生物质秸秆炭化炉的结构设计与试验研究——第一章 绪论

第一章 绪论1.1前言

快速发展的世界经济，不仅仅是带来了喜讯，同时也带来了噩耗，人类所赖以生存发展的化石能源也在锐减，根据专家提供的报告，在全世界范围内可以供给人类开发利用的石油在40年以内和煤炭在162年以内将枯竭，天然气也仅仅能够持续利用65年左右。并且化石燃料剧烈增长的消耗量将伴随着温室气体的大量排放例如二氧化碳等，而这些正是全球的气候变暖和极端天气频频发生，地质灾害次数增加的重要原。因此，能源短缺造成环境不断恶化的问题已一跃成为社会瞩目的一大热点话题。

于是，人们将视线转向了可持续发展的科替代矿物质能源的开发，太阳能、风能、生物质能等后续能源的研究逐步己经成为一项全球性重大课题，依赖于当前的科技水平，前面两种后续能源需要在前期投入大量资金和劳动力等，然而，生物质能的特点在于:稳定、可再生、技术简单、开发成木廉价，世界各国开始逐渐重视开发本国的生物质能。

1.2生物质能源1.2.1生物质能源的现状

生物质能源实际上是太阳能通过光合作用储存在植物体，生物质的1年产量约为1700亿吨，其所储存的能量以替代全世界上1O年的燃料消耗，然而，生物质以各钟节约或者环保的形式被开发利用的能源还不到其产量的1%。

当前，全球各个技术发达的国家，均将开发利用高能效、低污染的生物质能技术，来减少本国的矿产资源消耗，提高国家的能源安全性能，达到降低温室气体二氧化碳的排放量，走可持续发展的道路作为国家重要经挤策略。

我国的生物质资源非常丰富，根据目前情况估计，中国理论上生物质能资源储存有将近50亿吨，林业废弃物、农作物秸秆、禽畜龚便、城市生活固体有机垃圾和工业生产有机废弃物等主要生物质能资源可以供给人类的开发利用。我国**更是提出了建设节约型的社会，大力提倡人民杯鼓励企业发展利用可再生、低污染、低成本的新型能源。同时，出台了一系列配套的法律、法规，推进生物质能源的综合利用政策的顺利实施，维护了良好的政策环境利于生物质能技术的迅猛发展。

因此，开发和利用生物质能的发展前景应说相当广阔的，生物质能技术的迅猛发展是指日可待的。

1.2.2 生物质能源的分类

根据生物质的来源不同，我们可以将其主要分为以下几个种类:

（1）林业资源

林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程中提供的生物质能源，包括薪碳林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等。我国每年薪柴的产量达8.86×103万吨，约占农村生活用能的40%左右。未来20年国家将投资建设1.6×103万公顷薪炭林，届时每年将产生3亿余吨薪材。

（2）农业资源

农业生物质能源是指农业作物和农业生产过程中的废弃物（收获时残留在农田里的农作物秸秆)。据统计，目前全国年产各种农作物秸秆约7亿吨，可产生的生物质能源约为1.5亿吨标准煤。这些剩余的农作物秸秆除了做饲料和工业原料之外，其余大部分都做为农户炊事和取援用料，但是大部分还处于低效利用，其转化效率只有10-20%。近年来，在富裕的农村地区商品能源已经取代了农作物秸秆成为主要的饮事能源，导致再田间地头秸秆的数量不断增加。再许多地方秸秆的废弃量已达到60%以上，既污染了环境，又浪费了资源。因此，秸杆的高效利用己成为关注的焦点。

总之，生物质资源不仅储量大，而且可以再生。据估计，作为植物生物质的最主要的成分一木质素和纤维素每年以约1640×108吨的速度不断再生，如以能量换算，相当于目前石油年产量的15-20倍。如果这一部分能量能得到有效利用，人类就相当于拥有了一个用之不竭的宝库；而且，由于生物质来源CO2，不会增加大气中的CO2的含量，与矿石能源相比更为清洁.是未来理想的清洁能源。

1.3现代生物质能源的开发和利用技术

生物质能源的开发利用技术主要以能量转化的方式进行的，主要有三大类:1.固休废弃物转换技术；2.热化学转换技术；3.生物化学转换技术。如图 1-1大体介绍了生物质能源利用技术。

目前，生物质能的热化学转换技术是生物质能开发利用技术中的一个重点研究内容，并且所有种类的生物质都可以进行热化学转化。从20世纪80年代至今，生物质热化学方法的研究取得了长足的进展。下面主要介绍热化学转换技术的开发利用现状。

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1.3.1 生物质直燃技术

利用生物质原抖生产热能的传统办法是直接燃烧,燃烧过程中产生的能量可被用来产生电能或供热。炉灶燃烧技术是最为古老的方法，可用于烧饭、房间的加热过程，能量的利用效率，只能达到10-30%左右。生物质能锅炉燃烧技术利用效率可获得大幅度的提高，接近石化能源的利用效率，但是投资过高，不适合分散的小规模投资。致密成型技术解决了生物质形状各异，堆积密度小且较松散，运输和储存不方便的问题，提高了生物质的使用效率, 延长了燃烧时间，但是所需的燃烧设备的运行成木较高，比饺适合企对原有技术进行改造。在不重复投资的前提下，用生物质代替煤，已达到节能的目的。

直接燃烧转化发电是在生物质能转化技术路践上采取的另一种形式，全年全国范围内生物质能转化发电装机总容量突破200万干瓦。以农作物废弃秸秆进行转化发电的项目是新建发电项目主要形式〔例如山东单县秸秆直然发电项目和江苏宿迁秸秆直燃发电项目〕，更进一步的，对探索混合秸秆一煤粉进行燃烧转化发电的顶目进行建没〔例匆发电厂有位于山东的枣户，十里泉〕；其中，热能电能联合生产项目主要在内蒙古，如通辽市的示范项目曼旗林木生物质热电联产，同年，第一个秸秆直燃发电项目在江苏省的宿迁市建成并且投产，它具有了完全的自主知识产权，这表明我国在自主研发生物质能转化发电技术上取得了明显发展。

1.3.2 生物质快速热解技术

生物质快速热解是指将生物质在缺氧的环境下，用极短的时间〔-般为0.5-2.0s)加热到500-540℃左右，然后将加热后的物质迅速冷却的热裂解过程。一般，快速热解技术主要是为了制造液休燃料，或者是生物原油。这种产物在常温下有很高的稳定性，热位一般在16-18MJ/kg之间，相当与燃油的一般热值，可以代替传统的化石燃料应用干固定场合，具有非常广的应用空间。

由于该技术的产物原油在储存、运输和热值利用方面有明显的优势，在20世纪70年代后,国外很多研究机构对快速热解技术的发展做出了大量的卓有成效的工作，发明了许多的生物质快速热解工艺和反应装置，开发了一些具有商业化、产业化的工艺项目。然而，我国在这些方面的研究尚处于初级阶段，国内的研究机构只是进行了少量的基础性的研究实践。

生物质快速热解工艺的流程为，生物质首先需要干燥处理，将含水率降低到10%以下，然后扮碎为物料半径小于2mm的小颗粒，以确保反应的速度。之后将只经粉碎的生物质放入流化床反应器中，将反应的温度神制在500℃左右，正负不要超过20℃，停留时间要低于2s。这时，从反应器中将会产生一部分热解产物，其中包括水蒸汽、不冷凝的气体、木炭和需要的生物油，经过除尘器的除尘处理可以分离出木炭。木炭可以为下一步的干燥和热解提供热量。从除尘器的上方出来的是不冷凝的气体，将其通过冷凝器快速冷却，可以最大量的获得我们所需要的液休产物——生物质原油。剩下的那些不冷凝气休，包括可燃气休和惰性气休们可以用来做硫化介质以及在反应中提供少量的热量。   

相对于传统的热解反应主要产物木炭，快速热解反应技术可以将80%的生物质变为生物原油，他的副产物，即术炭和可燃气可以做为热解反应的供热源，这样可以在反应过程中省去额外的热源，更大程度的节能环保。

1.3.3 生物质炭化技术

将生物质（主要是桔杆和木材）放入炭窑或已设计好的炭化器材中，完全隔绝空气进行热分解制取木炭的方法被称为生物质烧炭。将生物质〔以木材为主〕原科，放置于干馏釜中，隔绝空气热解，用于制取甲醛、焦油抗凝剂、木醋酸、木馏油以及炭等产品的技术被称为生物质干馏技术。由于，生物质烧炭和干馏技术的主要原料均为薪炭林、木材砍伐剩余部分(小树枝、根）、木材加工剩余部分〔木屑,板皮等)、农业植物捡拾剩余物(秸秆、果核、藤蔓）以及生物质压缩成型棒状或块状燃料。而其反应所得的主要产品均为本炭、焦油、木醋液等含碳量高的化学物质。因此生物质烧炭和生物质 干馏技术一般统称为生物质

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