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關鍵詞:生物質(zhì)燃料 小型火力發(fā)電機組 改造技術 可行性研究
中圖分類號:TK223 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2013)07(c)-0117-01
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,能源需求不斷增加,同時能源使用生態(tài)化理念也應運而生,節(jié)能減耗清潔生產(chǎn)已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)與政府研究的重要課題。在國家生態(tài)經(jīng)濟戰(zhàn)略推進落實過程中,眾多的小型燃煤火電因耗能與污染生產(chǎn)而關停,電力企業(yè)也在不斷開展能源研發(fā)與資源利用技術創(chuàng)新工作,以求實現(xiàn)資源利用最大化。這種情況下,眾多火電企業(yè)將目光投向了生物質(zhì)改造利用,因此小型燃煤火電機組轉(zhuǎn)換生物質(zhì)燃料技術的可行性研究提上日程。筆者在本文中著重分析了小火電生物質(zhì)改造轉(zhuǎn)化技術的必要性與系統(tǒng)性,并就其應用風險進行了闡述。
1 小火電機組進行生物質(zhì)改造的意義分析
近年來,一些小型火電電力生產(chǎn)運營過程中存在著污染嚴重、耗能過多等弊端,這與當今生態(tài)和諧社會建設要求嚴重不符,因此小型燃煤火電發(fā)電機組進行生物質(zhì)燃料改造具有必要性。此外,生物質(zhì)改造能夠降低生產(chǎn)成本,還能提升企業(yè)生產(chǎn)生態(tài)效益,具有明顯的推廣優(yōu)勢。
1.1 小火電進行生物質(zhì)改造的緊迫性
與大型發(fā)電機組生產(chǎn)運營情況相比,小火電具有高耗煤、低產(chǎn)量、高污染、低經(jīng)濟效益的“兩高兩低”特征,因而被冠以“能源消耗與環(huán)境污染大戶”的專稱。隨著近年來國家經(jīng)濟結構調(diào)整措施的落實,小型火電已經(jīng)成為經(jīng)濟結構調(diào)整的重點整頓對象,并對一批嚴重耗能與污染的小火電實施了關停政策,迫于形勢壓力,小火電必須進行生產(chǎn)結構調(diào)整,并著重進行能源改造,加大新能源創(chuàng)新與應用研發(fā)。
生物質(zhì)燃料具體表現(xiàn)為柴薪等有形物質(zhì),區(qū)別于太陽能與風能等清潔可再生能源,生物質(zhì)燃料的情節(jié)性主要取決于燃料改造技術,但是生物質(zhì)具有一項明顯的能源優(yōu)勢便是可再生并且可運輸,這就為生物質(zhì)開發(fā)應用提供了便利,也為小型火電進行生物質(zhì)氣燃料改造提供了條件。
1.2 小火電生物質(zhì)改造技術及其應用意義
現(xiàn)階段,國家不斷提倡進行能源改造與清潔能源研發(fā),這為生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化應用提供了政策支持,國家還對生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化應用進行經(jīng)濟政策規(guī)定,為生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化應用提供了良好的外部環(huán)境。小型火電進行生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化主要是進行就地取材,既節(jié)省了煤耗,還降低了污染,而且企業(yè)發(fā)展還享有國家基金與經(jīng)濟傾斜,能為企業(yè)經(jīng)濟效益的實現(xiàn)提供保證。
2 小型燃煤火電發(fā)電機組生物質(zhì)改造的可行性與風險性分析
2.1 小火電生物質(zhì)改造技術可行性分析
小型燃煤發(fā)電機組進行生物質(zhì)燃料轉(zhuǎn)換具有明顯的可能性。進行生物質(zhì)能源改造需要資金少,而且還可以進行生物質(zhì)燃料混燃,其中的各種改造方案都具有明顯的可能性。小型燃煤發(fā)電機組改造活動集合理化設計、整合技術、試驗驗證等各環(huán)節(jié)于一體,因而生物質(zhì)能源改造具有系統(tǒng)性。生物質(zhì)能源改造技術的可能性與系統(tǒng)性決定了該技術具有可行性。
2.1.1 生物質(zhì)能源改造的可能性
現(xiàn)階段,我國小型火電發(fā)電機組進行生物質(zhì)能源改造主要有三類設計,每種方案設計都具有可能性。
小型火電生物質(zhì)燃燒利用主要分為生物質(zhì)純?nèi)寂c生物質(zhì)混燃兩種,這兩種應用技術都具有可能性。所謂生物質(zhì)純?nèi)技粗干镔|(zhì)直燃,該種技術應用不存在難點,但是具有一定的應用弊端。生物質(zhì)直燃技術的應用首先要進行燃料機改進,以使燃料設備能應用于生物質(zhì)燃燒,還要在生物質(zhì)燃燒過程中進行純?nèi)急锥丝朔I镔|(zhì)混燃技術在現(xiàn)階段應用比較廣泛,主要是將生物質(zhì)與煤等碳化燃料進行混合燃燒應用,該技術能夠有效降低氮氧化物的排放,而且在混燃過程中還能有效降低生物質(zhì)的活性指數(shù),有效降低溫室氣體的排放,具有良好的生態(tài)效益。
小型燃煤發(fā)電機組生物質(zhì)燃料改造還包含流化床燃燒技術設計與層燃爐燃燒技術設計,這兩方面技術主要是根據(jù)生物質(zhì)燃燒進行的技術設計。其中流化床燃燒技術主要是進行生物質(zhì)的流態(tài)化燃燒,該技術能夠保證生物質(zhì)的充分燃燒,而且能滿足生物質(zhì)多元燃料混合燃燒需求,燃料普適性較高。流化床燃燒技術因為這些優(yōu)勢具有廣泛的應用前景。而生物質(zhì)層燃爐燃燒技術主要是應用層燃爐排進行生物質(zhì)燃燒,該種燃燒技術應用時間較長,流化床燃燒技術便是基于該種燃燒技術進行的燃燒技術創(chuàng)新,相比于層燃技術,流化床技術能夠有效降低火電運行成本,且操作設備簡單,易于推廣。
小型火電生物質(zhì)改造主要是針對生物質(zhì)燃燒進行設備改造,基于此小型電廠進行了燃燒設備與系統(tǒng)改造處理,還進行了發(fā)電機組鍋爐低成本設計改良。此間的設計與改造主要根據(jù)企業(yè)經(jīng)濟條件、設備運行情況實際情況進行的改良,具有明顯的可行性。
2.1.2 小火電生物質(zhì)改造系統(tǒng)性分析
小型火電生物質(zhì)改造作為一項系統(tǒng)化的技術,其技術要點從設計環(huán)節(jié)到技術可行性預測再到技術方案的確定都經(jīng)過科學論證,有效提升了改造技術的可行性。
在生物質(zhì)改造技術中著重進行了燃料供應量設計與工藝系統(tǒng)改良,并基于小型火電設備運行與需求情況進行了鍋爐參數(shù)設計。小型火電生物質(zhì)改造轉(zhuǎn)化中還進行了燃料可供性與入爐形式預測分析。生物質(zhì)供應是影響企業(yè)生產(chǎn)運營成本的重要因素,確定合理化的生物質(zhì)供應也能影響項目成??;而生物質(zhì)入爐形式是影響生物質(zhì)能否全面燃燒的關鍵因素,還能影響到燃燒設備的使用性能,不科學的入爐形式會縮短設備的使用壽命,還能影響企業(yè)生產(chǎn)運營的安全可靠性。
2.2 小火電生物質(zhì)改造轉(zhuǎn)換技術風險性分析
小型火電生物質(zhì)轉(zhuǎn)換改造技術在應用中尚存在一定風險,主要表現(xiàn)為技術風險、市場風險、實施與投資風險等,這些風險的存在主要影響技術管理水平,需要進行有效的技術管理措施加強。小型火電生物質(zhì)技術的技術風險主要表現(xiàn)為鍋爐改造與生物質(zhì)燃燒技術。我國的生物質(zhì)改造技術尚未發(fā)展成熟,也并未形成與國際技術的接軌,因此技術設計與應用中管理措施的不到位引發(fā)風險不由必然性。此外,生物質(zhì)改良轉(zhuǎn)換技術還具有一定的市場風險與投資風險。該種風險主要是由于生物質(zhì)的供應與生產(chǎn)回報具有眾多的不確定因素,以致風險指數(shù)較高。
3 結語
小型火電生物質(zhì)燃料改造與轉(zhuǎn)換技術具有十分明顯的可行性,但是也具有一定的風險性,雖然風險的存在并不會影響技術的實施與應用,但是我們?nèi)詰摷哟蠹夹g的風險管理,以全面提升轉(zhuǎn)換技術的科學化與可行性水平。
參考文獻
生物質(zhì)能是一種以生物質(zhì)為載體的能量,這種能量直接或間接地通過綠色植物的光合作用,把太陽能轉(zhuǎn)化為化學能蘊藏在生物質(zhì)內(nèi)部。生物質(zhì)包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產(chǎn)的廢棄物。生物質(zhì)能資源通常指農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物和畜禽糞便等現(xiàn)有的廢棄型資源,此外還包括專門種植的能源植物。二氧化碳(CO2)是導致溫室效應的主要氣體,而生物質(zhì)燃燒所釋放出的二氧化碳(CO2)大體上相當于其生長時通過光合作用所吸收的二氧化碳(CO2),因此生物質(zhì)能利用的二氧化碳(CO2)排放可被認為是零。
生物質(zhì)氣化顧名思義,是將固態(tài)的生物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的生物燃氣利用,這個過程是通過生物質(zhì)在高溫條件下與氧氣和/或水蒸氣反應,轉(zhuǎn)化為氫氣(H2)和一氧化碳(CO)等可燃氣體。生物質(zhì)氣化和我們比較熟悉的燃燒雖然都是在高溫條件下進行,但還是有重要的區(qū)別。燃燒是在氧氣充足的條件下生物質(zhì)完全燃燒,其中蘊藏的化學能全部轉(zhuǎn)化為熱能,反應產(chǎn)物為二氧化碳(CO2)和水(H2O);而氣化則是在缺氧條件下生物質(zhì)不完全燃燒,盡可能地減少二氧化碳(CO2)和水(H2O)的生成,從而將生物質(zhì)的能量以化學能的形式保留在氫氣(H2)和一氧化碳(CO)等可燃氣中。
生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的可燃氣,也稱為生物質(zhì)氣化燃氣,利用范圍非常廣泛,既可以用來集中供氣、替代化石燃料,還可以用來發(fā)電,甚至可以進一步變身成為液體燃料。
將生物質(zhì)氣化燃氣通過集中供氣系統(tǒng),供給到居民家里,可以供居民進行炊事和采暖。自1994年山東省桓臺縣東潘村建成中國第一個生物質(zhì)氣化集中供氣試點以來,山東、河北、遼寧、吉林、黑龍江、北京、天津等省市陸續(xù)推廣應用,在2000年前后達到了一個高峰。相關規(guī)范和制度正逐步完善,生物質(zhì)氣化集中供氣應用在中國農(nóng)村能源建設中穩(wěn)步推進。
生物質(zhì)氣化燃氣還可以替代工業(yè)鍋爐/窯爐使用的化石燃料。工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐是我國能源消耗和污染排放的大戶。而生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的可燃氣體,可不經(jīng)凈化直接應用于燃料品質(zhì)要求較低的工業(yè)窯爐,如鋼廠的軋鋼加熱爐,水泥廠的水泥回轉(zhuǎn)爐;經(jīng)過凈化后的燃氣可應用燃料品質(zhì)要求較高的工業(yè)窯爐,如發(fā)電廠、陶瓷廠的窯爐。廣州能源所及其合作公司已將生物質(zhì)氣化成功應用于工業(yè)鍋爐、鋼材煅燒爐、熔鋁爐、熔銅爐、不銹鋼退火爐等,燃燒效率可達到99%以上,節(jié)能減排效益顯著。利用生物質(zhì)氣化燃氣代替化石燃料,既節(jié)能又環(huán)保。
一、多能互補的必要性
數(shù)據(jù)顯示,我國60%左右農(nóng)村人口仍然靠傳統(tǒng)的秸桿和薪材等解決能源問題。全國農(nóng)村每年直接消耗的各種能源相當于5.6億噸標準煤,占全國總能耗的一半左右。發(fā)展新能源已成為改變農(nóng)村能源使用結構,減少環(huán)境污染以及促進農(nóng)村社會和諧發(fā)展的重要手段。然而,農(nóng)村新能源到底該向何發(fā)展,發(fā)展中要解決哪些問題?
農(nóng)村新能源主要包括沼氣、太陽能、風力發(fā)電、微小水電、生物質(zhì)能這幾個方面?,F(xiàn)階段農(nóng)村能源應該多種形式并存,不同的地區(qū)應根據(jù)自身的特點,確定適合當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展水平的發(fā)展方向和發(fā)展重點。
在談到農(nóng)村新能源利用時,國務院發(fā)展研究中心研究員周宏春教授提出了“四位一體”和“五配套”的概念?!八奈灰惑w”,就是以太陽能為動力,以沼氣為紐帶,將種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)結合起來,在全封閉條件下將沼氣池、豬禽舍、廁所和日光溫室等一體化。
“這樣既解決農(nóng)村的能源供應,改善農(nóng)民衛(wèi)生和生活環(huán)境,又可以減少農(nóng)作物和蔬菜生長中農(nóng)藥化肥的使用量,提高食品品質(zhì)和食品安全?!薄拔迮涮住蹦J剑墙ㄒ粋€沼氣池、一個果園、一個暖圈、一個蓄水窖和一個看營房,實行人廁、沼氣、豬圈三結合的立體養(yǎng)殖和多種經(jīng)營系統(tǒng)。
農(nóng)村新能源代表著未來能源利用的方向,發(fā)展前景是很好的。但是,一些地區(qū)受技術水平制約,影響了農(nóng)村新能源技術的推廣使用。此外,隨著農(nóng)村養(yǎng)殖戶的減少,沼氣的替代能源問題也是需要考慮的。拿沼氣發(fā)展來說,要跳出為沼氣而建沼氣池的單純觀念,將推廣沼氣與養(yǎng)殖、種植相結合,打造“養(yǎng)殖一沼氣一種植”的模式,促進經(jīng)濟增長方式的轉(zhuǎn)變,達到“三沼(氣、渣、液)”綜合利用,增加農(nóng)民收入的目標。
總之,農(nóng)村能源的發(fā)展應堅持“因地制宜,多能互補,綜合利用,講求效益”?!疤貏e是要重視發(fā)展生物質(zhì)能技術及其產(chǎn)業(yè)。”農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會會長朱明強調(diào)說。具體來說,就是大力發(fā)展以秸稈、稻草等這些原料豐富、取材容易的生物質(zhì)能,以及清潔的太陽能、風能、微水電等可再生能源,同時通過改革爐具等措施提高能源利用效率,以實現(xiàn)農(nóng)村地區(qū)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。
國家發(fā)展改革委副主任解振華表示,未來我國將有序推進以秸稈為主要原料的生物質(zhì)能源。為緩解資源能源約束,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟,保護環(huán)境,應對氣候變化,我國將大力推動農(nóng)作物秸稈在農(nóng)業(yè)領域的循環(huán)利用,積極發(fā)展以秸稈為原料的加工業(yè),有序發(fā)展以秸稈為原料的生物質(zhì)能源。
二、生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)和技術在各國的發(fā)展概況
生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)已受到了國際社會的廣泛關注,許多國家制定了促進生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關政策,并投入了大量的資金用于研究開發(fā)和推廣應用。由于生物質(zhì)能作為可再生能源僅次于煤炭、石油、天然氣之后第四大能源,因此它在整個能源系統(tǒng)中占有重要的地位。近些年來,開發(fā)利用生物質(zhì)能成為當前國內(nèi)外廣泛關注的重大課題,既涉及農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展,又關系到國家的能源安全。作為經(jīng)濟快速發(fā)展的中國,大力開發(fā)新型可再生能源已經(jīng)是國家發(fā)展的重要戰(zhàn)略,因此開發(fā)利用生物質(zhì)能這一課題,有利于中國開拓新能源,并且能夠緩解能源供需矛盾,也是解決“三農(nóng)”問題,保證社會經(jīng)濟持續(xù)性發(fā)展的重要任務。
生物質(zhì)能的利用分為兩種:直接用作燃料的有農(nóng)作物的秸稈、薪柴等;間接作為燃料的有農(nóng)林廢棄物及藻類等,它們通過微生物作用生成沼氣,或采用熱解法制造液體和氣體燃料,也可制造生物炭。生物質(zhì)能是世界上最為廣泛的可再生能源。據(jù)估計,每年地球上僅通過光合作用生成的生物質(zhì)總量就達1440~1800億噸(干重),其能量約相當于20世紀90年代初全世界總能耗的3~8倍。但是尚未被人們合理利用,多半直接當薪柴使用,效率低。影響生態(tài)環(huán)境。
現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是利用農(nóng)作物及其殘體、畜禽糞便、有機廢棄物等可再生或循環(huán)的有機物質(zhì)為原料,通過TA性加工轉(zhuǎn)化生產(chǎn)化工產(chǎn)品、生物質(zhì)燃料和生物能源以及生物質(zhì)產(chǎn)品的一個格外引人關注的新興產(chǎn)業(yè)。生物質(zhì)既是可再生能源,也能生產(chǎn)出上千種的化工產(chǎn)品,且因其主要成分為碳水化合物,在生產(chǎn)及使用過程中與環(huán)境友好、又勝石油能源一籌。
目前我國的秸稈產(chǎn)出量已超過7億噸,折合成標煤約為3.5億噸,相當于7個神東煤田,全部利用可以減排8.5億噸二氧化碳,相當于2007年全國二氧化碳排放量的1/8。隨著國家明確提出到2015年秸稈綜合利用率在80%的行動目標,我國秸稈資源化駛入快車道。以“秸稈能源”為代表的生物質(zhì)能利用,在大力發(fā)展低碳經(jīng)濟的背景下,進入人們的視野。
目前。世界上較為成熟、可規(guī)?;_發(fā)利用的生物質(zhì)技術主要集中在發(fā)電、固化成型燃料、沼氣和液體燃料等方面。其中,生物質(zhì)發(fā)電在發(fā)達國家已受到廣泛重視,2005年全世界生物質(zhì)發(fā)電的裝機容量約達5000萬千瓦,主要集中在北歐和美國。
生物質(zhì)固化成型燃料在發(fā)達國家通常用來替代煤、燃氣等作為民用燃料進行炊事、取暖,或用于區(qū)域供熱和發(fā)電等。美國和歐洲一些國家的生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)品已進入商業(yè)化階段,并相應開發(fā)了專用爐具;泰國、印度、越南、菲律賓等國也建成了一些生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)廠,逐漸進入了規(guī)?;a(chǎn)階段。
沼氣技術已經(jīng)在有些國家普遍應用,歐洲和印度等地已建設了大量的戶用沼氣和大中型沼氣工程。截至到2003年底,德國的大中型沼氣工程總數(shù)已超過3000個,大多采用以畜禽糞便和秸稈為主要原料的厭氧消化工藝,機械化和自動化程度很高,生產(chǎn)出來的沼氣主要用于發(fā)電。
生物液體燃料已實現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)和應用。2005年,全世界生物燃料乙醇的總產(chǎn)量約為3000萬噸,主要集中在巴西和美國;生物柴油總產(chǎn)量約220萬噸,主要集中在德國。巴西以甘蔗為原料生產(chǎn)燃料乙醇,2005年的消費量為1200萬噸,替代了當年汽油消費量的45%;美國主要利用耕地多、產(chǎn)量大的玉米為原料,同時積極發(fā)展纖維素制取燃料乙醇技術。歐盟對生物燃料也很重視。主要以大豆、油菜籽和回收的動植物廢油等為原料生產(chǎn)柴油,2005年原歐盟15個成員國年產(chǎn)量約200萬噸,占世界總產(chǎn)量的90%,其中德國年產(chǎn)量約為150萬噸。
三、中國生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況
中國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源主要有農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)副產(chǎn)品和能源作物等,資源豐富,產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?。農(nóng)業(yè)生物質(zhì)具有資源種類多,分布范圍廣的特點,可轉(zhuǎn)化為電力、燃氣和液體燃料等多種商品位能源。
一直致力于生物質(zhì)能研究的中國農(nóng)業(yè)大學石元春院士認為,以秸稈為原料的現(xiàn)代能源是一個新興產(chǎn)業(yè)。在當今發(fā)展清潔能源應對全球氣候變暖的大形勢下,秸稈迎來了 一個發(fā)展現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)的重大機遇。
根據(jù)最新資料和有關專家預測,我國秸稈目前的用途是:還田15%,飼料16%,工業(yè)原料3%,薪柴50%和露地焚燒16%。也就是說,目前秸稈中的66%,約6_7億噸是用于能源的,具有替代2.4億噸標煤和減排5.8億噸二氧化碳的能力。
秸稈還田、秸稈飼料、工業(yè)原料和薪柴的利用屬于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提升,而以秸稈為原料的現(xiàn)代能源是一個新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)了解,秸稈能源在歐洲發(fā)展已經(jīng)有30多年,特別是北歐的丹麥和瑞典,秸稈發(fā)電和顆粒燃料的技術成熟度和商業(yè)化程度最高。
1、農(nóng)作物秸稈
2004年我國小麥、玉米、稻谷、棉花、大豆、薯類、油料等主要農(nóng)作物產(chǎn)量達4.69億噸,秸稈產(chǎn)量約為5.96億噸。預計到2020年我國主要作物的秸稈總量將達到8億噸左右。其中,約有50%左右農(nóng)作物秸稈用作農(nóng)村居民生活用能,由于采用傳統(tǒng)的燃燒方式,效率低下;我國以甘蔗渣及稻殼發(fā)電為應用方式的生物質(zhì)燃燒發(fā)電已得到初步應用,總裝機容量達800兆瓦;固化成型燃料技術已初步形成了研究、開發(fā)和應用同步推進的良好勢頭;以秸稈過腹還田、粉碎還田和生產(chǎn)有機肥還田的技術已形成一定應用規(guī)模;以秸稈為主要原料生產(chǎn)生物質(zhì)材料的技術研究已經(jīng)起步。
目前我國秸稈能源化主要有直接作為農(nóng)村生活燃料、秸稈氣化、壓塊替代煤炭燃料以及秸稈發(fā)電這幾個途徑。其中秸稈氣化、壓塊替代煤炭燃料和秸稈發(fā)電已經(jīng)在不少地方進行了探索和推廣。
發(fā)展秸稈顆料燃料產(chǎn)業(yè)前景廣闊。中國現(xiàn)年消費煤炭26億噸,其中中小鍋爐用約10億噸,是溫室氣體排放大戶,如果采用秸稈顆粒燃料替代,減排效益不可低估。
在中國,截至2007年底,核準的生物質(zhì)直燃發(fā)電項目約百個,裝機容量2500兆瓦,建成投交并網(wǎng)發(fā)電的項目總裝機容量400兆瓦以上。截至2008年底,中國國能生物質(zhì)發(fā)電集團已有10個30兆瓦和7個12兆瓦的生物質(zhì)電站正在運營,其中單縣電站裝機容量30兆瓦,年發(fā)電2.2億千瓦時,可替代8.7萬噸標煤的燃煤,減排18萬噸二氧化碳,農(nóng)民年新增收入6000萬元和獲得1000多個工作崗位。秸稈直燃發(fā)電的技術和設備已經(jīng)可以全部自主與國產(chǎn)。
秸稈能源產(chǎn)業(yè)還將為農(nóng)民帶來增收的機會。以每噸秸稈農(nóng)民可獲250至300元算,全國4億噸能源用秸稈就能獲得1000億至1200億元。計劃2012年達40億元。此外,農(nóng)村的能源中,由煙熏火燎燒薪柴到燒顆粒燃料,能效可以提高2~3倍,能源消費質(zhì)量也將顯著提高。
2、能源作物
能源作物指經(jīng)專門種植,用以作為能源原料的草本和木本植物,如甜高粱、甘蔗、木薯以及油菜等。全國未利用土地總面積為24508.79萬公頃,其中有6020.56萬公頃土地資源可供能源作物的開發(fā)種植。另外,每年還有約900萬公頃不同類型的季節(jié)性農(nóng)閑地,可以種植能源作物。
3、生物液體燃料
我國已建設了以陳化糧為原料生產(chǎn)燃料乙醇的示范工程,分別在6省市進行示范,燃料乙醇年生產(chǎn)能力已達102萬噸。在非糧食作物生產(chǎn)燃料乙醇方面也取得了一定進展,已培育出適應鹽堿地種植的“醇甜系列”雜交甜高粱品種,并建成了產(chǎn)業(yè)化示范基地;培育并引進了多個優(yōu)良木薯品種,平均畝產(chǎn)超過3噸;育成了一批能源甘蔗新品系和能、糖兼用型甘蔗品種,并篩選出了適合甘蔗清汁發(fā)酵的菌株和活性干酵母菌株。
此外,我國已對利用菜籽油、棉籽油、烏桕油、木油、茶油和地溝油等原料生產(chǎn)生物柴油的技術開展了研究,目前已有年產(chǎn)10萬噸生物柴油的生產(chǎn)能力。我國在雙低油菜與雜種優(yōu)勢利用的結合上已達到國際先進水平:在油菜、油葵等主要作物上已開發(fā)出高含油量品種,含油量高達51.6%;為了不與食用油和工業(yè)用油爭原料,還開發(fā)了利用麻瘋樹果實、黃連木籽等能源作物生產(chǎn)生物柴油的技術,初步具備了商業(yè)化發(fā)展的條件;在利用季節(jié)性農(nóng)閑地種植油菜生產(chǎn)生物柴油方面具有很大潛力。
四、生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)在中國未來的前景
以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)綠色能源和環(huán)境友好產(chǎn)品是人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路,已成為世界科技領域的前沿。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步,世界各國將會更加重視環(huán)境保護和全球氣候變化問題,通過制定新的能源發(fā)展戰(zhàn)略、法規(guī)和政策,進一步加快生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
從目前生物質(zhì)的資源狀況和技術發(fā)展水平看,今后發(fā)展的主要趨勢是發(fā)電、供熱、生產(chǎn)液體燃料和生物質(zhì)材料等。最近20多年來,生物質(zhì)技術發(fā)展很快,產(chǎn)業(yè)規(guī)模、經(jīng)濟性和市場化程度逐年提高,預計在2010~2020年間,大多數(shù)生物質(zhì)技術可形成較強的市場競爭力,在2020年以后將會有更快的發(fā)展,并逐步成為主導產(chǎn)業(yè)。
生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)正成為朝陽產(chǎn)業(yè)。在中國發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)具有深遠的意義,不僅有利于解決資源、能源短缺和環(huán)境污染問題,更是解決好“三農(nóng)問題”、加快社會主義新農(nóng)村建設的戰(zhàn)略舉措。中國政府高度重視生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。已經(jīng)研究制定了一系列促進生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關政策。
加強生物質(zhì)技術研究與工程集成,在固化成型、燃燒、沼氣、燃料乙醇、生物質(zhì)材料等方面的關鍵技術研究和裝備開發(fā)方面取得突破性進展,創(chuàng)新一批具有自主知識產(chǎn)權的技術和產(chǎn)品;推廣一批先進的生物質(zhì)工程技術;建成一批生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)化示范工程;開展我國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源現(xiàn)狀調(diào)查,初步查清我國生物質(zhì)資源的擁有量和分布情況,建立生物質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫,促進我國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展。
全面推進生物質(zhì)工程科技創(chuàng)新,在生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化和材料利用等方面達到國際先進水平,部分技術達到國際領先水平,增強我國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。提高生物質(zhì)能和產(chǎn)品在能源消費中的比重,通過生物質(zhì)利用解決農(nóng)村生活燃料短缺問題;基本實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用,促進我國生態(tài)環(huán)境保護和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。
以科學發(fā)展觀為統(tǒng)領,以國家目標和市場需求為導向,針對我國生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié),選擇秸稈綜合利用、農(nóng)業(yè)有機廢棄物資源化和能源作物開發(fā)為切入點,通過技術研究、集成和重點突破,創(chuàng)新生物質(zhì)工程技術,加快生物質(zhì)科研成果轉(zhuǎn)化,促進生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)化進程,為建設社會主義新農(nóng)村、為提高國家能源保障能力、為全面實現(xiàn)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設目標提供重要的科技和產(chǎn)業(yè)支撐。
我國政府及有關部門已連續(xù)在四個國家五年計劃將生物質(zhì)能利用技術的研究與應用列為重點科技攻關項目,開展了生物質(zhì)能利用技術的研究與開發(fā),如戶用沼氣池、節(jié)柴炕灶、薪炭林、大中型沼氣工程、生物質(zhì)壓塊成型、氣化與氣化發(fā)電、生物質(zhì)液體燃料等,取得了多項優(yōu)秀成果?!犊稍偕茉捶ā返暮蛯嵤┍砻髦袊言诜缮厦鞔_了可再生能源包括生物質(zhì)能在現(xiàn)代能源中的地位,并在政策上給予了巨大優(yōu)惠支持,“農(nóng)林生物質(zhì)工程”也已經(jīng)成為“十一五”國家科技支撐計劃重大項目。
對國際上生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢和中國生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,以及需要解決的緊迫問題與薄弱環(huán)節(jié),選擇秸稈綜合利用、農(nóng)業(yè)有機廢棄物資源化和能源作物開發(fā),增強我國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的競爭力,提高生物質(zhì)能和在能源消費中的比重,通過生物質(zhì)利用解決農(nóng)村生活燃料短缺問題,基本實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用,促進我國生態(tài)環(huán)境保護和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。雖說生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是世界發(fā)展和新興的朝陽產(chǎn)業(yè)。但其當前成本與價格尚難與石油基產(chǎn)品競爭。
利用取之不盡,用之不竭的農(nóng)林生物質(zhì)生產(chǎn)材料和石油化工產(chǎn)品是綠色化學的重要研究方向。
關鍵詞:生物質(zhì)燃料;特性;爐具設計
中圖分類號:TK6文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2015)05(c)-0000-00
隨著化石能源的不斷開采,化石能源已經(jīng)接近枯竭的狀態(tài),另外,化石能源的價格高并且對環(huán)境的污染較為嚴重,因此,可再生能源的開發(fā)與利用就顯得非常迫切,生物質(zhì)能源作為可再生能源的重要組成部分,受到了各界人士的關注[1]。我們所說的生物質(zhì)燃料主要是指農(nóng)作物秸稈,它通過直燃式生物質(zhì)爐具進行采暖。這種新興的采暖方式極大地提高了人們的生活質(zhì)量,推動了我國經(jīng)濟的發(fā)展。我國的生物質(zhì)能源非常豐富,對我國社會和經(jīng)濟的發(fā)展提供了保障.下面具體的介紹一下生物質(zhì)燃料特性與爐具設計。
1生物質(zhì)燃料
生物質(zhì)爐在設計的過程中受到了燃料燃燒特性的極大影響。
生物質(zhì)燃料燃燒的過程是一個放熱的化學反應過程,除了要具備燃料這一要素之外,還需要有充足的熱量傳遞以及相應的空氣,通過燃料和空氣之間的熱量、質(zhì)的傳送,達到燃燒的目的。在燃料燃燒的過程中會使周圍的溫度升高,加快傳質(zhì),進而加速了熱量的產(chǎn)生。
生物質(zhì)燃料的燃燒過程有預熱、干燥、揮發(fā)、分解析和焦炭的燃燒幾個階段。生物質(zhì)燃料被引燃后,其表面溫度會隨著燃燒慢慢升高,燃料中的水分也慢慢的蒸發(fā)掉,進而使燃料變得更加干燥,變干燥的燃料再繼續(xù)的進行吸熱、溫度持續(xù)升高,達到一定程度,燃料會發(fā)生分解的現(xiàn)象,析出的揮發(fā)物氣體在空氣混合后形成新的混合物,這一種混合物含有一定的氧氣和揮發(fā)物的成份,在一定的溫度和濃度的條件下,揮發(fā)物著火燃燒,進而為之后的焦炭燃燒提前做好準備[2]。燃料表面燃燒釋放熱量,不斷積聚升溫,并通過傳導和輻射的方式,熱量擴散至燃料的內(nèi)層,內(nèi)層揮發(fā)物由此析出,并與氧混合燃燒,進而放出了充足的熱量。這個時候,揮發(fā)物會將燃料中的焦炭包圍起來,由于爐膛中的氧很難與焦炭進行接觸,所以,焦炭在這個時候不易燃燒,只有等到揮發(fā)物的成份慢慢減少,氧氣可以和焦炭接觸時,焦炭才可以燃燒。在焦炭慢慢燃燒的過程中,燃燒產(chǎn)生的灰分會再次包裹燃燒剩余的焦炭,進而影響著焦炭的燃燒,這時需要對其進行攪動或者對生物質(zhì)爐進行通風,以使剩余的焦炭更好的燃燒,灰渣中會產(chǎn)生余碳。
2對直燃式生物質(zhì)炊事采暖爐的設計
民用的生物質(zhì)采暖炊事爐由料倉、煙囪、擋火板、水套、煙道、二次進風口、風門、出灰口以及爐膛燃料組成。
2.1 二次進風口的設計
生物質(zhì)燃料中含有的氫和揮發(fā)份的含量都比煤炭中的含量要多,其中的碳和氫相結合,形成碳氫化合物,這種碳氫化合物的分子比較低,在溫度達到250度時就可以進行熱分解,在325度時熱分解就相當?shù)幕钴S,達到350度時,揮發(fā)份就能析出將近80%,揮發(fā)份的析出燃燒時間不長,只占了總燃燒時間的10%[3]。所以,如果對其的空氣供應不足就會使揮發(fā)物無法燃燒殆盡,通常出現(xiàn)的黑色或者是農(nóng)黃色的煙就是這樣形成的,因此,在對生物質(zhì)爐進行設計的時候,要充分考慮對揮發(fā)份空氣的供給,在爐膛口的周圍以及爐口壁的部分設計二次進風口,確??諝獾某渥?,幫助揮發(fā)份的燃燒。
2.2 延長煙道燃燒回程的辦法
對生物質(zhì)爐的煙道進行設計時,要盡量延長煙道的燃燒回程,這主要是因為揮發(fā)份析出量過大但是燃燒時間卻很短的緣故,將煙道的燃燒回程延長,能夠最大限度的給揮發(fā)份的燃燒提供更多的時間和空間,進而使生物質(zhì)燃料得到充分的利用。目前運用的最多的延長煙道燃燒回程的辦法是對燃料進行反燒。
2.3 一次進風口的設計
生物質(zhì)燃料相較于煤炭來說,更容易被引燃,因此在生物質(zhì)燃料燃燒時可以適當?shù)臏p少空氣量的供給[4]。另一方面,當揮發(fā)份被慢慢的析出并且燃燒殆盡后,會產(chǎn)生焦炭,這種焦炭是一種較為疏松的狀態(tài)存在的,經(jīng)由氣流運動部分的炭粒被送入到煙道中,并在煙道中蓄積成黑絮,這個時候如果通風太過會妨礙燃料的燃燒,所以,在對生物質(zhì)爐具進行設計時,要將一次進風口設計小點。
2.4 水套的設計
在對煙道的水套進行設計時,應該盡量設計大面積的水套,這是因為揮發(fā)份在燃燒時會造成煙道內(nèi)部的溫度升高,因此,大面積的水套會使生物質(zhì)爐的取暖效果更好。
2.5 生物質(zhì)成型燃料的使用
由于生物質(zhì)中的碳含量較低,密度不高以及質(zhì)地松軟的特性,所以生物質(zhì)很容易燃燒,在燃燒的過程中要定時的向爐內(nèi)填料,而致密成型設備在燃燒過程的應用,會把結構松散的生物質(zhì)進行壓縮,不僅可以解決生物質(zhì)燃燒過程中需要不斷填料的問題,還使燃料的存儲和運輸更加的便利。
2.6 防止燃燒結焦現(xiàn)象出現(xiàn)的辦法
生物質(zhì)燃料中含有較多的鉀元素,在生物質(zhì)燃料燃燒的過程中,達到一定的溫度條件,氧化鉀會以熔融狀態(tài)存在,并且與硅、鈣等混合,這種混合物在溫度較低的情況下結成焦塊,這些結焦塊會阻礙爐灰的順利排放和空氣的供給。如果將爐膛內(nèi)側的水套設計成大面積,可以適量降低燃燒過程中產(chǎn)生的溫度,進而起到防止燃燒結焦現(xiàn)象的產(chǎn)生。
3結束語
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,人們生活水平也在這一過程中不斷地得到了提高,因而人們對生活的質(zhì)量,也提出了新的要求,人們希望生活的環(huán)境更加環(huán)保、更加經(jīng)濟、更加健康,因而追求一種更為環(huán)保的爐具設計,以此來減輕傳統(tǒng)煤炭燃料帶來的環(huán)境污染問題。生物質(zhì)燃料相較于傳統(tǒng)的煤炭燃料來說,具有環(huán)保經(jīng)濟適用的特點。通過對生物質(zhì)燃料特性的介紹以及對設計生物質(zhì)爐的具體方法作簡要的分析,為我國生物質(zhì)爐在生活當中普及提供一定的依據(jù),進而推動我國經(jīng)濟的迅速健康的發(fā)展。
參考文獻
[1] 劉圣勇,連瑞瑞,王曉東等.制冷炊事兼用生物質(zhì)成型燃料爐具的設計[C].//全國農(nóng)村清潔能源與低碳技術學術研討會論文集.2011:315-319.
[2] 范欣欣,呂子安,李定凱等.生物質(zhì)顆粒燃料炊事爐的性能[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2010,26(2):280-284.
關鍵詞 密集烘烤;RF-3型生物質(zhì)壓塊反燒爐;應用效果
中圖分類號 S226.9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2013)14-0198-01
RF-3型生物質(zhì)壓塊反燒爐由河北奧科瑞豐生物質(zhì)技術有限公司生產(chǎn),2012年烘烤季節(jié)在費縣上冶煙站進行了烘烤試驗,同年12月在改進完善的基礎上,在莒南縣相溝鄉(xiāng)王祥社區(qū)烘烤工場進行了空載試驗,2013年臨沂煙區(qū)推廣應用200套?,F(xiàn)總結其特點、使用情況,并提出改進領域和工作思路,以供參考。
1 主要特點
1.1 工作原理
RF-3型生物質(zhì)壓塊反燒爐采用生物質(zhì)壓塊燃料半氣化燃燒技術,點火容易,升溫快,點火5 min即能達到理想燃燒狀態(tài),并可根據(jù)烘烤曲線控制火力,穩(wěn)溫時小火燃燒,燃燒充分,無黑煙[1]。
1.2 基本結構
RF-3型生物質(zhì)壓塊反燒爐外觀結構具體如圖1所示。
1.3 主要特點
1.3.1 著火溫度低。使用的生物質(zhì)壓塊的著火點低,一般溫度為300 ℃左右。一張報紙即可引燃,點火方便。
1.3.2 節(jié)能效果明顯。使用秸稈壓塊做燃料,每爐次代替燃煤750 kg以上,節(jié)能、降本效果明顯[2-3]。
1.3.3 減排效果顯著。該爐采用氣化燃燒技術,燃料燃燒充分,幾乎不產(chǎn)生煙氣、粉塵、焦油,減少了大氣污染。另外,由于普通燃煤的含硫量在2%左右,而生物質(zhì)原料的含硫量在0.1%以下,遠遠低于燃煤的含硫量,經(jīng)測定,二氧化硫排放量低于國家標準2/3以上。同時,由于燃燒排放的二氧化碳被植物生長過程再次吸收,基本實現(xiàn)了燃燒過程中溫室氣體的零排放。
1.3.4 熱量利用率更高。該爐的散熱器面積增大,有效降低了排煙溫度,煙氣帶走的熱量更少,燃料利用率更高。
1.3.5 減工效果明顯。采用自動給料裝置,利用自控儀控制,自動給料裝置加入一次燃料變黃期可使用10 h左右,定色期可使用4~6 h,燃燒時間長,降低了連續(xù)加料的勞動量[4]。
1.3.6 烘烤燃料成本投入更少。經(jīng)驗證,使用生物質(zhì)壓塊反燒爐烘烤煙葉的壓塊使用量和使用普通立式爐煤炭使用量差不多,而生物質(zhì)壓塊的價格是600元/t,煤炭的價格是1 000元/t左右,生產(chǎn)成本降低1/3。
1.3.7 燃料爐灰可回收利用。生物質(zhì)壓塊燃料產(chǎn)生的爐灰富含鉀元素,經(jīng)集中回收可作為鉀肥的原料賣給肥料廠或作為鉀肥使用,經(jīng)濟、環(huán)保,實現(xiàn)了元素的自然循環(huán)。
2 使用情況
2.1 費縣烘烤試驗情況
生物質(zhì)壓塊反燒爐平均每千克干煙耗生物質(zhì)壓塊2.4 kg,耗電0.38 kW·h;普通爐平均每千克干煙耗煤量2.32 kg,耗電量0.38 kW·h。按照市場價,秸稈壓塊600元/t,煤炭1 000元/t,電0.84元/kW·h計算,不計人工成本,生物質(zhì)壓塊反燒爐平均每千克干煙烘烤成本為2.08元,普通爐平均每千克干煙烘烤成本為2.96元。由此可以看出,使用生物質(zhì)壓塊烘烤成本降低了29.73%,降耗效果明顯。
2.2 莒南空載試驗情況
2.2.1 點火。2012年12月28日9:34點火,9:38達到正常燃燒,煙囪達到無煙狀態(tài)。
2.2.2 燃燒與升溫。變黃期采用小火燃燒,燃燒時升溫平穩(wěn),煙囪無黑煙現(xiàn)象,11:40烤房干球溫度升至設定目標溫度40 ℃,從點火時的1.9 ℃到40 ℃,共用時130 min,16:30停止加料,共使用生物質(zhì)壓塊燃料102 kg,平均每小時壓塊消耗量在15 kg左右。
2.2.3 自動給料。爐體外裝配自動加料裝置,由料倉及無軸螺旋輸送裝置構成,每次可保障裝滿50 kg壓塊燃料,可持續(xù)保障3.5 h的連續(xù)燃燒;同時,燃料輸送裝置采用了二級減速技術,螺旋轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)精確,運行平穩(wěn),容易進行加料量控制和調(diào)節(jié)[5]。
2.2.4 清灰。采用活動爐排,在燃燒過程中及燃燒結束后,通過鏈接爐排的手柄進行前后晃動清灰,能實現(xiàn)有效清理積灰,避免灰分堆積結焦現(xiàn)象;同時,可實現(xiàn)爐排上燃料的均勻分布,便于燃料的充分均勻燃燒,避免燃料堆積燃燒不充分的現(xiàn)象。
3 主要改進、完善的領域
3.1 煙囪
煙囪過高,材質(zhì)為鐵管,在夏季烤煙時如遇雷雨天氣容易造成雷擊事故,存在一定的安全隱患,建議安裝避雷裝置或改變煙囪材質(zhì),避免雷擊現(xiàn)象的發(fā)生。
3.2 上料裝置
上料裝置過高,加料不方便,在使用過程中增加了勞動強度,建議降低料倉高度,增大料倉容積,使裝料環(huán)節(jié)更加便捷,燃料持續(xù)時間更長。
3.3 風機
風機未安裝變頻裝置,造成一定的燃料浪費,建議采用變頻風機,減少頻繁啟動次數(shù),延長風機使用壽命,降低能源消耗和成本投入。
3.4 動力系統(tǒng)
原有自動給料裝置動力系統(tǒng)采用220 V單相電機,由于動力不足容易出現(xiàn)啟動困難現(xiàn)象,現(xiàn)已更換三相電機,問題已解決。
4 發(fā)展思路
一是2013年烘烤之前,進一步驗證設備各部分之間運行的吻合程度和烘烤效果。二是制訂制作標準、安裝圖紙、安裝技術規(guī)范和烘烤操作技術規(guī)范。
5 參考文獻
[1] 宮長榮.密集式烘烤[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2007.
[2] 王衛(wèi)峰,陳江華,宋朝鵬,等.密集烤房的研究進展[J].中國煙草科學,2005,26(3):12-14.
[3] 崔國民.烤煙密集型自動化烤房及烘烤工藝技術[M].北京:科學出版社,2012.
一、中國生物質(zhì)能源開發(fā)利用現(xiàn)狀
20世紀70年代,國際上第一次石油危機使發(fā)達國家和貧油國家重視石油替代,開始大規(guī)模發(fā)展生物質(zhì)能源。生物質(zhì)能源是以農(nóng)林等有機廢棄物以及利用邊際土地種植的能源植物為主要原料進行能源生產(chǎn)的一種新興能源。生物質(zhì)能源按照生物質(zhì)的特點及轉(zhuǎn)化方式可分為固體生物質(zhì)燃料、液體生物質(zhì)燃料、氣體生物質(zhì)燃料。中國生物質(zhì)能源的發(fā)展一直是在“改善農(nóng)村能源”的觀念和框架下運作,較早地起步于農(nóng)村戶用沼氣,以后在秸稈氣化上部署了試點。近兩年,生物質(zhì)能源在中國受到越來越多的關注,生物質(zhì)能源利用取得了很大的成績。沼氣工程建設初見成效。截至2005年底,全國共建成3764座大中型沼氣池,形成了每年約3.4l億立方米沼氣的生產(chǎn)能力,年處理有機廢棄物和污水1.2億噸,沼氣利用量達到80億立方米。到2006年底,建設農(nóng)村戶用沼氣池的農(nóng)戶達2260萬戶,占總農(nóng)戶的9.2%,占適宜農(nóng)戶的15.3%,年產(chǎn)沼氣87.0億立方米,使7500多萬農(nóng)民受益,直接為農(nóng)民增收約180億元。生物質(zhì)能源發(fā)電邁出了重要步伐,發(fā)電裝機容量達到200萬千瓦。液體生物質(zhì)燃料生產(chǎn)取得明顯進展,全國燃料乙醇生產(chǎn)能力達到:102萬噸,已在河南等9個省的車用燃料中推廣使用乙醇汽油。
(一)固體生物質(zhì)燃料
固體生物質(zhì)燃料分生物質(zhì)直接燃燒或壓縮成型燃料及生物質(zhì)與煤混合燃燒為原料的燃料。生物質(zhì)燃燒技術是傳統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)化形式,截止到2004年底,中國農(nóng)村地區(qū)已累計推廣省柴節(jié)煤爐灶1.89億戶,普及率達到70%以上。省柴節(jié)煤爐灶比普通爐灶的熱效率提高一倍以上,極大緩解了農(nóng)村能源短缺的局面。生物質(zhì)成型燃料是把生物質(zhì)固化成型后采用略加改進后的傳統(tǒng)設備燃用,這種燃料可提高能源密度,但由于壓縮技術環(huán)節(jié)的問題,成型燃料的壓縮成本較高。目前,中國(清華大學、河南省能源研究所、北京美農(nóng)達科技有限公司)和意大利(比薩大學)兩國分別開發(fā)出生物質(zhì)直接成型技術,降低了生物質(zhì)成型燃料的成本,為生物質(zhì)成型燃料的廣泛應用奠定了基礎。此外,中國生物質(zhì)燃料發(fā)電也具有了一定的規(guī)模,主要集中在南方地區(qū)的許多糖廠利用甘蔗渣發(fā)電。廣東和廣西兩省(區(qū))共有小型發(fā)電機組300余臺,總裝機容量800兆瓦,云南也有一些甘蔗渣電廠。中國第一批農(nóng)作物秸稈燃燒發(fā)電廠將在河北石家莊晉州市和山東菏澤市單縣建設,裝機容量分別為2×12兆瓦和25兆瓦,發(fā)電量分別為1.2億千瓦時和1.56億千瓦時,年消耗秸稈20萬噸。
(二)氣體生物質(zhì)燃料
氣體生物質(zhì)燃料包括沼氣、生物質(zhì)氣化制氣等。中國沼氣開發(fā)歷史悠久,但大中型沼氣工程發(fā)展較慢,還停留在幾十年前的個體小厭氧消化池的水平,2004年,中國農(nóng)戶用沼氣池年末累計1500萬戶,北方能源生態(tài)模式應用農(nóng)戶達43.42萬戶,南方能源生態(tài)模式應用農(nóng)戶達391.27萬戶,總產(chǎn)氣量45.80億立方米,相當于300多萬噸標準煤。到2004年底,中國共建成2500座工業(yè)廢水和畜禽糞便沼氣池,總池容達到了88.29萬立方米,形成了每年約1.84億立方米沼氣的生產(chǎn)能力,年處理有機廢物污水5801萬噸,年發(fā)電量63萬千瓦時,可向13.09萬戶供氣。
在生物質(zhì)氣化技術開發(fā)方面,中國對農(nóng)林業(yè)廢棄物等生物質(zhì)資源的氣化技術的深入研究始于20世紀70年代末、80年代初。截至2006年底,中國生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)的秸稈氣化站保有量539處,年產(chǎn)生物質(zhì)燃氣1.5億立方米;年發(fā)電量160千瓦時稻殼氣化發(fā)電系統(tǒng)已進入產(chǎn)業(yè)化階段。
(三)液體生物質(zhì)燃料
液體生物質(zhì)燃料是指通過生物質(zhì)資源生產(chǎn)的燃料乙醇和生物柴油,可以替代由石油制取的汽油和柴油,是可再生能源開發(fā)利用的重要方向。近年來,中國的生物質(zhì)燃料發(fā)展取得了很大的成績,特別是以糧食為原料的燃料乙醇生產(chǎn)已初步形成規(guī)模?!笆濉逼陂g,在河南、安徽、吉林和黑龍江分別建設了以陳化糧為原料的燃料乙醇生產(chǎn)廠,總產(chǎn)能達到每年102萬噸,現(xiàn)已在9個?。?個省全部,4個省的27個地(市))開展車用乙醇汽油銷售。到2005年,這些地方除軍隊特需和國家特種儲備外實現(xiàn)了車用乙醇汽油替代汽油。
但是,受糧食產(chǎn)量和生產(chǎn)成本制約,以糧食作物為原料生產(chǎn)生物質(zhì)燃料大規(guī)模替代石油燃料時,也會產(chǎn)生如同當今面臨的石油問題一樣的原料短缺,因此,中國近期不再擴大以糧食為原料的燃料乙醇生產(chǎn),轉(zhuǎn)而開發(fā)非糧食原料乙醇生產(chǎn)技術。目前開發(fā)的以木薯為代表的非食用薯類、甜高粱、木質(zhì)纖維素等為原料的生物質(zhì)燃料,既不與糧油競爭,又能降低乙醇成本。廣西是木薯的主要產(chǎn)地,種植面積和總產(chǎn)量均占全國總量的80%,2005年,木薯乙醇產(chǎn)量30萬噸。從生產(chǎn)潛力看,目前,木薯是替代糧食生產(chǎn)乙醇最現(xiàn)實可行的原料,全國具有年產(chǎn)500萬噸燃料乙醇的潛力。
此外,為了擴大生物質(zhì)燃料來源,中國已自主開發(fā)了以甜高粱莖稈為原料生產(chǎn)燃料乙醇的技術(稱為甜高粱乙醇),目前,已經(jīng)達到年產(chǎn)5000噸燃料乙醇的生產(chǎn)規(guī)模。國內(nèi)已經(jīng)在黑龍江、內(nèi)蒙古、新疆、遼寧和山東等地,建立了甜高粱種植、甜高梁莖稈制取燃料乙醇的基地。生產(chǎn)1噸燃料乙醇所需原料--甜高粱莖稈收購成本2000元,加上加工費,燃料乙醇生產(chǎn)成本低于3500元,噸。由于現(xiàn)階段國家對燃料乙醇實行定點生產(chǎn),這些甜高粱乙醇無法進入交通燃料市場,大多數(shù)摻入了低質(zhì)白酒中。另外,中國也在開展纖維素制取燃料乙醇技術的研究開發(fā),現(xiàn)已在安徽豐原生化股份有限公司等企業(yè)形成年產(chǎn)600噸的試驗生產(chǎn)能力。目前,中國燃料乙醇使用量已居世界第三位。生物柴油是燃料乙醇以外的另一種液體生物質(zhì)燃料。生物柴油的原料來源既可以是各種廢棄或回收的動植物油,也可以是含油量高的油料植物,例如麻風樹(學名小桐子)、黃連木等。中國生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展率先在民營企業(yè)實現(xiàn),海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司、福建卓越新能源發(fā)展公司等都建成了年生產(chǎn)能力l萬~2萬噸的生產(chǎn)裝置,主要以餐飲業(yè)廢油和皂化油下腳料為原料。此外,國外公司也進軍中國,奧地利一家公司在山東威海市建設年生產(chǎn)能力25萬噸的生物柴油廠,意大利一家公司在黑龍江佳木斯市建設年生產(chǎn)能力20萬噸的生物柴油廠。預計中國生物柴油產(chǎn)量2010年前約可達每年100萬噸。
二、中國生物質(zhì)能源發(fā)展政策
為了確保生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展,中國政府出臺了一系列法律法規(guī)和政策措施,積極推動了生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用。
(一)行業(yè)標準規(guī)范生產(chǎn),法律法規(guī)提供保障
本世紀初,為解決大量庫存糧積壓帶來的財政重負和發(fā)展石化替代能源,中國開始生產(chǎn)以陳化糧為主要原料的燃料乙醇。2001年,國家計劃委員會了示范推行車用汽油中添加燃料乙醇的通告。隨后,相關部委聯(lián)合出臺了試點方案與工作實施細則。2002年3月,國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會等8部委聯(lián)合制定頒布了《車用乙醇汽油使用試點方案》和《車用乙醇汽油使用試點工作實施細則》,明確試點范圍和方式,并制定試點期間的財政、稅收、價格等方面的相關方針政策和基本原則,對燃料乙醇的生產(chǎn)及使用實行優(yōu)惠和補貼的財政及價格政策。在初步試點的基礎上,2004年2月,國家發(fā)展和改革委員會等8部委聯(lián)合《車用乙醇汽油擴大試點方案》和《車用乙醇汽油擴大試點工作實施細則》,在中國部分地區(qū)開展車用乙醇汽油擴大試點工作。同時,為了規(guī)范燃料乙醇的生產(chǎn),國家質(zhì)量技術監(jiān)督局于2001年4月和2004.年4月,分別GBl8350-2001《變性燃料乙醇》和GBl8351-2001《車用乙醇汽油》兩個國家標準及新車用乙醇汽油強制性國家標準(GBl835l一2004)。在國家出臺相關政策措施的同時,試點區(qū)域的省份均制定和頒布了地方性法規(guī),地方各級政府機構依照有關規(guī)定,加強組織領導和協(xié)調(diào),嚴格市場準入,加大市場監(jiān)管力度,對中國生物質(zhì)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展和車用生物乙醇汽油推廣使用起到了重大作用。
此外,國家相關的法律法規(guī)也為生物質(zhì)能源的發(fā)展提供保障。2005年,《中華人民共和國可再生能源法》提出,“國家鼓勵清潔、高效地開發(fā)利用生物質(zhì)燃料、鼓勵發(fā)展能源作物,將符合國家標準的生物液體燃料納入其燃料銷售體系”。國家“十一五”規(guī)劃綱要也提出,“加快開發(fā)生物質(zhì)能源,支持發(fā)展秸稈、垃圾焚燒和垃圾填埋發(fā)電,建設一批秸稈發(fā)電站和林木質(zhì)發(fā)電站,擴大生物質(zhì)固體成型燃料、燃料乙醇和生物柴油生產(chǎn)能力”。
(二)運用經(jīng)濟手段和財政扶持政策推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展
除制定相應法律法規(guī)和標準外,2002年以來,中央財政也積極支持燃料乙醇的試點及推廣工作,主要措施包括投入國債資金、實施稅收優(yōu)惠政策、建立并優(yōu)化財政補貼機制等。一是投入國債資金4.8億元用于河南、安徽、吉林3省燃料乙醇企業(yè)建設;二是對國家批準的黑龍江華潤酒精有限公司、吉林燃料乙醇有限公司、河南天冠燃料乙醇有限公司、安徽豐原生化股份有限公司4家試點單位,免征燃料乙醇5%的消費稅,對生產(chǎn)燃料乙醇實現(xiàn)的增值稅實行先征后返;三是在試點初期,對生產(chǎn)企業(yè)按保本微利的原則據(jù)實補貼,在擴大試點規(guī)模階段,為促進企業(yè)降低生產(chǎn)成本,改為按照平均先進的原則定額補貼,補貼逐年遞減。
為進一步推動生物質(zhì)能源的穩(wěn)步發(fā)展,2006年9月,財政部、國家發(fā)展和改革委員會、農(nóng)業(yè)部、國家稅務總局、國家林業(yè)局聯(lián)合出臺了《關于發(fā)展生物質(zhì)能源和生物化工財稅扶持政策的實施意見》,在風險規(guī)避與補償、原料基地補助、示范補助、稅收減免等方面對于發(fā)展生物質(zhì)能源和生物化工制定了具體的財稅扶持政策。此外,自2006年1月1日《可再生能源法》正式生效后,醞釀中與之配套的各項行政法規(guī)和規(guī)章也開始陸續(xù)出臺。財政部2006年10月4日出臺了《可再生能源發(fā)展專項資金管理暫行辦法》,該辦法對專項資金的扶持重點、申報及審批、財務管理、考核監(jiān)督等方面做出全面規(guī)定。該《辦法》規(guī)定:發(fā)展專項資金由國務院財政部門依法設立,發(fā)展專項資金的使用方式包括無償資助和貸款貼息,通過中央財政預算安排。
三、中國生物質(zhì)能源發(fā)展中存在的主要問題
盡管中國在生物質(zhì)能源等可再生能源的開發(fā)利用方面取得了一些成效,但由于中國生物質(zhì)能源發(fā)展還處于起步階段,面臨許多困難和問題,歸納起來主要有以下幾個方面。
(一)原料資源短缺限制了生物質(zhì)能源的大規(guī)模生產(chǎn)
由于糧食資源不足的制約,目前,以糧食為原料的生物質(zhì)燃料生產(chǎn)已不具備再擴大規(guī)模的資源條件。今后,生物質(zhì)燃料乙醇生產(chǎn)應轉(zhuǎn)為以甜高粱、木薯、紅薯等為原料,特別是以適宜在鹽堿地、荒地等劣質(zhì)地和氣候干旱地區(qū)種植的甜高粱為主要原料。雖然中國有大量的鹽堿地、荒地等劣質(zhì)土地可種植甜高粱,有大量荒山、荒坡可以種植麻風樹和黃連木等油料植物,但目前缺乏對這些土地利用的合理評價和科學規(guī)劃。目前,雖然在西南地區(qū)已種植了一定數(shù)量的麻風樹等油料植物,但不足以支撐生物柴油的規(guī)模化生產(chǎn)。因此,生物質(zhì)燃料資源不落實是制約生物質(zhì)燃料規(guī)?;l(fā)展的重要因素。
(二)還沒有建立起完備的生物質(zhì)能源工業(yè)體系,研究開發(fā)能力弱,技術產(chǎn)業(yè)化基礎薄弱
雖然中國已實現(xiàn)以糧食為原料的燃料乙醇的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),但以其他能源作物為原料生產(chǎn)生物質(zhì)燃料尚處于技術試驗階段,要實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),還需要在生產(chǎn)工藝和產(chǎn)業(yè)組織等方面做大量工作。以廢動植物油生產(chǎn)生物柴油的技術較為成熟,但發(fā)展?jié)摿τ邢?。后備資源潛力大的纖維素生物質(zhì)燃料乙醇和生物合成柴油的生產(chǎn)技術還處于研究階段,一些相對成熟的技術尚缺乏標準體系和服務體系的保障,產(chǎn)業(yè)化程度低,大規(guī)模生物質(zhì)能源生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化的格局尚未形成。
(三)生物燃油產(chǎn)品市場競爭力較弱
巴西以甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇1980年每噸價格為849美元,1998年降到300美元以下。中國受原料來源、生產(chǎn)技術和產(chǎn)業(yè)組織等多方面因素的影響,燃料乙醇的生產(chǎn)成本比較高,目前,以陳化糧為原料生產(chǎn)的燃料乙醇的成本約為每噸3500元左右,以甜高粱、木薯等為原料生產(chǎn)的燃料乙醇的成本約為每噸4000元。按等效熱值與汽油比較,汽油價格達到每升6元以上時,燃料乙醇才可能贏利。目前,國家每年對102萬噸燃料乙醇的財政補貼約為15億元,在目前的技術和市場條件下,擴大燃料乙醇生產(chǎn)需要大量的資金補貼。以甜高粱和麻風樹等非糧食作物為原料的燃料乙醇和生物柴油的生產(chǎn)技術才剛剛開始產(chǎn)業(yè)化試點,產(chǎn)業(yè)化程度還很低,近期在成本方面的競爭力還比較弱。因此,生物質(zhì)燃料成本和石油價格是制約生物質(zhì)燃料發(fā)展的重要因素。
(四)政策和市場環(huán)境不完善,缺乏足夠的經(jīng)濟鼓勵政策和激勵機制
生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)是具有環(huán)境效益的弱勢產(chǎn)業(yè)。從國外的經(jīng)驗看,政府支持是生物質(zhì)能源市場發(fā)育初期的原始動力。不論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家,生物質(zhì)能源的發(fā)展均離不開政府的支持,例如投融資、稅收、補貼、市場開拓等一系列的優(yōu)惠政策。2000年以來,國家組織了燃料乙醇的試點生產(chǎn)和銷售,建立了包括燃料乙醇的技術標準、生產(chǎn)基地、銷售渠道、財政補貼和稅收優(yōu)惠等在內(nèi)的政策體系,積累了生產(chǎn)和推廣燃料乙醇的初步經(jīng)驗。但是,由于以糧食為原料的燃料乙醇發(fā)展?jié)摿τ邢蓿瑸楸苊鈱Z食安全造成負面影響,國家對燃料乙醇的生產(chǎn)和銷售采取了嚴格的管制。近年來,雖有許多企業(yè)和個人試圖生產(chǎn)或銷售燃料乙醇,但由于受到現(xiàn)行政策的限制,不能普遍享受到財政補貼,也難以進入汽油現(xiàn)有的銷售渠道。對于生物柴油的生產(chǎn),國家還沒有制定相關的政策,特別是還沒有生物柴油的國家標準,更沒有生物柴油正常的銷售渠道。此外,生物質(zhì)資源的其它利用項目,例如燃燒發(fā)電、氣化發(fā)電、規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場大中型沼氣工程項目等,初始投資高,需要穩(wěn)定的投融資渠道給予支持,并通過優(yōu)惠的投融資政策降低成本。中國缺乏行之有效的投融資機制,在一定程度上制約了生物質(zhì)資源的開發(fā)利用。
四、中國生物質(zhì)能源未來的發(fā)展特點和趨勢
(一)逐步改善現(xiàn)有的能源消費結構,降低石油的進口依存度
中國經(jīng)濟的高速發(fā)展,必須構筑在能源安全和有效供給的基礎之上。目前,中國能源的基本狀況是:資源短缺,消費結構單一,石油的進口依存度高,形勢十分嚴峻。2004年,中國一次能源消費結構中,煤炭占67.7%,石油占22.7%,天然氣占2.6%,水電等占7.0%;一次能源生產(chǎn)總量中,煤炭占75.6%,石油占13.5%,天然氣占3.O%,水電等占7.9%。這種能源結構導致對環(huán)境的嚴重污染和不可持續(xù)性。中國石油儲量僅占世界總量的2%,消費量卻是世界第二,且需求持續(xù)高速增長,1990年的消費量剛突破1億噸,2000年達到2.3億噸,2004年達到3.2億噸。中國自1993年成為石油凈進口國后,2005年進口原油及成品油約1.3億噸,估計2010年將進口石油2.5億噸,進口依存度將超過50%。進口依存度越高,能源安全度就越低。中國進口石油的80%來自中東,且需經(jīng)馬六甲海峽,受國際形勢影響很大。
因此,今后在厲行能源節(jié)約和加強常規(guī)能源開發(fā)的同時,改變目前的能源消費結構,向能源多元化和可再生清潔能源時代過渡,已是大勢所趨,而在眾多的可再生能源和新能源中,生物質(zhì)能源的規(guī)?;_發(fā)無疑是一項現(xiàn)實可行的選擇。
(二)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的多功能性進一步推動農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展
生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是以農(nóng)林產(chǎn)品及其加工生產(chǎn)的有機廢棄物,以及利用邊際土地種植的能源植物為原料進行生物能源和生物基產(chǎn)品生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)。中國是農(nóng)業(yè)大國,生物質(zhì)原料生產(chǎn)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一部分,生物質(zhì)能源的蘊藏量很大,每年可用總量折合約5億噸標準煤,僅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中每年產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈,就折合1.5億噸標準煤。中國有不宜種植糧食作物、但可以種植能源植物的土地約l億公頃,可人工造林土地有311萬公頃。按這些土地20%的利用率計算,每年約可生產(chǎn)10億噸生物質(zhì),再加上木薯、甜高粱等能源作物,據(jù)專家測算,每年至少可生產(chǎn)燃料乙醇和生物柴油約5000萬噸,農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用潛力巨大。生物基產(chǎn)品和生物能源產(chǎn)品不僅附加值高,而且市場容量幾近無限,這為農(nóng)民增收提供了一條重要的途徑;生物質(zhì)能源生產(chǎn)可以使有機廢棄物和污染源無害化和資源化,從而有利于環(huán)保和資源的循環(huán)利用,可以顯著改善農(nóng)村能源的消費水平和質(zhì)量,凈化農(nóng)村的生產(chǎn)和生活環(huán)境。生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的這種多功能性使它在眾多的可再生能源和新能源中脫穎而出和不可替代,這種多功能性對擁有8億農(nóng)村人口的中國和其他發(fā)展中國家具有特殊的重要性。
(三)凈化環(huán)境,進一步為環(huán)境“減壓”
隨著中國經(jīng)濟的高速增長,以石化能源為主的能源消費量劇增,在過去的20多年里,中國能源消費總量增長了2.6倍,對環(huán)境的壓力越來越大。2003年,中國二氧化碳排放量達到8.23億噸,居世界第二位。2025年前后,中國二氧化碳排放量可能超過美國而居首位。2003年,中國二氧化硫的排放量也超過了2000萬噸,居世界第一位,酸雨區(qū)已經(jīng)占到國土面積的30%以上。中國二氧化碳排放量的70%、二氧化硫排放量的90%、氮氧化物排放量的2/3均來自燃煤。預計到2020年,氧化硫和氮氧化物的排放量將分別超過中國環(huán)境容量30%和46%。《京都議定書》已對發(fā)達國家分配了2012年前二氧化碳減排8%的指標,中國是《京都議定書》的簽約國,承擔此項任務只是時間早晚的問題。此外,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和廢棄物排放也對生態(tài)環(huán)境帶來嚴重傷害。因此,發(fā)展生物質(zhì)能源,以生物質(zhì)燃料直接或成型燃燒發(fā)電替代煤炭以減少二氧化碳排放,以生物燃油替代石化燃油以減少碳氫化物、氮氧化物等對大氣的污染,將對于改善能源結構、提高能源利用效率、減輕環(huán)境壓力貢獻巨大。
(四)技術逐步完善,產(chǎn)業(yè)化空間廣闊
從生物質(zhì)能源的發(fā)展前景看,第一,生物乙醇是可以大規(guī)模替代石化液體燃料的最現(xiàn)實選擇;第二,對石油的替代,將由E85(在乙醇中添加15%的汽油)取代E10(汽油中添加10%的乙醇);第三,F(xiàn)FVs(靈活燃料汽車)促進了生物燃油生產(chǎn)和對石化燃料的替代,生物燃油的發(fā)展帶動了傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的更新改造;第四,沼氣將規(guī)?;a(chǎn),用于供熱發(fā)電、(經(jīng)純化壓縮)車用燃料或罐裝管輸;第五,生物質(zhì)成型燃料的原料充足,技術成熟,投資少、見效快,可廣泛用于替代中小鍋爐用煤,熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)能效在90%以上,是生物質(zhì)能源家族中的重要成員;第六,以木質(zhì)纖維素生產(chǎn)的液體生物質(zhì)燃料(Bff。)被認為是第二代生物質(zhì)燃料,包括纖維素乙醇、氣化后經(jīng)費托合成生物柴油(FT柴油),以及經(jīng)熱裂解(TDP)或催化裂解(CDP)得到的生物柴油。此外,通過技術研發(fā)還將開拓新的資源空間。工程藻類的生物量巨大,如果能將現(xiàn)代生物技術和傳統(tǒng)育種技術相結合,優(yōu)化育種條件,就有可能實現(xiàn)大規(guī)模養(yǎng)殖高產(chǎn)油藻。一旦高產(chǎn)油藻開發(fā)成功并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,由藻類制取生物柴油的規(guī)??梢赃_到數(shù)千萬噸。
據(jù)專家預測估計,到2010年,中國年生產(chǎn)生物燃油約為600萬噸,其中,生物乙醇500萬噸、生物柴油100萬噸:到2020年,年生產(chǎn)生物燃油將達到1900萬噸,其中,生物乙醇1000萬噸,生物柴油900萬噸。
一、生物質(zhì)顆粒燃料來源、加工工藝流程和特點
物質(zhì)燃料鍋爐是采用高密度的壓縮成型生物質(zhì)作為鍋爐的燃料,由于燃料的壓縮密實,限制了揮發(fā)分溢出速度,所以生物質(zhì)燃料燃燒主要由下面幾個條件控制:一定的溫度;一定的空氣(氧氣);燃料與空氣(氧氣)的混合程度;燃料中的可燃物與空氣中的氧氣進行劇烈的化學反應時間。由于生物質(zhì)燃料的燃點為250℃,其溫度的提高由點火熱供給。生物質(zhì)燃料的燃燒過程是燃料中的可燃成分與空氣中的氧劇烈化合并放出熱量的過程。因而,氧氣的供給量決定燃燒反應的過程,通過對供氧量的控制,可以很好地控制燃燒反應。另外,生物質(zhì)燃料很有一定的水分,并且生物質(zhì)燃料是經(jīng)過壓縮成型的,它的壓縮密實,限制了揮發(fā)分溢出速度,不易著火燃燒的形成黃色明亮的火焰,容易冒黑煙。所以現(xiàn)運行的生活及工業(yè)鍋爐的結構不適合直接使用生物質(zhì)顆粒燃料,若不加改造直接使用生物質(zhì)顆粒燃料,鍋爐將出現(xiàn)冒黑煙、效率低、有粉塵污染等現(xiàn)象。因此,燃用生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐需要加裝專門的送風設施,在充分保證燃燒生物質(zhì)“顆粒”供氧量的要求下,鍋爐進風量可以進行調(diào)整。生物質(zhì)顆粒鍋爐的技術關鍵是:高密度生物質(zhì)“顆粒”壓縮成型加工設備與連續(xù)性生產(chǎn)的自動生產(chǎn)線、鍋爐結構、燃燒方式、換熱方式、送風方式突破傳統(tǒng)模式。
二、物質(zhì)燃料鍋爐的運行
生物質(zhì)燃料鍋爐的運行與燃煤鍋爐的運行一樣,根據(jù)不同的鍋爐規(guī)格型號設置不同的燃燒設備。但由于生物質(zhì)顆粒燃料是經(jīng)過壓縮成型的,水分大、密度高、揮發(fā)分溢出速度慢,不易著火燃燒,容易冒黑煙。所以要保證生物質(zhì)燃料燃燒完全,即:要使燃燒設備與所用燃料相適應;要從提高爐膛溫度、改善燃燒來減少不完全損失;要從燃料空氣比例,煤層厚度,爐排速度,爐膛負壓和過量空氣系數(shù)等來進行調(diào)節(jié)和控制;在運行中要加強檢查、維護和保養(yǎng)。
生物質(zhì)直燃發(fā)電技術也常規(guī)火力發(fā)電技術的區(qū)別主要有兩點,同時也是兩大技術難點,一時燃燒設備,二是上料系統(tǒng)。生物質(zhì)的燃燒設備主要有:堆裝燃燒、爐排式燃燒鍋爐、懸浮鍋爐、和流化床燃燒鍋爐。目前,爐排式燃燒鍋爐該技術在國外被廣泛應用,有成功的運行經(jīng)驗。在國內(nèi)已經(jīng)建成和投運了25太機組,目前運行良好。振動爐排鍋爐為自然循環(huán)、單汽包、但爐膛、平衡通風、室內(nèi)布置、全鋼架結構、底部支撐結構型鍋爐。鍋爐汽水系統(tǒng)采用自然循環(huán),爐膛外集中下降管結構。該鍋爐采用“M”型布置,爐膛和過熱器通道采用全封閉的模式結構,很好地保證了鍋爐的密封性能。過熱蒸汽采用四級加熱,三級噴水減溫方式,使過熱器溫度有很大的調(diào)解裕度,以保證鍋爐蒸汽參數(shù)。尾部豎井內(nèi)布置有兩級省煤器、一級高壓煙氣冷卻器和兩級低壓煙氣冷卻器??諝忸A熱器布置在煙道以外,采用水冷加熱的方式,有效地避免了尾部煙道的低溫腐蝕。
由于生物質(zhì)燃料是經(jīng)過高壓低溫壓縮加工成型的顆粒狀燃料,水分大,體積大,燃料之間相互碰撞阻力大,所以在安裝螺旋式上料機時要注意以下幾個方面:螺旋式上料機安裝時,輸料管與地面下儲料斗連接時要有一定的傾斜角度。但為了節(jié)約鍋爐房占地面積,同時又符合鍋爐房設計規(guī)范的工藝布置要求,所以輸料管的傾斜角≤60°為宜。在燃料經(jīng)過螺旋式上料機的螺旋軸轉(zhuǎn)動下通過輸料管進入到密閉式料斗時,由于燃料層厚度受煤閘門的限制。因此,為了避免燃料進入的太多,造成燃料在密閉式燃料斗和輸料管內(nèi)積壓,并影響燃料通過煤閘門。可以在螺旋式上料機最上端與密閉料斗連接的輸料管最上端位置開一個檢查孔,并安裝一個行程開關對螺旋式上料機電動機的啟動、停止進行自動控制。當密閉式料斗和輸料管內(nèi)的燃料積壓時,可以自動切斷螺旋式上料機電動機電源,而使螺旋式上料機停止工作;當密閉式燃料斗和輸料管內(nèi)的燃料缺少時,自動連接螺旋上料機電源,使螺旋上料機開始工作,往輸料管密閉式料斗內(nèi)輸送燃料。由于生物質(zhì)燃料是高揮發(fā)分燃料,燃料的燃燒速度比煤快,并且燃燒所含的灰分比煤低,燃料的燃盡率比煤高。生物質(zhì)燃料的燃盡率可達到96%,而煤的燃盡率在85—94%之間。所以生物質(zhì)燃料在燃爐中的燃燒溫度能達到1060℃以上。因此根據(jù)鍋爐負荷情況,正確調(diào)整生物質(zhì)燃料層的高度及爐排轉(zhuǎn),是為了最大的提高鍋爐熱效率的一項措施。一般燃煤鍋爐的煤層厚度控制在100—140毫米之間,負荷高時加高煤層厚度,負荷低時減低煤層高度。爐排機轉(zhuǎn)速一般情況下可控制在250—400轉(zhuǎn)/分鐘,最高不超過450轉(zhuǎn)/分鐘,以維持煤燃料的足夠燃燼時間。而生物質(zhì)燃料的燃點低、揮發(fā)分高、燃燒速度快、燃燼率高、燃燒溫度高。所以根據(jù)生物質(zhì)鍋爐經(jīng)過一個采暖期運看,我們認為生物質(zhì)燃料鍋爐的煤層厚度一般控制在130—150毫米之間,負荷高時可加高燃料層厚度,負荷低時減低燃料層厚度。爐排機轉(zhuǎn)速一般情況下可控制在300—500轉(zhuǎn)/分鐘,最高不超過550轉(zhuǎn)/分鐘。以便維持生物質(zhì)燃料足夠的燃燼時間。如果爐排機轉(zhuǎn)速過慢,容易引起倒燃而使燃料斗里的燃料著火。所以在鍋爐運行要隨時觀察爐排上燃料燃燒的情況,如燃料斗里的燃料有著火現(xiàn)象,應及時加大爐排機轉(zhuǎn)速,以消除燃料斗里的燃料著火情況。
【關鍵詞】生物質(zhì);發(fā)電企業(yè);成本控制
1.引言
隨著低碳經(jīng)濟的到來,生物質(zhì)能成為僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源。我國作為農(nóng)業(yè)大國,有著豐富的生物質(zhì)資源,生物質(zhì)發(fā)電發(fā)展空間廣闊。在國家政策的支持下,生物質(zhì)發(fā)電項目得到了快速發(fā)展。但是,生物質(zhì)發(fā)電剛剛起步,成本控制不理想,投產(chǎn)的企業(yè)大部分處于虧損狀態(tài)。因此,如何解決生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)的成本控制管理問題已成為當務之急。
成本控制有廣義和狹義之分,廣義的成本控制包括事前控制、事中控制和事后控制;狹義的成本控制僅指成本的過程控制,不包括前饋控制和后饋控制[1]。本文所研究的生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)成本控制是狹義成本控制,依此制定與企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略相適應的成本戰(zhàn)略,從而降低生產(chǎn)成本、增強競爭能力。
2.生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)的成本構成
生物質(zhì)發(fā)電項目的總成本計算公式為:
(1)
其中:C1表示燃料成本;C2表示職工工資;C3表示固定資產(chǎn)折舊額;C4表示大修理費;C5表示管理費;C6表示財務費用;N表示其他的成本費用。
生物質(zhì)發(fā)電項目的燃料成本的計算公式:
(2)
其中:d1表示原材料成本;d2表示運輸成本;d3表示壓縮成本;d4表示裝卸成本;d5表示儲存成本。
3.XX縣生物質(zhì)(秸稈)發(fā)電企業(yè)成本控制的案例分析
3.1 XX縣生物質(zhì)(秸稈)發(fā)電項目的成本概況
XX縣生物質(zhì)(秸稈)發(fā)電項目的情況介紹:建設裝機總容量為2×12MW抽汽凝汽式供熱機組配2×75t/h級秸稈燃燒鍋爐,年預計發(fā)電量為1.32×108kw·h,秸稈燃料在250~300元之間,預計年消耗量為25.65萬噸。該生物質(zhì)發(fā)電廠主要的生產(chǎn)成本如表1所示:
通過以上數(shù)據(jù)我們可以得出:該生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)的成本費用構成中,燃料成本占到了總成本的67.40%,所占比重是最大的。所以,我們要先從降低燃料成本入手,以降低生物質(zhì)發(fā)電項目的總成本。
該縣生物質(zhì)發(fā)電項目的總成本為11039.554萬元,則單位電力成本為0.84元/kw·h。國家發(fā)改委于2010年7月26日通知規(guī)定農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電標桿上網(wǎng)電價上調(diào)為0.75元/kw·h,所以該縣年處于虧損狀態(tài)。
3.2 XX縣生物質(zhì)發(fā)電項目的成本控制分析
量本利分析,是指在成本性態(tài)的基礎之上,對成本、業(yè)務量與利潤之間的依存關系所進行的分析[2]。盈虧平衡分析是量本利分析的一項重要內(nèi)容。根據(jù)以上成本費用的計算,可以得到該縣生物質(zhì)發(fā)電的盈虧平衡預測,如表2所示。
通過表2的盈虧平衡分析,上網(wǎng)電價為0.75元/千瓦,用P、a、p、b、x分別表示企業(yè)的利潤、固定成本、單價、變動成本和銷售量,則根據(jù)量本利的基本公式:
(3)
可以計算得出:該生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)的單位發(fā)電變動成本:
(4)
則該縣生物質(zhì)發(fā)電的燃料成本為:
(5)
其中:x1表示發(fā)電量;x2表示燃料的年消耗量;b1表示變動的職工工資;b2表示變動的管理費用;b3表示變動的制造費用;b4表示其他費用。
計算得出若該企業(yè)想要保本發(fā)電,燃料的收購價不應該超過210元。然而要想控制秸稈的價格,必須從原材料成本、運輸成本、壓縮成本、裝卸成本與儲存成本等方面著手分析,尋找解決措施。
4.生物質(zhì)發(fā)電項目的成本控制存在的問題與對策
(1)燃料成本控制問題與對策
燃料成本過高是導致生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)虧損的最主要原因。首先是季節(jié)問題,秋季收獲,秸稈存儲空間緊張;其他季節(jié)存儲空間閑置。正在建設中的生物質(zhì)發(fā)電項目將陸續(xù)投產(chǎn),燃料市場競爭將更激烈,燃料收購半徑長和人力成本高等問題將會愈加突出,投產(chǎn)就虧損的尷尬局面將無法避免。而且秸稈本身不適于長距離運輸;秸稈資源分散,增加了收集成本。
要突破瓶頸,必須在燃料收、運、儲等方面采取措施,控制成本。首先,要建立起“農(nóng)戶分散收集晾干-秸稈收購站購買-運輸公司運輸-電廠”的生物質(zhì)燃料收、運、儲模式。建立專門的收購站保證燃料供給,減少儲存成本。使用機器將秸稈壓縮打包、壓縮大捆,還可以使用成型造粒工藝增加秸稈的比重,可部分解決運輸問題。為避免同行競爭,積極開展價格聯(lián)盟或開發(fā)新的燃料品種。
(2)維修費用控制問題與對策
設備穩(wěn)定性也是該縣生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)所面臨的問題。盡管汽輪發(fā)電機、鍋爐等關鍵設備運行比較穩(wěn)定,但給給料系統(tǒng)、水泵、引風機等輔助設備由于噪聲大、震動大等缺點,影響到整個秸稈發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,需要不時地停產(chǎn)檢修,影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益,增加了企業(yè)的運營成本。
為降低維修費用,生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)要制定日常的設備檢查辦法,減少現(xiàn)場設備的出現(xiàn)缺陷的幾率,減少企業(yè)的運營成本,而且生產(chǎn)運行人員要參考其他機組的技術經(jīng)濟指標,及時調(diào)整指標。由于生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)具有明顯的季節(jié)性,生產(chǎn)運行人員要根據(jù)季節(jié)的變化適時地調(diào)整機組的運行參數(shù)。
(3)財務管理存在問題與對策
財務軟件的廣泛運用在一定程度上縮減了財務人員地核算壓力,提高了工作效率,但是在成本控制方面仍然有多不完善的地方,缺乏有效的內(nèi)部控制,在預算管理、數(shù)據(jù)分析、指標分解、削減成本、成本控制等過程的控制比較薄弱。
嚴格控制成本預算,就要加強資金管理,提高資金的使用效率。財務部門要準確編制預算開支,減少資金浪費的現(xiàn)象;加強費用的控制,強調(diào)預算剛性,要根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)營中的問題進行分析,及時發(fā)現(xiàn)、解決問題。建立與之配套的會計服務體系,提供規(guī)范的會計核算和準確的財務數(shù)據(jù)。還要加強內(nèi)部控制,縮減成本開支,增強企業(yè)的經(jīng)濟效益。
(4)政府扶持現(xiàn)狀與改進建議
盡管政府頒布了一些稅收優(yōu)惠政策促進了生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展,但支持力度還待進一步加大。根據(jù)《可再生能源法》規(guī)定,農(nóng)林剩余物生物質(zhì)發(fā)電享受財政稅收等優(yōu)惠政策,但是在目前的電價和稅收政策下,生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)增值稅實際稅負約為11%,其遠遠高于火力發(fā)電(稅負約6%~8%)和小水電(稅負約3%)稅負,生物質(zhì)發(fā)電離不開國家財政、稅收的政策支持。
國家政策的導向作用對生物質(zhì)發(fā)電至關重要。首先,要做好全國生物質(zhì)資源整體情況的調(diào)查和評價分布情況,編制發(fā)展規(guī)劃,統(tǒng)籌生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的區(qū)域布局,防治盲目建設。其次,完善生物質(zhì)發(fā)電的標準和規(guī)范,加強管理,嚴格項目核準,制定行業(yè)準入和技術標準。再次,完善生物質(zhì)發(fā)電定價和費用分攤機制。實行合理的投資補貼和產(chǎn)品補貼,加大轉(zhuǎn)移支付力度,設立生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金,在財政預算中單列專項引導資金項目。
參考文獻:
[1]陳麗輝.生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)成本管理研究[D].華北電力大學,2011.
[2]高孝春.發(fā)電企業(yè)成本控制探析[J].中國電力教育,2009(1).
[3]崔和瑞.邱大芳.任峰.我國秸稈發(fā)電項目推廣中的問題與政府責任及其實現(xiàn)路徑[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,2012(1).
關鍵詞:生物質(zhì) 鍋爐效率 調(diào)整措施
1 前言
廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司是目前國內(nèi)單機容量最大的燃用生物質(zhì)燃料的電廠,總裝機容量為2×50MW。其燃用的生物質(zhì)燃料較為廣泛,有甘蔗渣、甘蔗葉、樹根、樹皮、木質(zhì)邊角料、橡膠木等。
兩臺機組由2011年投產(chǎn)至今已有四年,由不穩(wěn)定的試運行階段進入了穩(wěn)定運行階段,研究如何進一步提高鍋爐效率就顯得尤為重要。文章根據(jù)本人在生物質(zhì)發(fā)電廠的工作經(jīng)驗,對相關影響因素作分析研究,提出相應的調(diào)整措施,以促進生物質(zhì)鍋爐安全、高效、穩(wěn)定、長周期運行,進而提高我廠經(jīng)濟效益,為社會創(chuàng)造財富。
2 鍋爐設備簡介
廣東粵電湛江生物質(zhì)電廠總裝機容量為2×50MW。兩臺鍋爐均由華西能源工業(yè)股份有限公司生產(chǎn),其型號為HX220/9.8-Ⅳ1。鍋爐為自然循環(huán)、高溫高壓、平衡通風、露天布置的固態(tài)排渣循環(huán)流化床鍋爐。
設計燃料:50%甘蔗葉+20%樹皮+30%其它;
實際燃料:較為多變,一般為樹皮搭配其他生物質(zhì)燃料
由右表看出,我廠鍋爐運行的實際參數(shù)與設計參數(shù)有一定的差異,在一次風量、二次風量、爐膛出口煙溫和鍋爐熱效率方面表現(xiàn)最為明顯。由于實際燃料與設計燃料偏差較大,加上生物質(zhì)燃料具有多變性并附帶堿性腐蝕等問題,實際鍋爐效率將比設計值低。
3 影響生物質(zhì)鍋爐效率的主要因素
在實際運行中,影響生物質(zhì)鍋爐效率的因素較多,文章就三個主要因素展開分析。
(1)生物質(zhì)燃料多變性對鍋爐效率的影響
與燃煤機組不同,生物質(zhì)燃料具有多變性。燃煤機組在使用同一批次的煤種時,進入爐膛的燃料可以視為不變,但進入生物質(zhì)鍋爐的燃料在一小時內(nèi)卻可以發(fā)生劇烈的變化。這是因為煤的供應市場較為穩(wěn)定,加之煤本身熱值高,耗量相對較少,但生物質(zhì)燃料普遍熱值較低,耗量大。同時,煤的來源頗為豐富,而各種生物質(zhì)燃料來源缺乏較穩(wěn)定的供應源,而且實際運營中來料批次混雜,導致同一時刻進入鍋爐的燃料種類不穩(wěn)定,即其干度、熱值等參數(shù)不穩(wěn)定,嚴重影響生物質(zhì)鍋爐的效率。
除此以外,生物質(zhì)燃料多從農(nóng)林及加工場購入,不可避免地混有石頭、鐵釘?shù)炔豢扇紵s質(zhì)。由于生物質(zhì)燃料耗量大,難以在上料過程徹底清除,這也會影響鍋爐的熱效率。
(2)設備狀態(tài)對鍋爐效率的影響
燃用生物質(zhì)燃料目前仍是一項不穩(wěn)定不成熟的技術,在實際運行中必然存在對鍋爐設備的影響,進而又對鍋爐效率產(chǎn)生不利的影響。根據(jù)實際運行出現(xiàn)的問題,我廠鍋爐常出現(xiàn)的設備異常有以下幾種。
2.1 布風板上異物堆積影響流化狀態(tài)
如果燃料雜質(zhì)中不可燃成分質(zhì)量較大,將無法從排渣口排出,長期囤積在布風板上,影響爐內(nèi)流化狀態(tài),甚至砸壞布風板上的風帽。當風帽大面積損壞時,流化狀態(tài)嚴重惡化,鍋爐效率大打折扣。
2.2 豎井煙道內(nèi)過熱器積灰嚴重
由于生物質(zhì)鍋爐運行參數(shù)較低,燃燒產(chǎn)生的灰較容易在尾部煙道積聚。盡管每天嚴格執(zhí)行吹灰工作,但仍不可避免煙道積灰的問題。當過熱器積灰嚴重時,將難以保證爐內(nèi)微負壓運行。此時只能減少給料以維持鍋爐運行,鍋爐效率便降低了。
2.3 空預器頻繁漏風
生物質(zhì)鍋爐由于存在堿性腐蝕,受熱面的腐蝕問題較為突出。長周期的腐蝕將使空預器的管壁減薄,漏風問題日益加劇。當一次風空預器腐蝕時,將難以保證爐內(nèi)流化;當二次風空預器腐蝕時,將影響爐內(nèi)氧量供給。兩種情況都對鍋爐效率產(chǎn)生不利的影響。此外,空預器漏風將降低排煙溫度,鍋爐熱效率受到較大影響。
2.4 過熱器腐蝕導致泄漏
堿性腐蝕使過熱器運行的可靠性降低,當過熱器產(chǎn)生泄漏時,只能降低參數(shù)運行,甚至被迫停爐,對機組運行威脅較大。
(3)下料均勻性對鍋爐效率的影響
由于生物質(zhì)鍋爐的應用尚未成熟,故其上料系統(tǒng)也不成熟。而在實際運行中,生物質(zhì)燃料種類繁雜,其流動性、干濕度千差萬別,運行過程較難保證下料均勻。煤粉爐能較為精確地向爐內(nèi)提供給料,但生物質(zhì)鍋爐卻較難實現(xiàn)。我廠使用兩級變頻螺旋給料機向爐內(nèi)提供生物質(zhì)燃料,但由于燃料多變,給料機同一轉(zhuǎn)速卻不一定對應一定的給料量,此時運行值班員的調(diào)控便顯得更為重要。除此以外,下料過程存在生物質(zhì)燃料溢流、卡澀給料機等問題,也將使下料問題進一步復雜化。
下料不均對生物質(zhì)鍋爐的參數(shù)的影響十分明顯。由于生物質(zhì)燃料一般較快燃盡,短時間的中斷給料,難怕只有一兩分鐘,爐膛出口煙溫都能下降100攝氏度甚至更多,即生物質(zhì)鍋爐的穩(wěn)定性難以和煤粉爐相比較。而大幅度波動的參數(shù)將較大程度地降低鍋爐穩(wěn)定性,鍋爐穩(wěn)定性難以保證,鍋爐效率便無從談起。
4 相關的調(diào)整措施
(1)合理采購生物質(zhì)燃料,嚴把質(zhì)量關,盡量減少燃料中的不可燃雜質(zhì)。同時,合理配料使進入爐膛的生物質(zhì)燃料平均熱值相差較小。例如,將干度較高和干度較低的燃料搭配使用,將流動性較好和流動性較差的燃料搭配使用,以提高燃料的穩(wěn)定性,進而提高生物質(zhì)鍋爐的熱效率。
(2)提高設備的可靠性。利用每次停爐的機會,充分清理布風板上的雜質(zhì),對破損風帽進行重新焊接修補,確保運行時流化正常;清理尾部煙道過熱器外側的積灰和污垢,清理完畢使用消防水進行沖洗,確保煙氣通流順暢;對漏風的空預器進行堵管或更換處理,確??疹A器的有效利用;對過熱器管壁進行測厚處理,及時更換泄漏或是管壁變薄的管子,以減少運行時過熱器爆管泄漏的可能。除此以外,還可以考慮引風機整體增容改造計劃和過熱器整體更換計劃,以解決爐膛正壓問題和過熱器破損嚴重的問題。
(3)提高運行操作的調(diào)整水平,特別加強給料均勻性調(diào)整。操作時要求做到精調(diào)細調(diào),防止鍋爐參數(shù)出現(xiàn)大幅度波動。根據(jù)爐膛參數(shù)調(diào)整給料機,盡量做到提前操控,避免出現(xiàn)人為因素引起斷料和缺料的情況,導致鍋爐效率下降。