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生物质能源革命:微米燃料达到工业燃料温度
 发布:admin  浏览:0次  发布时间:2019-01-05 09:59:56

       怎样将生物质变成能源和燃料?

       化石与非化石燃料:短期依赖、长期替代

       当前,能源已经进入快速转型期,可再生能源迎来发展机遇。

       上个月召开的“第六届太平洋能源峰会”上,中国能源研究会常务副理事长周大地透露:“化石能源在未来二三十年仍然发挥重要作用,但面临很多威胁。我们的确有了替代能源的可能性,能源供给和替代可以解决。”

       德国与法国,已经在今年5月发表联合声明,表示将努力结束化石燃料污染,并实现全球经济去碳化。今年12月 ,联合国气候变化大会将于巴黎召开,巴黎气候协议发出的一个明确信号,就是去碳化的步伐和规模将扩大。

       美国国家情报委员会原总监、全美亚洲研究局理事会理事丹尼斯·布莱尔强调:“从全球角度看,东亚是可再生能源最大的市场。从长远看,化石能源与非化石能源的关系一定是短期依赖、长期替代。”

       业内人士指出,工业革命的生命是各种窑炉和机器内部1300以上的高温过程,而这些高温过程需要高品质、高效率的化石碳氢燃料提供高能维持。相对于有限的化石燃料资源,生物质作为地表的绿色碳氢资源,则是取之不尽的,在碳氢资源方面具备替代化石能源的物质条件。

       但是,仅和煤相比,生物质的碳氢含量比煤低30%,能量低30%,几何尺寸大,储运和使用困难,生物质燃料的燃烧温度,也远远达不到工业高温生产的需求和效率竞争要求。

       生物质能源利用很广,压缩成型固体燃料、沼气、热裂解生产生物柴油等都是其存在形式。国家能源局印发的《生物质发展“十二五”规划》提出,到2015年我国生物质能年利用量应超过5000万吨标煤。然而,截至2014年,我国生物质能实际利用量仅为3000万吨左右标煤。

       那么生物质能是否能改变燃料品质、成本和生产规模无法与化石能源相抗衡的局面,在清洁生产和绿色化工方面有所突破呢?生物质碳氢替代化石碳氢能源和材料的技术和装备又有怎样的发展?

       生物质能源品质大革命:微米燃料达到工业燃料温度

       生物质资源绝大多数是以纤维的形式存在。记者了解到,目前世界上仍有粮食短缺问题,为保障粮食安全,以油粮(淀粉和糖)为原料的生物柴油和生物乙醇生产国内外已不提倡,生物质能源主要需要利用纤维形式的生物质材料。

       1880年,美国人发明了生物质成型燃料,1930年开始应用。但是,将生物质燃料挤压成结实块状,氧气更不易和燃料分子接触反应,燃烧速率慢,燃烧温度低。生物质成型燃料违背了气相燃烧化学反应原理。所以长期以来,国外采用各种先进的方法开发利用,仍不能在工业能源领域广泛采用。除了储运、使用有一定进步以外,与工业能源市场要求还相差很远。

       温度,一直以来是生物质燃料直接燃烧的指标瓶颈。怎样才能突破?

       华中科技大学打破生物质固体燃料利用的框架,发明了“微米燃料”。该成果的科研团队带头人肖波教授向记者介绍,微米燃料,就是运用粮仓粉尘爆炸高能燃烧的原理,将生物质纤维材料制备成为具备粉尘爆炸高能燃烧能力的、粒径在250微米以下的粉末。2003年,将生物质微米化后,燃烧温度已经可以达到1221度,现在已经达到1452度,可以在广泛的工业领域用作工业燃料。

       记者了解到,肖波带领的团队从2002年开始致力于相关技术的研究,并进入工业使用阶段。目前的研究成果主要包括:将生物质纤维材料低成本制备成微米燃料的技术和装备;生物质微米燃料的输送和高温燃烧技术;生物质微米燃料制备高品质燃气和合成气的气化技术。

       生物质燃料微米化后的生物质能源品质得到革命性的提高,彻底改变了生物质固体燃料的命运。清华大学姚可夫教授指出:“生物质微米化能源打破了长期以来的生物质燃料品质低和化石燃料资源少、污染大的矛盾局面,可望在不远的将来使我国材料工业生产领域摆脱完全依赖化石燃料的局面。”

       清华大学周怀春教授还指出:“通过将蓬松且难以储运和运输的生物质材料通过微米化,体积近百倍减容,自然堆积质量密度可以达到每立方米300千克,从根本上改变了其储运特性。”

       另外,采用微米燃料间接加热垃圾、有机污泥、生物质等低品位的环境碳氢资源气化,可以获得热值相当于工业煤气品质的燃气,这种品质的燃气广泛用于工业燃气和城市燃气,可为国家节约绝大部分天然气。肖波告诉记者,生物质微米燃料在矿石冶炼中也是可行的。

       装备对燃料特性依赖:新能源使旧能源装备过时

       装备往往依赖燃料特性,因此,新能源可以让旧能源的装备过时。

       生物质微米化后的燃料特性和品质发生了本质变化,可以联动开发很多清洁生产方法和装备,带来一系列的工业生产方法的革命。周怀春表示:“可以预见,生物质微米燃料的诞生,将对能源方式与装备、重工业生产方式和装备、化工生产和装备等方面产生重大变革。”

       另外,对生物质能源的质疑,似乎也一直没有断过,有言论笼统地称生物质能源“经济的不环保,环保的不经济”,果真是这样吗?

       记者了解到,肖波带领的团队开发了生物质微米燃料高效锅炉,已成功解决了传统炉排锅炉存在的问题。目前,在武汉江城锅炉公司已完成了每小时4蒸吨的天然气锅炉与微米燃料器组装和生产调试,确定了最佳风量和微米燃料供料速度,燃料炉膛最高燃料温度可以达到1452度,从点火到蒸汽产出只需要25分钟,产气快,压力高,燃料效率高,同时对锅炉管的烟尘沉积进行测试,烟尘在锅炉水管中无沉积现象。

       肖波向记者介绍,生物质微米燃料的直接加工成本在200元/吨左右,燃烧效率达到97%。生物质经过微米化以后,在使用时为流态化燃料,和天然气一样是悬浮气态燃烧,这种固体天然气燃料彻底摆脱了固体燃料层燃的老框框,因此,生物质微米燃料锅炉热效率,可以和天然气锅炉一样达到90%以上。另外,生物质微米可将锅炉烟气粉尘排量控制在每立方米30毫克以下。他向记者算了一笔账:每吨生物质微米燃料(热值3800大卡/公斤)可以生产蒸汽6吨,每吨蒸汽生产总成本为160元,这与煤相当,但比天然气减少30%,也比生物质成型燃料减少25%。

       此外,生物质微米化高温技术的另一个优势是,在1400度高温下,焦油和残留碳末在炉膛内也瞬间完成燃烧,燃烧尾气无焦油和碳末。燃烧灰分为白色,它们是生物质生产过程中所吸收的氧化钙和氧化硅等不可燃烧的无机物,不产生雾霾污染物,排烟黑度为零。

       采用生物质微米燃料及其高效锅炉,比块煤工业锅炉能源效率提高30%。如果我国全部采用生物质微米燃料锅炉,每年可减少能源消耗2亿吨标煤,每年节约能源的直接经济效益2亿元以上。还可减少约每年7亿吨标煤的化石燃料消耗,年利用生物质10亿吨以上,这样也能消除秸秆焚烧以及传统锅炉的污染问题,并形成我国具有自主知识产权的工业锅炉装备系统。

       低成本、高品质的微米燃料可解决燃煤污染、采用天然气成本高气源不够、秸秆焚烧产生雾霾等老大难问题,却在大面积推广应用时遇到困难。

       肖波介绍说:“通过科学技术的进步,生物质直接燃烧的温度目前达到了1452度,实际上可提高到1500度以上,通过预热空气燃烧,温度还可提高到1900度以上,基本上可以覆盖各种工业固体燃料的要求。只要国家组织生产足够多的生物质微米燃料,使生物质原料象煤炭资源一样便宜易得,我们国家就可以逐步将煤炭资源保存起来,作为化工原料资源,同时提前完成碳减排的国际承诺。但是,当前生物质与具有庞大国家基础能源设施的化石燃料相比,不是平等竞争,所以后续使用需要国家大量财政补贴。如果国家建立了像化石燃料一样的生物质能源基础设施,生物质能源也能和化石燃料一样,在使用时不需要国家后续补贴。而且,生物质燃料基础设施投资,比化石燃料的基础设施投资,要少50%以上。”


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