生物燃料的作用

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生物燃料的作用范文第1篇

生物質(zhì)（Biomass）是指通過生物體的光合作用形成的有機(jī)物質(zhì)或由其轉(zhuǎn)化的物質(zhì)，例如動(dòng)物體及排泄物。可利用的生物質(zhì)包括森林、農(nóng)作物及農(nóng)作物廢棄物、農(nóng)林加工廢棄物和動(dòng)物糞便。生物質(zhì)的主要成分為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、脂類、蛋白質(zhì)、淀粉、灰分和芳香族物質(zhì)。其中，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素是不易被人和動(dòng)物利用的物質(zhì)，脂肪和芳香族化合物是重要的動(dòng)植物提取物。由于生物質(zhì)是通過光合作用固定CO2形成的有機(jī)物，因此生物質(zhì)燃燒后釋放的CO2與光合作用時(shí)固定的CO2相當(dāng)，是一種CO2零排放的能源物質(zhì)，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境減少溫室氣體排放具有重要意義。

生物燃料是可再生能源的重要組成部分，對(duì)交通運(yùn)輸業(yè)（陸運(yùn)、空運(yùn)和海運(yùn)）的可持續(xù)發(fā)展有舉足輕重的作用。例如液體的和氣體的生物燃料：生物柴油、生物醇類（生物酒精、生物甲醇和異丙醇），生物二甲醚（bio-DME），生物油、生物氣（沼氣），生物氫氣，以及填埋場(chǎng)氣（主要是CH4）等等。不同于石油，生物燃料被視為是CO2中性的，因?yàn)樵倨洚a(chǎn)生過程中吸收了同樣數(shù)量的CO2，燃燒釋放量不可能增加。此外，許多生物燃料是含氧的（如生物醇），有助于降低燃燒過程中含氮化合物顆粒的排出量。

我國(guó)生物質(zhì)能源的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)非常重視生物質(zhì)能的發(fā)展。“十二五”期間，國(guó)家下發(fā)多個(gè)文件指導(dǎo)生物質(zhì)能源的發(fā)展。國(guó)務(wù)院的《國(guó)家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》、《國(guó)家能源科技“十二五”規(guī)劃（2011-2015）》、國(guó)家發(fā)改委2012年7月下發(fā)《可再生能源“十二五”規(guī)劃》都明確了發(fā)展生物質(zhì)能源的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)。國(guó)家能源局特別《生物質(zhì)能發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，明確了生物質(zhì)能的發(fā)展目標(biāo)。到2015年我國(guó)生物質(zhì)液體燃料將到達(dá)500萬噸。低成本纖維乙醇、生物柴油等先進(jìn)非糧生物液體燃料的技術(shù)進(jìn)步，為生物燃料更大規(guī)模發(fā)展創(chuàng)造了條件，以替代石油為目標(biāo)的生物質(zhì)能梯級(jí)綜合利用將是將來主要發(fā)展方向。

生物質(zhì)能，是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為固體、液體和氣體燃料，是取之不盡、用之不竭的一種可再生能源，因此生物質(zhì)能是太陽能的一種表現(xiàn)形式。

我國(guó)現(xiàn)階段生物質(zhì)能源發(fā)展的原料主要是油料植物、秸稈及動(dòng)物糞便等傳統(tǒng)生物質(zhì)資源。據(jù)估算，2012年我國(guó)廢棄的農(nóng)作物秸稈資源7.4億噸，折合3.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤;農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物1.4億噸，折合標(biāo)準(zhǔn)煤0.17億噸;禽畜糞便7.8億噸，折合標(biāo)準(zhǔn)煤5.3億噸;林木生物質(zhì)資源10億噸，折合標(biāo)準(zhǔn)煤5.8億噸;生活垃圾3.1億噸，折合0.45億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，但生物質(zhì)資源的實(shí)際利用量在1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右，約占可利用總量的15%～20%，因此具有較大的發(fā)展?jié)摿ΑＮ覈?guó)生物質(zhì)能源發(fā)展的一個(gè)基本原則是“不與人爭(zhēng)糧，不與糧爭(zhēng)地”，因此，生物質(zhì)能源主要來自于農(nóng)林廢棄物。

到2015年，生物質(zhì)能年利用量超過5 000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。其中，生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量1 300萬千瓦、年發(fā)電量約780億千瓦時(shí)，生物質(zhì)年供氣220億立方米，生物質(zhì)成型燃料1 000萬噸，生物液體燃料500萬噸。建成一批生物質(zhì)能綜合利用新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目。

全球生物能源技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

理想的生物燃料應(yīng)該是能夠用非食品原料廉價(jià)生產(chǎn)，常年供應(yīng)且能方便地使用現(xiàn)有供應(yīng)設(shè)施，其能量密度與汽油或柴油相當(dāng)。可以使用10%～25%（E10-E25）混合生物乙醇汽油的汽車數(shù)量正在增加。新型彈性燃料車輛能夠燃燒任意混合比例的生物乙醇，包括百分之百的水合乙醇（E100）。類似的，生物柴油也可以任意比例混合，混合的比例已經(jīng)從現(xiàn)在的2%～5%（B2-B5）設(shè)定到未來的10%～20%（B10-B20）。與生物乙醇比較，生物柴油含有更高的碳含量，能夠產(chǎn)生類似于傳統(tǒng)柴油相當(dāng)?shù)臒嶂怠Ｉa(chǎn)成本尤其是原材料的價(jià)格是目前更高比例混合生物燃料的限制因素。

第一代生物燃料是目前商業(yè)化較成功的生物燃料，包括生物乙醇和生物柴油，其原料是甘蔗、玉米、小麥、谷物、菜籽油，蔬菜油和提取的動(dòng)物脂肪。第一代生物醇（生物乙醇）是通過啤酒酵母發(fā)酵來源于作物的植物糖和淀粉產(chǎn)生的，這些作物包括甘蔗、甜菜和玉米。巴西生物乙醇生產(chǎn)以甘蔗為原料，而美國(guó)主要是以玉米為原料生產(chǎn)生物乙醇。第一代生物柴油的生產(chǎn)是對(duì)植物油的化學(xué)修飾完成的，如油菜、棕櫚樹和大豆等，植物油脂和提煉的動(dòng)物脂肪通過脂肪酸甲酯化作用生產(chǎn)生物柴油。然而，第一代生物燃料的原材料直接與食品或飼料產(chǎn)品形成競(jìng)爭(zhēng)，其發(fā)展是不可持續(xù)的，會(huì)導(dǎo)致食物商品價(jià)格的飆升，使其進(jìn)一步推廣受限制。因此生物燃料的發(fā)展與推廣需要第二代、第三代甚至第四代生物燃料的發(fā)展。

第二代生物燃料已經(jīng)有了初步發(fā)展，其原料包括木質(zhì)纖維素，生物廢棄物，固體廢棄物。木質(zhì)纖維素難以降解，從木質(zhì)素纖維形成可發(fā)酵糖要經(jīng)過多步驟處理，例如原材料前期處理、采用物理的、化學(xué)的或生物的進(jìn)行預(yù)處理、可溶性半纖維素糖從固體纖維物中分離出來的固、液分離、酶水解纖維素產(chǎn)生可發(fā)酵的葡萄糖等木質(zhì)纖維素利用中，相當(dāng)大的精力集中到真菌纖維素降解酶酶解途徑的研究。酶解過程涉及一個(gè)聯(lián)合過程，是末端葡萄糖水解酶和纖維素外切酶共同作用，兩種酶都隸屬于典型的糖苷水解，是通過攻擊寡糖-多聚糖底物的異構(gòu)中心中的水分子來實(shí)現(xiàn)的。木質(zhì)纖維素酶的酶活性低、酶解成本高是木質(zhì)纖維素利用的一個(gè)瓶頸。

生物柴油是指由動(dòng)植物油脂（脂肪酸甘油三酯）與醇（甲醇或乙醇）經(jīng)酯交換反應(yīng)得到的脂肪酸單烷基酯，最典型的是脂肪酸甲酯。與傳統(tǒng)的石化能源相比，其硫及芳烴含量低、閃點(diǎn)高、十六烷值高、具有良好的性，可部分添加到石化柴油中。但是使用動(dòng)植物油脂生產(chǎn)生物柴油造成與人和動(dòng)物爭(zhēng)資源的現(xiàn)象。一種新型的油脂生產(chǎn)正在形成――微生物油脂，微生物油脂可以利用農(nóng)作物秸稈通過發(fā)酵方式工廠化生產(chǎn)，不僅可以廢物利用，而且節(jié)省土地，用其生產(chǎn)的生物柴油接近石化柴油的性能，有較好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

第三代生物燃料是基于藻類物質(zhì)的新一代燃料，利用它們產(chǎn)生的碳水化合物、蛋白質(zhì)、蔬菜油生產(chǎn)生物柴油和氫氣。據(jù)估計(jì)，藻類產(chǎn)量可達(dá)61 000升/公頃，相比之下，作物如大豆、菜子的產(chǎn)量分別是200升/公頃、45升/公頃。微藻類特別是小球藻細(xì)胞內(nèi)脂類的積累能夠達(dá)到其生物質(zhì)50%。產(chǎn)生的生物油通常酸值較低，有利于生物柴油的合成。微藻類具有第一代、第二代生物燃料原材料不能比擬的優(yōu)勢(shì)。微藻類能夠使用海水和污水養(yǎng)殖，不會(huì)與食品生產(chǎn)形成競(jìng)爭(zhēng)。

第四代生物燃料主要利用代謝工程技術(shù)改造藻類的代謝途徑，使其直接利用光合作用吸收CO2合成乙醇、柴油或其他高碳醇等，這是當(dāng)前最新技術(shù)。雖然該技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，但在環(huán)保、成本等方面的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)可以預(yù)期。

生物能源產(chǎn)業(yè)展望

據(jù)統(tǒng)計(jì)2010年大約1 200億升生物燃料產(chǎn)量用于運(yùn)輸業(yè)，幾乎是2005年的2倍。全球現(xiàn)有生物燃料市場(chǎng)生物乙醇占近80%，其余的主要是生物柴油。市場(chǎng)主要是第一代生物燃料，美國(guó)是最大的生物乙醇生產(chǎn)國(guó)，產(chǎn)量為490億升，第二位是巴西，產(chǎn)量為280億升，分別占全球輸出的57%和33%。歐盟領(lǐng)導(dǎo)著生物柴油生產(chǎn)，占2010年世界生物柴油市場(chǎng)的53%。預(yù)期到2020年，全球生物燃料的總產(chǎn)量為2 000億升，其中生物乙醇1 550億升，生物柴油450億升。

將來生物燃料將在能源技術(shù)的應(yīng)變上占有重要的地位，白色生物技術(shù)在生產(chǎn)生物燃料和化學(xué)原料領(lǐng)域具有較大的潛力。第一代生物燃料技術(shù)已經(jīng)成熟，但與食品生產(chǎn)原料競(jìng)爭(zhēng)。未來生物燃料的發(fā)展與推廣需要第二代（木質(zhì)素纖維、生物廢棄物、固體廢物）和第三代（藻類和藍(lán)細(xì)菌）技術(shù)應(yīng)用到新興生物燃料的生產(chǎn)。

新一代生物燃料短期內(nèi)取得商業(yè)化成功具有較大的挑戰(zhàn)性。新一代生物燃料的試點(diǎn)和規(guī)模化示范仍需繼續(xù)進(jìn)行，因?yàn)榕c取得商業(yè)化成功的第一代生物燃料相比其生產(chǎn)成本過高。無論是熱化學(xué)的還是生物化學(xué)的技術(shù)手段，目前還沒有清晰最佳技術(shù)途徑。

生物燃料的作用范文第2篇

（關(guān)鍵詞）生物質(zhì)鍋爐 穩(wěn)定燃燒 床溫床壓 剩余氧量 負(fù)壓

中圖分類號(hào)： TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

（正文）

1.前言

生物質(zhì)鍋爐的穩(wěn)定燃燒是影響生物質(zhì)發(fā)電的重要環(huán)節(jié)，做好這一環(huán)節(jié)過程中的調(diào)節(jié)，監(jiān)控，事故處理及分析是對(duì)穩(wěn)定燃燒的保障。廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司的生物質(zhì)燃燒鍋爐是華西能源工業(yè)股份有限公司制造的型號(hào)為HX220-9.8-Ⅳ1型的高溫高壓，單汽包，汽水自然循環(huán)，平衡通風(fēng)，露天布置的循環(huán)硫化床鍋爐，它額定負(fù)荷50MW，額定氣溫540℃，額定壓力9.8MP。額定流量220T/H，其特點(diǎn)是有較好的適應(yīng)燃料變化性的能力，鍋爐燃燒溫度低，負(fù)壓運(yùn)行，采用了分級(jí)送風(fēng)，三級(jí)給料的方式，可以有效降低燃燒過程中氮氧化合物和硫化物的排放。針對(duì)上述特點(diǎn)，采取相應(yīng)措施即是做好生物質(zhì)鍋爐穩(wěn)定燃燒的方法。

2.循環(huán)流化床鍋爐燃燒機(jī)理

循環(huán)流化床鍋爐采用流態(tài)化的燃燒方式，是介于煤粉爐懸浮燃燒和鏈條爐固定燃燒之間的燃燒方式，即通常所講的半懸浮燃燒方式。在循環(huán)流化床鍋爐中,存有大量床料,首次啟動(dòng)時(shí)人為添加床料,在鍋爐運(yùn)行時(shí)床料既有啟動(dòng)床料，又有新添加的燃料。床料在從布風(fēng)板下送入的一次風(fēng)的作用下處于流化狀態(tài)，料粒被煙氣夾帶在爐膛內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)，在爐膛的不同高度部分大顆粒將沿著爐膛邊壁下落，形成物料的內(nèi)循環(huán)；較小固體顆粒被煙氣夾帶進(jìn)入分離器，進(jìn)行分離，絕大多數(shù)顆粒被分離下來，一部分通過回料閥直接返回爐膛，另一部分通過外置式換熱器后返回爐膛，形成物料的外循環(huán)；飛灰隨煙氣進(jìn)入尾部煙道。通過爐膛的內(nèi)循環(huán)和爐外的外循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)燃料不斷的往復(fù)循環(huán)燃燒; 循環(huán)流化床根據(jù)物料濃度的不同將爐膛分為密相區(qū)、過渡區(qū)和稀相區(qū)三部分，密相區(qū)中固體顆粒濃度較大，具有很大的熱容量，因此在給料進(jìn)入密相區(qū)后，可以順利實(shí)現(xiàn)著火；與密相區(qū)相比，稀相區(qū)的物料濃度很小，稀相區(qū)是燃料的燃燒、燃盡段，同時(shí)完成爐內(nèi)氣固兩相介質(zhì)與蒸發(fā)受熱面的換熱，以保證鍋爐的出力及爐內(nèi)溫度的控制

3.生物質(zhì)燃料與燃煤燃料的區(qū)別

火力發(fā)電的燃煤一般熱值較高，密度大，水分少，燃燒較穩(wěn)定，而生物質(zhì)燃料的特點(diǎn)是熱值相對(duì)于燃煤較低，發(fā)電單耗多，密度小，顆粒大，水分多，含揮發(fā)分多，其中夾雜的石頭，泥土等雜物多，燃料一旦被淋濕，易結(jié)團(tuán)，因其需量和供應(yīng)的特點(diǎn)，它在燃燒中品種變化大，對(duì)鍋爐穩(wěn)定燃燒影響大。

4生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐燃燒與燃煤循環(huán)流化床鍋爐燃燒區(qū)別

上述生物質(zhì)燃料的特點(diǎn)決定了生物質(zhì)循環(huán)流化床的燃燒與燃煤循環(huán)流化床鍋爐燃燒的不同在于其所需上料量多，參數(shù)變化大，反應(yīng)更迅速，燃燒更不穩(wěn)定等。

5.生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐穩(wěn)定燃燒的因素

5.1床溫床壓

床溫床壓是反映鍋爐燃燒情況的直接表現(xiàn)。正常運(yùn)行時(shí)，湛江生物質(zhì)鍋爐燃燒把床溫規(guī)定在650-850℃，床壓規(guī)定在7.5-9.5KP。對(duì)于床溫床壓的調(diào)節(jié)多是對(duì)鍋爐風(fēng)料的配比，其中的風(fēng)量調(diào)節(jié)多是一二次風(fēng)的調(diào)節(jié)，而燃料的調(diào)節(jié)多是給料速度的控制。一次風(fēng)熱風(fēng)分兩路，一路從鍋爐底部送入爐膛，起流化作用，第二路作為回料器的密封風(fēng)；二次風(fēng)熱風(fēng)也分分兩路，一路從爐膛前后墻不同高度送入爐膛，起供氧助燃作用，另一路作為給料口的密封風(fēng)和輸送風(fēng)。

循環(huán)流化床鍋爐燃燒基本要求是循環(huán)和流化，在建立良好循環(huán)的情況下，很好的流化是加強(qiáng)鍋爐燃燒的途徑。正常情況下，加大一次風(fēng)能提高床溫，提高燃燒效率，特別在燃料適度明顯加大的時(shí)候，更應(yīng)加大一次風(fēng)來保持流化，在鍋爐啟動(dòng)初期及有需要壓火減負(fù)荷是應(yīng)適當(dāng)減少；二次風(fēng)的調(diào)節(jié)主要看爐膛剩余氧量的多少來調(diào)節(jié)，在燃料品質(zhì)變化不是很大的情況下，其風(fēng)量不應(yīng)時(shí)常變動(dòng)；床壓的變化大致可分為三個(gè)因素，一是燃料中泥沙石子的含量，二是鍋爐排渣系統(tǒng)的運(yùn)行，三是一次風(fēng)量的流化，對(duì)應(yīng)的情況是當(dāng)燃料泥沙多，床壓高的時(shí)候可加大排渣量，反之相反。上訴的調(diào)節(jié)方法不是單一的操作，所涉及的參數(shù)都有關(guān)聯(lián)，監(jiān)控調(diào)節(jié)時(shí)要全盤考慮。

5.2剩余氧量

氧氣是燃燒所必需的，而充足的氧量更是穩(wěn)定燃燒的基礎(chǔ)。湛江生物質(zhì)鍋爐的燃燒，一般規(guī)定爐膛剩余氧量控制在1%-3%，在對(duì)其控制時(shí)，應(yīng)該與其他參數(shù)放在一起考慮，針對(duì)燃料的干濕程度以及風(fēng)量和料量的配比進(jìn)行調(diào)節(jié)，可適當(dāng)調(diào)節(jié)。在鍋爐剛啟停過程中以及其他原因?qū)ω?fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)，因考慮到燃料的燃燒程度，可使剩余氧量控制在6%左右。在正常燃燒時(shí)，對(duì)于剩余氧量的突升，在其他參數(shù)不變的情況下，一般可判斷是燃料不足，可適當(dāng)增加料量：對(duì)于剩余氧量的突降，在其他參數(shù)不變的情況下，一般可判斷是爐膛內(nèi)發(fā)生爆燃，這時(shí)應(yīng)該適當(dāng)減少料量。在燃燒中剩余氧量的變化屬于正常現(xiàn)象，在鍋爐產(chǎn)生蒸汽量，壓力，溫度不變的情況下，對(duì)于其的控制不可急于求成，應(yīng)視情況調(diào)節(jié)，以防誤判。

5.3負(fù)壓

負(fù)壓運(yùn)行是指在鍋爐尾部加裝引風(fēng)機(jī)，借助引風(fēng)機(jī)的作用使?fàn)t膛保持負(fù)壓運(yùn)行的方式。保持爐膛負(fù)壓運(yùn)行是循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行良好的標(biāo)志之一，它標(biāo)示了鍋爐燃燒系統(tǒng)，風(fēng)煙系統(tǒng)順暢與否，進(jìn)而影響了鍋爐受熱面的熱效率，它能有效地減少爐膛燃燒對(duì)于鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的侵磨和腐蝕，對(duì)于有畫面監(jiān)控的料倉有很大的幫組作用，還可以減少爐膛燃燒產(chǎn)生灰塵對(duì)外界的環(huán)境影響。

5.4事故處理

事故處理也是鍋爐穩(wěn)定燃燒所必不可少。生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐的燃燒因其特點(diǎn)，要求了集控監(jiān)盤人員的反應(yīng)要快，操作要正確，但也不能慌張出錯(cuò)，其事故發(fā)生的種類除去燃燒鍋爐多見的鍋爐滿水，缺水；四管爆裂；輔機(jī)故障；廠用電中斷，尾部爐膛再燃燒等原因外，常見的多是因?yàn)闊蠞穸却笏鸬腻仩t床溫快速下降和燃料大范圍爆燃所引起的鍋爐超溫超壓兩大類型。

5.4.1燃料被淋濕，濕度高的燃料進(jìn)入爐膛時(shí)，床溫可能會(huì)快速下降，負(fù)壓增大剩余氧量上升，爐膛出口煙溫下降，床壓上升，機(jī)組負(fù)荷，氣溫氣壓下降，說明進(jìn)入爐膛的燃料沒有燃燒，此刻應(yīng)采取以下措施：1.減少或暫停給料，2.減少或暫停返料風(fēng)機(jī)，減少返料量以提高床壓，3.加大一次風(fēng)保持流化，4.改換干燥的燃料，5.視情況及時(shí)投油槍，6.適當(dāng)降低二次風(fēng)，7視情況關(guān)閉減溫水，8密切監(jiān)控爐膛燃燒情況，發(fā)現(xiàn)有床溫有所上升應(yīng)及時(shí)回調(diào)，并防止燃料爆燃。

5.4.2燃料揮發(fā)分高，灰塵多，熱值突增易引起爐膛大范圍爆燃而可能導(dǎo)致超溫超壓，此刻應(yīng)采取以下措施：1.減少或暫停給料，2.減少一次風(fēng)，3.加大或全開減溫水，4.視情況開啟對(duì)空排泄壓，5密切監(jiān)控爐膛燃燒情況，發(fā)現(xiàn)有回落趨勢(shì)應(yīng)及時(shí)回調(diào)，防止氣溫氣壓降低過快的事故發(fā)生。

以上兩大類型亦可能連續(xù)發(fā)生，監(jiān)控調(diào)節(jié)時(shí)要綜合考慮及時(shí)造作并防止在處理事故時(shí)將事故擴(kuò)大造成鍋爐非計(jì)劃停運(yùn)的發(fā)生。

6總結(jié)

對(duì)于單機(jī)發(fā)電容量較大的生物質(zhì)燃燒是新技術(shù)，做好鍋爐燃燒更是技術(shù)的核心，在此過程中努力學(xué)習(xí)是對(duì)每一個(gè)電廠員工的要求，在相互學(xué)習(xí)探討中搞清各參數(shù)的聯(lián)系，各設(shè)配的性能，各狀態(tài)的分析是工作的內(nèi)容也是企業(yè)員工的責(zé)任。生物質(zhì)燃燒利國(guó)利民，生物質(zhì)員工更會(huì)奉獻(xiàn)一生。

參考文獻(xiàn) 蔡永祥 蔡宏偉 陳俊 《流化床生物質(zhì)燃燒技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展》

生物燃料的作用范文第3篇

“綠色航空”勢(shì)在必行

航空界對(duì)替代能源的渴求，從未像現(xiàn)在這樣強(qiáng)烈過。從萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)以來，飛機(jī)就與石油消耗如影隨形般聯(lián)系在一起，并因此成為“高碳”俱樂部重要成員之一。國(guó)際權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前全球航空運(yùn)輸業(yè)每年消耗15億17億桶航空煤油，2008年全球航空運(yùn)輸業(yè)排放的二氧化碳高達(dá)6.77億噸，盡管僅占全球總排放量的2％。但是由于高空飛行的飛機(jī)直接將二氧化碳排放在1萬米左右的平流層，所產(chǎn)生的實(shí)際溫室影響要比地面排放大4倍左右，對(duì)全球變暖的影響更直接、更明顯。此外，飛機(jī)在飛行過程中還排放出大量氮氧化物、水蒸氣，都對(duì)全球變暖有重要影響。

從上世紀(jì)70年代以來，盡管由機(jī)和引擎技術(shù)的不斷提高，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率在過去40年已經(jīng)提高了70％，但這些進(jìn)步被同一時(shí)期航空業(yè)的快速發(fā)展所抵消。飛機(jī)絕對(duì)排放量不僅沒有下降，反而還在迅速上升。根據(jù)歐盟的統(tǒng)計(jì)，歐盟境內(nèi)二氧化碳排放在20世紀(jì)90年代整體下降5.5％，而其成員國(guó)國(guó)際航空溫室氣體的排放在這段時(shí)間增加73％，且預(yù)計(jì)到2012年將增加150％。與此同時(shí)，石油等不可再生石化能源資源的日趨枯竭，進(jìn)一步給航空運(yùn)輸業(yè)未來的可持續(xù)發(fā)展蒙上了一層陰影。

面對(duì)能源危機(jī)和氣候變化的雙重挑戰(zhàn)，僅憑飛機(jī)燃燒效率和航空公司營(yíng)運(yùn)效率的提高，無法確保能源的可持續(xù)，也無法從根本上實(shí)現(xiàn)碳減排。尋找新的替代能源，實(shí)現(xiàn)更綠色的飛行，成為航空運(yùn)輸業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。由行器自身原因和安全因素，風(fēng)能、水利、核燃料和太陽能等可替代能源目前均不能滿足航空業(yè)的需要，可再生的生物能源成為最佳的替代選擇。

古老能源的新生

生物能源，是指從生物質(zhì)得到的能源，它是通過植物光合作用，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為其它形態(tài)的含碳化合物，這些物質(zhì)通過燃燒可以釋放能量。因此，生物能源的形成實(shí)質(zhì)是生物質(zhì)同化、固定陽光能和大氣中二氧化碳的結(jié)果。生物質(zhì)具體的種類很多，植物類中最主要也是我們經(jīng)常見到的有木本植物、農(nóng)作物(秸稈、稻草、谷殼等)、雜草、藻類等。非植物類中主要有動(dòng)物糞便、動(dòng)物尸體、廢水中的有機(jī)成分、垃圾中的有機(jī)成分等。

從能量的形成過程來講，生物能源與化石能源在本質(zhì)是一樣的，二者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性也相似，可以采用相同或相近的技術(shù)進(jìn)行處理和利用。不同的是，地球上的化石能源是自然生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過幾十億年的漫長(zhǎng)進(jìn)化，才將巨量的碳通過光合作用以化石能源的方式固化封存于地下，從而使大氣中的二氧化碳的濃度降到適合人類生存。但近幾百年來，煤炭、石油等化石能源的大規(guī)模開發(fā)，使這些封存的碳被集中、快速地釋放出來。如同打開了“潘多拉魔盒”，必然極大破壞生態(tài)平衡。生物燃料盡管在燃燒釋放能量的同時(shí)也會(huì)釋放二氧化碳，但它在成長(zhǎng)過程中會(huì)從大氣中吸收等量的二氧化碳，形成一個(gè)良性循環(huán)，理論上二氧化碳的凈排放為零，能夠?qū)崿F(xiàn)“碳中性”。此外，生物能源是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，地球每年通過光合作用可生產(chǎn)1400-1800億噸生物質(zhì)，其中蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于全世界能耗總量的10-20倍。

生物燃料是人類最早利用的能源。古人鉆木取火、伐薪燒炭，實(shí)際上就是在使用生物能源。但是通過生物質(zhì)直接燃燒獲得能量是低效而不經(jīng)濟(jì)的。化石能源的大規(guī)模使用，使生物燃料受到冷落。從上世紀(jì)70年代以來，日益顯露的環(huán)境問題讓人類的目光再次投向生物能源，隨著生物燃料轉(zhuǎn)化技術(shù)的不斷發(fā)展，古老的能源獲得了新生機(jī)。

到目前為止，生物燃料的發(fā)展已經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一代生物燃料主要是以玉米、甘蔗、大豆和蓖麻等糧食作物和油料作物為原料，因其存在“與民爭(zhēng)食”的特點(diǎn)而飽受非議，同時(shí)還面臨原料供給的瓶頸，目前已逐步被以麥稈、草和木材等農(nóng)林廢棄物和貧瘠土地上生長(zhǎng)的木本植物作為原料的第二代生物燃料和以微藻為原料的第三代生物原料所替代。第二、三代生物燃料可以不消耗糧食，不造成污染，節(jié)約大量耕地和水，發(fā)展前景被業(yè)界普遍看好，因此也被稱為可持續(xù)性生物燃料。目前，生物燃料已成為人類可再生能源最重要的組成部分，約占全球可再生能源消費(fèi)的74％左右。

助飛航空業(yè)的綠色能源

由于民航客機(jī)要在1萬米之上高空飛行，其發(fā)動(dòng)機(jī)必須適應(yīng)高空缺氧、氣溫氣壓較低的惡劣環(huán)境。因而要求航空煤油有較好的低溫性、安定性、蒸發(fā)性、性以及無腐蝕性、不易起靜電及著火危險(xiǎn)性小等特點(diǎn)。目前適用于航空業(yè)的生物燃料主要是麻風(fēng)樹、亞麻薺、微藻和鹽土植物。其中最具代表性的是麻風(fēng)樹和微藻。

麻風(fēng)樹是一種廣泛分布于亞熱帶及干熱河谷地區(qū)的熱帶常綠樹或大型灌木，其果實(shí)稱為小桐子，果實(shí)的含油率35％至41％，野生麻風(fēng)樹果實(shí)的最高含油量約為60％。在我國(guó)，野生麻風(fēng)樹主要分布于兩廣、瓊、云、貴、川等地。麻風(fēng)樹生長(zhǎng)迅速，生命力強(qiáng)，在部分地方可以形成連片的森林群落。3年可掛果投產(chǎn)，5年進(jìn)入盛果期。麻風(fēng)樹的干果產(chǎn)量為300-800公斤／畝，平均產(chǎn)量約660公斤／畝，果實(shí)采摘期長(zhǎng)達(dá)50年，每3.5噸小桐子可提煉出約1噸生物柴油，經(jīng)過進(jìn)一步精煉之后，可生成約0.15噸航空煤油。

藻類是最原始的生物之一，按大小通常分為大藻(海帶、紫菜等)和微藻(直徑小于1mm單細(xì)胞或絲狀體)。其中用于制備生物燃料的是微藻。利用微藻發(fā)展生物能源有許多其它陸地植物不具備的優(yōu)勢(shì)。第一，生長(zhǎng)環(huán)境要求簡(jiǎn)單。微藻幾乎能適應(yīng)各種生長(zhǎng)環(huán)境。不管是海水、淡水、工業(yè)污廢水、荒蕪的灘涂鹽堿地、廢棄的沼澤、魚塘，甚至下水道都可以種植微藻。第二，微藻產(chǎn)量非常高。一般陸地能源植物一年只能收獲一到兩季，而微藻幾天就可收獲一代，微藻單位面積的產(chǎn)率高出高等植物數(shù)十倍。第三，產(chǎn)油率極高。脂類含量比其它油料作物如玉米、油菜、麻風(fēng)樹等要高很多，一般含有30％-50％左右脂類，有的甚至高達(dá)80％。第四，利于環(huán)境保護(hù)。每年由微藻光合作用吸收固化的二氧化碳占全球二氧化碳固定量40％以上。微藻現(xiàn)今被看作是最有前景的生物燃料來源，被稱為下一個(gè)“能源巨人”。

由麻風(fēng)樹和微藻所生成的生物煤油由于具備良好的燃料性能，能與化石燃料兼容，又可直接應(yīng)用于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)；與現(xiàn)有飛機(jī)的兼容性非常好，既能和傳統(tǒng)的航空煤油混合， 也可完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的航空煤油，直接為飛機(jī)提供能量。此外，它比傳統(tǒng)航空燃料的凝結(jié)點(diǎn)更低，燃料的每加侖能量值更高。燃燒過程中二氧化硫、氮氧化合物、碳?xì)浠衔锏呐欧泡^少，造成空氣污染和酸雨現(xiàn)象會(huì)明顯降低。由于生物燃料在運(yùn)輸和制造過程中會(huì)有一定的碳排放，絕對(duì)的碳中性是不存在的。不過即使考慮到這些因素，與石油燃料相比，生物燃料依然能夠?qū)崿F(xiàn)60％-80％的碳減排。

綠色飛行不再遙遠(yuǎn)

正是由于生物燃料對(duì)航空業(yè)未來發(fā)展的革命性效應(yīng)，近年來，包括飛機(jī)制造商、航空公司、發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商在內(nèi)的航空產(chǎn)業(yè)鏈成員們以及能源和學(xué)術(shù)界領(lǐng)導(dǎo)者間的通力合作，加快了生物燃料的開發(fā)與應(yīng)用的推進(jìn)步伐。

自2008年2月24日波音公司與維珍航空合作完成了人類歷史上首次采用添加50％生物燃料的混合燃油為動(dòng)力的飛行試驗(yàn)以來，新西蘭航空、法航、日航、美國(guó)大陸航空公司等多家航空公司先后進(jìn)行了一系列類似生物燃料的試飛，證明了使用可持續(xù)性生物燃料與煤油的混合燃料的技術(shù)可行性。2010年6月，空中客車公司成功完成了以微藻為原料的純生物燃料飛行，表明生物燃料完全可以獨(dú)立為飛機(jī)的飛行提供能量。按照國(guó)際航協(xié)的計(jì)劃，在完成相關(guān)安全性測(cè)試和認(rèn)證后，生物燃料在2012年開始正式進(jìn)入商用領(lǐng)域，到2020年生物燃料占航空燃油的比例將達(dá)到15％，2030年達(dá)到30％，2040年達(dá)到50％，并希望在2050年實(shí)現(xiàn)整個(gè)行業(yè)總量減排50％的目標(biāo)。

目前，我國(guó)航空生物燃料的試驗(yàn)和開發(fā)工作已全面展開。2010年5月26日，中國(guó)航空集團(tuán)公司與中石油、波音公司、霍尼韋爾UOP公司合作，正式啟動(dòng)了中國(guó)民航可持續(xù)航空生物燃料驗(yàn)證試飛項(xiàng)目。初步確定2011年年中，國(guó)航將使用一架波音747-400飛機(jī)在不同的高度和操作環(huán)境下進(jìn)行不超過2小時(shí)的飛行試驗(yàn)。屆時(shí)，該飛機(jī)的一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)將按1：1的比例，加注生物燃料和傳統(tǒng)航油混合燃油。所用燃油的原料來自中石油在中國(guó)的原料基地應(yīng)用UOP公司精煉加工技術(shù)轉(zhuǎn)化的航空生物燃料。這次試飛將是全球首次在一個(gè)國(guó)家完成原料種植、生物燃油提煉與混合、驗(yàn)證飛行的全鏈條驗(yàn)證。

中科院青島生物能源與過程研究所和美國(guó)波音公司研發(fā)中心已簽署推進(jìn)藻類可持續(xù)航空生物燃料合作備忘錄，將在青島組建可持續(xù)航空生物燃料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，啟動(dòng)微藻航空生物燃油這一能源技術(shù)的大規(guī)模研發(fā)。預(yù)計(jì)5年左右實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)重大突破，形成幾千噸的規(guī)模性示范，10年左右實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

生物原料的規(guī)模化種植也已啟動(dòng)。根據(jù)規(guī)劃，我國(guó)麻風(fēng)樹主要分布區(qū)為西南云貴川三省，從2006年開始利用荒山荒地大規(guī)模人工種植麻風(fēng)林，目前人工種植規(guī)模已達(dá)15萬公頃，占中國(guó)人工種植麻風(fēng)樹面積的95％以上。今后幾年種植規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大，到2020年將有7500萬畝中國(guó)的荒地用于種植麻風(fēng)樹，其中僅四川省就將有3000萬畝荒地成為麻風(fēng)樹種植基地。如能完成種植目標(biāo)，屆時(shí)產(chǎn)自中國(guó)的原材料所生產(chǎn)的生物燃料可取代全球航空運(yùn)輸業(yè)現(xiàn)有40％的石化燃料。

從現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)情況來看，生物燃油應(yīng)用到航空業(yè)來，技術(shù)已經(jīng)不是最大困難。現(xiàn)階段，航空生物燃料成本還很昂貴，約為傳統(tǒng)航空煤油的3-4倍。但隨著技術(shù)進(jìn)步、工藝優(yōu)化和生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，成本肯定會(huì)降下來，甚至比石油燃料更低。而且，生物燃油的價(jià)格要比深受地緣政治和國(guó)際游資雙重影響的石油更易控制，可以幫助航空公司控制成本，減少意外開支。可以預(yù)見，使用生物燃油作為可持續(xù)航空燃油，將成為民航業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)。

把握機(jī)遇低碳領(lǐng)航

我國(guó)發(fā)展生物能源的空間和潛力十分巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)有4600多萬公頃宜林地，還有約1億公頃不宜發(fā)展農(nóng)業(yè)的廢棄土地資源，可以結(jié)合生態(tài)建設(shè)種植能源植物。我國(guó)的渤海、黃海、東海、南海，按自然疆界可達(dá)473萬平方公里，鹽堿地面積達(dá)1.5億畝，可供開發(fā)的微藻資源潛力巨大。近幾年，我國(guó)生物能源科研技術(shù)水平進(jìn)步顯著，在某些領(lǐng)域基本與發(fā)達(dá)國(guó)家處在相近的起跑線上。面對(duì)新能源革命的浪潮，應(yīng)從戰(zhàn)略層面高度重視，抓住機(jī)遇，順勢(shì)而上，借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)，加大生物能源發(fā)展的推進(jìn)力度，確保在低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代占有一席之地。

強(qiáng)化生物能源的戰(zhàn)略推進(jìn)。國(guó)家“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃已將生物能源發(fā)展列入七大重點(diǎn)能源領(lǐng)域。要進(jìn)一步細(xì)化國(guó)家層面的協(xié)調(diào)和引導(dǎo)，盡快建立具體、科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖。做好鹽堿、沼澤、山坡、半沙漠化等不宜發(fā)展農(nóng)業(yè)的廢棄土地資源以及海洋、河灘等資源的生物燃料開發(fā)規(guī)劃，加強(qiáng)對(duì)生物能源產(chǎn)業(yè)扶持、消費(fèi)補(bǔ)貼或金融支持力度。選擇有雄厚技術(shù)積累和資金實(shí)力的生物能源生產(chǎn)企業(yè)，建立產(chǎn)業(yè)化示范基地，增強(qiáng)規(guī)模化生產(chǎn)能力。

生物燃料的作用范文第4篇

生物燃料現(xiàn)在變得越來越流行。在美國(guó)，明尼蘇達(dá)州頒布了一項(xiàng)法令：即所有該州內(nèi)銷售的柴油中要含有2%的生物燃料，其中的大部分來自于該州種植的大豆。飛機(jī)引擎制造商也在嘗試將生物燃料混合到航空燃料中作為飛機(jī)的動(dòng)力燃料。由于生物柴油的原料都是來自于植物，而植物本身就會(huì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳，所以這樣的話使用生物燃料的碳排放相對(duì)來講比使用化學(xué)燃料的碳排放要小。

咖啡也是一種植物作物。但是通常，當(dāng)咖啡豆被磨成粉末然后做成飲料之后，咖啡的殘?jiān)蝗拥艋蛘弑蝗釉诨▓@中做了肥料。內(nèi)華達(dá)大學(xué)的教授發(fā)現(xiàn)，咖啡渣可以比較容易地被轉(zhuǎn)化為自身重量10%-15%的生物燃料。除此之外，當(dāng)咖啡渣生產(chǎn)出的燃料在引擎內(nèi)燃燒后不會(huì)產(chǎn)生刺激性的氣味――僅僅有一點(diǎn)咖啡的味道。在燃料油被萃取出來之后，剩下的咖啡渣仍然可以用來作為肥料。

這些研究人員從2年前就開始著手這項(xiàng)工作了。他們發(fā)現(xiàn)，咖啡渣為原料生產(chǎn)的燃料，品質(zhì)和市場(chǎng)上最好的生物燃料品質(zhì)一樣優(yōu)良。但是不像大豆或者其他的植物燃料，生產(chǎn)咖啡燃料不會(huì)占用本來應(yīng)該用作食物的作物和土地。

未經(jīng)處理的純植物油通常都有很高的黏性，使用這樣的燃料需要將引擎進(jìn)行一些改造。對(duì)咖啡燃料的萃取工作和對(duì)其他植物油的萃取差不多。它需要進(jìn)行一個(gè)被稱作“酯交換”的過程，就是在催化劑的作用下，將咖啡渣與乙醇進(jìn)行反應(yīng)。

盡管有些人想在家里使用食物殘?jiān)突厥盏呐腼冇蛠碜灾迫剂希欢Х热剂峡雌饋砀m合被大規(guī)模的生產(chǎn)。莫漢蒂（Manoranjan Misra）教授說：“生產(chǎn)1升的生物燃料需要5-7公斤的咖啡殘?jiān)暡煌Х鹊暮土坎煌胁顒e。”

如果有某個(gè)機(jī)構(gòu)能夠從咖啡生產(chǎn)線和餐廳收購大量咖啡渣的話，進(jìn)行商業(yè)化的咖啡燃料制造是可行的。這個(gè)行業(yè)的前景是廣闊的：美國(guó)農(nóng)業(yè)部的一份報(bào)告表示，每年全世界要消費(fèi)超過700萬噸咖啡，這意味著這些咖啡的殘?jiān)梢陨a(chǎn)3.4億加侖生物柴油。也許有一天，來一杯咖啡，也可以給你的車子加滿油。

生物燃料的作用范文第5篇

【關(guān)鍵詞】 生物質(zhì)燃燒特性 積灰結(jié)渣 硫指數(shù) 氯指數(shù)

1 引言

全球氣候變暖日益顯著，已成為各國(guó)政府和公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。生物質(zhì)在鍋爐中燃燒，是最直接的生物質(zhì)能利用方式，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)發(fā)展可再生能源、控制碳排放目標(biāo)的重要手段之一。由于生物質(zhì)與煤在大容量燃煤鍋爐中的混合燃燒發(fā)電技術(shù)，具有投資改造費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用低、熱效率比直燃鍋爐高、通過主燃料煤的調(diào)整可以彌補(bǔ)生物質(zhì)燃料來源特性多變等特點(diǎn)，是國(guó)際上先進(jìn)的生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)方向，利用生物質(zhì)混燒發(fā)電是我國(guó)資源利用的迫切需要，也是解決能源出路的有效途徑之一。

2009年12月26日國(guó)家修正的《可再生能源法》明確提出：國(guó)家鼓勵(lì)清潔、高效地開發(fā)利用生物質(zhì)燃料，鼓勵(lì)發(fā)展能源作物。《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》也確定了到2020年全國(guó)生物質(zhì)固體成型燃料年利用量達(dá)到5000萬噸、生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)容量要達(dá)到2000萬kw，年替代2800萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)下發(fā)的環(huán)發(fā)[2006]82號(hào)文件《關(guān)于加強(qiáng)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)管理工作的通知》中規(guī)定：“國(guó)家鼓勵(lì)對(duì)常規(guī)火電項(xiàng)目進(jìn)行摻燒生物質(zhì)的技術(shù)改造，當(dāng)生物質(zhì)摻燒量按照熱值換算低于80%時(shí)，應(yīng)按照常規(guī)火電項(xiàng)目進(jìn)行管理。”

此時(shí)生物質(zhì)的燃燒特性對(duì)于大規(guī)模鍋爐就顯得極為重要，了解和利用生物質(zhì)的燃燒特性對(duì)于生物質(zhì)與煤的混燒發(fā)電有著至關(guān)重要的作用。而生物質(zhì)作為燃料同時(shí)也面臨著新的挑戰(zhàn)：生物質(zhì)燃料中的堿金屬含量很大，燃燒時(shí)很容易在爐膛內(nèi)部產(chǎn)生積灰，積灰會(huì)增大熱阻，減小鍋爐效率，造成經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，大熱阻也會(huì)產(chǎn)生安全隱患[1]；而堿金屬和酸性離子在高溫下也會(huì)腐蝕爐體表面[2]導(dǎo)致重大后果。這些問題不得到克服，生物質(zhì)的混燒發(fā)展就難以繼續(xù)。

到目前為止，針對(duì)生物質(zhì)的積灰的研究有很多，一些文獻(xiàn)中采用熔渣指數(shù)構(gòu)建模型進(jìn)行預(yù)測(cè)[3]還有一些運(yùn)用灰熔點(diǎn)溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)[4]。隨著計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的發(fā)展，CFD已經(jīng)成為了生物質(zhì)積灰預(yù)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分[5]，但是在建立模型的過程中，存在著大量的估計(jì)以及經(jīng)驗(yàn)公式作為計(jì)算模型，而以往的研究多是以單獨(dú)的煤或者大量的煤和少量的生物質(zhì)的混燒作為模型背景的，隨著以后可能出現(xiàn)的生物質(zhì)燃料比例的上升乃至單獨(dú)生物質(zhì)燃燒的鍋爐，煤占主導(dǎo)的燃燒模型會(huì)出現(xiàn)比較大的偏差，那么對(duì)生物質(zhì)燃燒以及結(jié)渣特性的研究作為CFD模型的參數(shù)補(bǔ)充就顯得尤為重要。在生物質(zhì)燃料的發(fā)展中，尋找生物質(zhì)燃燒積灰過程中的結(jié)渣特性的規(guī)律迫在眉睫。

本實(shí)驗(yàn)對(duì)常見并具有代表性的十種生物質(zhì)進(jìn)行單獨(dú)燃燒，觀察和分析它們?cè)谌紵^程中的特性以及結(jié)渣現(xiàn)象，并對(duì)燃燒現(xiàn)象進(jìn)行TGA分析，再以熔渣指數(shù)為基礎(chǔ)，加入對(duì)其他元素（硫元素和氯元素）的考慮并對(duì)結(jié)渣現(xiàn)象進(jìn)行分析，對(duì)十種生物質(zhì)積灰速率進(jìn)行估計(jì)以及擬合，希望找到一種對(duì)于生物質(zhì)燃燒和積灰結(jié)渣特性有效而相對(duì)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)體系，一方面為大型利用生物質(zhì)的發(fā)電方式提供生物質(zhì)燃燒特性，另一方面也為今后CFD模型的數(shù)據(jù)補(bǔ)充提供生物質(zhì)相關(guān)的參數(shù)。

2 實(shí)驗(yàn)介紹

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

本項(xiàng)目的研究共收集了十種代表性的燃料，分別為小麥稈、水稻稈、玉米稈、大豆稈、棉花稈、油菜稈、玉米芯、稻殼、樹皮、木片十種生物質(zhì)。從大的類型上，這十種生物質(zhì)除了木片和樹皮屬于木本植物之外，其他的都是草本植物。在實(shí)驗(yàn)中需要用不同的方法進(jìn)行粉碎，對(duì)十種生物質(zhì)秸稈都進(jìn)行了磨碎（磨碎粒度200-300um），以進(jìn)行燃燒特性、一維爐積灰實(shí)驗(yàn)研究。

表1分別給出十種生物質(zhì)燃料的燃料特性分析（按設(shè)計(jì)燃料35.5%水分折算），從表中可以看出，十種生物質(zhì)燃料揮發(fā)份含量很高，在41.86%-52.68%之間，而固定碳含量偏低，固定碳含量在8.72%-13.51%之間；生物質(zhì)燃料的發(fā)熱量普遍不高，十種生物質(zhì)的低位發(fā)熱量范圍在9.41-11.45MJ/kg，不到煤的一半；灰分含量總體水平不高，但十種生物質(zhì)差別很大，灰分最低的玉米芯僅有1.12%的灰分，而稻殼的灰分含量達(dá)到了12.26%，差別非常明顯。

表2中給出的是這是種生物質(zhì)結(jié)焦的灰化學(xué)成分以及其含量，十種生物質(zhì)的灰成分區(qū)別較大，重要積灰成分等含量有著明顯的差異。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)在清華大學(xué)一臺(tái)25kw的高溫一維爐實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行，如圖1所示，煤粉或其他燃料可以通過一臺(tái)1-8kg/h給粉量刷式微量稱重螺旋給料機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)定量給料，由一次風(fēng)氣力輸送送到多燃料組合燃燒器的一次風(fēng)入口。多燃料組合燃燒器的配風(fēng)由一次風(fēng)和二次風(fēng)構(gòu)成，二次風(fēng)經(jīng)過電加熱器時(shí)，其溫度被加熱到400℃后，通過燃燒器出口旋流片加旋后送入到一維下行爐中，一次風(fēng)和二次風(fēng)在下行爐燃燒器出口區(qū)域形成了一段回流區(qū)域，增加煙氣的返混，以增強(qiáng)燃燒器出口燃料的加熱，以及實(shí)現(xiàn)燃料和空氣的快速混合。燃燒在直徑為150mm、高3.2m的下行爐膛中進(jìn)行，燃盡后的煙氣經(jīng)過煙氣冷卻器、布袋除塵器后排入到大氣中。

本研究中，選用刮板式給料機(jī)（MFOV-1VO）為一維爐系統(tǒng)輸送生物質(zhì)燃料，輸送速度調(diào)節(jié)范圍是0.1-20cc/min。使用的高溫積灰采樣系統(tǒng)為清華大學(xué)自行設(shè)計(jì)具有自主專利的積灰取樣系統(tǒng)，除了能夠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的積灰實(shí)驗(yàn)外，也可以用于實(shí)際鍋爐中的積灰采集實(shí)驗(yàn)。其中采樣管外徑根據(jù)采樣當(dāng)?shù)氐牧鲌?chǎng)參數(shù)確定，保證積灰采樣時(shí)流場(chǎng)條件貼近實(shí)際情況。

本項(xiàng)目考察生物質(zhì)燒結(jié)積灰的影響，選擇采樣管表面溫度： 600℃。當(dāng)一維爐實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定工況并穩(wěn)定后，火焰區(qū)溫度約為1150℃，采樣處煙氣溫度降至750℃左右，采樣時(shí)間為60min，各工況生物質(zhì)燃料輸送速度均設(shè)置600g/h。

樣品的熱重分析實(shí)驗(yàn)采用德國(guó)NETSCH公司的STA-409 C/3F熱重分析儀，該儀器可以同時(shí)進(jìn)行試樣的TG和DSC/DTA分析。本次測(cè)試采用空氣作為環(huán)境氣體，按照10℃/min的升溫速率由室溫升溫到1000℃，測(cè)量燃燒失重曲線。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

事實(shí)上，不同生物質(zhì)的灰含量都有很大差別，而實(shí)驗(yàn)積灰溫度為600℃，各種物質(zhì)在60min的積灰量在表3中給出。本文分別從燃料燃燒過程中的失重速率以及燃料自身的結(jié)渣特性分析生物質(zhì)燃燒過程中的積灰情況。

3.1 生物質(zhì)燃燒特性的TGA分析

通過TGA分析可以得到生物質(zhì)的熱穩(wěn)定性和組分特點(diǎn)，在本次在燃燒特性實(shí)驗(yàn)中，生物質(zhì)的燃燒特性以TG、DTG燃燒分布曲線來反映，樣品的失重過程可以假設(shè)分成3個(gè)階段：①由于樣品中的吸附水和揮發(fā)氣體析出，溫度在200℃以下；②生物質(zhì)樣品中的半纖維素、纖維素以及木質(zhì)素的熱解和揮發(fā)分的燃燒反應(yīng)，溫度在200―350℃；③生物質(zhì)中剩余木質(zhì)素?zé)峤庖约敖固咳紵瑴囟仍?50―600℃。其特性參數(shù)有以下：

（1）著火溫度Ti（℃）。著火溫度是燃料著火性能的主要指標(biāo)，著火溫度越低，表明燃料的著火性能越好。

（2）最大失重速率（最大燃燒速率）（dw/dt）max，%/min，DTG曲線上的峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的反應(yīng)過程中最快的反應(yīng)速率即是最大燃燒速率，（dw/dt）max越大，揮發(fā)分釋放得越強(qiáng)烈。

（3）Tmax最大失重速率所對(duì)應(yīng)的溫度，℃。Tmax越低，則揮發(fā)分的釋放高峰出現(xiàn)得越早，越集中，對(duì)著火越有利；反之，則越不利于著火。

實(shí)驗(yàn)中的十種生物質(zhì)的TG-DTG曲線中的各個(gè)樣品的主要燃燒特性如表4所示。與煤的著火溫度相比，生物質(zhì)的著火溫度很低，由表中可以看出，十種生物質(zhì)的著火溫度在220℃-286℃之間，豆桿的著火溫度最低，為220℃，著火溫度最高的樹皮也僅僅286℃；在從最大失重速率及其對(duì)應(yīng)的溫度來看，十種生物質(zhì)的最大失重速率發(fā)生在269℃-335℃之間，相對(duì)來說十種生物質(zhì)的Tmax都比較低，玉米芯最大失重速率對(duì)應(yīng)的溫度最低，為269℃，樹皮最大失重速率對(duì)應(yīng)的溫度最高，為335℃；從開始著火到最大失重速率出現(xiàn)，十種生物質(zhì)的溫度浮動(dòng)都很小，在30℃-72℃之間，說明生物質(zhì)會(huì)迅速析出揮發(fā)份，迅速燃燒。

生物質(zhì)由于其成分的原因，無論在著火溫度，還是最大失重溫度上跟煤都有較大區(qū)別（煤著火溫度350―450℃左右，最大失重溫度在500℃左右[6]），由于其著火溫度和最大失重溫度低，是著火性能非常好燃料；另一方面，也說明煤和生物質(zhì)的燃燒特性有所區(qū)別，用煤的燃燒參數(shù)代替生物質(zhì)是不夠準(zhǔn)確的。

本實(shí)驗(yàn)中的積灰速率和燃料燃燒最大失重速率關(guān)系如圖2所示。由于趨勢(shì)明顯不符，去掉了稻桿的數(shù)據(jù)（最大失重速率11.8（dw/dt）max（%/min），積灰速度9.12（mg/min）），可能由于測(cè)量中對(duì)其最大失重速率的測(cè)量計(jì)算存在偏差或者植物自身的特殊屬性。在其余的9個(gè)數(shù)據(jù)中當(dāng)（dw/dt）max處在8（%/min）左右的時(shí)候生物質(zhì)的積灰速率達(dá)到最大，當(dāng)在8（%/min）左右，無論增大或減小，都會(huì)使得其積灰速率有所減小。

一方面，積灰的形成，初期機(jī)制是凝結(jié)成核，包括氣相成灰物質(zhì)的冷凝以及較細(xì)小顆粒的沉積，當(dāng)燃料失重速率小時(shí)（小于8（%/min）），成灰物質(zhì)會(huì)形成以K為代表的堿金屬涂層，增大采樣管的表面粘性，積灰速率會(huì)隨著燃料的失重增快而增大；如果燃料失重速率大（大于8（%/min）），含有Si，Al等元素的飛灰也會(huì)很快析出，并且被捕集，與容易析出的高反應(yīng)性堿金屬共同構(gòu)成采樣管外壁，使得外層采樣管的粘性下降，對(duì)飛灰的捕集能力下降，此時(shí)即使燃料失重速率變大，也會(huì)使得積灰速率下降；如果積灰速率很大，采樣管表面熱阻也會(huì)在短時(shí)間內(nèi)大大增加，溫度升高，熔融態(tài)的成灰物質(zhì)比例增多，表面粘附力又一次增強(qiáng)，但伴隨積灰增厚，外層積灰更容易在大速率產(chǎn)生的飛灰的沖刷下脫落，當(dāng)二者達(dá)到平衡時(shí)，成為積灰的“飽和”態(tài)，形成穩(wěn)定的積灰。

另一方面，積灰的形成不僅和燃料的失重速率相關(guān)，和燃料的灰成分特性也有很大的關(guān)系。不同的灰成分的燃料會(huì)表現(xiàn)出來不同的特性，其積灰速率也會(huì)受到很大影響。這一點(diǎn)在文章的后面給予說明。

3.2 生物質(zhì)的熔渣指數(shù)分析

3.2.1 熔渣指數(shù)

很多文獻(xiàn)中都提到過熔渣指數(shù)Slagging Index[7]，用來預(yù)測(cè)生物質(zhì)或煤的結(jié)焦特性，基本的理念是基于堿性氧化物和酸性氧化物的比值作為基礎(chǔ)，然后進(jìn)行分析，一般的公式如下：

有些時(shí)候這個(gè)指數(shù)也會(huì)添加一些其他的因素作為修正。但是，由于添加的修正因素并不會(huì)影響大的趨勢(shì)，在眾多涉及這個(gè)參數(shù)的文獻(xiàn)中[7][8]，都提到，在SI位于0.75-2.0這個(gè)范圍的時(shí)候結(jié)渣強(qiáng)度會(huì)非常大，而小于0.75或是大于2.0范圍都會(huì)使結(jié)渣強(qiáng)度降低。

而在本實(shí)驗(yàn)中的熔渣指數(shù)和積灰速率的關(guān)系正如圖3所示，由于油菜桿和豆桿的灰成分中的堿性氧化物含量非常大，而等酸性氧化物的含量很低，導(dǎo)致SI值相比于其他實(shí)驗(yàn)組大了很多，在圖中可以看到當(dāng)SI>1后的幾個(gè)點(diǎn)已經(jīng)趨于穩(wěn)定在2mg/min左右的積灰速率上。

可以發(fā)現(xiàn)，積灰速率在SI小于0.6的時(shí)候是較高的，并且在0.2，0.4左右出現(xiàn)兩個(gè)峰值，在SI大于0.6后，雖然略有波動(dòng)，但相對(duì)保持平穩(wěn)狀態(tài)，積灰速率也保持在2mg/min左右小幅波動(dòng)。

大多數(shù)文獻(xiàn)中所體現(xiàn)的0.75-2.0的值域，并沒有在本次實(shí)驗(yàn)中得到很好地體現(xiàn)。事實(shí)上，整個(gè)SI參數(shù)和值域的提出都是針對(duì)煤在燃燒過程中的特性提出的，雖然生物質(zhì)和煤的結(jié)構(gòu)類似，燃料特性和積灰成分也有一些相似之處，但相較之下還是有很多不同點(diǎn)。生物質(zhì)中通常有較高量的K，P，Ca元素，但是Fe，Ti元素都低于常見的煤。此外，生物質(zhì)中的堿金屬元素通常以離子或有機(jī)物的形式存在，而煤中通常是以礦物質(zhì)存在。而在燃燒過程中，離子和有機(jī)元素相比于礦物質(zhì)會(huì)更加不穩(wěn)定一些，非常容易蒸發(fā)、冷凝然后形成沉積，而礦物質(zhì)會(huì)更難一些。

但考慮到煤和生物質(zhì)形成的沉積物的成分大致一致，都作為生物燃料，它們的相似性也是存在的。考慮到上述離子和礦物質(zhì)形態(tài)的堿金屬元素的遷移難易問題，由于生物質(zhì)中的堿金屬以離子態(tài)和有機(jī)物態(tài)存在，更容易遷出[9]，生物質(zhì)的積灰速度和SI曲線相比于煤也應(yīng)該會(huì)向左偏移。

相比于煤SI在0.75-2.0之間的積灰速率最大，生物質(zhì)SI可能會(huì)在0.6以內(nèi)就出現(xiàn)積灰速率的迅速增大。但是由于SI在0.6以內(nèi)的試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)目所限，規(guī)律還不是非常明確。

3.2.2 硫指數(shù)和氯指數(shù)的考慮

一些文獻(xiàn)中也提到了在結(jié)渣過程中，特定元素對(duì)積灰的影響非常大，一些研究中也引入了硫指數(shù)這個(gè)概念[10]，用熔渣指數(shù)乘以硫元素在干燃料中的比例，得到一個(gè)新的指數(shù)――硫指數(shù)。即

SIs=SI*

不過，考慮到氯元素在生物質(zhì)燃燒過程中對(duì)堿金屬的蒸發(fā)起到的重要作用，本文中也引入一個(gè)新的指數(shù)，用熔渣指數(shù)乘以氯元素在干燃料中的比例，得到一個(gè)新的指數(shù)――氯指數(shù)，即：

SICl=SI*

式中分別表示硫元素和氯元素在干燃料中的比例。

如前文所述，去掉大的指數(shù)對(duì)圖表比例的影響，積灰速度和硫指數(shù)的關(guān)系如圖4所示，而積灰速度和氯指數(shù)的關(guān)系如圖5所示。

S作為煤燃燒結(jié)焦的重要元素，在生物質(zhì)燃燒積灰的圖樣中并沒有體現(xiàn)出來很好的特性，但與最初的SI指數(shù)相比，還是保持了雙峰的特點(diǎn)，并且排除的由于橫坐標(biāo)值過大的點(diǎn)，它們的積灰速率基本上在2mg/min，這也說明了在硫指數(shù)比較大的時(shí)候，積灰速率也趨于平穩(wěn)，這個(gè)和SI曲線是一致的。但整個(gè)圖像比較散亂，規(guī)律性不好，這也是因?yàn)镾元素并不是生物質(zhì)燃燒積灰的最重要元素。

相比之下，Cl作為生物質(zhì)燃燒積灰的重要元素，圖像的特點(diǎn)非常明顯。與其它指數(shù)不同，圖像中的兩個(gè)最大值點(diǎn)（積灰速率10mg/min左右的點(diǎn)）在氯指數(shù)的圖中是連續(xù)的兩個(gè)點(diǎn)，中間沒有大幅的下降的點(diǎn)，構(gòu)成了一個(gè)比較明顯的“峰”，且在這個(gè)大“峰”的右側(cè)，積灰速率都有明顯的下降，并趨于平緩；而在“峰”的左側(cè)，積灰速率雖然有所波動(dòng)，但是也是在2mg/min上下波動(dòng)，而且區(qū)別較大的兩個(gè)點(diǎn)（積灰速率在4mg/min）是樹皮和木片，這兩種材料組成非常接近，并且是明顯的木本生物，而其他的實(shí)驗(yàn)組多為草本生物質(zhì)，導(dǎo)致了這個(gè)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的略微差異。

由此可見，Cl元素作為生物質(zhì)燃燒積灰的重要元素，在積灰結(jié)渣中起著重要的作用。

首先，是它的傳輸作用，在生物質(zhì)燃燒時(shí)，氯元素有助于堿金屬元素從燃料顆粒內(nèi)部遷移到顆粒表面與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；

第二，氯元素有助于堿金屬元素的氣化，它可以與堿金屬硅酸鹽反應(yīng)生成氣態(tài)堿金屬氯化物，比如，Cl在焦炭表面與K發(fā)生反應(yīng)生成KCl，而后KCl和含氧的官能團(tuán)進(jìn)一步發(fā)生發(fā)應(yīng)，導(dǎo)致Cl以HCl的形式進(jìn)入煙氣。當(dāng)Cl與堿金屬形成氣態(tài)或者形成HCl的時(shí)候，在燃料粒子的周圍形成了一個(gè)氣膜，改變了燃料的傳熱性能，一方面增大了熱傳導(dǎo)的熱阻，使得周圍的高溫空氣換熱變得困難，另一方面，形成的氣態(tài)KCl、HCl在周圍形成了一個(gè)“遮熱板”的涂層，使輻射傳熱過程增加了阻力，輻射換熱量減小，此時(shí)，熱量不是由爐壁直接傳給燃料表面，而是由爐壁先輻射給周圍的Cl化物膜，再由這層膜輻射給燃料粒子。在增加了這個(gè)“遮熱板”后，使得換熱量受到一定影響。由于這兩方面的共同影響，整個(gè)燃料顆粒的換熱減弱，吸收的熱量減小，燃燒不充分，形成一部分熔融的堆積，以致形成沉積。

而且隨著堿金屬元素氣化程度增加，形成的氣膜加厚，致使整個(gè)沉淀物和燃料顆粒的溫度下降，而固體和液體的粘性隨著溫度的降低而增加，即沉積物數(shù)量和其粘性也增加。隨著沉積物的粘性增加，導(dǎo)致其撞擊效率一定的基礎(chǔ)上管壁的捕集效率增加，使得沉積速度增加，沉積總量增大。

但是隨著氯指數(shù)的比例進(jìn)一步增大，一方面，由于結(jié)渣指數(shù)在之前圖像中的特性，會(huì)使得整個(gè)積灰的總量下降；另一方面，由于氯元素在這里起到的是一個(gè)加強(qiáng)效果的作用，隨著氯自身的比例增加，會(huì)使結(jié)渣成分的比例降低，也會(huì)使得積灰的總量受到影響而下降。

對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的生物質(zhì)而言，當(dāng)氯指數(shù)在0.05-0.1之間的時(shí)候，積灰速率很大，小于0.05或者大于0.1的時(shí)候，都會(huì)使積灰速率減小并趨于平穩(wěn)（對(duì)多數(shù)草本生物質(zhì)），趨向于2mg/min。

4 結(jié)語

研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)同煤相比，著火點(diǎn)很低，而且最大失重溫度都集中在300℃左右，且從著火點(diǎn)到最大溫度的浮動(dòng)很小，只有30-70℃左右，綜合來看著火性能非常好，且明顯異于煤。由于燃料特性和積灰機(jī)理，在實(shí)驗(yàn)燃料失重速率達(dá)到8（%/min）左右時(shí)，積灰的速率達(dá)到峰值。

一些文獻(xiàn)中提到的熔渣指數(shù)（SI）和其補(bǔ)充指數(shù)硫指數(shù)（SIs），在對(duì)煤的燃燒判斷和積灰預(yù)測(cè)中可以體現(xiàn)出不錯(cuò)的效果，但在針對(duì)生物質(zhì)燃燒積灰的模型中實(shí)驗(yàn)符合程度并不理想。新提出的氯指數(shù)，對(duì)生物質(zhì)的燃燒特性和積灰特性的說明符合上做的更好，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)氯指數(shù)在0.05-0.1之間的時(shí)候，積灰速率增長(zhǎng)很大，小于0.05或者大于0.1的時(shí)候，都會(huì)使積灰速率減小并趨于平穩(wěn)，趨向于2mg/min。

實(shí)驗(yàn)作為生物質(zhì)的特性研究，系統(tǒng)地對(duì)不同生物質(zhì)的燃燒和積灰特性做了分析，對(duì)煤與生物質(zhì)的混燒配比以及生物質(zhì)的混合燃燒起到了一個(gè)預(yù)測(cè)和指引的作用，為工業(yè)發(fā)電中煤與生物質(zhì)混燒的減少積灰提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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