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      生物質在技術的革新下發生了哪些變化?

      編輯:高鋁磚?? 分類:行業動態?? 發布:2015-10-07 17:47?? 瀏覽:
      摘要: 生物質作為人類利用最早的能源之一,盡管清潔且周而復生取之不盡,但屬于低品質碳氫資源,很難直接用作現代工業燃料。生物質在技術的革新下發生了哪些變化? 耐火磚 化石與非
      耐火磚

             生物質作為人類利用最早的能源之一,盡管清潔且周而復生取之不盡,但屬于低品質碳氫資源,很難直接用作現代工業燃料。生物質在技術的革新下發生了哪些變化?耐火磚
       
        化石與非化石燃料:短期依賴、長期替代
       
        當前,能源已經進入快速轉型期,可再生能源迎來發展機遇。
       
        上個月召開的“第六屆太平洋能源峰會”上,中國能源研究會常務副理事長周大地透露:“化石能源在未來二三十年仍然發揮重要作用,但面臨很多威脅。我們的確有了替代能源的可能性,能源供給和替代可以解決。”
       
        德國與法國,已經在今年5月發表聯合聲明,表示將努力結束化石燃料污染,并實現全球經濟去碳化。今年12月 ,聯合國氣候變化大會將于巴黎召開,巴黎氣候協議發出的一個明確信號,就是去碳化的步伐和規模將擴大。耐火泥
       
        美國國家情報委員會原總監、全美亞洲研究局理事會理事丹尼斯?布萊爾強調:“從全球角度看,東亞是可再生能源最大的市場。從長遠看,化石能源與非化石能源的關系一定是短期依賴、長期替代。”
       
        業內人士指出,工業革命的生命是各種窯爐和機器內部1300以上的高溫過程,而這些高溫過程需要高品質、高效率的化石碳氫燃料提供高能維持。相對于有限的化石燃料資源,生物質作為地表的綠色碳氫資源,則是取之不盡的,在碳氫資源方面具備替代化石能源的物質條件。
       
        但是,僅和煤相比,生物質的碳氫含量比煤低30%,能量低30%,幾何尺寸大,儲運和使用困難,生物質燃料的燃燒溫度,也遠遠達不到工業高溫生產的需求和效率競爭要求。
       
        據介紹,生物質能源利用很廣,壓縮成型固體燃料、沼氣、熱裂解生產生物柴油等都是其存在形式。國家能源局印發的《生物質發展“十二五”規劃》提出,到2015年我國生物質能年利用量應超過5000萬噸標煤。然而,截至2014年,我國生物質能實際利用量僅為3000萬噸左右標煤。
       
        那么生物質能是否能改變燃料品質、成本和生產規模無法與化石能源相抗衡的局面,在清潔生產和綠色化工方面有所突破呢?生物質碳氫替代化石碳氫能源和材料的技術和裝備又有怎樣的發展?
       
        生物質能源品質大革命:微米燃料達到工業燃料溫度
       
        生物質資源絕大多數是以纖維的形式存在。記者了解到,目前世界上仍有糧食短缺問題,為保障糧食安全,以油糧(淀粉和糖)為原料的生物柴油和生物乙醇生產國內外已不提倡,生物質能源主要需要利用纖維形式的生物質材料。
       
        1880年,美國人發明了生物質成型燃料,1930年開始應用。但是,將生物質燃料擠壓成結實塊狀,氧氣更不易和燃料分子接觸反應,燃燒速率慢,燃燒溫度低。生物質成型燃料違背了氣相燃燒化學反應原理。所以長期以來,國外采用各種先進的方法開發利用,仍不能在工業能源領域廣泛采用。除了儲運、使用有一定進步以外,與工業能源市場要求還相差很遠。
       
        溫度,一直以來是生物質燃料直接燃燒的指標瓶頸,怎樣才能突破?
       
        華中科技大學打破生物質固體燃料利用的框架,發明了“微米燃料”。該成果的科研團隊帶頭人肖波教授向記者介紹,微米燃料,就是運用糧倉粉塵爆炸高能燃燒的原理,將生物質纖維材料制備成為具備粉塵爆炸高能燃燒能力的、粒徑在250微米以下的粉末。2003年,將生物質微米化后,燃燒溫度已經可以達到1221度,現在已經達到1452度,可以在廣泛的工業領域用作工業燃料。
       
        記者了解到,肖波帶領的團隊從2002年開始致力于相關技術的研究,并進入工業使用階段。目前的研究成果主要包括:將生物質纖維材料低成本制備成微米燃料的技術和裝備;生物質微米燃料的輸送和高溫燃燒技術;生物質微米燃料制備高品質燃氣和合成氣的氣化技術。
       
        生物質燃料微米化后的生物質能源品質得到革命性的提高,徹底改變了生物質固體燃料的命運。清華大學姚可夫教授指出:“生物質微米化能源打破了長期以來的生物質燃料品質低和化石燃料資源少、污染大的矛盾局面,可望在不遠的將來使我國材料工業生產領域擺脫完全依賴化石燃料的局面。”
       
        清華大學周懷春教授還指出:“通過將蓬松且難以儲運和運輸的生物質材料通過微米化,體積近百倍減容,自然堆積質量密度可以達到每立方米300千克,從根本上改變了其儲運特性。”
       
        另外,采用微米燃料間接加熱垃圾、有機污泥、生物質等低品位的環境碳氫資源氣化,可以獲得熱值相當于工業煤氣品質的燃氣,這種品質的燃氣廣泛用于工業燃氣和城市燃氣,可為國家節約絕大部分天然氣。肖波告訴記者,生物質微米燃料在礦石冶煉中也是可行的。耐火澆注料
       
        裝備對燃料特性依賴:新能源使舊能源裝備過時
       
        裝備往往依賴燃料特性,因此,新能源可以讓舊能源的裝備過時。
       
        生物質微米化后的燃料特性和品質發生了本質變化,可以聯動開發很多清潔生產方法和裝備,帶來一系列的工業生產方法的革命。周懷春表示:“可以預見,生物質微米燃料的誕生,將對能源方式與裝備、重工業生產方式和裝備、化工生產和裝備等方面產生重大變革。”
       
        另外,對生物質能源的質疑,似乎也一直沒有斷過,有言論籠統地稱生物質能源“經濟的不環保,環保的不經濟”,果真是這樣嗎?
       
        記者了解到,肖波帶領的團隊開發了生物質微米燃料高效鍋爐,已成功解決了傳統爐排鍋爐存在的問題。目前,在武漢江城鍋爐公司已完成了每小時4蒸噸的天然氣鍋爐與微米燃料器組裝和生產調試,確定了最佳風量和微米燃料供料速度,燃料爐膛最高燃料溫度可以達到1452度,從點火到蒸汽產出只需要25分鐘,產氣快,壓力高,燃料效率高,同時對鍋爐管的煙塵沉積進行測試,煙塵在鍋爐水管中無沉積現象。
       
        肖波向記者介紹,生物質微米燃料的直接加工成本在200元/噸左右,燃燒效率達到97%。生物質經過微米化以后,在使用時為流態化燃料,和天然氣一樣是懸浮氣態燃燒,這種固體天然氣燃料徹底擺脫了固體燃料層燃的老框框,因此,生物質微米燃料鍋爐熱效率,可以和天然氣鍋爐一樣達到90%以上。另外,生物質微米可將鍋爐煙氣粉塵排量控制在每立方米30毫克以下。他向記者算了一筆賬:每噸生物質微米燃料(熱值3800大卡/公斤)可以生產蒸汽6噸,每噸蒸汽生產總成本為160元,這與煤相當,但比天然氣減少30%,也比生物質成型燃料減少25%。
       
        此外,生物質微米化高溫技術的另一個優勢是,在1400度高溫下,焦油和殘留碳末在爐膛內也瞬間完成燃燒,燃燒尾氣無焦油和碳末。燃燒灰分為白色,它們是生物質生產過程中所吸收的氧化鈣和氧化硅等不可燃燒的無機物,不產生霧霾污染物,排煙黑度為零。
       
        采用生物質微米燃料及其高效鍋爐,比塊煤工業鍋爐能源效率提高30%。如果我國全部采用生物質微米燃料鍋爐,每年可減少能源消耗2億噸標煤,每年節約能源的直接經濟效益2億元以上。還可減少約每年7億噸標煤的化石燃料消耗,年利用生物質10億噸以上,這樣也能消除秸稈焚燒以及傳統鍋爐的污染問題,并形成我國具有自主知識產權的工業鍋爐裝備系統。
       
        低成本、高品質的微米燃料可解決燃煤污染、采用天然氣成本高氣源不夠、秸稈焚燒產生霧霾等老大難問題,卻在大面積推廣應用時遇到困難。
       
        肖波介紹說:“通過科學技術的進步,生物質直接燃燒的溫度目前達到了1452度,實際上可提高到1500度以上,通過預熱空氣燃燒,溫度還可提高到1900度以上,基本上可以覆蓋各種工業固體燃料的要求。只要國家組織生產足夠多的生物質微米燃料,使生物質原料象煤炭資源一樣便宜易得,我們國家就可以逐步將煤炭資源保存起來,作為化工原料資源,同時提前完成碳減排的國際承諾。但是,當前生物質與具有龐大國家基礎能源設施的化石燃料相比,不是平等競爭,所以后續使用需要國家大量財政補貼。如果國家建立了像化石燃料一樣的生物質能源基礎設施,生物質能源也能和化石燃料一樣,在使用時不需要國家后續補貼。而且,生物質燃料基礎設施投資,比化石燃料的基礎設施投資,要少50%以上。”


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