生物燃料的優勢范文
前言：我們精心挑選了數篇優質生物燃料的優勢文章，供您閱讀參考。期待這些文章能為您帶來啟發，助您在寫作的道路上更上一層樓。
第1篇
[中圖分類號]F124.5 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0461（2014）02-0051-05
一、引 言
廢棄食用油生物燃料化已成為現實中極為關注而理論上亟待解決的問題。當前學術界著力從目標規劃、法規管制等視角研究這一問題，主要涉及回收體系重構以及餐廚廢棄物管理，而較少關注廢棄食用油回收模式的選擇，實質上，不同的回收模式意味著生物燃料企業、回收商與餐館的資源承諾及風險水平是迥異的，進一步影響了各利益相關者的收益及運營決策，因而研究廢棄食用油生物燃料化的回收模式具有一定的理論與現實意義。
為推進餐廚廢棄物資源化利用，國家發展改革委、財政部、住房城鄉建設部聯合印發了《關于同意北京市朝陽區等33個城市（區）餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點實施方案并確定為試點城市（區）的通知》（以下簡稱《通知》），批復了北京市朝陽區等33個城市（區）的實施方案并確定為試點城市（區）；隨后中央政府印發了《關于印發循環經濟發展專項資金支持餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點城市建設實施方案的通知》（發改辦環資〔2011〕1111號），給予6.3億元循環經濟專項資金支持，并提出支持餐廚試點工作的具體支持內容、支持方式和實施程序等。在33個廢棄食用油資源化試點城市中，大體形成蘇州、寧波、蘭州三種，另有其它類型的回收模式，尤以南京市為代表，本文將其稱之為南京模式。通過比較典型的回收模式將有助于政府調整餐廚廢棄物管理的政策，推進廢棄食用油生物燃料化。
二、文獻述評
涉及廢棄物回收模式的研究多以家電或電子產品為分析對象，側重于：
第一，逆向物流回收模式選擇及評價。相關研究一般將回收模式分為第三方負責回收、零售商負責回收、生產商負責回收三種，建立模型比較不同模式下回收主體利潤、回收率等指標。例如姚衛新（2004） 通過博弈模型及仿真研究，指出較之于其他兩種模式，第三方回收模式中制造商和零售商的利潤均為最小；Savaskan等（2004，2006）研究了制造商和零售商在再制造閉環供應鏈中如何決策以及制造商如何選擇回收渠道的問題，通過比較各個回收模式的批發價、零售價、回收率和整個渠道的利潤評價每個渠道的優劣。劉曉峰（2007）將網絡分析法應用于物流回收模式選擇評價，從經濟、社會及技術三個主要方面提出了基于網絡分析法（ ANP） 的評價選擇模型。同樣是分析三種模式，徐兵，吳明（2012）構建了一主兩從博弈結構的兩層規劃模型，并通過模型分析最優直銷價、零售價和回收再制造率決策，研究表明，生產商負責回收時的回收再制造率最高。
區別于以上學者的研究，吳容，江瑋璠（2010）將回收模式分為私人簡單回收模式、生產商負責回收模式、生產商聯合體負責回收模式、第三方負責回收模式四類，建立了一套評價指標體系，采用數據包絡分析方法對四種回收模式進行選擇，數值仿真驗證了該方法的有效性與可行性。針對報廢汽車的回收，賀政綱（2013）將模式分為消費者自行送至回收拆解中心、制造商回收、銷售商回收、第三方回收等幾種，結論同姚衛新、徐兵等人的研究相反，即應當采用基于第三方回收企業為主體，其他回收主體相結合的回收模式。
另有少數學者如王莉，劉應宗（2009）分析了我國餐廚垃圾回收模式存在的問題，研究認為建立完善的餐廚垃圾回收體系是實現餐廚垃圾資源化利用的前提。
第二，特定條件約束下的回收模式選擇研究。在生產商延伸責任（ EPR） 的約束下，產品的回收模式較傳統的回收模式有了根本性的改變，為此魏潔與李軍（2005）研究了生產商延伸責任約束下生產商負責回收（ MT），生產商聯合體負責回收（ PT） 和第三方負責回收（ TPT ）三種回收模式，通過建立數學模型和實例驗證對不同回收模式下的最優零售價和生產商利潤進行比較研究；由于生產商利潤在一定程度上依賴于需求函數或者需求是否具有確定性，因而考慮需求的影響可能有助于推進回收模式的選擇研究。基于此，劉羽欣與陳偉達（2008）對需求函數為非線性的不同回收模式下的產品最優價格和生產商最大利潤進行了比較分析；而郭軍華等（2012）以新產品及再制造產品的需求均為不確定為前提，分別建立了制造商回收、零售商回收及第三方回收三種不同回收模式下的再制造閉環供應鏈模型，并給出求解的優化條件，結果表明：制造商主導的再制造閉環供應鏈中，第三方回收模式下制造商利潤最高；制造商回收模式下新產品及再制造產品的零售價均最低。部分學者分析了市場結構或市場力量約束下逆向供應鏈回收模式選擇問題，如Choi（1996）與Seong（2003）考慮了制造商領導的Stackelberg 博弈、零售商領導的Stackelberg博弈、制造商和零售商N ash 均衡博弈三種市場結構；而易余胤（2009）則考慮制造商領導、零售商領導以及市場無領導者三種力量結構下具競爭零售商的再制造閉環供應鏈博弈模型，結果表明，從環保的角度看，制造商領導的市場結構更優，但消費者和整個行業偏好零售商領導的市場結構。
政府的監控及補貼對于不同回收模式下各博弈方收益的影響也引起學者的極大關注。例如，周永圣，汪壽陽（2010）考慮了政府監控下的三種回收模式，研究表明：當零售商負責回收處理退役產品時，生產商將會設定退役產品的單位回收激勵價格等于政府給他的單位懲罰價格；當生產商委托第三方物流回收處理退役產品時，生產商為使其利潤達到最大，將設定退役產品的單位回收激勵價格等于單位懲罰價格與單位回收成本之和的一半。王文賓，達慶利（2008，2010）以電子類產品的回收作為研究對象，將政府的獎懲機制作為約束條件，博弈模型及數值仿真結果表明，獎懲機制下逆向供應鏈的回收率提高；獎懲機制下回收商的利潤大于無獎懲機制情形的利潤，回收商的積極性提高；適中的目標回收率水平和較大的獎懲力度搭配能夠增加制造商的利潤，提高制造商的積極性；獎懲機制下廢舊產品的回購價提高，新產品的銷售價降低。
綜上可見，相關文獻針對廢棄物再制造或資源化回收模式問題進行了大量、有益的探索，但仍存在以下缺憾：①從研究對象來看，大量的研究集中于廢舊家電的再制造問題，對于餐廚廢棄物的回收模式選擇研究極為匱乏；②現有的餐廚廢棄物的回收尚未能考慮回收模式在不同試點城市的差異性。實質上，不同的模式如蘇州模式、寧波模式、蘭州模式以及多數城市采取的回收模式，制造商與回收商的資源承諾、市場力量、決策先后順序可能存在差異，進一步影響各利益相關者的收益，因而研究主要試點城市的廢棄食用油回收模式，在一定程度上彌補了以上研究的缺憾。
三、廢棄食用油生物燃料化的回收模式比較
廢棄食用油生物燃料化過程中，原料回收主要包括蘇州模式、寧波模式、蘭州模式及南京模式，其中蘇州模式運營良好，但仍有待改進之處；南京模式在一定程度上代表了國內多數城市的廢棄食用油回收，從企業運營的實踐來看，相當一部分生物燃料企業因高成本或者原料供應中斷而虧損。具體回收模式分析如下：
（一）蘇州模式
蘇州模式的特點在于收儲運一體化，即并不存在獨立的回收商，而由生物燃料企業（或資源化處理企業）將市場上的回收小販納為企業員工，上門回收（見圖1）：
總體來看，蘇州模式具有以下特征：①以行政管制減小非法生產廠商獲得原料供應的可能性。在原料供應階段，蘇州政府采取沒收黑車與截獲廢棄食用油并舉的方式打擊非法生產廠商，減少餐飲業的廢棄食用油流向源頭，在一定程度上致使餐館主動與生物燃料企業或資源化企業聯系。②以技術管制穩定原料供應與提高企業生產水平。目前生物燃料企業一般給予收購廢棄食用油的小槽罐車或卡車配置GPS定位系統，如車輛偏離設定路線，公司將展開調查；而如果員工私自出售泔腳、地溝油，將被開除。公司的生產過程由視頻攝像頭監控，直接連通蘇州市環境衛生管理處監控中心。技術管制還體現為回收車車載稱重系統的裝置，能夠有效地記錄進入回收車廢棄食用油的數據，當餐館的廢油異常減少時，相關部門將著手調查。此外，生物燃料企業生產過程中的技術標準設定也是技術管制的一種體現，比如對于廢水、廢渣的要求。③以成本最小化來激勵生物燃料企業。蘇州模式下，生物燃料企業將收運隊伍內部化，即采用招聘等方式吸納收運人員為企業內部員工，這可以減少企業與餐館的交易成本；同時考慮到收運成本高昂，蘇州政府給予生物燃料企業補貼，補貼價位每噸118.8元。④以獎勵與零收費制度規范餐館。按照中央政府的相關政策，餐飲業將餐廚垃圾交給政府，應上繳垃圾處理費。倘若私下賣給非法生產廠商，則餐館可以獲取贏利。蘇州則制定政策強制餐館免費將廢棄食用油交予資源化企業，為彌補餐館的收益，則給予其相應的獎勵。
盡管蘇州模式有效地推進了廢棄食用油生物燃料化，但是仍然存在如下不足：①缺乏嚴厲懲罰機制導致仍有部分廢棄食用油去向不明，生物燃料企業的原料供應仍然不足。嚴厲的懲罰機制包括數額巨大的罰款，酒店評級與廢棄食用油回收掛鉤等。②缺少更為實效的餐館反哺機制。當前針對餐館的激勵限于數額不多的獎勵，蘇州政府正醞釀更為實效的天然氣反哺機制，及按照廢棄食用油的供應量返還餐館相應比例的天然氣。③缺少產業鏈末端的生物燃料銷售激勵機制。由于銷售終端激勵機制缺乏，導致生物燃料產成品銷售不暢。這些激勵機制具體包括強制銷售、給予消費者以稅收優惠等。
（二）南京模式
南京模式為回收商與生物燃料企業分離的模式。該模式下回收商多受生物燃料企業的委托，建立回收網絡，配置回收人員；而生物燃料企業并不直接參與廢棄食用油的回收。南京的模式優點在于第三方回收商可以利用自身的技術與網絡優勢，提供專業化的服務；并能夠降低生物燃料企業的回收搜尋成本。然而，較之于蘇州模式，南京模式存在以下缺陷：①生物燃料企業及回收商之間的信息不對稱導致前者收購成本可能上升。由于生物燃料企業與餐館并不是直接接觸，回收商可能隱匿回收真實原料供應價格信息。②回收商可能隱瞞生物燃料企業將廢棄食用油售予非法生產廠商。由于信息的不對稱，且可能存在的監管不力，導致回收商將廢棄食用油私下售予非法生產廠商而獲利，進一步加劇了生物燃料企業的原料供應短缺。③部分地區回收與資源化處理量均與補貼掛鉤導致回收產品的質量下降。政府適度補貼對于降低生物燃料企業的成本，穩定原料供應極為必要。但是具體實施過程中部分地方政府對回收商與資源化處理企業均給予補貼，且前者的補貼程度依據回收的餐廚廢棄物量；而后者則依據處理的餐廚廢棄物量，其后果是回收商為提高餐廚廢棄物重量而增加補貼，嚴重影響了原料供應的質量（見圖2）。
（三）寧波模式
寧波模式與蘇州模式有相似之處，即生物燃料企業上門回收，不存在第三方物流回收。其主要特點為“政府引導、法制管理、集中收運、專業處置、社會參與、市場化運作”，具體體現為：①運用市場化機制遴選有資質生物燃料企業。寧波市通過公開招標遴選三家廢棄油脂處理企業，提高了中標企業的技術門檻。②政府提供回收運輸工具，即政府出資購買餐廚垃圾回收專用車，租給回收企業使用。③負責管理收運工作的職能部門職責清晰。寧波模式運營過程中，收運工作由各區環衛部門負責組織。④餐館繳納適當的運費。為爭取餐館的配合與支持，政府規定免收餐廚垃圾處理費、免費提供專用垃圾桶，以遠低于成本的價格收取運費（見圖3）。
顯然，由于遴選的企業具有一定的技術水平，且不存在第三方回收商，寧波模式減少了回收的成本，專業化處理餐廚垃圾能力較強；而生物燃料企業的寡頭壟斷地位也決定了其在市場決策中的話語權。但是較之于蘇州模式，寧波模式的缺陷也較為明顯，即缺乏技術管制及對餐館的激勵機制。蘇州模式中，每個餐廚回收車均安裝有GPS定位系統、車載稱重系統，可以有效監控廢棄食用油流向，這一點是寧波模式不具備的。與此同時，蘇州模式中，餐館不需繳納餐廚垃圾處理費與運費，甚至在未來可能獲得天然氣作為激勵。而寧波模式中，餐館仍需繳納一定的運費，進而降低了生物燃料企業獲取原料的可能性。
（四）蘭州模式
蘭州模式區別于其他幾種模式之處主要在于政府將餐廚廢棄物資源化處理視為特許經營項目，以BOT方式授予甘肅馳奈能源有限公司特許經營權，由該公司負責投資建設餐廚廢棄物資源化處理項目（見圖4）。其特點主要包括：①產業鏈上游政府實施嚴格行政管制與技術管制政策。政府嚴厲打擊非法回收商及非法收運餐廚廢棄物，并以企業通過年審作為與生物燃料企業簽約的必要條件。針對技術管制，蘭州模式同樣在餐廚垃圾收運車里安裝GPS定位系統與通信系統，與工廠調度中心聯網。②通過與研究機構合作、中外合作推進企業的技術創新能力與創新產出。為提升企業生產技術水平，甘肅省科學院、甘肅馳奈生物能源系統有限公司聯合組建了蘭州市生物質能工程技術中心，建立微生物領域研究平臺；重點開展了城市餐廚廢棄物資源化利用、無害化處理的工藝設計和系統集成及關鍵設備的研發工作。與此同時，與歐洲生物質能研究機構簽訂了技術研發合作協議，圍繞生物質能關鍵技術研發、工藝開展聯合。目前公司在餐廚廢棄物處理設備方面已取得23項國家實用新型專利證書，為餐廚廢棄物處理環保設備制造和應用推廣奠定了技術基礎。③BOT的市場化運作模式理論上有效激勵了生物燃料企業。BOT模式下，生物燃料企業在特許期內負責項目設計、融資、建設和運營，并收回成本、償還債務、賺取利潤，特許期結束后將項目的所有權交予政府。由于政府承諾給予餐廚廢棄物處理以補貼，理論上這種模式可以減少生物燃料運營成本，激勵生產。
與理論上相對應的是，該模式實際運營舉步維艱，政府補貼未能有效落實導致生物燃料企業收購成本增加；政府著力于對非法回收商管制及運輸階段的技術管制，而忽視建立針對產業鏈源頭餐館的嚴格懲罰機制。在政府要求餐館上繳垃圾處理費的情境下，缺乏激勵機制的餐館必然將部分餐廚廢棄物私下售予非法生產廠商以獲利，進而導致生物燃料原料供應嚴重匱乏，回收率低下。
進一步地，從回收成本、回收效率、專業化程度、技術支持與管制、對餐館的反哺機制幾個維度比較四種回收模式，顯然較有競爭力的為蘇州模式與南京模式，但由于南京模式不具備技術支持與管制，對餐館也缺乏反哺機制，因而是次優模式的選擇（見表1）。
第2篇
近期，筆者跟隨調研組對某市水煤漿試點和生物質能顆粒燃料開展了調研工作，了解了上述清潔能源的生產、銷售、使用情況，采集了有關數據資料，分析了相關問題，形成了推行清潔能源，淘汰落后鍋爐，從源頭上控制污染物排放，提高空氣質量，改善大氣環境的一些建議。
一、水煤漿的特點、優勢，以及推廣應用存在的問題
（一）水煤漿的特點
水煤漿是一種相對經濟、潔凈、可替代石油和天然氣的煤基液體燃料，它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有象石油一樣的流動性和穩定性，在運輸、儲存、泵送、燃燒等方面都與石油相近。
（二）水煤漿的優勢
1、在節能方面的優勢
水煤漿鍋爐比普通的燃煤鍋爐燃燒效率高，可從80%左右提高到95%以上，熱效率也可從65%提高到85%以上。水煤漿鍋爐與燃煤鍋爐相比，綜合節能率約15%。
2、在環保方面的優勢
一是制作優質水煤漿必須選用較好的煤，在原產地經過精洗剔除雜質后運出，原料煤的含硫率和灰份低，可以從源頭上減少SO2等污染物的排放。二是水煤漿鍋爐采用噴射燃燒等先進工藝，煤漿燃燒較充分，煙氣排放能夠達到或優于國家規定的二類地區第二時段排放標準。與燒煤和重油相比，各種污染物排放濃度有較大幅度的降低。如果企業采用國家Ⅰ級標準的水煤漿，可不安裝脫硫設施就能保證SO2的達標排放。三是相對燃煤而言，可以大大減少倉儲、運輸和燃燒過程中的揚塵，凈化周邊環境，減少堆煤場，節約用地。
3、在經濟效益方面的優勢
水煤漿鍋爐與重油或柴油鍋爐相比，燃料成本可節約30～50%。
（三）推廣應用水煤漿存在的問題
1、水煤漿鍋爐的建設成本較高。例如，我市上xxx印刷有限公司1臺2噸的水煤漿鍋爐，建設費用約100萬，而普通的2噸燃煤或燃油鍋爐建設費用約30～40萬，包括安裝環保設施。企業原有的燃煤或燃油鍋爐不能直接改造成水煤漿鍋爐，必須拆除原鍋爐后重新建設，所以初期投資成本較高。
2、與燃煤鍋爐相比，水煤漿鍋爐燃料成本提高15～20%。
3、與傳統鍋爐相比，水煤漿鍋爐燃燒技術相對復雜，維護要求較高。水煤漿鍋爐的噴孔、點火電極、磁棒、爐膛等部位需要經常清洗、除灰。
4、某些試點單位鍋爐排放的污染物濃度仍然偏高。最近采集的監測數據顯示，某試點企業20噸鍋爐SO2的排放濃度平均約500 mg/m3，而按照總量減排的要求，須達到350 mg/m3以下。所以20噸以上鍋爐還須上脫硫設施，企業可能難以接受，推廣較困難。
二、生物質能顆粒燃料的特點、優勢，以及推廣應用存在的問題
（一）生物質能顆粒燃料的特點
生物質能顆粒燃料是在燃燒應用上的一項科研成果。它是利用秸稈、水稻稈、薪材、木屑、花生殼、瓜子殼、苜蓿草、樹皮等廢棄的農作物和工業廢物，經粉碎―混合―擠壓―烘干等工藝，最后制成顆粒狀燃料，生產過程不需添加助燃物質。
（二）生物質能顆粒燃料的優勢
生物質能顆粒燃料是潔凈燃燒技術發展的一次突破，其原料本身含硫量極低。它采用先進的氣化燃燒方式，具有高效的燃燒效率，能將不完全燃燒熱損失和化學未完全燃燒熱損失降到較低，并且無需處理就可實現煙氣、氮氧化物、二氧化硫等污染物的達標排放。據測算，每燃燒1萬噸生物質能顆粒燃料可替代燃煤0.8萬噸，減少SO2排放150噸，煙塵排放80噸。生物質能鍋爐是替代燃油、燃煤鍋爐的選擇之一，運行成本也比燃油、燃氣鍋爐低。
調研組也對部分試點企業的0.7噸生物質能鍋爐進行了考察和監測，監測結果初步表明，這種鍋爐在無須另行治理的情況下，煙氣排放達標，煙塵、二氧化硫、氮氧化物等污染物排放濃度明顯較低。
（三）推廣應用生物質能顆粒燃料存在的問題
1、對生物質能顆粒燃料認識不足。由于生物質能顆粒燃料在我市是一個新興的清潔燃料行業，大多數人對生物質能顆粒產品具有高能、環保、使用方便的特性認識不夠，許多用能單位根本就不知道有生物質能顆粒產品。
2、原材料供應尚未普及。生產生物質能燃料的原材料主要是秸稈、水稻稈、薪材、木屑、花生殼、瓜子殼等廢棄的農作物和工業廢物。珠三角地區廢棄的農作物比我國北方少，木屑、鋸末等工業廢物的產生量雖然不少，但絕大部分已被利用為生產鋸末板或刨花板等家具板材。
3、成本價格偏高。生物質能顆粒燃料成本約1000元/噸，市場價格約1200元/噸，比優質煤高出30%以上。
三、結論和建議
推廣應用水煤漿和生物質能顆粒燃料能夠優化我市的能源結構，可從燃料源頭確保鍋爐煙氣達標排放，是整治黑煙囪的有效手段之一，是替代煤、油等燃料的較佳選擇。
建議：1、環保監管部門對新、改、擴建鍋爐在環評審批時強制使用水煤漿、生物質能顆粒燃料等清潔能源鍋爐，其中2噸以上的推薦使用水煤漿鍋爐，2噸以下的推薦使用生物質能顆粒燃料鍋爐；2、對高速公路和主干道路兩旁的燃煤燃油鍋爐以行政手段推行改造，用水煤漿或生物質能顆粒燃料鍋爐逐步替代現有鍋爐。
四、措施
綜合分析調研情況，調研組提出以下保障措施，以確保水煤漿和生物質能顆粒燃料有序推廣應用。
（一）質監、工商等部門加強監管，確保水煤漿生產、銷售企業給用戶穩定提供優質的水煤漿，水煤漿的標準必須符合《水煤漿技術條件國家標準》中的Ⅰ級標準。
（二）由政府培育幾家水煤漿生產企業和生物質能顆粒燃料生產經銷企業，形成規范有序的市場競爭環境，減輕市場壟斷程度，保障燃料的充足供應。
（三）綜合運用經濟手段、法律手段和行政手段推廣應用天然氣、輕柴油、水煤漿、生物質能顆粒燃料等清潔燃料。一是落實已制定的財政資金補助措施，并增加對生物質能鍋爐和其它清潔能源鍋爐的改造補貼；二是對現有冒黑煙企業限期治理，治理措施推薦使用水煤漿或其它清潔能源鍋爐；三是以實施《珠江三角清潔空氣行動計劃》為契機，由政府相關部門聯手，出臺相關政策文件，用行政手段強制推行使用天然氣、輕柴油、水煤漿、生物質能顆粒燃料等多樣性清潔燃料，從根本上減少大氣污染物排，改善城市空氣質量。
（四）組織有關部門對水煤漿用煤產地和生物質能顆粒燃料鍋爐生產企業進一步考察，掌握水煤漿和生物質能顆粒燃料的原料來源、生產、供應、環境與經濟效益等情況。
第3篇
關鍵詞:生物質,成型燃料,熱水鍋爐,節能研究,經濟評價
概述
能源是推動經濟增長的基本動力[1],能源節約則是促進能源發展的重點。生物質能源具有來源廣泛,成本低廉、用能清潔等特點,特別適合于擁有豐富生物質資源的中國,通過發展生物質能源打造節能新亮點前景可觀。
我國從20世紀80年代引進螺旋推進式秸稈成型機以后[2],生物質壓縮成型技術已經發展得比較成熟,但是,相應的專用生物質成型燃料燃燒設備的發展相對滯后。為燃用生物質成型燃料,出現盲目將原有的燃煤燃燒設備改為生物質成型燃料燃燒設備的現象,致使鍋爐燃燒效率及熱效率較低,污染物排放超標。燃燒設備成為生物質能源發展鏈的薄弱環節。因此,根據生物質成型燃料燃燒特性設計合理的生物質成型燃料燃燒專用設備,對能源節約有著重要的意義。
生物質成型燃料熱水鍋爐作為燃用生物質燃料的主要設備之一,直接燃燒固體生物質顆粒燃料,主要用于家庭、賓館、酒店、學校、醫院等場所的熱水、洗浴和取暖。由于燃料為生物質燃料且結構合理,此類鍋爐基本達到無煙化完全燃燒的效果,排放達到環保要求,具有較好的經濟、社會和環境效益。
1、生物質成型燃料
1.1生物質成型燃料的元素特性
生物質成型燃料是指通過生物質壓縮成型技術將秸稈、稻殼、鋸末、木屑等農作物廢棄物加工成具有一定形狀、密度較大的固體成型燃料。
生物質原料經擠壓成型后,密度可達1.1~1.4噸/立方米,能量密度與中質煤相當,而且便于運輸和貯存。在壓縮過程中以物理變化為主,其元素組成及微觀結構與原生物質基本相同。各種生物質成型燃料中碳含量集中在35%~42%,氫含量較低,為3.82% ~5%,而氮含量不到1%,硫的含量不到0.2%,因此,造成的污染程度極低。生物質成型燃料的揮發分均在60% ～70%,因此在設計燃燒設備時應重點考慮揮發分的問題[3]。
1.2生物質成型燃料的燃燒特性
生物質成型燃料經高壓形成后,密度遠大于原生物質,燃燒相對穩定。雖然點火溫度有所升高,點火性能變差,但比煤的點火性能好。由于生物質成型燃料是經過高壓而形成的塊狀燃料,其結構與組織特征就決定了揮發分的逸出速度與傳熱速度都大大降低,但與煤相比顯得更為容易[4,5]。因此,生物質成型燃料的揮發分特性指數大于煤的,其燃燒特性指數較煤的大。燃燒速度適中,能夠使揮發分放出的熱量及時傳遞給受熱面,使排煙熱損失降低;同時揮發分燃燒所需的氧與外界擴散的氧很好的匹配,燃燒波浪較小,減少了固體與排煙熱損失[6]。
2、生物質成型燃料熱水爐
2.1 生物質成型燃料熱水爐的結構
目前我國擁有多種型號生物質成型燃料熱水鍋爐,按燃料品種可分為木質顆粒鍋爐和秸稈顆粒鍋爐,按應用場合可分為家用型和商用型。下吸式固定雙層爐排熱水爐是應用較廣的一種結構形式,其充分考慮生物質燃料燃燒特性,由爐門、爐排、爐膛、受熱面、風室、降塵室、爐墻、排汽管、煙道、煙囪等主要部分組成,結構布置如圖1所示[7]。
1.水冷爐排 2.上爐門 3.出灰口 4.爐膛 5.風室 6.高溫氣流出口 7.降塵室 8.后置鍋筒
9.排污口10.進水口 11.引風機 12.煙囪13.排氣管14.對流受熱面15.出水口
圖1下吸式固定雙層爐排熱水爐示意圖
2.2 生物質成型燃料熱水爐的工作過程
一定粒徑生物質成型燃料經上爐門加在爐排上,根據生物質容易著火的燃料特性,片刻就會燃燒起來,在引風機引導下進行下吸式燃燒;上爐排漏下的燃料屑和灰渣到下爐膛底部繼續燃燒并燃燼,然后經出灰口排出;燃料在上爐排上燃燒后形成的煙氣和部分可燃氣體透過燃料層、灰渣層進入下爐膛繼續燃燒,并與下爐排上燃料產生的煙氣一起經出高溫氣流出口流向后面的降塵室和對流受熱面,在充分熱交換后進入煙囪排向外界。
3、節能原理
由有關燃燒理論可知,保持燃料充分燃燒的必要條件為保持足夠的爐膛溫度,合適的空氣量及與燃料良好的混合、足夠的燃燒時間和空間。因此,本文將依據生物質成型燃料本身的特性,結合燃燒理論,針對鍋爐結構進行節能分析。
3.1 爐排及爐膛
生物質成型燃料熱水鍋爐采用雙層爐排結構,即在手燒爐排一定高度另加一道水冷卻的鋼管式爐排,其成彎管直接插入上方鍋筒中,這種設計一方面增大了水冷爐排吸熱面積,另一方面加快了爐排與鍋筒內回水的熱傳遞。
燃料燃燒采用下吸式燃燒方式。成型燃料由上爐門加在上爐排上進行預熱、燃燒,由于風機的引導,新燃料不會直接遇到高溫過熱煙氣,延緩了揮發分的集中析出,從而避免了爐膛溫度的波動,使燃燒趨于穩定;同時,揮發分必須通過高溫氧化層,與空氣充分混合,在焦炭顆粒間隙中進行著火燃燒;在完成一段燃燒過程后,上爐排形成的燃料屑和灰渣漏至下爐膛并繼續燃燒,直到燃燼。
采用雙層爐排,實現了秸稈成型燃料的分步燃燒,緩解秸稈燃燒速度,達到燃燒需氧與供氧的匹配,使秸稈成型燃料穩定持續完全燃燒,在提高燃料利用率的同時起到了消煙除塵作用。
3.2 輻射受熱面
早期的部分生物質成型燃料熱水鍋爐設計布置不夠合理,水冷爐排直接與水箱相連,使得爐膛溫度過高,特別是上爐膛,致使上爐門附近爐墻墻體過熱,增加了鍋爐的散熱損失。在不斷優化設計中,水箱被上下兩個鍋筒所代替,上鍋筒部分置于上爐膛上方,利用鍋筒里的水吸收燃料燃燒在上爐膛的熱量,從而增加輻射受熱面積,起到降低上爐膛溫度的目的,從而減少鍋爐的散熱損失,提高熱效率。
3.3 對流受熱面
生物質成型燃料熱水鍋爐的對流受熱面分為兩個部分:降塵對流受熱面和降溫受熱面。對流受熱面極易發生以下現象:高溫煙氣與鍋筒中的水換熱不均,從而引起熱水部分出現沸騰,增加鍋爐運行的不穩定因素;受整體外形約束,煙道長度設計偏短,導致煙氣與鍋筒里的水換熱不夠充分,使得排煙溫度過高,增加了鍋爐的排煙熱損失。為避免上述問題出現,降溫對流受熱面與降塵對流受熱面常常采取分開布置;降溫換熱面置于上鍋筒內,采用煙管并聯設計,增加煙氣與鍋筒中水的熱交換,降低排煙溫度,提高燃燒效率;降塵則利用鍋爐后部的下鍋筒及管路引起的煙氣通道面積的變化達到效果。
3.4 爐門設計
目前應用較多的爐門設計為雙爐門。上爐門常開,作為投燃料與供應空氣之用;下爐門用于清除灰渣及供給少量空氣,正常運行時微開,在清渣時打開;一方面保證了燃燒所需條件,另一方面減少了由于爐門多而造成的散熱損失。
4、技術經濟評價
4.1 技術評價
研究對象為生物質成型燃料熱水鍋爐,本文采用與目前應用最廣的燃煤鍋爐相比較的方法,來分析它們各自的優劣。評價針對鍋爐的節能環保性能,主要指標有熱效率、燃燒效率、出水量和污染物的排放量(主要是排煙處的NOx、CO、SO2和灰塵的含量),并與國家相關標準比較。
生物質成型燃料熱水鍋爐與燃煤鍋爐的性能指標比較如表1所示[8,9]。
從表1中的數據對比可知,生物質成型燃料熱水鍋爐在性能上具有一定優勢。節能方面,鍋爐熱效率和燃燒效率均高于傳統燃煤鍋爐,遠遠超過國家標準;廢氣排放方面,煙中NOx、CO、S O2及煙塵含量均低于燃煤鍋爐,符合使用清潔能源的要求。
4.2 經濟評價
經濟性評價以設備運行費用為指標,將生物質成型燃料熱水鍋爐與燃煤鍋爐、燃油鍋爐、天燃氣鍋爐、電鍋爐、空氣源熱水器進行比較。各熱水設備的效率及相應熱源(燃料)熱值、單價詳見表2。
運行費用計算公式如下:
(1)
以加熱1t水為基準,溫度從20℃升至90℃(溫升70℃),此時需要熱量70000kcal。根據式(1)求得各設備在此負荷下的運行費用列于表2,可知生物質成型燃料熱水鍋爐在運行費用上相對較低,但是就目前而言,其固定資產投入費較同類型的其它鍋爐設備要高。不過隨著化石能源價格的上漲和國家對環保的要求的提高,生物質成型燃料熱水鍋爐在經濟效益上將會越來越具有優勢。
通過技術經濟評價,生物質成型燃料熱水鍋爐在技術上是可行的,經濟上是合理的。該鍋爐用生物質成型塊做燃料,一方面為生物質廢料找到了有效的利用途徑,節約化石能源,另一方面染物排放量低于同類型的燃煤鍋爐,因此該鍋爐具有良好的社會和環保效益。
5、結論
(1)生物質成型燃料熱水鍋爐依據生物質成型燃料本身的特性,結合燃燒理論,在爐排及爐膛、輻射與對流受熱面、爐門等結構設計上充分挖掘節能潛力。鍋爐燃燒效率可達94.84%,熱效率為78.2%~81.25%。
(2)生物質成型燃料熱水鍋爐在技術性能上具有一定優勢。節能方面,鍋爐熱效率和燃燒效率均高于傳統燃煤鍋爐,遠遠超過國家標準;廢氣排放方面,煙中NOx、CO、SO2及煙塵含量均低于燃煤鍋爐,符合清潔能源的要求。
(3)生物質成型燃料熱水鍋爐在運行費用上較其它類型設備要低,盡管目前其固定資產投入費相對較高。隨著節能環保要求的提高,此類鍋爐在經濟效益上將會越來越具有優勢。
參考文獻:
[1]V.斯密爾,W.E.諾蘭德. 發展中國家的能源問題[M]. 北京:農業出版社,1983
[2] 劉勝勇,趙迎芳,張百良. 生物質成型燃料燃燒理論分析[J]. 能源研究與利用,2002(6):26-28
[3]陰秀麗,吳創之,娥等. 生物質氣化對減少CO2排放的作用[J]. 太陽能學報,2000,21(1):40-44
[4]馬孝琴. 生物質(秸稈)成型燃料燃燒動力特性及液壓秸稈成型及改進設計研究[D]. 鄭州:河南農業大學,2002
[5] 馬孝琴. 秸稈著火及燃燒特性的實驗研究[J]. 河南職業技術師范學院學報,2002,16(2):69-73
[6]孫學信. 燃煤鍋爐燃燒試驗技術與方法[M]. 北京:中國電力出版社,2002
[7]劉勝勇. 生物質(秸稈)成型燃料燃燒設備研制及實驗研究[D]. 鄭州:河南農業大學,2003:94-99
