秸秆生物质成型燃料作为CO2零排放的燃料,具有很好的物化性质,相当于中质烟煤的燃烧热值,能够响应可持续发展的要求。
表1.1 生物质燃料和煤炭在化学成分上的主要差别[2][3]
燃料种类 C∕% O∕% H∕% 灰分∕% 挥发分∕% 堆积密度∕(t∕m3)
生物质燃料 38~50 35~44 5~6 4~20 65~70 o.47~0.64
煤炭 22~90 3~20 3~5 5~25 7~38 0.8~1.0
秸秆生物质与煤炭在化学成分上的主要区别有○1含碳量较少、生物质燃料中含碳量最高的也仅为50%左右。相当于褐煤的含碳量,特别是固定碳(固定碳+挥发分+灰分=1)的含量比煤炭少。因此,生物质燃料不耐烧,需要频繁添加燃料,同时,热值比较低。○2含氢量稍高,挥发分明显较多,所以,生物质燃料容易被引燃,燃烧初期,挥发分析出量较多。○3含氧量高,这使得生物质燃料热值低,但引燃更容易。在燃烧时可以减少空气供给量。○4密度小,生物质燃料的密度比煤炭低得多,质地松散,特别是秸秆燃料,这使得生物质燃料易于燃尽,灰渣中碳残留量低,燃烧充分。
1.2 生物质秸秆利用现状及产业发展
1.2.1 生物质秸秆的利用现状
在国外,尤其是发达国家,先进的科技与创新,使得农作物秸秆的利用途径更加丰富,除了将秸秆粉碎还田作有机肥料外,他们还充分利用把秸秆用于秸秆饲料、秸秆汽化、秸秆发电、秸秆乙醇、秸秆建材,通过这些方式使得秸秆的利用率提高了很多。比如,在大洋彼岸的美国每年大约4500万吨秸秆被用作饲料,或者用来盖房,将整捆的秸秆高强度挤压后填充新房的墙壁;在巴西,政府为了积极推动再生能源事业,大量的秸秆被用作替代燃料特别是生物燃料,通过秸秆发酵获得乙醇用于车用燃料使用,巴西是世界上生物质使用量仅此于美国位列全球第二。此外,秸秆发电也是当前能源利用效率较高的一种方式。丹麦是世界上首先用秸秆发电的国家,每到收获季节,大量的秸秆被收集起来运到加工场,经过加工的成型秸秆燃料用于燃烧发电,满足上万户居民的用电和供热需求,居民获得了实惠的电价,而秸秆燃烧后的草木灰又无偿地还给农民作了肥料,从而形成了一个工业与农业相衔接的循环。在国内,据统计,2010 年秸秆综合利用率达到70.6%,利用量约5 亿吨。其中,作为饲料使用量约2.18 亿吨,占31.9%;作为肥料使用量约1.07 亿吨(不含根茬还田,根茬还田量约1.58 亿吨),占15.6%;作为种植食用菌基料量约0.18 亿吨,占2.6%;作为人造板、造纸等工业原料量约0.18 亿吨,占2.6%;作为燃料使用量(含农户传统炊事取暖、秸秆新型能源化利用)约1.22 亿吨,占17.8%[2]。秸秆还主要用于秸秆饲料、秸秆还田和秸秆燃料,除去秸秆压缩固体燃料的高效利用外,其他形式的能源利用效率都还比较低[4]。论文网
1.2.2 生物质秸秆的资源分布和发展前景
秸秆资源可以用理论资源量、可收集资源量、可利用资源量和可利用资源密度来衡量,每一种衡量指标都有其计算方法。在我国有着广泛的生物质秸秆的资源量,其资源主要集中在四川、河南、山东、黑龙江、内蒙古等地,能量密度较高的省市有河南、山东、吉林和上海,其次为四川、湖南、河北、辽宁、北京、天津等地。预计我国2010年的农作物秸秆达到25069.55万吨,2015年可以达到29417.05万吨。农作物秸秆并不是全部用于能源,据了解,其主要流向大致分为:15℅还田,24℅饲用,2.3℅用于工业其余的接近60℅可以作为能源资源利用。此外,农作物秸秆的资源分布对秸秆的收集有很大的影响,一般来说,可利用资源密度大表明秸秆的资源集中度高,收集半径小,收集运输成本低,秸秆的压缩成型的工厂分布就会越集中,适合于规模化的开发利用。