生物質(zhì)是一種低碳燃料,其含硫和含氮量均較低,同時灰粉份額也很小。燃燒后二氧化硫、氮氧化物和灰塵排放量比化石燃料要小得多,是一種清潔燃料。同時,由于燃燒生物質(zhì)燃料二氧化碳的排放幾乎為零,這對于緩解日益嚴(yán)重的“溫室效應(yīng)”有著特殊的意義。提高直接燃燒生物材料熱能利用率是世界上各個國家都在研究的課題,到目前為止,主要集中在對生物質(zhì)材料形狀的再加工或重組以及燃燒器具的研究。
生物質(zhì)材料形狀的再加工或重組的目的是為了適應(yīng)燃燒器具提高熱能利用率和便于生物質(zhì)燃料的較長期存放。在對植物質(zhì)材料未進(jìn)行任何加工之前,由于其松散狀態(tài)所占有的體積和較高的含水率難以高效運(yùn)輸和較長期貯存5同時也難適應(yīng)于高熱能利用率的燃燒器具或鍋爐。將植物質(zhì)材料加工成顆粒狀、塊狀或粉狀生物燃料是實現(xiàn)燃燒熱能高效利用的前提,在這一方面主要是通過對植物質(zhì)材料進(jìn)行粉碎、加熱、壓縮使其成為顆粒狀、塊狀或粉狀。在生物燃料加工方面,一些發(fā)達(dá)國家如美國、瑞典、德國等在上世紀(jì)70年代以后就研制了一些生物燃料成型加工設(shè)備,如炭棒制造機(jī)、塊狀、顆粒狀生物燃料成型機(jī)等。
我國在上世紀(jì),80年代后也研制開發(fā)了一些不同類型的生物燃料成型設(shè)備,如螺旋擠壓式棒狀生物燃料成型機(jī)、活塞沖壓式生物燃料成型機(jī)、環(huán)模滾壓顆粒生物燃料成型機(jī)等。高效熱能利用燃燒器具(鍋爐或灶具)是有效利用生物燃料的關(guān)鍵。我國在改進(jìn)燃燒器具提高熱能利用率方面做了一定的研究,一種新型的節(jié)能爐灶燃燒薪材的熱效率達(dá)20%-30%,與舊式傳統(tǒng)爐灶相比可節(jié)省燃料40%-50%,并且得到了一定程度的推廣,截至到1996年全國已有1.77億戶使用這種節(jié)能灶,占總農(nóng)戶的76%。瑞典、挪威、新西蘭、澳大利亞、德國在研究高效熱能燃燒器具方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我國。
從20世紀(jì)70年代開始,結(jié)合生物燃料成型技術(shù)的發(fā)展,用于高效燃燒成型生物燃料的燃燒器具不斷改進(jìn)完善。截至到1998年,一種家庭式燃燒生物顆粒燃料的供熱鍋爐熱效率可達(dá)80%,而生物顆粒燃料的供應(yīng)可以與加注燃油一樣由顆粒生物燃料車通過管道加注到燃料倉內(nèi)。另一種用于住宅小區(qū)、學(xué)校大面積供熱可進(jìn)行二次燃燒的節(jié)能高效鍋爐的燃燒熱效率可高達(dá)90%以上。這種大型的燃燒生物燃料鍋爐與燃燒其他燃料鍋爐相結(jié)合應(yīng)用到熱電廠的發(fā)電。北京萬發(fā)爐業(yè)中心從2000年開始研發(fā)以農(nóng)作物秸稈為原料的生物質(zhì)顆粒燃料制備及其燃燒供暖設(shè)備,以“老萬牌”命名的生物質(zhì)顆粒燃料制備設(shè)備、燃燒器具、暖風(fēng)壁爐、水暖爐、炊事爐等系列爐具,均取得了滿意效果。
我國開發(fā)應(yīng)用生物質(zhì)能源的前景我國的生物質(zhì)資源非常豐富,1996年我國的各種主要農(nóng)作物秸稈(稻稈、麥稈、玉米稈等)總量為7.05%(億噸,農(nóng)業(yè)加工殘余物(稻殼、蔗渣等)約為0.84%)億噸,薪材及林業(yè)加工剩余物為1.58億噸,我國生物質(zhì)能資源潛力折合約7億噸標(biāo)煤左右,而目前年實際使用量為2.2億噸標(biāo)煤左右。因此,我國的生物質(zhì)資源有很大的開發(fā)潛力。我國農(nóng)村地域廣闊、人口眾多,每年要消耗21339Mt,的柴草,而絕大多數(shù)是使用傳統(tǒng)的舊式爐灶,直接燃燒干柴或農(nóng)作物秸稈,浪費(fèi)了大量的森林和植物資源。通過生物質(zhì)燃料制備、高效燃燒器具的研發(fā)以及相關(guān)技術(shù)的引進(jìn)、消化吸收,并加以推廣,不僅可以節(jié)省大量的森林資源,而且有利于促進(jìn)生物能源種植及加工業(yè)的發(fā)展,實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展。
除我國農(nóng)村用于煮飯需要爐灶以外,長江以北地區(qū)冬季供暖平均需要4個月左右,長江以南很多地區(qū)在冬季也需要近一個月的供暖。我國目前對城鎮(zhèn)居民、學(xué)校、工廠、機(jī)關(guān)等多采用以水或蒸汽為傳熱介質(zhì)的集中供熱,在農(nóng)村幾乎是以家庭或單間住宅為單元、結(jié)合煮飯的獨立分散式供熱。據(jù)瑞典國家能源局對外公布的資料顯示,用顆粒生物質(zhì)燃料,集中供熱產(chǎn)生每42%熱量的費(fèi)用是燃燒輕油供熱的58%燃燒重油供熱的mwh以家庭為單位的小型鍋爐供熱產(chǎn)生每62%.熱量的費(fèi)用是電熱的57%,燃燒燃油供熱的。從節(jié)約能源、減少污染保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)效益看,生物質(zhì)燃料制備技術(shù)和高效燃燒器具開發(fā)及應(yīng)用具有極廣闊的前景。