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3.2直接燃烧技术方面
1998年,我国已有1.85亿农户使用省柴节煤炉灶,热效率为25%。现热效率超过70%,达到国家环保总局指标要求的低排放多用炉已通过产品鉴定,即将投放市场。利用致密成型技术,使压制成型后的燃料容重可达1200kg/m^3,热值约16MJ/kg,含水率在12%以下,体积缩小为1/8~1/6。成型燃料热性能优于木材,与中质混煤相当,而且点火容易,便于运输和贮存,可作为生物质气化炉、高效燃烧炉和小型锅炉的燃料。我国的生物质致密成型技术开始于“七五”期间,现已达到工业化生产规模。目前,国内已开发完成的固化成型设备有两大类:棒状成型机和颗粒状成型机,其生产能力为120~300kg/h。南京市平亚取暖器材有限公司,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,产品供应市场运行情况良好[7]。但是生物质压实技术所需压实成型设备,尤其是高压成型设备价格昂贵,增加了生物质能的成本,限制了生物质能的利用。
3.3生物化学转化技术方面
3.3.1沼气的利用
沼气发酵是利用有机废弃物,如农作物秸秆、粪便、有机废水等转化为气体燃料。这一过程通常含有3个阶段:水解阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。沼气发酵装置在处理高含水有机废物方面是非常有用的。截止到1996年底,我国推广农村户用沼气池602万口,供2500万人使用;沼气工程592处,总池容33.5×10^4m^3,供10.2万户用气;城镇生活污水净化沼气池5.2万座,总池容180.8×10^4m^3,年产沼气2305×10^4m^3,供2.8万多户用气。沼气发酵系统与农业结合十分密切,能有效地促进农村经济的发展,有利于保护农村生态环境,使农业发展走可持续发展之路[3,6]。
填埋垃圾制取沼气也是处理城市生活垃圾、有效利用生物质能的主要方法。杭州天子岭垃圾填埋场是我国第一座大型按卫生填埋要求设计并采用合理填埋规划和工艺的城市生活垃圾无害化处理工程。1991年6月正式运行,库容600万m^3,能消纳全杭州日产1320t垃圾,运行费用5元/t,现已进入产沼气高峰期[8]。
3.3.2生物质制取燃料酒精
纯酒精或汽油和酒精的混合物都可作一次性燃料。制液体酒精的原料可分为3大类:一是含糖类,如甘蔗;二是含纤维素类,如农作物秸秆、颖壳,木材和其加工剩余物等;三是含淀粉类,如甘薯、玉米、小麦等。根据生物质所含成分的不同,其液化方法也不同,但其技术都已很成熟。
4我国生物质能利用的主要差距和障碍
4.1我国生物质能利用与国外的主要差距
20世纪70年代开始,生物质能的开发利用研究已成为世界性的热门研究课题。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,各国纷纷投入大量的人力和资金从事生物质能的研究开发。生物质能利用研究开发工作,国外尤其是发达国家的科研人员做了大量的工作,在热化学转换技术、生物化学转换技术、生产生物油技术以及直接燃烧技术等方面都取得了突破性的进展,其中一些成果和设备已商品化并发挥了巨大的经济效益。
直接燃烧秸秆的先进设备已投放市场,生物质供热、发电或热电联供已成为现实。在厌氧消化方面,中温和高温下的产气可达5m^3/(m^3ˇ天),百千瓦量级的沼气发电机组沼气发电量可达1.4~2.6(kWˇh/m^3),发电效率高达38%。在热解气化技术方面已有多项技术装备进入商品化阶段,如荷兰BTG开发成功的生物质高温热解装置产气率66%;德国、美国等开发出自动化程度相当高的家用生物质气化炉用于用户热水和供暖;产热量达630~2100万kJ/h的大型生物质气化装置也已开发成功。
与国外相比,我国生物质能技术还有存在着较大差距,主要表现在:一是厌氧消化产气率低,系统运行和管理自动化水平不高;二是与厌氧消化和综合利用配套的技术和设备还不成熟;三是厌氧消化技术产业化发展缓慢,不便于大规模市场推进;四是秸秆气化热值低,在稳定运行、焦油清除、气体净化等技术上需要提高;五是缺乏秸秆直接燃烧供热技术研究和设备开发,不便于多途径能源利用;六是生物质发电技术和装置方面有较大差距[9]。
4.2我国生物质能利用的主要障碍
(1)大多数生物质体积密度和能量密度低,且过于分散,集中困难,运输、储存费用都相对较高,大大地限制了对生物质能的有效利用;
(2)生物质由于受季节因素影响,供应不稳定,给大规模工业利用带来困难;
(3)生物质组成性质差异大,如生物质在水分含量、热值和灰份等化学组成上存在差异巨大,这给生物质的利用带来困难;
(4)我国在环境政策和经济政策方面缺乏标准法规和激励措施,没有形成鼓励人们使用生物质能的机制;
(5)宣传力度不够,很多人并不真正了解生物质能在能源、环境等方面的重要作用;
(6)生物质能的生产设备昂贵,生产工艺不过关,生产水平低下,使用和开发成本高。
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