混燃时的腐蚀速率比直燃技术低很多数量级[9].控制混燃热量比在15%以下（质量比

2.5环境影响分析

生物质低灰低硫高挥发分的特性，宜与燃煤形成互补效应.大量研究表明，在传统电站中混燃少量的生物质后，单位供电量下的SO2，NOx，粉尘等污染物排放强度均可降低，且不会对原配置的环保设备造成负面影响，特别适宜在一些受污染物排放总量减排政策制约的电站中推广使用.值得关注的是，对于某些秸秆类生物质内的高碱金属，燃烧烟气可能有促使钒基SCR催化剂中毒的风险[10]，尚需进一步研究其机理后，对不同生物质的混燃比进行限制.

由于生物质内C元素在自然界中是循环利用的，同直燃技术一样，混燃技术中由生物质燃烧产生的CO2可不视为温室气体排放.年消耗约15万t生物质（收到基碳含量按40%计）的混燃技术项目，可因少用煤炭而折算的CO2减排50万t以上.如果未来实施全球碳排放交易，由此产生的收益将达到1亿元人民币数量级（参考欧洲目前碳排放交易经验，每吨CO2的减排补贴为25欧元）[11].

2.6混燃比计量与检测设备

混燃比是衡量混燃电厂供电中的可再生能源份额的重要指标.混燃比计量可分为两种方式：

（1） 燃料侧计量：实际应用中，绿色电力份额可转化成生物质混燃热量比考虑，可由入厂原料汽车衡装置，或者皮带及给料机上设置的重力式传感器计量混燃的生物质重量，之后再综合入炉煤重量及生物质与煤的热值实验室分析数据转换取得.但对多种生物质燃料的取样分析过程繁琐，数据精度不高，且过程中存在大量的人为因素，有以虚假信息换取巨额绿电补贴的可能性.

（2） 烟气侧计量：其原理同考古领域常见的14C断代法基本相同，已经拓展至环境监测领域[12-13].C元素中放射性同位素14C的半衰期为5 730 a，其化学性质与常见的12C相同，且大气环境及生物质燃料中的14C/12C比例基本稳定在10-12数量级.由于化石燃料形成年代距今达上亿年之久，基本检测不到14C，因此可通过测量混燃锅炉排烟中的14C/12C比例精确计量电站的混燃比率（生物基的百分含量）.目前的先进加速器质谱AMS技术测量同位素比值的灵敏度可达10-15至10-16，可对混燃比作出非常准确的判断.欧美多国已经制定了针对燃料的生物基份额的检测标准，如ASTM D6866、CEN 15591/15747等，并在积极开发14C同位素同步在线监测技术.我国尚未开展此方面的研究工作.

3当前面临的主要矛盾及建议

生物质直燃发电的单位造价在万元·kW-1数量级，而混燃改造的投资低得多，采用国产设备的混燃系统投资仅在百元·kW-1数量级，且混燃技术的燃料热电转化效率明显优于直燃技术，是一种生物质能利用的有效方式.

生物质混燃在发电技术层面的问题已经明晰落实，但受国内监管体系制约，电网公司很难核实混燃电站实际运行中的生物质消耗量，可再生能源补贴量因此很难确定.混燃计量检测技术已经成为绿电价格补贴政策无法拓展到生物质混燃领域的主要瓶颈因素，严重制约了经济性较好的混燃技术的规模化应用.

按照2006年颁布的《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》中有关“发电消耗热量中常规能源超过20%的混燃发电项目，视同常规能源发电项目，执行当地燃煤电厂的标杆电价，不享受补贴电价”的规定，也就是说生物质在燃料比例中要大于80%才能享受补贴，而目前的混燃比例一般在20%以下，所以生物质混燃项目并不能享有与直燃电厂等效的电价补贴[14].从目前市场现状来看，单位热值的生物质燃料价格仍高于对应的煤价，如无电价补贴等刺激性政策，火力发电厂更加愿意燃用煤，这是目前我国生物质混燃技术无法规模推广应用的一个主要原因.

建议尽快开发监测生物质使用量的客观评价体系和烟气侧14C同步在线检测技术，政策上尽快完善燃料侧监管体系和制度，引领生物质产业健康发展.

参考文献：

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[6]祖宇，郝玲，董良杰，等.我国秸秆粉碎机的研究现状与展望[J].安徽农业科学，2012，40（3）：1753-1756.

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[11]李定凯.对芬兰和英国生物质 煤混燃发电情况的考察[J].电力技术，2010，19（2）：2-7.

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[13]奚娴婷，丁杏芳，付东坡，等.用一年生植物研究大气14C分布与化石源CO2排放[J].科学通报，2011，56（13）：1026-1031.

[14]胡润青，秦世平，樊京春，等.生物质混燃发电政策研究[J].可再生能源，2008，30（5）：22-25.

收稿日期： 2012-10-14

第7篇：生物质燃料的种类范文

关键词：微生物燃料电池 污水处理 产电

前言：微生物燃料电池（MFC）是一种通过微生物代谢生物质将化学能直接转变为电能的装置，兼具处理废水与产电的功能，从而大大降低污水处理成本。早在1911年英国植物学家Potte就发现利用酵母菌和大肠杆菌可以产生电流[1]；但是一直未受到人们的关注。直到20世纪80年代美国科学家设计了一种利用宇航员的排泄物和活细菌作为电极活性物质的细菌电池，这种电池可为宇宙飞船提供电能，但其发电效率较低；到2004年，废水首次被用作MFC的燃料来发电，并获得了146±8mW m-2的功率密度。此后大量研究表明多种类型的废水都可以用于MFC中，MFC在废水处理方面的研究获得了较大进展。在近20年的研究中，MFC的规模在逐步扩大。目前，实验室所用MFC的大小从几微升到几升之间。产电功率得到了明显提升，产电功率已达到2.8kW m-3。近年来，对MFC的研究逐渐引起了国内外研究学者的关注。

一、 MFC的工作原理

一个典型的 MFC 共由四部分组成：阳极、阴极、电解池和外电路。它以阳极室中的微生物作为催化剂，以阳极液中的有机物质作为燃料，利用微生物降解生物质，从而产生电子，产生的电子到达阳极，由阳极转移到外电路，最后通过外电路传递到阴极。微生物在降解有机物质产生电子的同时还产生质子，产生的质子通过两极室之间的质子交换膜到达阴极。在阴极催化剂的作用下，质子、电子和氧化剂发生反应生成还原剂。从而完成电池内的电流传递过程，产生电能。当外电路接入负载时，MFC 产生的电能足够多时，MFC 便能够支持负载工作。

二、MFC的分类

根据分类标准的不同，MFC的分类方法有所不同。

（一）根据不同类型的微生物，MFC可分为沉积物型、异养型和光能异养型三种类型。

（二）依据电池中电子不同的传输方式，MFC可分为介体MFC和无介体MFC。

（三）根据电子不同的传递方式可将MFC分为直接MFC和间接MFC。

（四）根据反应器外观上的不同可分为：双极室MFC和单室MFC。

三、MFC的特点

（一）原料较广泛：各种有机物，微生物的呼吸可以利用的代谢产物、光合作用的产物，甚至是污水都可以作为其燃料。

（二）工作条件比较温和：其利用微生物作为电池的催化剂，一般对操作条件的选择比较温和，微生物生长的环境一般为中性，在室温和常压的条件下，微生物可以稳定生长。

（三）较好的生物相容性：由于MFC可以利用糖类和氧气作为燃料，因此，可以把小型化的MFC植入人体，从而为人在器官的运行提供能量支持。

（四）无污染 5、无能量输入 6、高效的能量利用率

四、 MFC的应用领域

（一）有机废水发电与同步处理：与一般的化学燃料电池不同，因为微生物的代谢产物中含有各种酶，能够有效的催化和降解有机物，所以MFC的一个独特优势是能够在获得电能的同时降解有机污染物。

（二）MFC产氢：Liu[2]等人率先设计出了一种能够在阴极室产出氢气的MFC。产氢MFC在结构上和经典双室MFC几乎相同，只是将阴极的电子受体氧气换成了质子。阴极表面的质子和电子在铂等催化剂的催化下可直接生成氢气。

（三）生物传感器：MFC潜在的应用是对有机污染物浓度的在线监控[3]。能被微生物降解的有机物在MFC阳极室中的转化率或者电池电压和有机物浓度在一定的浓度范围内成线性相关。因此，可以根据测定的电信号推算出有机物的浓度，在有机废水处理中能够实现生化需氧量（BOD）的在线监测。

（四）特殊环境中的电源：产电细菌遍布自然界，容易筛选出，而且微生物在产电时同样具有良好的生物兼容性。因此，MFC可以为一些特殊的环境下的设备提供电能。MFC还可以为偏远地区的无线数据传输提供电源，或对太空站中废物循环利用等方面也有发展前景。此外，MFC还可为人体植入装置如心脏起搏器等提供电源。

五、MFC的发展方向

由于MFC自身拥有巨大的优点，因此MFC具有良好的发展前景，但是MFC要作为实际电源应用于生产与生活，还有许多的问题需要解决。比如与其他电池相比，MFC的输出功率密度较低，差距较大。另外，MFC所用的电极材料和催化剂的成本较高，因此其运行成本也相对也较高。如果解决了MFC成本较高和发电效率较低的问题，将会节省庞大的开支。因此，在MFC未来的研究过程中，我们有必要在开展以下几方面的工作：

（1）筛选活性较高的微生物作为阳极催化剂、选择对微生物无毒性、价格低廉，催化活性高的阴极催化剂。使MFC电流和功率密度得到进一步提高；

（2）对多个多个MFC进行串联，组建电池堆，提高电压和功率密度；

（3）对MFC电极及反应器进行优化。

结论

由于全球性的能源短缺问题和环境污染的为难题日益突出，MFC的潜能巨大。对于全世界任何国家来说，MFC具有的既能处理废水的又能发电的特性，无疑具有相当大的吸引力。因此，我国应该加大MFC研究的投入，以使其早日应用与生产和生活。

参考文献

[1] Potter M C. Electrical effects accompanying the decomposition of organic compounds[J]. Proceedings of the Royal Society of London. Series B， Containing Papers of a Biological Character， 1911： 260-276.

第8篇：生物质燃料的种类范文

1.1 能源分类

凡是能够间接或经过转换而获取某种形式能量载能体的自然资源统称为能源。在自然界里有一些自然资源本身就拥有某种形式的能量，其在一定条件下能够转换成人们所需要的能量形式，这种自然资源就是能源，如煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能、核能等（一般称为一次能源）。但生产和生活过程中由于某种需要或便于运输和使用，常将一次能源经过一定加工转化，使之成为更符合使用要求的能量形式，如煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等（一般称为二次能源）。而根据能源是否可以再生，又分为再生能源和非再生能源。能源分类见表 1～2。

1.2 能源概况

能源是经济和社会发展的重要物质基础，也是实现现代化及提高人民生活水平的重要保障。随着现代社会生产的不断发展，机械化、电气化、自动化程度的不断提高，对能源的需求量也越来越大。一般说来，一个国家的国民生产总值和它的能源消费量大致成正比。能源是主要动力来源，能源的消费量越大，产品的产量就越多，经济就越发展，整个社会就越富裕，人民的生活水平就越高。发达国家的人口总和约占世界人口的1/5，而能源消费量却占了世界能源总消费量的70％左右。1990 年以来，我国能源生产总量虽已位居世界前列，但由于人口重多，人均占有能源消费量只有发达国家的 5％～15％，而且在能源结构中还是以煤炭为主，致使环境污染问题严重，发达国家平均煤炭消费量只占能源总消费量的25％左右。近二三十年来，虽然我国能源开发利用发展很快，但无论是从生产到生活，还是从城市到农村，煤、油、电等能源仍然十分短缺。如何解决能源短缺问题，有两条出路可以选择：一是降低经济增长速度；二是加大能源开发力度、狠抓节约能源工作。近 10 余年来，我国国民生产总值（GDP）增长速度很快，但人均 GDP 仍然很低，如果过分降低经济增长速度，要在本世纪中叶达到中等发达国家水平的目标将难以实现。因此只有加大能源开发力度、提供足够的能源才能使我国经济得以持续发展。根据我国国情，最经济、最丰富的能源资源就是煤炭。因此，我国必须在增加煤炭生产的同时，狠抓节煤工作，提高其利用效率，加强环境治理与保护，决不能走发达国家先污染、后治理的老路。石油在我国能源构成比例中占20％，其是交通工具的主要动力能源，其中汽车是石油的最大用户。汽车发动机排放的气体是城市大气污染的主要来源。因此在狠抓节煤工作、提高其利用效率的同时，还必须狠抓节油工作，提高其燃烧效率，降低汽车尾气中的有害物排放量。根据世界能源发展新战略的规划，发达国家的人均能耗从1980年的 6.78t 标煤下降到 2020 年的 3.44t标煤，到2020 年能源总消费量将为 120 亿 t 标煤，只增加10％，而经济增长仍可达到 50％～100％。我国是低收入国家，但每万美元国民生产总值能耗为世界之首，为发达国家的 4～6 倍；产品能耗平均为发达国家的 2 倍，使用能源的设备效率要低10％～40％。因此，要使经济持续增长，在增加能源生产的同时，还必须提高能源利用率、节约能源及解决环境保护问题。

2木质生物质能源技术的发展

2.1生物质能源

生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。它的转换利用技术有热化学转化技术、生物化学转换技术、生物质压块成型技术及化学转换技术。目前我国生物质能源的发展还存在很多问题，主要表现在以下几个方面。

（1）各学科技术开发能力和产业发展不平衡；

（2）技术研发、设备制造能力有待提高；

（3）技术水平和生产能力与国外先进水平差距较大；

（4）生物质能源资源评价、技术标准、产品检测和认证等体系不完善；

（5）人才培养不能满足市场快速发展的要求；

（6）没有形成支撑产业发展的技术服务体系。工业大革命以后，煤、石油和天然气一直是人类能源的主角，然而对地球上现有矿物质能源的乐观估计也只能再用 100 年。根据世界能源权威机构 1999 年底的分析，世界已探明的主要矿物燃料储量和开采量不容乐观：石油剩余可采年限仅有 40 年，其年消耗量占世界能源总消耗量的40.5%；天然气剩余可采年限为61.9年，其年消耗量占世界能源总消耗量的 24.1%；煤炭剩余可采年限为 230 年，其年消耗量占世界能源总消耗量的 25.2%；铀剩余可采年限为 73 年，其年消耗量占世界能源总消耗量的7.6%。

按目前的消耗估算，本世纪下半叶，人类不但将面临严峻的能源危机，而且还将面临过度使用矿物质能源而造成的生态环境危机。与矿物质能源相比，生物质能源一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。生物质能源具有以下特点：①可再生性，且产量大；②可储藏性和可替代性；③资源丰富；④二氧化碳零排放，生物质能源燃料燃烧所释放出的二氧化碳大体上相当于其生长时通过光合作用所吸收的二氧化碳，所以应用生物质能源时二氧化碳的排放可认为是零。我国是最大的发展中国家，同时又是一个人口大国，能源短缺及利用水平低是阻碍国家经济和社会发展的瓶颈之一。我国石油资源相对不足，如果继续增加煤炭用量将加剧环境污染，21 世纪将面临经济增长和环境保护的双重压力。从能源长远发展战略高度来审视，寻求一条可持续发展的能源道路、大力利用新能源和可再生（新）能源以减少对环境污染，加快新能源对传统能源的新旧更替，已成为我国近期急需解决的重大问题。改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源，对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护都具有重大意义。我国陆地林木生物质资源总量在 180 亿 t 以上，可用于生产生物质能源的主要是薪炭林、林业废弃物和平茬灌木等。林业生物质能资源在我国农村能源中占有重要地位，我国农村消耗的林业生物质能资源约占农村能源总消费量的 20%。在山区和林区，农民 50%以上的生活用能依靠林业资源。目前我国的生物质能源利用率很低，生物质能源综合利用效率仅为 16%，薪柴超伐量达 54%，秸秆直接燃烧用量占 60%。生物质能源的不合理消耗，加剧了农业生态平衡的失调。木材是生物能源的主体，是最古老的能源物质，与化石能源相比，其是一种可再生能源；与秸秆相比，其能量密度高，种类丰富，一次栽种多年受益，是实现大规模能源化的理想生物质资源。但长期以来我国对木质生物质能源的利用方式一直是以直接燃烧为主，只是近年来才开始采用新技术加以利用，但规模小，普及程度较低，在农村乃至国家的能源结构中只占有极小的比例。

2.2生物质能源应用技术

人类对木质生物质能源的利用已有悠久的历史，但多是以直接燃烧的方式来利用它的能量，直到 20 世纪，特别是近 20 年来，木质生物质能源的研究和应用才有了快速的发展。目前国内外已有的木质生物质能源利用技术主要有以下几方面。

（1）燃烧木质燃料：通过直接燃烧木质生物质而获得热能是目前木质生物质能源利用的最主要方式，木质燃料主要包括薪材和木质压缩成型燃料。木质压缩成型燃料是以木屑、树皮等林业剩余物为原料，在加压（49～196MPa）、加热条件下，压缩成棒状、颗粒状且质地坚实的成型物体，可作为工业锅炉、民用灶炉以及工厂和家庭取暖的燃料，也可以进一步加工成木炭和活性炭。

（2）气化：气化是指木质生物质在高温条件下，与气化剂（空气、氧气和水蒸气）反应后得到的小分子可燃气体的过程。目前使用最广泛的是以空气为气化剂，产生的气体主要作为燃料用于锅炉、民用炉灶发电等场合，也可以作为合成甲醇的化工原料。

（3）液化：液化是指采用化学方法将木质生物质转换成液体产品的过程。液化技术主要分间接液化和直接液化两种。间接液化就是把木质生物质气化成气体后，再进一步合成为液体产品；或者采用水解法，把木质生物质中的纤维素、半纤维素转化为多糖，然后通过生物技术将其发酵成乙醇。直接液化是把木质生物质放在高压设备中，添加适宜的催化剂，在一定的工艺条件下反应制成液化油，作为汽车用燃料或进一步分离加工成化工产品。

（4）热解：木质生物质在隔绝或少量供给氧气的条件下，加热分解的过程称为热解。热解过程所得产物主要有气体、液体和固体，其比例根据不同的工艺条件而不同。

3我国木质生物质能源的发展及应用

（1）薪炭林：薪炭林是以生产木材燃料（薪材）为主要目的的树种，在我国有悠久的经营利用历史。我国从1981年开始实施薪炭林工程，截至到 2000 年，已营造551.3万 m2，生物质获得量达 2000 万 t/a，相当于 1143.2万t 标准煤。长期以来，我国的广大农村一直以木质燃料作为廉价燃料，营造薪炭林已成为解决我国农村能源问题的有效途径。

（2）木质压缩成型燃料：我国木质压缩成型燃料研发工作起步较晚，但现在已达工业化生产规模。1990 年中国林科院林化所与东海粮食机械厂合作，完成了国家“七五”攻关项目———木质棒状成型机的研发工作，并建立了 1000t 级的棒状成型燃料生产线，而且还出口到马来西亚、埃塞俄比亚、印度尼西亚等国家。1998 年林化所又与江苏正昌粮机集团公司合作，研发了内压滚筒式颗粒成型机，其生产能力为 250～300kg/h，生产的颗粒成型燃料特别适用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亚取暖器材有限公司从美国引进了适用于家庭使用的取暖炉技术，通过消化吸收，现已形成了工业化生产。此外，还从美国引进了一套生产能力为1.5t/h的颗粒成型燃料生产线，1999年开始正式生产，目前运行情况良好。

（3）气化发电：经过十几年的研究、试验、示范，生物质气化技术已基本成熟。木质生物质气化主要分为两种工艺类型，一是中国林科院林化所研究开发的以林业生产剩余物为原料的上吸式气化炉，其气化效率达 70%以上，最大生产能力达 6.3×106kJ/h（消耗木片量为300kg/h），产生的水煤气用于集中供热和居民家庭使用；二是循环流化床气化炉，其气化效率达 75%，最大输出功率约 2900MW，该系统主要是处理木材加工的废弃物（如木粉等）为工厂内燃机发电提供燃料。

（4）林业生物乙醇：生物乙醇是近年最受关注的石油替代燃料之一。目前粮食淀粉的生物乙醇已基本实现规模化生产，但成本较高。纤维素生物质作为生产燃料乙醇的原料丰富而廉价，利用木质纤维制取燃料乙醇是解决原料来源和降低成本的主要途径。“八五”期间，我国开始利用纤维素废弃物制取乙醇燃料技术的探索和研究，主要研究纤维素废弃物的稀酸水解及其发酵技术，并在“九五”期间进入中间试验阶段；“十五”期间又开展了用木屑为原料稀盐酸水解制备酒精、水解木质素制备高吸收能活性炭的研究。南京林业大学从 20 世纪 80 年代中期开始对植物纤维生物转化制取乙醇的基础理论和应用开发进行了系统研究。随后，我国开展了生物质原料的高压蒸汽爆破预处理技术、纤维素酶制备技术、大规模酶降解技术、戊糖己糖同步发酵技术、微生物细胞固定技术、在线杂菌防治技术以及副产品木质素的深加工利用技术等项研究工作，目前这些技术仍处于研发阶段。

（5）热解：我国从 20 世纪 50～60 年代就开始进行木材热解技术的研究工作。中国林科院林化所在北京光华木材厂建立了一套生产能力为 500kg/h 的木屑热解工业化生产装置，在安徽芜湖木材厂建立了年处理能力达万吨以上的木材固定床热解系统。黑龙江铁力木材干馏厂曾从前苏联引进了一套年处理木材10 万 t的大型木材热解设备。但以木材为原料来制取化工产品的生产成本高，难以与石化产品竞争，因此研究工作转向以热解产品的深加工开发，如活性炭、木醋液等应用研究领域。国内在快速热解制取液化油的研究开发方面尚未见报道。总之，我国在生物质能源转换技术的研究开发方面做了许多工作，取得了明显进步，但与发达国家相比仍然差距甚远。

第9篇：生物质燃料的种类范文

关键词：生物质；压缩；参数分析

基金项目：河北省高等学校科学技术研究重点项目――生物质压缩成型参数分析及工程应用研究，项目编号：ZD2014095

中图分类号： S216 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/ki.jlny.2017.06.061

中国生物质资源丰富，每年产生大批的农作物秸秆，主要有玉米秸秆、小麦秸秆、稻草、棉花秆和高粱秆[1]，除了丰富的草、灌木、水生植物资源外，每年还有大量的林业加工废弃物产生[2]。这些生物质资源为生物质综合利用提供了条件。生物质资源的特点是本身松散，不容易收集、储存和运输，也不容易直接利用，最有效的利用方法是对其进行压缩成型处理。压缩成型处理后的生物质体积可以大大减小而密度增大，将其压缩成捆状或块状，可以用作饲料使用，也可以当作燃料使用。

1 生物质压缩成型方法

生物质压缩成型有压捆处理和压块处理两种方式，是一种干储方法，压捆处理的物料密度相对较低，常用作饲料，物料经过切割晾晒后，使用方草捆压捆机或圆捆压捆机进行压缩处理。压块处理的物料密度较高，其既可以用作饲料，也可以用作燃料，物料经过切割晾晒后，利用各种类型的压块机压缩成型。无论是压捆机还是压块机，其作用原理都是物料在机械压缩力的作用下，让物料通过压缩室或通过模具型腔后压缩成型。

2 生物质压缩工作原理

物料在压缩室内压缩的作用原理图见图1。由曲轴带动活塞在一个矩形截面的导向槽内移动，松散的物料从开口处喂入。当材料与活塞接触并被向前推进时就被相对压缩，进入压缩室的材料达到所要求的密度时，物料克服相对于压缩室的静摩擦阻力，物料被推动向出口移动而被压出压缩室。

3 生物质压缩成型的影响参数

生物质压缩成型质量的影响参数较多，其成型机理也比较繁杂，国内外学者对压缩成型的影响参数进行过大量的试验研究，对于各参数的最优选择并不一致，因为生物质的种类很多，压缩时采用的方法也不尽相同。影响压缩成型质量的主要参数包括以下几个方面。

3.1物料品种

不同品种的物料，其压缩时呈现的物料特点也不相同，物料的品种对压缩后能得到的压捆或压块的密度有影响，对压缩设备的生产效率及其能量消耗也会产生影响。

3.2物料含水率

物料含水率也是生物质压缩成型的主要影响参数，其和产品的密度和压缩过程中所需的压缩力有直接关系。如果物料的水分适宜则压缩成型后质量将会得到改善，物料含水率如果不在要求的范围之内则成型质量就得不到保证。有学者研究发现，在热压成型中，物料的水份含量过高会影响传热，使物料与模具之间的摩擦力增大；而含水量过低，会导致物料在压缩过程中物料之间的抗压强度加大，最终导致能量消耗增加。研究者研究还表明，当施加的压力一定时，随着物料含水量的增加，可以得到较大的物料压缩密度。当要求的物料压缩后的密度一定时，随着含水率的增加，压缩所需要的压力也在增加。目前国内外对于物料含水率最佳值的研究还存在不同意见，主要是因为物料在压缩时所用的压缩方法及压缩设备不相同造成的。

3.3物料的颗粒度

颗粒度越小的物料越容易被压缩。有关研究者在对同颗粒度的物料进行压缩试验，结果表明，颗粒度越小，压缩成型越容易，在小颗粒度条件下，这种倾向性表现得更加显著。物料的颗粒度对物料压缩时的生产效率也有较大影响，物料颗粒度越大，成型设备的能耗就越高，生产效率越低。物料的颗粒大小不均匀将导致成型制品质量的下降，使压缩成型制品的表面出现裂纹，使其密度和强度降低。

3.4压缩时的压力与模具型式

生物质压缩时，必须施加合适的压力才能得到合适密度的压缩块。研究者曾经在试验中研究模具直径与压缩所用的比能耗的关系，结果表明，随着模具直径的增大，当压缩成型物料的密度一定时，压缩所用的比能耗呈指数级下降[5]。有的研究者也用试验研究模具直径与压缩所用比能耗的关系，得出结论，随着模具直径的减小，物料与模具壁的摩擦力减小，从而引起比能耗也随之减小。国内压缩成型用的模具多为圆柱体模具，使用锥形模和矩形模进行压缩的相对较少。锥形模具的尺寸，如模具的锥度、长度和入口直径都是影响压缩质量的主要因素，因为其能引起物料压缩过程中摩擦力和压缩能的变化。学者研究发现，在用锥形模具压缩成型时，模具的锥度对压缩时物料的流动性有影响，模具锥角过大或过小都会影响压缩质量。

3.5加工温度

生物质在热压成型过程中，加工温度对成型质量会产生重要影响，其对物料块的质量和加工生产时的效率都有影响。研究者研究发现，热压成形时的加工温度必须适宜，如果加工囟忍高，会造成模具的耐磨性降低，直接影响模具的使用寿命，影响压缩成型质量。物料水分含量过高时，温度过高容易产生高压蒸汽，引起物料成型表面出现裂纹；如果加工温度过低，尤其当模具直径比较大时，热量传递不到被压缩物料的中心，就会影响最终的成型质量。有的研究者还发现，在其他压缩条件相同时，如果不是热压成型，则不同的加工温度不会影响加工质量的变化。

4结论

当前，国内外对生物质压缩成型理论已经有了研究的积累，但能耗高、生产率低、关键部件磨损严重的问题在压缩成型中仍比较突出，导致生物质压缩产品前期投入和加工成本大，这也是制约生物质压缩成型燃料、压块饲料等产品推广应用的主要瓶颈。因此，进一步研究影响生物质压缩成型质量的主要参数及各参数对压缩质量的影响规律，为获得高品质的生物质成型制品提供理论基础具有重要意义。

参考文献

[1]谢光辉，王晓玉，任兰天.中国作物秸秆资源评估研究现状[J].生物工程学报，2010，26（07）：855-863.

[2]刘祖军，张大红，米锋，等.生物质成型燃烧产业发展前景分析[J].林业经济，2010，（03）.

[3]Cz.卡那沃依斯基.收获机械[M].北京：中国农业机械出版社，1983.