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生物燃料的作用范文1
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.11.243
隨著人口的不斷增加，能源短缺的問題也日益暴露，尋找新的綠色能源已經迫在眉睫。生物燃料電池則是應用微生物或者酶作為催化劑，把燃料中的化學能轉化成電能，這種生物燃料電池原料易得，擁有非常高的能量轉化率，對環境產生的危害更小，可以廣泛的應用在很多行業之中。
1 生物燃料電池優勢
生物燃料電池和其他電池有著很大的不同，它主要是通過生物原料經過催化劑的催化從而生成氫離子，生成的氫離子又與空氣中的氧氣或者其他氧氣中的氧相結合從而生成電流[1]。以葡萄糖分子為例，完全氧化葡萄糖分子的過程中能夠讓24個電子生成電流，通過光合作用產生的葡萄糖在氧化過程中碳元素不會發生變化，更有利于對環境的保護。而且生物燃料電池的原料非常易得，可以是有機物、無機物還可以利用污水。相對于其他類型的電池，生物燃料電池在操作的時候只需要在一般的溫度和壓力的環境下操作就可以，因為生物電池的催化劑一般采用的是酶或微生物，所以不需要創造額外的環境和條件。此外，生物燃料電池還能夠通過和人體內的葡萄糖、氧氣相結合，幫助被移植在人體中的人造的器官產生電能。
2 工作原理與分類
2.1 微生物電池
微生物電池是將燃料放置在陽極室內，微生物不斷的發生代謝和氧化反應，在外電路的連接下電子達到陰極，而質子則是利用交換膜到達陰極，已經發生了氧化的物質受到催化劑的影響在陰極室發生氧化還原反應[2]。在最理想的操作狀態之下，每包含 0. 4 g 濕微生物細胞（相當于 0.1g干細胞） 的電池能夠輸出電壓0. 4 V輸出電流0. 6 mA。因為電子轉移形式的不同微生物燃料電池又被分為兩種，其中燃料在電極上直接發生氧化反應的是直接微生物電池，燃料在其他地方發生氧化反應并通過一些特定的途徑將電子傳遞在電極上的為間接微生物電池。
2.2 酶生物電池
微生物電池雖然在工作期間比較穩定，催化燃料的程度比較徹底，但是將化學能轉化為電能的轉化率可能會因為在傳輸過程中受到生物膜的影響而大大降低。但是酶生物電池就能夠克服這一問題。因為酶催化劑擁有非常高的濃度，在電能傳輸的過程中能夠不收到生物壁壘的影響，所以能夠輸出更多的電流和電壓。它的工作原理為，葡萄糖被氧化輔酶進行催化從而變化為葡萄糖酸，利用介質將產生的電子進行轉移，并由氫離子利用隔膜進行擴散。在陰極中獲得電子的過氧化氫經過催化劑催化和與氫離子進行反應，從而產成水。
3 研究現狀與應用
現在對生物燃料電池的研究還處于不斷探索的階段，生物燃料電池還存在著電能轉化和輸出效率低，使用的時間較短等問題[3]。有研究表明，科學家利用從菠菜葉葉綠體中分解出來的多種蛋白質放入特殊導電裝置進行電池的制作，但是這樣的電池使用壽命僅有21天，將光能轉化成電能的轉化率僅僅只有12%，但是電能的轉化了率可能會隨著科技的不斷發展，提高為 20% ，到那時這種生物燃料電池的能量轉換率就將超過太陽能硅電池，所以這項研究也吸引了很多的關注，相關的研究人員也在一直積極的探索者這種電池對環境變化的適應情況。可以預見生物燃料電池在很多領域都能得到應用。
3.1 交通運輸供能方式更換
現階段的交通運輸采用的能源主要是利用一些化石燃料燃燒所產生的能量，最主要的就是應用石油。但是化石燃料的燃燒會對環境產生極大的危害而且不便于攜帶儲存量較小。但是應用生物燃料電池，就能夠應用其他材料作為能源，有效的緩解化石燃料燃燒造成的不好影響，減輕相關的環境問題研究證實1L 濃縮的碳水化合物溶液可以驅動一輛車行駛 25～30km。
3.2 可植入的能量來源
生物燃料電池能夠在生物的身體內進行工作，而且產生電能所需要的氧和燃料能夠直接從生物體內獲得，應用在醫學中，能夠為移植在人體內的醫學裝置提供能量。比如說，葡萄糖生物傳感器就可以應用生物燃料電池，其中葡萄糖氧化酶為陽極，一個細胞色素 C 的最為陰極，為裝置提供電能。
3.3 污水處理
廢水也可以作為生物燃料電池原料的來源，產生電能。這樣一來不僅能夠獲得能源，同時也能將廢水中的有機化合物提出出去，對污水起到凈化的作用。有研究表明150000 人口的城鎮的廢水如果效率為100%的話甚至能夠產生2.3Mwof 的能量。
4 前景展望
生物燃料電池原料來源廣泛，操作方便的同時對環境的危害也很小，是一N新型的優質可再生的綠色能源。雖然現階段生物燃料電池還存在著不夠穩定，電能轉化率低等問題，但是隨著科技的不斷進步，生物燃料電池將被不斷的發展和完善，在今后的智能電網發電體系中發揮出重要的作用。同時還需要加強對材料穩定性、增加生物催化效率以及電子轉移等相關知識的研究，配合生物燃料電池的探究和開發。
5 結束語
生物燃料電池是一種新的能源，雖然對生物燃料電池的研究還處于初級階段，但是可以預見生物燃料電池未來會在污水處理、智能電網建設、交通、醫療等方面發揮出巨大的作用，對我們的生活和環境產生巨大的影響。
參考文獻：
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生物燃料的作用范文2
關鍵詞:環保;生物燃料電池;污水同步處理發電
收稿日期:2010-07-28
作者簡介:陳丁丁(1982―),男,江西武寧人,助理工程師,主要從事環境工程方面研究。
中圖分類號:Tk01
文獻標識碼:C
文章編號:1674-9944(2010)08-0207-03
1 引言
環保生物燃料電池并非剛剛出現的一項技術。1910年英國植物學家馬克•比特首次發現了細菌的培養液能夠產生電流,于是他用鉑作電極放進大腸桿菌和普通酵母菌培養液里,成功制造出了世界第一個微生物燃料電池。1984年美國制造了一種能在外太空使用的微生物燃料電池,使用的燃料為宇航員的尿液和活細菌,不過放電率極低。傳統的燃料電池是利用氫氣發電,但從來沒有嘗試使用富含有機物的污水來發電。環保生物燃料電池是一種特殊的燃料電池,以自然界的微生物或酶為催化劑,直接將燃料中的化學能轉化為電能。
2 環保生物燃料電池的工作原理
環保生物燃料電池(Microbial Fuel Cell MFC)是以微生物作為催化劑將碳水化合物中的化學能轉化為電能的裝置,由陽極區和陰極區組成,中間用質子交換膜(Proton Exchange Membrane,PEM)分開,如圖1所示。環保生物燃料電池的工作過程分為幾個步驟:在陽極區,微生物利用電極材料作為電子受體將有機底物氧化,這個過程要伴隨電子和質子(NADH)的釋放;釋放的電子在微生物作用下通過電子傳遞介質轉移到電極上;電子通過導線轉移到陰極區,同時,由NADH釋放出來的質子透過質子交換膜也到達陰極區;在陰極區,電子、質子和氧氣反應生成水,隨著陽極有機物的不斷氧化和陰極反應的持續進行,在外電路獲得持續的電流[1],其反應式如下:
陽極反應:
C.6H.12O.6 + 6H.2O 6CO.2 + 24H++24e-,
E.0=0.1014V
陰極反應:
6O.2+24H++24e-12H.2O,
E.0=1.123V
圖1 生物燃料電池結構示意圖
3 環保生物燃料電池的利用領域
3.1 廢水同步的處理與發電
3.1.1 單一槽設計
電池裝置和氫燃料電池有點相似,是一個圓柱形的樹脂玻璃密閉槽。微生物燃料電池是單一反應槽,里面裝有8條陽極石墨棒,圍繞著一個陰極棒,密閉槽中間以質子交換膜間隔。密閉槽外部以銅線組成的閉合電路,用作電子流通的路徑。當污水被注入反應槽后,細菌酶將污水中的有機物分解,在此過程中釋放出電子和質子。其中電子流向陽極,而質子則通過槽內的質子交換膜流向陰極,并在那里與空氣中的氧以及電子結合生成干凈的水。從而完成對污水的處理。與此同時,反應槽內正負極之間的電子交換產生了電壓,使該設備能夠給外部電路供電。單一反應槽是微生物燃料電池設計的創新。大部分燃料電池的設計以兩反應槽為主,分別為陽極槽和陰極槽,在陽極槽中以厭氧方式維持微生物生長;陰極槽中則需維持在有氧環境下,使電子與氧結合并且與質子形成水分子。而單一反應槽以質子交換膜連接兩槽,其功能不僅可分開兩槽水溶液,還可以避免氧氣擴散至另一槽內。兩槽式的電解槽,需以外力方式提供溶氧至陰極,而單一槽微生物燃料電池可以以連續注水方式將空氣帶入陰極,從而減少通氧設備的花費。在發電量方面,在實驗室里,該設備能產生72W的電流,可以驅動一個小風扇。雖然目前產生的電流不多,但該設備改進的空間很大。從提交發明報告到現在,已經把該燃料電池的發電能力提高到了350W,這一數值最終能達到500~1000W。技術成熟后,可以批量生產的微生物燃料電池的發電能力將獲得很大提高,可以產生500kw的穩定電流,大約是300戶家庭的用電量。
3.1.2 不間斷上流微生物燃料電池
華盛頓大學的研究人員日前稱,他們把利用廢水發電的微生物燃料電池技術又向前推進了一步。去年他們已研究出了這一利用廢水發電的新技術,現在,他們又把新技術的發電量比去年提高了10倍。如果利用這一技術能使發電量再提高10倍的話,食品和農業加工廠就有望能安裝這種設備用于發電,并能為附近居民提供清潔和可再生電能[2]。華盛頓大學環境工程學項目成員、化學工程助教拉思安晉南特博士在“環境科學技術”網站上介紹了這種不間斷上流微生物燃料電池(UMFC)的設計以及工作原理。同過去那些讓微生物在含有營養液的封閉系統中工作的實驗不同的是,安晉南特為微生物提供的是源源不斷的廢水。由于食品和農業加工中會不停排放廢水。因此,安晉南特的技術更容易在這些工廠得到應用。利用廢水發電的微生物燃料電池技術,是在陽極室內安裝價格低廉的U型質子交換膜,將陽極和陰極分開。廢水中含有的有機物,可為細菌群提供豐富食物,使其得以生存和繁衍。這些細菌在電池陽極電極上形成生物膜,同時在食用廢水中有機物時向陽極釋放電子,電子通過與陽極和陰極相連的銅導線移動到陰極,廢水中的質子則穿過質子交換膜回到陰極,同電子和氧原子結合生成水。而電子在導線中的運動過程就形成了人們所需要的電流。繼2005年首次完成了廢水發電的微生物燃料電池設計后,安晉南特新推出的U型設計增加了質子交換膜的面積、縮短了兩極距離,因此降低了因阻力引起的能耗,使電池發電能力提高了10倍,每立方米溶液的發電量從3W/m3增加到了29W/m3。如果微生物燃料電池系統能夠維持20W/m3的電力輸出,就可以點亮小功率的燈泡。
3.1.3 利用太陽能和光和細菌的環保生物燃料電池
Noguera與土木與環境工程教授Marc Anderson、助理教授Trina McMahon,細菌學教授Timothy Donohue,研究員Isabel Tejedor Anderson,以及研究生Yun Kyung Cho和Rodolfo Perez合作發展出一種能在污水處理廠應用的大規模微生物燃料電池系統。目前,研究人員們把微生物封裝在密閉的無氧測試管中,測試管的形狀被做成類似電路的回路。當處理廢物時,先把有機廢水通入管中,作為副產品電子向陽極移動,然后通過回路流到陰極。另外一種副產品質子通過一塊離子交換膜流到陰極。在陰極中,電子和質子與氧氣發生反應形成水。一塊微生物燃料電池理論上最大可以產生1.2V電壓。但是可以像電池一樣把足夠多的燃料電池并聯和串聯起來產生足夠高的電壓來作為一種有實際應用的電源。目前該研究小組正在利用他們在材料科學、細菌學和環境工程方面的優勢來最優化微生物燃料電池的結構。
3.2 新型的環保燃料電池
英國牛津大學科研人員研制出一種新的環保生物電池,這種環保生物電池裝有一種生化酶,可以吸收空氣中的氫和氧來發電。這種生化酶是從一種需要氫氣來維持新陳代謝的細菌中分離出來的。這種酶的獨特之處在于可以與那些如一氧化碳和硫化氫等常規的電池催化劑并存。這種酶是“生長型”的,因此能夠以價格低廉、可再生等特點取代傳統價格昂貴的鉑基催化劑。這種電池消耗的是大氣中的氧氣和氫氣。所使用的酶是從自然界中利用氫氣進行新陳代謝的細菌中分離出來的。這種酶的特性是具有高選擇性,能夠忍受對傳統的燃料電池催化劑具有毒害作用的氣體,例如一氧化碳和硫化氫。研究人員表示,由于這種酶能夠生長,所以對比于其他的氫燃料電池所使用昂貴的鉑催化劑而言,這是一種廉價的、可更新的環保燃料電池。
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3.3 生物醫學的應用
環保生物燃料電池還可以造出另一種重要產品,根據電信號立即測出病人血糖水平的儀器。對于向包括起博器和胰島素生成器等在內的可植入電控醫學設備供電來說,環保生物燃料電池非常有用。這些設備需要無限的電源,這是因為更換這些設備的電池可能需要外科手術。BFC從活的生物體內提取燃料(例如從血流中提取葡萄糖)來產生電流。只要生物個體是活的,這種燃料電池就可以持續起作用[5]。
2010年8月 綠 色 科 技
第8期
4 結語
盡管環保生物燃料電池經數十年研究仍距實用遙遠,燃料電池研究從20世紀90年代初開始又成為熱門領域,現在仍在升溫階段。幾種燃料電池已經處在商業化的前夜。另外,近20年來生物技術的巨大發展,為環保生物燃料電池研究提供了巨大的物質、知識和技術儲備。所以,環保生物燃料電池有望在不遠的將來取得重要進展。隨著生物和化學學科交叉研究的深入,特別是依托生物傳感器和生物電化學的研究進展,以及對修飾電極、納米科學等研究的層層深入,環保生物燃料電池研究必然會得到更快的發展。環保生物燃料電池作為一種綠色環保的新能源,在生物醫學等各個領域的應用的理想必然會實現。
參考文獻:
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The Research and Foreground of Biofuel Cell
Chen Dingding
(Wuning Environmental Protection Bareau, Wuning JiangXi 332300,China)
Abstract:Biofuel cell is a device converting chemical energy into electrical energy directly with the biocatalysts, which has the advantages of abundant fuel resource, mild reaction condition and goodbiology consistence. And, Biofuel cell are capable of converting chemical energy presented in organic wastewater into electricity energy with accomplishments of wastewater treatments simultaneously , which possibly captures considerable benefits in terms of environments and economics.
生物燃料的作用范文3
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:
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生物燃料的作用范文4
根據目前國內生物發電鍋爐運行中爐膛燃燒不穩定冒灰冒火的現象，根據多年經驗而總結出一種適用于BWE生物質鍋爐爐膛壓力自動控制的模型及該模型在光大碭山項目的實際應用。
關鍵詞：
生物質發電;國能生物;光大國際;BWE鍋爐;光大碭山;爐膛壓力;自動控制;PID
中圖分類號：
TB
文獻標識碼：A
文章編號：16723198（2014）23019702
1 引言
開發利用可再生能源，對于保障能源安全、保護生態環境、實現可持續發展具有重要意義。
我國生物質能資源非常豐富，發展生物質發電，實施煤炭替代，可顯著減少二氧化碳和二氧化硫排放，產生巨大的環境效益。因此生物質能發電行業有著廣闊的發展前景。
國內生物質直燃發電的鍋爐主要有流化床生物質鍋爐（主要代表是凱迪生物發電集團的機組）和振動式爐排鍋爐（主要代表國能生物發電集團、光大國際集團的機組）兩種。兩種鍋爐各有優點，也各有不足。
國內振動式爐排鍋爐主要采用的是BWE鍋爐，該爐型由北京德普新源公司（原龍基電力）從丹麥BWE公司以生物質能發電技術引入，該爐型由濟南鍋爐廠生產。該鍋爐的特點：適應燃料性較強，不需用床料，鍋爐燃燒工況容易控制，機組帶負荷能力強，熱效率高等特點;從這幾年國內生物質機組的運行情況及效益來看，該爐型比較適合我國北方地區。
2 國內生物質鍋爐燃燒工況現狀
由于國內生物質燃料的特點：燃料品種繁多，品質差異性大。例如有的項目所用燃料品種能達幾十種之多，且燃料的熱值、水份、雜質又非常難以控制。這就造成了鍋爐運行人員要根據燃料品種、品質不斷地調整工況，在調整過程中會頻繁出現燃燒不穩定的工況（如暴燃、爐膛冒正壓或負壓過大、因爐膛正壓太大導致給料系統著火、因負壓過大致爐膛滅火等事故），目前在國內上百個生物質直燃發電項目中，極大多數鍋爐都存在著爐膛壓力波動很大的現象，波動范圍達正常設定值±800Pa，有的經常會出現壓力到上千Pa以上。加上鍋爐本體密封不嚴等因素，鍋爐向外冒灰冒火的現象極為普遍，造成鍋爐本體上積灰積料、設備衛生差，給安全生產帶來極大隱患，也給環境造成了不同程度的污染。而能將爐膛壓力在各種工況時控制在微負壓（-50Pa～-30Pa）波動范圍在正常設定值±100Pa的運行項目很少。
在鍋爐燃燒過程控制中，爐膛壓力是反映燃燒工況穩定與否的重要參數，也是運行中要控制和監視的重要參數之一。爐內燃燒工況一旦發生變化，爐膛負壓隨即發生相應變化。當鍋爐的燃燒系統發生故障或異常時，最先將在爐膛負壓上反映出來，而后才是火檢、火焰等的變化，其次才是蒸汽參數的變化。因此，監視和控制爐膛壓力對于保證爐內燃燒工況的穩定均有極其重要的意義。
原因分析：大多數項目由于在工程建設中調試階段為了保證機組調試期間的穩定，基本上都選用熱值較高且品種單一的燃料，調試時雖然也都進行了爐膛壓力自動參數的PID整定和調整，但當在機組投入以后，由于使用燃料品種變化大，燃料品質有好有差，這種造成實際運行中爐膛壓力自動無法投入的情況，即使可以投入，調節性能也不能滿足要求，尤其在燃料為較小顆粒狀，或燃料水份、雜質較多時，燃燒工況更是難以控制。顯然通過常規的爐膛壓力PID控制是無法滿足鍋爐安全經濟運行需求的。
所以如果能將爐膛壓力自動投入并長期穩定運行，是做為熱控專業人員及電廠運行人員的迫切期望;這樣即節省了運行人員的人力投入，也相應對設備起到間接的保護作用。更能為機組的安全穩定經濟運行提供有力保障。
3 BWE鍋爐爐膛壓力自動控制模型介紹及應用
本人從事電廠熱控專業近20年，并有多年生物質發電的調試、運行經驗，憑借多年的經驗并結合生物質鍋爐的特性，逐步摸索并建立了一套適合生物質鍋爐爐膛壓力自動控制模型（前饋+預控+PID），通過在光大碭山項目（2011年10月投入生產運行）實施了該控制模型，經過該項目的長期運行實踐，這種模型的爐膛壓力自動投入效果良好，爐膛壓力自動在鍋爐燃燒工況較穩定時可以將壓力維持在-30Pa左右（波動范圍±50Pa），在不穩定工況時也可將壓力穩定在-30Pa（波動范圍±100Pa）左右，在大擾動出現時，瞬間最高壓力基本不會超過±160Pa，且能在1.5秒內就可將壓力回調至設定值正常范圍內?，F就以光大碭山項目為例，介紹該模型特點及實施情況如下。
3.1 主要設備
（1）BWE振動式爐排爐。
主要參數：額定蒸發量：130t/h;
過熱蒸汽壓力：9.2MPa;過熱蒸汽溫度：540℃;
給水溫度：220℃;冷空氣溫度：35℃;
空氣予熱器出口風溫：195℃;排煙溫度：134℃;
鍋爐設計效率：89%;排污率：2%。
（2）引風機。
主要參數：電機功率：900kW;全壓：7440Pa;
流量317800m3/h;轉速：980r/min;
額定電壓：10kV;
廠家：南通大通寶富風機有限公司。
（3）變頻器。
主要參數：HIVERT-Y10/系列高壓變頻器;
采用高-高結構，電壓等級10kV。
廠家：北京合康億盛變頻科技股份有限公司。
（4）DCS系統。
采用浙江中控公司的ECS-100控制系統。軟件采用Advantrol-pro，該軟件功能強大，各功能軟件間采用對象鏈接與嵌入式技術，該軟件人機交互界面為中文，并采用了windows標準控件，易學易用。該軟件集成了LD、FBD、SFC、ST語言等編輯器，使用戶編程更方便、直觀，并具有強大的在線幫助和在線調試功能。
3.2 燃料品種
主要燃料品種：樹皮、樹枝、碎木塊、小麥桔桿、玉米桔桿等。水份40%～60%，雜質15%左右。
3.3 爐膛壓力擾動分析
鍋爐燃燒時壓力擾動主要有三種情況：
（1）燃料變化致使燃燒工況波動。
如燃料中有粉狀燃料，或較小顆粒燃料，如鋸末，花生殼、稻殼等或燃料水份太大或雜質過多等。
（2）爐排振動時造成的擾動。
（3）其他設備操作造成隨機的擾動。
3.4 前饋+預控+PID模型應用分析
當燃料變化時，燃燒工況會發生較大變化，且出現壓力波動很大的情況較多，并且是在極短時間內發生。普通的PID調節回路，無法適用這一情況，如果采用加微分的方式，通過實驗，PID回路無法正常調節。主要原因是加入微分后調節回路振蕩時間長，不易穩定（爐膛壓力本身就是一個經常波動量）。且擾動幅度太大，PID本身無法及時回調。解決辦法：在PID回路外加一分析模塊，主要用于分析壓力波動范圍，當在正常范圍時，自動調節PID回路超調節作用，當在一定時間內波動值超限（根據多次同種燃料燃燒試驗取得該值），根據超限的幅度，通過折算模塊，將可能出現超限的量直接疊加在PID的輸出上，然后直接作用于引風機變頻器（前饋方式），使引風機迅速回調，這樣就可以在大擾動出現初期抵其帶來的波動，通過這種前饋方式可消除大擾動變化量70%左右，其余則就由常規PID回路進行消除和調整。
當爐排振動時，由于生物質料層厚度較大，爐排風透過料層時的壓力和風量會在短時間內改變爐內動力場分布。這種擾動引起壓力波動也較大，但其有規律性，其壓力波動圖形基本屬于拋物線形或尖峰型。根據其規律，通過中控DCS組態軟件中ST語言程序編輯器，編寫了一個預控模塊，主要功能是通過計算爐排振動時可能產生的壓力波動值，提前控制爐排風量（減少），并通過改變爐膛壓力PID設定值（增加偏置量，該數值通過現場多次試驗取得）兩種方式協同作用，就可將爐排振動時產生的擾動消除。
其他隨機擾動一般很少出現，當出現時可通過上述的綜合控制模型（前饋+預控+PID）進行消除。
4 光大碭山項目流程圖及爐膛壓力歷史趨勢
生物燃料的作用范文5
我國生物質資源(農作物秸稈)豐富，但利用率不高。為了高效利用生物質資源，本文就生物質成型燃料的加工技術與裝備進行初步研究，以探討綜合利用生物質資源的技術途徑。
一、影響生物質成型燃料加工裝備性能的因素分析
1、生物質原料的來源與特點
我國是農業大國，農林廢棄物資源十分豐富。我國每年總量約有7億噸的農作物秸稈，另外，我國每年還有大量的林業采伐和林木制品加工廠產生的廢棄物。如枝椏、小徑木、板片、木屑等，總量也近1億噸。生物質成型燃料。是以枝條、樹皮、秸稈等農林剩余物為原料。這些原料具有來源廣泛、分散、種類多、質地不統一等特點。決定了成型燃料加工技術與裝備的設計必須做到滿足原料來源的廣泛性、多樣性和方便靈活性。
2、生物質成型燃料的特點要求與使用對象
生物質成型燃料是將生物質原料經過粉碎、調質等處理，在高壓條件下，壓縮成顆粒狀且質地堅實的成型物，除應具有比重大、便于貯存和運輸、著火易、燃燒性能好、熱效率高(是直接燃燒的5倍以上)的優點外。還應具有灰分小、燃燒時幾乎不產生SO2、不會造成環境污染等優點?？勺鳛楣I鍋爐、住宅區供熱、農業暖房及戶用炊事、取暖的燃料。成型燃料的這些特點。決定了成型燃料加工技術與裝備的設計必須在充分考慮生物質原料特點的基礎上，保證生物質原料的粉碎細度達到成型的要求，燃料成型的密度、成型設備的有關模板、模孔、壓輥等成型關鍵部件，在盡可能滿足噸料加工能耗較少，加工關鍵設備使用壽命較長，加工的成型燃料性能具有較好的燃燒性能的要求下，應具有實用性、適應性和經濟性。
3、生物質成型燃料加工技術與設備的國內外現狀
成型燃料有顆粒狀和棒狀兩大類。根據成型主要工藝特征的差別，國內外生產生物質壓縮燃料的工藝大致可劃分為濕壓(冷壓)成型、熱壓成型、碳化成型等3種。按成型加壓的方法不同來區分，技術較為成熟、應用較多的成型燃料加工機有輥模擠壓式(包括環模式和平模式)、活塞沖壓式(包括機械式、液壓式)、螺旋擠壓式等三種機型，其中輥模擠壓式成型機采用的是濕壓(冷壓)成型工藝，活塞沖壓式、螺旋擠壓式成型機都采用的是熱壓成型工藝。
國外開發工作始于20世紀40年代。1948年日本申報了利用木屑為原料采用螺旋擠壓方法生產棒狀成型燃料的第1個專利，60年代成立了成型燃料行業協會。70年代初，美國研究開發了環模擠壓式顆粒成型機，并在國內形成大量生產。瑞士、瑞典、西歐等發達國家都先后開發研究了沖壓式成型機、輥模擠壓式顆粒成型機。其中已有120多年歷史的世界著名飼料機械生產企業――德國卡爾公司(Kahl)生產的動輥式平模制粒機，不僅能生產中低密度的顆粒飼料，而且還能生產較優高密度的顆粒燃料，成品產量大、能耗低而且質量好，在歐洲和東南亞國家使用較為廣泛。在最早開發螺旋擠壓成型燃料生產技術的日本也有采用環模顆粒成型機加工木屑成型燃料的大型生產企業。如今，固化成型燃燒在日本、歐、美等地已經商品化，在丹麥的一座叫阿文多的發電廠，還利用木屑壓縮顆粒來發電。1985年日本平均每戶家庭消耗成型燃料達750kg。1985年美國生產成型燃料達200萬t以上。
我國從20世紀80年代中期起開始了成型燃料的開發研究，一方面組織科技攻關，另一方面，引進國外先進機型。經消化、吸收，研制出各種類型的適合我國國情的生物質壓縮成型機。用以生產棒狀、塊狀或顆粒生物質成型燃料。全國現有生物質壓縮成型廠35個。生物質成型燃料的種類按其密度分為中密度(800―1100Kg/m3)和高密度(1100―1400kg／m3)二種，前者適宜于家庭爐灶或小型鍋爐用，也可滿足自動爐排機械加料的大型鍋爐用，后者更適于進一步加工成為炭化產品。
國內主要的幾種成型燃料生產技術的現狀分述如下：
1)螺旋擠壓技術
螺旋擠壓成型技術是目前生產生物質成型燃料最常采用的技術，尤其是以機制炭為最終產品的用戶，大都選用螺旋擠壓成型機。
1990年中國林科院林產化學工業研究所與江蘇省東海糧食機械廠合作，完成了國家“七五”攻關項目――木質棒狀(螺旋擠壓)成型機的開發研究工作，并建立了1000t／年棒狀成型燃料生產線；1 993年前后，中國大陸的一部分企業和省農村能源辦公室從日本、中國臺灣、比利時、美國引進了近20條生物質壓縮成型生產線，基本上都采用螺旋擠壓式，以鋸木屑為原料，生產“炭化”燃料。棒狀成型燃料的形狀為直徑50*10-3m2左右、長度450*10-3m2左右，橫截面為圓形或六角形，每根重約1Kg，用于蒸發量≤1000kg／h工業鍋爐或民用爐灶。
國內現已有包括陜西武功縣輕工機械廠、河南省鞏義合英實業公司等在內的近十家廠家生產此種類型的設備。
螺旋擠壓成型機的優點是：
①成品密度高。以木屑、稻殼、麥草等為原料，國內生產的幾種螺旋擠壓成型機加工的成型棒料的密度都在1100～1400Kg／m3。
②成品質量好、熱值高，更適合再加工成為炭化燃料。
螺旋擠壓成型機的缺點是：
①產量低，目前國產設備的最高臺時產量不到150Kg／h，距離規模化生產的產量要求相差較大。
②能耗高，粉料在螺旋擠壓成型前先要經過電加溫預熱，擠壓成型過程的噸料電耗就在90Kwh／t以上。
③易損件壽命短，國產設備主要工作部件――螺桿的最高壽命不超過500h，距離國際先進水平1000h以上還有不小的差距。
④原料要求苛刻。螺旋擠壓成型機采用連續擠壓，成型溫度通常調整在220～280℃之間，為了避免成型過程中原料水分的快速汽化造成成型塊的開裂和“放炮”現象發生，一般要將原料含水率控制在8～12％之間，所以對有的物料要進行預干燥處理，增加了加工成本。這一點，對于移動式的成型燃料加工系統來說也許是一個致命傷，因為與旋擠壓成型工藝相銜接還需有配套的烘干機。
2)活塞沖壓技術
這種設備的優點是成型密度較大，允許物料水分高達20％左右，但因為是油缸往復運動，間歇成型，生產 率不高，產品質量不太穩定，不適宜炭化?；钊降某尚湍Ｇ蝗菀啄p，一般100h要修一次，有的含SO2少的生物質材料可維持300h。
另據報道，2003年，河南農業大學承擔完成了科技部研究項目“秸稈壓塊成型燃料產業化生產的可行性研究”，開發了HPB―m2型液壓驅動式秸稈成型機，采用活塞套筒雙向擠壓間歇成型。生產率：400kg／h；噸料成型電耗：60Kwh／t左右。
另外北京三升集團研發了機械傳動、活塞擠壓成型技術，在工業化生產中密度飼料塊的同時，還生產高密度(>900Kg／m3)的燃料塊。
3)輥模擠壓技術
生物質顆粒燃料的輥模擠壓成型技術是在顆粒粒飼料生產技術基礎上發展起來的。二者的主要區別在于纖維性物料含量的多少和成型密度的高低。用輥模擠壓式成型機生產顆粒成型燃料一般不需要外部加熱，依靠物料擠壓成型時所產生的摩擦熱，即可使物料軟化和黏合。對原料的含水率要求較寬。一般在10％～40％之間均能成型。其最佳水份成型條件為18％左右，相比于螺旋擠壓和活塞；中壓而言，輥模擠壓成型法對物料的適應性最好。因此。國內一些生產秸稈顆粒飼料的企業在生產顆粒飼料的同時也生產顆粒燃料，以提高設備的利用率。
以國內知名飼料機械生產企業――江蘇正昌集團為代表的我國飼料機械業界，目前在環模制粒機和平模制粒機的設計、制造方面，已積累了豐富的經驗，某些方面已達到世界先進水平。在生物質顆粒成型燃料加工機械的研發方面也進行了多年的探索，并取得了可喜的成績。
4)環模擠壓成型技術
1994～1998年，江蘇正昌集團公司聯合中國林科院林產化學工業研究所承擔了國家林業局下達的項目“林業剩余物制造顆粒成型燃料技術研究”。該項目以江蘇正昌集團公司生產的KYW32型環模式飼料顆粒成型機為基本結構，研究成功了以木屑和刨花粉為主要原料的顆粒燃料成型機，臺時產量在250Kg／h左右，產品規格：直徑6*10-3m2，長度為8-15*10-3m2，顆粒密度>1000Kg／m3，其熱值為4800kcal／Kg左右。產品質量達到日本“全國燃料協會”公布的顆粒成型燃料標準的特級或一級。但是由于當時在材料和加工工藝等方面的原因，主要易損件環模在面對粗纖維物料時，暴露出了使用壽命短的缺陷。使用成本高，成為環模式制粒機難以在生物質成型燃料領域大面積推廣的重要原因。但是，該項目的開展，為我國今后在輥模擠壓成型燃料技術的發展打下了良好的基礎。
5)平模擠壓成型技術。由于在平模制造工藝水平和主要加工物料對象方面與國外的差距等原因，以前國內在對平模式制粒機的研究方面不夠深入，國內能生產的最大平模直徑只有400*10-3m2。2000年，我所承擔了農業部引進國際先進農業科學技術項目(簡稱“948”項目)――秸稈顆粒飼料加工技術與設備的引進，在引進國際上著名的德國卡爾公司(Kahl)的38-780型大型平模式制粒機的基礎上，結合我國實際，又進行了多處技術改進和創新。2003年12月，該項目通過了農業部“948”項目辦公室的驗收。
與其他生物質成型顆粒(塊)加工技術相比。大型平模式制粒機的優點在于：
①原料適應性廣。平模式制粒機壓制室空間較大，可采用大直徑壓輥，因而能將諸如秸稈、干甜菜根、稻殼、木屑等體積粗大、纖維較長的原料強行壓碎后壓制成粒，對原料的粉碎度要求降低了。另外，平模式制粒機在壓縮纖維性物料時，原料水分在15～25％(最佳18％左右)都能被壓縮成型。大多數情況下，不需要對原料進行干煤。
②產量大。經江蘇省農機鑒定站檢測，SZLP-780型平模制粒機在以100％苜蓿草粉為原料時，產量可達2100kg／h。在此后進行的以木屑為原料的制粒試驗時，當成型顆粒密度在1100Kg／m3時，產量達到1500Kg／h，是國內現有成型顆粒燃料加工設備所達到的最大產量。
③噸料耗電低。一方面，平模式制粒機由于壓制室空間大、壓輥直徑大的原因，能將粒度相當大的原料制成顆粒，因而能克服環模擠壓制粒機和螺旋式擠壓機在這方面的局限，這就減少了物料在粉碎工段的能耗；另一方面，與環模制粒機相比，平模?？讕娣e比值高，出料孔多。而且出料顆粒密度和大小比較一致。
④輥模壽命長。由于工作原理的差異，平模式制粒機壓輥的線速度比環模式的低，因而輥、模的磨損比較慢。而且，平模在一側面工作面磨損后可翻過來使用另一側面，可以提高使用壽命。
⑤成型密度可調。壓輥和壓模之間的工作間隙和壓力可通過液壓式中央螺母調節裝置使壓輥同步升降，操作簡單省時。既可生產中低密度的顆粒飼料，也可生產較高密度的顆粒燃料，一機多用。
但總體來看，目前，我國的生物質固化成型裝備在設備的實用性、系列化、規模化上還很不足，距國際先進水平還有不小的差距。這一問題以成型機最為突出，表現在生產率低、成型能耗高、主要工作部件壽命短、機器故障率多、費用高等方面。
4、生物質成型燃料加工技術與設備的發展趨勢
進入二十一世紀以來，人們愈加感覺到石化能源漸趨枯竭，在對可持續發展、保護環境和循環經濟的追求中，世界開始將目光聚焦到了可再生能源與材料， “生物質經濟”已經浮出水面。以生物能源和化工產品生產為主的生物質產業正在興起，引起了世界各國政府和科學家的關注。許多國家都制定了相應的計劃，如日本的“陽光計劃”，美國的“能源農場”，印度的“國家戰略行動”等。2005年“可再生能源法”在我國正式頒布實施，所有這些。預示著各國在包括生物質成型燃料開發在內的生物質技術領域的競爭進入一個白熱化時代。
雖說生物質產業是世界發展之大勢和新興的朝陽產業，但其當前成本與價格尚難與石油基產品競爭，這一點對于成型燃料來說，表現得尤其明顯。因此，以降低儲運成本和壓縮成型成本為目的，尋求技術上的創新、突破，成為生物質成型燃料領域最大的命題。降低顆粒燃料的噸料能耗、降低設備的使用成本。也成為本“863”項目所追求的最大目標。
在生物質固化成型技術裝備研究、開發方面，國內外的發展趨勢是裝備生產專業化、產品生產批量擴大化、生產裝備系列化和標準化。尤其在國內應在設備實用性、系列化上下功夫。不斷降低成本并提高技術水平，為21世紀大規模開發利用生物質能提供必要的技術儲備。
5、生物質成型燃料加工技術與設備的先進性與性價比
生物質成型燃料加工技術與設備先進程度的高低必須與其性價比有機的結合起來綜合考慮。單一講究技術 和設備的先進性，不考慮技術的投入成本和市場的接受程度，不考慮技術和設備的性能與市場接受的價格合理之比，再先進的技術在市場上如得不到應用，也得不到用戶的認可，這種技術起碼可以說是不完全適用的技術。生物質成型燃料加工技術與裝備的先進性主要體現在以下幾方面：一是理想的噸料加工耗能量；二是適度的關鍵部件的使用壽命；三是良好的產品結構組成；四是合理的加工工藝路線等等。因此，在研究和設計生物質成型燃料加工技術和加工設備時，要在盡可能低的噸料耗能的前提下，使得產品的結構優化與合理，在產品得到較高的使用壽命的基礎上，保證產品的價格盡可能適應市場的接受程度。使生物質成型燃料加工技術與裝備的先進性與產品的性價比有機結合與統一，以利于推廣應用。
二、生物質成型燃料加工裝備技術方案技術特征
1、技術路線和技術方案
考慮到上述一些因素，我們在研究設計時充分借鑒利用現有技術成果，并在利用國產制粒機進行成型燃料加工試驗的基礎上，優化創新設計，采用新結構、新材料、新工藝，研發關鍵部件；其系統技術方案如下所述。
(1)技術方案分析
我們研究設計的技術方案及機組總體配置示意見以下附圖：
本技術方案以秸稈等農林廢棄物為原料，既可將多物料聯合粉碎機、粉料輸送組合裝置、制粒機等有機集成組裝在一臺拖車上，形成一個可移動的顆粒燃料加工設備系統，又可將多物料聯合粉碎機、粉料輸送組合裝置、制粒機等有機集成組裝在一個固定場所進行加工。系統各部分的設計方案說明如下：
1)多物料一次粉碎機
適應的原料包括經自然風干的玉米稈、棉稈以及麥稈、稻草等，充分考慮到了移動式成型燃料加工系統對原料應具有廣泛適應性的要求特點。采用搓揉裝置和錘片粉碎、篩分裝置的有機組合技術，對原料進行切段粉碎復合作業。粉碎后的粉料過篩后經風管直接輸送到粉料暫貯箱中輸送至制粒機中；人工只要把待粉碎的原料放到加料斗里即可，大大減輕了勞動強度，并改善了勞動條件。
2)粉料輸送組合裝置
秸稈類生物質經粉碎后，堆密度很低，輸送過程中容易結拱，使送料受阻。本裝置的作用是接受由粉碎機經風管輸送來的粉料，通過簡易脈沖裝備向制粒機內連續不斷地輸送粉料。
該裝置將采用料倉防結拱技術，有效地避免因纖維性物料流動性差，而導致喂料不均勻情況的發生。
3)顆粒燃料制粒機
這是本技術裝備的核心和關鍵。根據移動式作業特點考慮上述的多種因素。采用平模制粒技術方案。實施時通過試驗，進一步優化設計平模制粒成型?？祝{整顆粒燃料制粒工藝，減小功率，降低主軸轉速，增加輥模壓力，保證得到較高密度、質量穩定的成型燃料的。
在主要工作部件(同時也是主要易損件)壓輥和模具的加工方面。充分利用國內輥模制造領域技術工藝和設備方面的優勢，采用新材料和新工藝，進一步提高輥模耐磨性。
4)系統集成技術
上述3部分集成裝在1臺拖車上，可以靈活方便地在村鎮間轉移。成為一個流動的加工車間，適應了農村秸稈原料既分散、季節性又強的實際作業條件。同時，可以根據不同的用戶要求，也可將上述3部分集成在固定的工作場所進行作業。
本技術方案在粉碎機喂料、粉料輸送、成型顆粒篩分等環節充分考慮到了自動化的有機銜接，因此，整個系統的操作工人只要有3―5名即可。
如上所述，本方案全面考慮了農村的實際條件，從有效發揮機組加工效能、減輕人工勞動強度等方面著眼，優化了系統的設計。整個加工系統總功率80KW左右，處理能力500―1000Kg／h。是可以滿足課題確定的指標要求。
(2)設備投資分析
本技術方案以枝條、秸稈等農林廢棄物為原料，有機集成從原料篩分、粉碎到制粒成型的工藝，形成為一個整體可移動的加工設備系統，其中從粉碎到壓縮成型所需的設備投資合計約為20萬元。綜合分析國內外現有成型燃料加工設備的生產率和設備投資情況，本項目制的成型燃料加工設備系統有較大競爭優勢。
2、生物質成型燃料加工技術與裝備技術特征
(1)技術特征
1)多物料一次粉碎技術。該技術針對不同來源、不同生物質原料，采用組合粉碎轉子等結構，實現多種生物質原料一次粉碎，并達到制粒成型所需的細度要求。
2)物料流量自動調節技術。該技術就是主要是根據成型機加工成型燃料的產量要求，采用簡易脈沖、負壓輸送等機構自動調節來自于粉碎機粉碎后的生物質原料的流量，在保證成型機不發生堵塞的情況下，使輸送到成型機的物料流量達到最大。
3)顆粒燃料成型技術。該技術就是將由粉碎機輸送來的生物質原料。通過平面輥壓和平模將原料壓制成顆粒成型燃料。動力通過減速傳動機構帶動主軸運轉，不同直徑?？椎钠侥？梢愿鶕枰M行更換，成型燃料加工過程可以通過檢查視窗口直接觀察并可通過打開視窗進行維護和修理，模輥間隙和壓制壓力實現自動調節，確保顆粒成型燃料的密度符合規定的要求。
4)既可移動又可固定場所連續生產機組集成技術。該技術就是根據用戶需要將多物料一次粉碎機和顆粒燃料成型加工機有機的集成為連續生產機組。這種機組既可安裝在固定場所，也可集成在平板機車上，所需加工動力既可適用于電力。也可適用于柴油機動力機等。
(2)主要技術指標
1)成型燃料加工機組
總功率：80KW左右；生產能力：500―1000Kg／h；
可方便地整體轉移作業；
2)成型燃料加工成本
農林剩余物固化成型燃料成本低于煤的價格，噸料能耗≤70KWh／t；
3)成型燃料產品性能
密度≥1g／cm3；
水分≤12％。
進料流量可調。
三、生物質成型燃料加工裝備的設計與研究
1、多物料一次粉碎機的設計
多物料一次粉碎機采用同軸搓揉旋切裝置和錘片式粉碎、下置式篩分裝置有機組合技術。電機動力通過皮帶盤驅動轉子高速旋轉，使秸稈通過搓揉旋切裝置，搓揉旋切成3～5厘米長，再進入錘片粉碎室，經受錘片撞擊剪切而粉碎。另一方面，物料與物料之間、物料與錘片之間相互摩擦進一步破碎。小于篩孔的粉體被排出粉碎室。大于篩孔的原料則繼續被錘片打擊、粉碎、直至通過篩孔，從而達到粉碎的目的。其結構示意如下圖所示。
本粉碎機主要由：轉子、機座、上下殼體、操作料斗、傳動裝置等五大部分組成?？紤]到使用與維護的需要，設計了方便安裝更換篩片和錘片的簡易拆卸機構。可以方便用戶使用。
多物料一次粉碎機的主要設計技術參數為：轉子直徑：720m2m2，主軸轉速：2700rpm2一3500rpm2，錘片數量：128片，配用功率：22kw，軸承型號：NSK SN520， 吸風量：3300m3/h，產量：500～1 000Kg／h，整機重量：1200Kg，外形尺寸(m2m2)：2975×1730×1140。篩片面積(m2m2)：1120×540。
2、顆粒燃料成型機的設計
根據技術方案，成型機采用平面輥壓和平模的組合結構，而這種結構按執行部件的運動狀態分，有動輥式、動模式、模輥雙動式三種。由于后兩種僅適用于小型平模燃料成型制粒機，較大機型一般用動輥式。因此本機即采用動輥式結構。按磨輥的形狀分，又可以分為錐輥式和直輥式兩種?？紤]到加工的工藝性本機設計為直輥式。其工作原理如下圖所示。
由圖可以看出，電動機通過減速箱驅動主軸，主軸帶動磨輥。磨輥繞主軸公轉的同時也繞磨輥軸自轉。加工顆粒時，生物質原料被送入平模機的喂料室。在分料器和刮板的共同作用下均勻地鋪在平模上，主軸帶動的壓輥連續不斷地滾過料層。將物料擠壓進入模孔，物料在模孔中經歷成型、保型等過程。具體過程為：供料區內的物料在重力作用下緊貼在平模上，當壓輥向前滾動，物料進入變形壓緊區。這時因受到擠壓，原料粒子不斷進入粒子間的空隙內，間隙中的空氣被排出，粒子間的相互位置不斷更新，粒子間所有較大的空隙逐漸都被能進入的粒子占據。隨著壓輥繼續滾動，被壓實的原料進入擠壓成型區，?？椎腻F孔部分和前半部分都屬于擠壓成型區，該區內，壓力繼續增加。粒子本身發生變形和塑性流動，在垂直于最大主應力的方向被延展。并繼續充填周圍較小的空隙，由于壓輥和物料間的摩擦作用加劇而產生大量熱量。導致原料中含有的木質素軟化。粘合力增加，軟化的木質素和生物質中固有的纖維素聯合作用。使生物質逐漸成形，這時部分殘余應力貯存于成型塊內部，粒子結合牢固但不甚穩定。成型塊在擠壓作用下進入?？椎谋Ｐ投?，在該段不利于形狀保持的殘余應力被消除，顆粒被定型。一定時間后以圓柱狀態被擠出，旋轉的切刀將物料切斷，形成顆粒。由掃料板將顆粒送出。
本燃料成型機主要由：電動機、傳動箱、主軸、喂科室、壓輥、平模、切刀、掃料板、出料口等九大部分組成?？紤]到加工密度的調節和輥模間間隙的調整，設計有液壓調節機構，一是保證加工過程中的加工壓力的穩定。二是保證輥模問間隙的自動調節。同時考慮到安裝與維修的方便性。在制粒室周圍設計有觀察與調節窗口。
顆粒燃料成型機設計的主要技術參數為：平模直徑：520m2m2。壓輥轉速：56rpm2，壓輥壓強：100m2pa，配用功率：45Kw，整機重量：1 500Kg，外形尺寸(m2m2)：1530×840×2047，產量：500―1000Kg／h。顆粒直徑：10m2m2一20m2m2，顆粒長度：30m2m2，顆粒產品密度：≥1g／m3。
3、生物質成型顆粒燃料加工裝備的集成設計
生物質成型顆粒燃料加工裝備的集成設計，就是將多物料一次粉碎機和顆粒燃料成型機，通過負壓簡易脈沖風網系統有機的連接起來，一方面要求加工系統在加工過程中確保生物質原料的輸送均勻，防止堵塞與結拱，另一方面要保證加工系統在加工過程中不會對環境造成嚴重污染，同時盡可能少用人工作業，減少作業勞動強度和用工量。因此。系統的集成設計成兩種方案，一是直接將集成系統安裝在固定場所。二是將系統集成安裝在可移動的平板車上。
4、生物質成型燃料加工裝備有關重要技術參數的研究結論
(1)生物質原料壓縮特性
粉碎后的生物質原料(秸稈)在壓縮過程中。是在一定壓力下，通過秸稈的塑性變形和其本身的木質素軟化固化成型的。在壓縮過程中可分為3個階段：松軟階段、過渡階段和壓緊階段。在壓力較小時，成型密度隨壓力的增大顯著增大，但達到壓緊階段后，變化緩慢，趨于常數。一般情況下，在壓力為85m2Pa時，制粒的成型效果就較好，將壓力控制在85―100m2Pa范圍內就可以達到較理想的成型要求。同時通過試驗，探索了生物質壓縮力和壓縮密度的關系。確定了壓縮力、壓縮密度、壓縮量的關系。
(2)生物質原料的特性對成型的影響
生物質原料具有流動性差、相互牽連力較大的特性，是成型喂入和壓縮的瓶頸。對于不同的原料、不同的含水率、不同的粒度，壓縮特性有很大的差異，并對成型過程和產品質量有很大的影響。當原料水分過高時，加熱過程中產生的蒸汽不能順利地從燃料中心孔排出，造成表面開裂，嚴重時產生爆鳴。但含水率太低。成型也很困難，這是因為微量水分對木素的軟化、塑化有促進作用。成型原料的含水率一般在16％左右。植物秸稈易壓縮，在壓力作用下變形較大，壓縮比在9～12之間，木屑廢料較難壓縮，壓縮比在5～9之間。粒度小的原料輕易成型，粒度大的較難壓縮。試驗與研究的結果表明，生物質的特性對于解釋和說明物質的機械變化過程很有價值。
生物燃料的作用范文6
生物質能是一種以生物質為載體的能量，這種能量直接或間接地通過綠色植物的光合作用，把太陽能轉化為化學能蘊藏在生物質內部。生物質包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物。生物質能資源通常指農業廢棄物、林業廢棄物和畜禽糞便等現有的廢棄型資源，此外還包括專門種植的能源植物。二氧化碳（CO2）是導致溫室效應的主要氣體，而生物質燃燒所釋放出的二氧化碳（CO2）大體上相當于其生長時通過光合作用所吸收的二氧化碳（CO2），因此生物質能利用的二氧化碳（CO2）排放可被認為是零。
生物質氣化顧名思義，是將固態的生物質轉變為氣態的生物燃氣利用，這個過程是通過生物質在高溫條件下與氧氣和/或水蒸氣反應，轉化為氫氣（H2）和一氧化碳（CO）等可燃氣體。生物質氣化和我們比較熟悉的燃燒雖然都是在高溫條件下進行，但還是有重要的區別。燃燒是在氧氣充足的條件下生物質完全燃燒，其中蘊藏的化學能全部轉化為熱能，反應產物為二氧化碳（CO2）和水（H2O）；而氣化則是在缺氧條件下生物質不完全燃燒，盡可能地減少二氧化碳（CO2）和水（H2O）的生成，從而將生物質的能量以化學能的形式保留在氫氣（H2）和一氧化碳（CO）等可燃氣中。
生物質氣化產生的可燃氣，也稱為生物質氣化燃氣，利用范圍非常廣泛，既可以用來集中供氣、替代化石燃料，還可以用來發電，甚至可以進一步變身成為液體燃料。
將生物質氣化燃氣通過集中供氣系統，供給到居民家里，可以供居民進行炊事和采暖。自1994年山東省桓臺縣東潘村建成中國第一個生物質氣化集中供氣試點以來，山東、河北、遼寧、吉林、黑龍江、北京、天津等省市陸續推廣應用，在2000年前后達到了一個高峰。相關規范和制度正逐步完善，生物質氣化集中供氣應用在中國農村能源建設中穩步推進。
生物質氣化燃氣還可以替代工業鍋爐/窯爐使用的化石燃料。工業鍋爐和工業窯爐是我國能源消耗和污染排放的大戶。而生物質氣化產生的可燃氣體，可不經凈化直接應用于燃料品質要求較低的工業窯爐，如鋼廠的軋鋼加熱爐，水泥廠的水泥回轉爐；經過凈化后的燃氣可應用燃料品質要求較高的工業窯爐，如發電廠、陶瓷廠的窯爐。廣州能源所及其合作公司已將生物質氣化成功應用于工業鍋爐、鋼材煅燒爐、熔鋁爐、熔銅爐、不銹鋼退火爐等，燃燒效率可達到99%以上，節能減排效益顯著。利用生物質氣化燃氣代替化石燃料，既節能又環保。
