生物燃料的优势范文

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第1篇

[关键词]废弃食用油；生物燃料；回收模式

[中图分类号]F124.5 [文献标识码]A [文章编号]1673-0461（2014）02-0051-05

一、引 言

废弃食用油生物燃料化已成为现实中极为关注而理论上亟待解决的问题。当前学术界着力从目标规划、法规管制等视角研究这一问题，主要涉及回收体系重构以及餐厨废弃物管理，而较少关注废弃食用油回收模式的选择，实质上，不同的回收模式意味着生物燃料企业、回收商与餐馆的资源承诺及风险水平是迥异的，进一步影响了各利益相关者的收益及运营决策，因而研究废弃食用油生物燃料化的回收模式具有一定的理论与现实意义。

为推进餐厨废弃物资源化利用，国家发展改革委、财政部、住房城乡建设部联合印发了《关于同意北京市朝阳区等33个城市（区）餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点实施方案并确定为试点城市（区）的通知》（以下简称《通知》），批复了北京市朝阳区等33个城市（区）的实施方案并确定为试点城市（区）；随后中央政府印发了《关于印发循环经济发展专项资金支持餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点城市建设实施方案的通知》（发改办环资〔2011〕1111号），给予6.3亿元循环经济专项资金支持，并提出支持餐厨试点工作的具体支持内容、支持方式和实施程序等。在33个废弃食用油资源化试点城市中，大体形成苏州、宁波、兰州三种，另有其它类型的回收模式，尤以南京市为代表，本文将其称之为南京模式。通过比较典型的回收模式将有助于政府调整餐厨废弃物管理的政策，推进废弃食用油生物燃料化。

二、文献述评

涉及废弃物回收模式的研究多以家电或电子产品为分析对象，侧重于：

第一，逆向物流回收模式选择及评价。相关研究一般将回收模式分为第三方负责回收、零售商负责回收、生产商负责回收三种，建立模型比较不同模式下回收主体利润、回收率等指标。例如姚卫新（2004） 通过博弈模型及仿真研究，指出较之于其他两种模式，第三方回收模式中制造商和零售商的利润均为最小；Savaskan等（2004，2006）研究了制造商和零售商在再制造闭环供应链中如何决策以及制造商如何选择回收渠道的问题，通过比较各个回收模式的批发价、零售价、回收率和整个渠道的利润评价每个渠道的优劣。刘晓峰（2007）将网络分析法应用于物流回收模式选择评价，从经济、社会及技术三个主要方面提出了基于网络分析法（ ANP） 的评价选择模型。同样是分析三种模式，徐兵，吴明（2012）构建了一主两从博弈结构的两层规划模型，并通过模型分析最优直销价、零售价和回收再制造率决策，研究表明，生产商负责回收时的回收再制造率最高。

区别于以上学者的研究，吴容，江玮璠（2010）将回收模式分为私人简单回收模式、生产商负责回收模式、生产商联合体负责回收模式、第三方负责回收模式四类，建立了一套评价指标体系，采用数据包络分析方法对四种回收模式进行选择，数值仿真验证了该方法的有效性与可行性。针对报废汽车的回收，贺政纲（2013）将模式分为消费者自行送至回收拆解中心、制造商回收、销售商回收、第三方回收等几种，结论同姚卫新、徐兵等人的研究相反，即应当采用基于第三方回收企业为主体，其他回收主体相结合的回收模式。

另有少数学者如王莉，刘应宗（2009）分析了我国餐厨垃圾回收模式存在的问题，研究认为建立完善的餐厨垃圾回收体系是实现餐厨垃圾资源化利用的前提。

第二，特定条件约束下的回收模式选择研究。在生产商延伸责任（ EPR） 的约束下，产品的回收模式较传统的回收模式有了根本性的改变，为此魏洁与李军（2005）研究了生产商延伸责任约束下生产商负责回收（ MT），生产商联合体负责回收（ PT） 和第三方负责回收（ TPT ）三种回收模式，通过建立数学模型和实例验证对不同回收模式下的最优零售价和生产商利润进行比较研究；由于生产商利润在一定程度上依赖于需求函数或者需求是否具有确定性，因而考虑需求的影响可能有助于推进回收模式的选择研究。基于此，刘羽欣与陈伟达（2008）对需求函数为非线性的不同回收模式下的产品最优价格和生产商最大利润进行了比较分析；而郭军华等（2012）以新产品及再制造产品的需求均为不确定为前提，分别建立了制造商回收、零售商回收及第三方回收三种不同回收模式下的再制造闭环供应链模型，并给出求解的优化条件，结果表明：制造商主导的再制造闭环供应链中，第三方回收模式下制造商利润最高；制造商回收模式下新产品及再制造产品的零售价均最低。部分学者分析了市场结构或市场力量约束下逆向供应链回收模式选择问题，如Choi（1996）与Seong（2003）考虑了制造商领导的Stackelberg 博弈、零售商领导的Stackelberg博弈、制造商和零售商N ash 均衡博弈三种市场结构；而易余胤（2009）则考虑制造商领导、零售商领导以及市场无领导者三种力量结构下具竞争零售商的再制造闭环供应链博弈模型，结果表明，从环保的角度看，制造商领导的市场结构更优，但消费者和整个行业偏好零售商领导的市场结构。

政府的监控及补贴对于不同回收模式下各博弈方收益的影响也引起学者的极大关注。例如，周永圣，汪寿阳（2010）考虑了政府监控下的三种回收模式，研究表明：当零售商负责回收处理退役产品时，生产商将会设定退役产品的单位回收激励价格等于政府给他的单位惩罚价格；当生产商委托第三方物流回收处理退役产品时，生产商为使其利润达到最大，将设定退役产品的单位回收激励价格等于单位惩罚价格与单位回收成本之和的一半。王文宾，达庆利（2008，2010）以电子类产品的回收作为研究对象，将政府的奖惩机制作为约束条件，博弈模型及数值仿真结果表明，奖惩机制下逆向供应链的回收率提高；奖惩机制下回收商的利润大于无奖惩机制情形的利润，回收商的积极性提高；适中的目标回收率水平和较大的奖惩力度搭配能够增加制造商的利润，提高制造商的积极性；奖惩机制下废旧产品的回购价提高，新产品的销售价降低。

综上可见，相关文献针对废弃物再制造或资源化回收模式问题进行了大量、有益的探索，但仍存在以下缺憾：①从研究对象来看，大量的研究集中于废旧家电的再制造问题，对于餐厨废弃物的回收模式选择研究极为匮乏；②现有的餐厨废弃物的回收尚未能考虑回收模式在不同试点城市的差异性。实质上，不同的模式如苏州模式、宁波模式、兰州模式以及多数城市采取的回收模式，制造商与回收商的资源承诺、市场力量、决策先后顺序可能存在差异，进一步影响各利益相关者的收益，因而研究主要试点城市的废弃食用油回收模式，在一定程度上弥补了以上研究的缺憾。

三、废弃食用油生物燃料化的回收模式比较

废弃食用油生物燃料化过程中，原料回收主要包括苏州模式、宁波模式、兰州模式及南京模式，其中苏州模式运营良好，但仍有待改进之处；南京模式在一定程度上代表了国内多数城市的废弃食用油回收，从企业运营的实践来看，相当一部分生物燃料企业因高成本或者原料供应中断而亏损。具体回收模式分析如下：

（一）苏州模式

苏州模式的特点在于收储运一体化，即并不存在独立的回收商，而由生物燃料企业（或资源化处理企业）将市场上的回收小贩纳为企业员工，上门回收（见图1）：

总体来看，苏州模式具有以下特征：①以行政管制减小非法生产厂商获得原料供应的可能性。在原料供应阶段，苏州政府采取没收黑车与截获废弃食用油并举的方式打击非法生产厂商，减少餐饮业的废弃食用油流向源头，在一定程度上致使餐馆主动与生物燃料企业或资源化企业联系。②以技术管制稳定原料供应与提高企业生产水平。目前生物燃料企业一般给予收购废弃食用油的小槽罐车或卡车配置GPS定位系统，如车辆偏离设定路线，公司将展开调查；而如果员工私自出售泔脚、地沟油，将被开除。公司的生产过程由视频摄像头监控，直接连通苏州市环境卫生管理处监控中心。技术管制还体现为回收车车载称重系统的装置，能够有效地记录进入回收车废弃食用油的数据，当餐馆的废油异常减少时，相关部门将着手调查。此外，生物燃料企业生产过程中的技术标准设定也是技术管制的一种体现，比如对于废水、废渣的要求。③以成本最小化来激励生物燃料企业。苏州模式下，生物燃料企业将收运队伍内部化，即采用招聘等方式吸纳收运人员为企业内部员工，这可以减少企业与餐馆的交易成本；同时考虑到收运成本高昂，苏州政府给予生物燃料企业补贴，补贴价位每吨118.8元。④以奖励与零收费制度规范餐馆。按照中央政府的相关政策，餐饮业将餐厨垃圾交给政府，应上缴垃圾处理费。倘若私下卖给非法生产厂商，则餐馆可以获取赢利。苏州则制定政策强制餐馆免费将废弃食用油交予资源化企业，为弥补餐馆的收益，则给予其相应的奖励。

尽管苏州模式有效地推进了废弃食用油生物燃料化，但是仍然存在如下不足：①缺乏严厉惩罚机制导致仍有部分废弃食用油去向不明，生物燃料企业的原料供应仍然不足。严厉的惩罚机制包括数额巨大的罚款，酒店评级与废弃食用油回收挂钩等。②缺少更为实效的餐馆反哺机制。当前针对餐馆的激励限于数额不多的奖励，苏州政府正酝酿更为实效的天然气反哺机制，及按照废弃食用油的供应量返还餐馆相应比例的天然气。③缺少产业链末端的生物燃料销售激励机制。由于销售终端激励机制缺乏，导致生物燃料产成品销售不畅。这些激励机制具体包括强制销售、给予消费者以税收优惠等。

（二）南京模式

南京模式为回收商与生物燃料企业分离的模式。该模式下回收商多受生物燃料企业的委托，建立回收网络，配置回收人员；而生物燃料企业并不直接参与废弃食用油的回收。南京的模式优点在于第三方回收商可以利用自身的技术与网络优势，提供专业化的服务；并能够降低生物燃料企业的回收搜寻成本。然而，较之于苏州模式，南京模式存在以下缺陷：①生物燃料企业及回收商之间的信息不对称导致前者收购成本可能上升。由于生物燃料企业与餐馆并不是直接接触，回收商可能隐匿回收真实原料供应价格信息。②回收商可能隐瞒生物燃料企业将废弃食用油售予非法生产厂商。由于信息的不对称，且可能存在的监管不力，导致回收商将废弃食用油私下售予非法生产厂商而获利，进一步加剧了生物燃料企业的原料供应短缺。③部分地区回收与资源化处理量均与补贴挂钩导致回收产品的质量下降。政府适度补贴对于降低生物燃料企业的成本，稳定原料供应极为必要。但是具体实施过程中部分地方政府对回收商与资源化处理企业均给予补贴，且前者的补贴程度依据回收的餐厨废弃物量；而后者则依据处理的餐厨废弃物量，其后果是回收商为提高餐厨废弃物重量而增加补贴，严重影响了原料供应的质量（见图2）。

（三）宁波模式

宁波模式与苏州模式有相似之处，即生物燃料企业上门回收，不存在第三方物流回收。其主要特点为“政府引导、法制管理、集中收运、专业处置、社会参与、市场化运作”，具体体现为：①运用市场化机制遴选有资质生物燃料企业。宁波市通过公开招标遴选三家废弃油脂处理企业，提高了中标企业的技术门槛。②政府提供回收运输工具，即政府出资购买餐厨垃圾回收专用车，租给回收企业使用。③负责管理收运工作的职能部门职责清晰。宁波模式运营过程中，收运工作由各区环卫部门负责组织。④餐馆缴纳适当的运费。为争取餐馆的配合与支持，政府规定免收餐厨垃圾处理费、免费提供专用垃圾桶，以远低于成本的价格收取运费（见图3）。

显然，由于遴选的企业具有一定的技术水平，且不存在第三方回收商，宁波模式减少了回收的成本，专业化处理餐厨垃圾能力较强；而生物燃料企业的寡头垄断地位也决定了其在市场决策中的话语权。但是较之于苏州模式，宁波模式的缺陷也较为明显，即缺乏技术管制及对餐馆的激励机制。苏州模式中，每个餐厨回收车均安装有GPS定位系统、车载称重系统，可以有效监控废弃食用油流向，这一点是宁波模式不具备的。与此同时，苏州模式中，餐馆不需缴纳餐厨垃圾处理费与运费，甚至在未来可能获得天然气作为激励。而宁波模式中，餐馆仍需缴纳一定的运费，进而降低了生物燃料企业获取原料的可能性。

（四）兰州模式

兰州模式区别于其他几种模式之处主要在于政府将餐厨废弃物资源化处理视为特许经营项目，以BOT方式授予甘肃驰奈能源有限公司特许经营权，由该公司负责投资建设餐厨废弃物资源化处理项目（见图4）。其特点主要包括：①产业链上游政府实施严格行政管制与技术管制政策。政府严厉打击非法回收商及非法收运餐厨废弃物，并以企业通过年审作为与生物燃料企业签约的必要条件。针对技术管制，兰州模式同样在餐厨垃圾收运车里安装GPS定位系统与通信系统，与工厂调度中心联网。②通过与研究机构合作、中外合作推进企业的技术创新能力与创新产出。为提升企业生产技术水平，甘肃省科学院、甘肃驰奈生物能源系统有限公司联合组建了兰州市生物质能工程技术中心，建立微生物领域研究平台；重点开展了城市餐厨废弃物资源化利用、无害化处理的工艺设计和系统集成及关键设备的研发工作。与此同时，与欧洲生物质能研究机构签订了技术研发合作协议，围绕生物质能关键技术研发、工艺开展联合。目前公司在餐厨废弃物处理设备方面已取得23项国家实用新型专利证书，为餐厨废弃物处理环保设备制造和应用推广奠定了技术基础。③BOT的市场化运作模式理论上有效激励了生物燃料企业。BOT模式下，生物燃料企业在特许期内负责项目设计、融资、建设和运营，并收回成本、偿还债务、赚取利润，特许期结束后将项目的所有权交予政府。由于政府承诺给予餐厨废弃物处理以补贴，理论上这种模式可以减少生物燃料运营成本，激励生产。

与理论上相对应的是，该模式实际运营举步维艰，政府补贴未能有效落实导致生物燃料企业收购成本增加；政府着力于对非法回收商管制及运输阶段的技术管制，而忽视建立针对产业链源头餐馆的严格惩罚机制。在政府要求餐馆上缴垃圾处理费的情境下，缺乏激励机制的餐馆必然将部分餐厨废弃物私下售予非法生产厂商以获利，进而导致生物燃料原料供应严重匮乏，回收率低下。

进一步地，从回收成本、回收效率、专业化程度、技术支持与管制、对餐馆的反哺机制几个维度比较四种回收模式，显然较有竞争力的为苏州模式与南京模式，但由于南京模式不具备技术支持与管制，对餐馆也缺乏反哺机制，因而是次优模式的选择（见表1）。

第2篇

近期，笔者跟随调研组对某市水煤浆试点和生物质能颗粒燃料开展了调研工作，了解了上述清洁能源的生产、销售、使用情况，采集了有关数据资料，分析了相关问题，形成了推行清洁能源，淘汰落后锅炉，从源头上控制污染物排放，提高空气质量，改善大气环境的一些建议。

一、水煤浆的特点、优势，以及推广应用存在的问题

（一）水煤浆的特点

水煤浆是一种相对经济、洁净、可替代石油和天然气的煤基液体燃料，它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有象石油一样的流动性和稳定性，在运输、储存、泵送、燃烧等方面都与石油相近。

（二）水煤浆的优势

1、在节能方面的优势

水煤浆锅炉比普通的燃煤锅炉燃烧效率高，可从80%左右提高到95%以上，热效率也可从65%提高到85%以上。水煤浆锅炉与燃煤锅炉相比，综合节能率约15%。

2、在环保方面的优势

一是制作优质水煤浆必须选用较好的煤，在原产地经过精洗剔除杂质后运出，原料煤的含硫率和灰份低，可以从源头上减少SO2等污染物的排放。二是水煤浆锅炉采用喷射燃烧等先进工艺，煤浆燃烧较充分，烟气排放能够达到或优于国家规定的二类地区第二时段排放标准。与烧煤和重油相比，各种污染物排放浓度有较大幅度的降低。如果企业采用国家Ⅰ级标准的水煤浆，可不安装脱硫设施就能保证SO2的达标排放。三是相对燃煤而言，可以大大减少仓储、运输和燃烧过程中的扬尘，净化周边环境，减少堆煤场，节约用地。

3、在经济效益方面的优势

水煤浆锅炉与重油或柴油锅炉相比，燃料成本可节约30～50%。

（三）推广应用水煤浆存在的问题

1、水煤浆锅炉的建设成本较高。例如，我市上xxx印刷有限公司1台2吨的水煤浆锅炉，建设费用约100万，而普通的2吨燃煤或燃油锅炉建设费用约30～40万，包括安装环保设施。企业原有的燃煤或燃油锅炉不能直接改造成水煤浆锅炉，必须拆除原锅炉后重新建设，所以初期投资成本较高。

2、与燃煤锅炉相比，水煤浆锅炉燃料成本提高15～20%。

3、与传统锅炉相比，水煤浆锅炉燃烧技术相对复杂，维护要求较高。水煤浆锅炉的喷孔、点火电极、磁棒、炉膛等部位需要经常清洗、除灰。

4、某些试点单位锅炉排放的污染物浓度仍然偏高。最近采集的监测数据显示，某试点企业20吨锅炉SO2的排放浓度平均约500 mg/m3，而按照总量减排的要求，须达到350 mg/m3以下。所以20吨以上锅炉还须上脱硫设施，企业可能难以接受，推广较困难。

二、生物质能颗粒燃料的特点、优势，以及推广应用存在的问题

（一）生物质能颗粒燃料的特点

生物质能颗粒燃料是在燃烧应用上的一项科研成果。它是利用秸秆、水稻秆、薪材、木屑、花生壳、瓜子壳、苜蓿草、树皮等废弃的农作物和工业废物，经粉碎―混合―挤压―烘干等工艺，最后制成颗粒状燃料，生产过程不需添加助燃物质。

（二）生物质能颗粒燃料的优势

生物质能颗粒燃料是洁净燃烧技术发展的一次突破，其原料本身含硫量极低。它采用先进的气化燃烧方式，具有高效的燃烧效率，能将不完全燃烧热损失和化学未完全燃烧热损失降到较低，并且无需处理就可实现烟气、氮氧化物、二氧化硫等污染物的达标排放。据测算，每燃烧1万吨生物质能颗粒燃料可替代燃煤0.8万吨，减少SO2排放150吨，烟尘排放80吨。生物质能锅炉是替代燃油、燃煤锅炉的选择之一，运行成本也比燃油、燃气锅炉低。

调研组也对部分试点企业的0.7吨生物质能锅炉进行了考察和监测，监测结果初步表明，这种锅炉在无须另行治理的情况下，烟气排放达标，烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物排放浓度明显较低。

（三）推广应用生物质能颗粒燃料存在的问题

1、对生物质能颗粒燃料认识不足。由于生物质能颗粒燃料在我市是一个新兴的清洁燃料行业，大多数人对生物质能颗粒产品具有高能、环保、使用方便的特性认识不够，许多用能单位根本就不知道有生物质能颗粒产品。

2、原材料供应尚未普及。生产生物质能燃料的原材料主要是秸秆、水稻秆、薪材、木屑、花生壳、瓜子壳等废弃的农作物和工业废物。珠三角地区废弃的农作物比我国北方少，木屑、锯末等工业废物的产生量虽然不少，但绝大部分已被利用为生产锯末板或刨花板等家具板材。

3、成本价格偏高。生物质能颗粒燃料成本约1000元/吨，市场价格约1200元/吨，比优质煤高出30%以上。

三、结论和建议

推广应用水煤浆和生物质能颗粒燃料能够优化我市的能源结构，可从燃料源头确保锅炉烟气达标排放，是整治黑烟囱的有效手段之一，是替代煤、油等燃料的较佳选择。

建议：1、环保监管部门对新、改、扩建锅炉在环评审批时强制使用水煤浆、生物质能颗粒燃料等清洁能源锅炉，其中2吨以上的推荐使用水煤浆锅炉，2吨以下的推荐使用生物质能颗粒燃料锅炉；2、对高速公路和主干道路两旁的燃煤燃油锅炉以行政手段推行改造，用水煤浆或生物质能颗粒燃料锅炉逐步替代现有锅炉。

四、措施

综合分析调研情况，调研组提出以下保障措施，以确保水煤浆和生物质能颗粒燃料有序推广应用。

（一）质监、工商等部门加强监管，确保水煤浆生产、销售企业给用户稳定提供优质的水煤浆，水煤浆的标准必须符合《水煤浆技术条件国家标准》中的Ⅰ级标准。

（二）由政府培育几家水煤浆生产企业和生物质能颗粒燃料生产经销企业，形成规范有序的市场竞争环境，减轻市场垄断程度，保障燃料的充足供应。

（三）综合运用经济手段、法律手段和行政手段推广应用天然气、轻柴油、水煤浆、生物质能颗粒燃料等清洁燃料。一是落实已制定的财政资金补助措施，并增加对生物质能锅炉和其它清洁能源锅炉的改造补贴；二是对现有冒黑烟企业限期治理，治理措施推荐使用水煤浆或其它清洁能源锅炉；三是以实施《珠江三角清洁空气行动计划》为契机，由政府相关部门联手，出台相关政策文件，用行政手段强制推行使用天然气、轻柴油、水煤浆、生物质能颗粒燃料等多样性清洁燃料，从根本上减少大气污染物排，改善城市空气质量。

（四）组织有关部门对水煤浆用煤产地和生物质能颗粒燃料锅炉生产企业进一步考察，掌握水煤浆和生物质能颗粒燃料的原料来源、生产、供应、环境与经济效益等情况。

第3篇

关键词:生物质,成型燃料,热水锅炉,节能研究,经济评价

概述

能源是推动经济增长的基本动力[1],能源节约则是促进能源发展的重点。生物质能源具有来源广泛,成本低廉、用能清洁等特点,特别适合于拥有丰富生物质资源的中国,通过发展生物质能源打造节能新亮点前景可观。

我国从20世纪80年代引进螺旋推进式秸秆成型机以后[2],生物质压缩成型技术已经发展得比较成熟,但是,相应的专用生物质成型燃料燃烧设备的发展相对滞后。为燃用生物质成型燃料,出现盲目将原有的燃煤燃烧设备改为生物质成型燃料燃烧设备的现象,致使锅炉燃烧效率及热效率较低,污染物排放超标。燃烧设备成为生物质能源发展链的薄弱环节。因此,根据生物质成型燃料燃烧特性设计合理的生物质成型燃料燃烧专用设备,对能源节约有着重要的意义。

生物质成型燃料热水锅炉作为燃用生物质燃料的主要设备之一,直接燃烧固体生物质颗粒燃料,主要用于家庭、宾馆、酒店、学校、医院等场所的热水、洗浴和取暖。由于燃料为生物质燃料且结构合理,此类锅炉基本达到无烟化完全燃烧的效果,排放达到环保要求,具有较好的经济、社会和环境效益。

1、生物质成型燃料

1.1生物质成型燃料的元素特性

生物质成型燃料是指通过生物质压缩成型技术将秸秆、稻壳、锯末、木屑等农作物废弃物加工成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料。

生物质原料经挤压成型后,密度可达1.1~1.4吨/立方米,能量密度与中质煤相当,而且便于运输和贮存。在压缩过程中以物理变化为主,其元素组成及微观结构与原生物质基本相同。各种生物质成型燃料中碳含量集中在35%~42%,氢含量较低,为3.82% ~5%,而氮含量不到1%,硫的含量不到0.2%,因此,造成的污染程度极低。生物质成型燃料的挥发分均在60% ～70%,因此在设计燃烧设备时应重点考虑挥发分的问题[3]。

1.2生物质成型燃料的燃烧特性

生物质成型燃料经高压形成后,密度远大于原生物质,燃烧相对稳定。虽然点火温度有所升高,点火性能变差,但比煤的点火性能好。由于生物质成型燃料是经过高压而形成的块状燃料,其结构与组织特征就决定了挥发分的逸出速度与传热速度都大大降低,但与煤相比显得更为容易[4,5]。因此,生物质成型燃料的挥发分特性指数大于煤的,其燃烧特性指数较煤的大。燃烧速度适中,能够使挥发分放出的热量及时传递给受热面,使排烟热损失降低;同时挥发分燃烧所需的氧与外界扩散的氧很好的匹配,燃烧波浪较小,减少了固体与排烟热损失[6]。

2、生物质成型燃料热水炉

2.1 生物质成型燃料热水炉的结构

目前我国拥有多种型号生物质成型燃料热水锅炉,按燃料品种可分为木质颗粒锅炉和秸秆颗粒锅炉,按应用场合可分为家用型和商用型。下吸式固定双层炉排热水炉是应用较广的一种结构形式,其充分考虑生物质燃料燃烧特性,由炉门、炉排、炉膛、受热面、风室、降尘室、炉墙、排汽管、烟道、烟囱等主要部分组成,结构布置如图1所示[7]。

1.水冷炉排 2.上炉门 3.出灰口 4.炉膛 5.风室 6.高温气流出口 7.降尘室 8.后置锅筒

9.排污口10.进水口 11.引风机 12.烟囱13.排气管14.对流受热面15.出水口

图1下吸式固定双层炉排热水炉示意图

2.2 生物质成型燃料热水炉的工作过程

一定粒径生物质成型燃料经上炉门加在炉排上,根据生物质容易着火的燃料特性,片刻就会燃烧起来,在引风机引导下进行下吸式燃烧;上炉排漏下的燃料屑和灰渣到下炉膛底部继续燃烧并燃烬,然后经出灰口排出;燃料在上炉排上燃烧后形成的烟气和部分可燃气体透过燃料层、灰渣层进入下炉膛继续燃烧,并与下炉排上燃料产生的烟气一起经出高温气流出口流向后面的降尘室和对流受热面,在充分热交换后进入烟囱排向外界。

3、节能原理

由有关燃烧理论可知,保持燃料充分燃烧的必要条件为保持足够的炉膛温度,合适的空气量及与燃料良好的混合、足够的燃烧时间和空间。因此,本文将依据生物质成型燃料本身的特性,结合燃烧理论,针对锅炉结构进行节能分析。

3.1 炉排及炉膛

生物质成型燃料热水锅炉采用双层炉排结构,即在手烧炉排一定高度另加一道水冷却的钢管式炉排,其成弯管直接插入上方锅筒中,这种设计一方面增大了水冷炉排吸热面积,另一方面加快了炉排与锅筒内回水的热传递。

燃料燃烧采用下吸式燃烧方式。成型燃料由上炉门加在上炉排上进行预热、燃烧,由于风机的引导,新燃料不会直接遇到高温过热烟气,延缓了挥发分的集中析出,从而避免了炉膛温度的波动,使燃烧趋于稳定;同时,挥发分必须通过高温氧化层,与空气充分混合,在焦炭颗粒间隙中进行着火燃烧;在完成一段燃烧过程后,上炉排形成的燃料屑和灰渣漏至下炉膛并继续燃烧,直到燃烬。

采用双层炉排,实现了秸秆成型燃料的分步燃烧,缓解秸秆燃烧速度,达到燃烧需氧与供氧的匹配,使秸秆成型燃料稳定持续完全燃烧,在提高燃料利用率的同时起到了消烟除尘作用。

3.2 辐射受热面

早期的部分生物质成型燃料热水锅炉设计布置不够合理,水冷炉排直接与水箱相连,使得炉膛温度过高,特别是上炉膛,致使上炉门附近炉墙墙体过热,增加了锅炉的散热损失。在不断优化设计中,水箱被上下两个锅筒所代替,上锅筒部分置于上炉膛上方,利用锅筒里的水吸收燃料燃烧在上炉膛的热量,从而增加辐射受热面积,起到降低上炉膛温度的目的,从而减少锅炉的散热损失,提高热效率。

3.3 对流受热面

生物质成型燃料热水锅炉的对流受热面分为两个部分:降尘对流受热面和降温受热面。对流受热面极易发生以下现象:高温烟气与锅筒中的水换热不均,从而引起热水部分出现沸腾,增加锅炉运行的不稳定因素;受整体外形约束,烟道长度设计偏短,导致烟气与锅筒里的水换热不够充分,使得排烟温度过高,增加了锅炉的排烟热损失。为避免上述问题出现,降温对流受热面与降尘对流受热面常常采取分开布置;降温换热面置于上锅筒内,采用烟管并联设计,增加烟气与锅筒中水的热交换,降低排烟温度,提高燃烧效率;降尘则利用锅炉后部的下锅筒及管路引起的烟气通道面积的变化达到效果。

3.4 炉门设计

目前应用较多的炉门设计为双炉门。上炉门常开,作为投燃料与供应空气之用;下炉门用于清除灰渣及供给少量空气,正常运行时微开,在清渣时打开;一方面保证了燃烧所需条件,另一方面减少了由于炉门多而造成的散热损失。

4、技术经济评价

4.1 技术评价

研究对象为生物质成型燃料热水锅炉,本文采用与目前应用最广的燃煤锅炉相比较的方法,来分析它们各自的优劣。评价针对锅炉的节能环保性能,主要指标有热效率、燃烧效率、出水量和污染物的排放量(主要是排烟处的NOx、CO、SO2和灰尘的含量),并与国家相关标准比较。

生物质成型燃料热水锅炉与燃煤锅炉的性能指标比较如表1所示[8,9]。

从表1中的数据对比可知,生物质成型燃料热水锅炉在性能上具有一定优势。节能方面,锅炉热效率和燃烧效率均高于传统燃煤锅炉,远远超过国家标准;废气排放方面,烟中NOx、CO、S O2及烟尘含量均低于燃煤锅炉,符合使用清洁能源的要求。

4.2 经济评价

经济性评价以设备运行费用为指标,将生物质成型燃料热水锅炉与燃煤锅炉、燃油锅炉、天燃气锅炉、电锅炉、空气源热水器进行比较。各热水设备的效率及相应热源(燃料)热值、单价详见表2。

运行费用计算公式如下:

(1)

以加热1t水为基准,温度从20℃升至90℃(温升70℃),此时需要热量70000kcal。根据式(1)求得各设备在此负荷下的运行费用列于表2,可知生物质成型燃料热水锅炉在运行费用上相对较低,但是就目前而言,其固定资产投入费较同类型的其它锅炉设备要高。不过随着化石能源价格的上涨和国家对环保的要求的提高,生物质成型燃料热水锅炉在经济效益上将会越来越具有优势。

通过技术经济评价,生物质成型燃料热水锅炉在技术上是可行的,经济上是合理的。该锅炉用生物质成型块做燃料,一方面为生物质废料找到了有效的利用途径,节约化石能源,另一方面染物排放量低于同类型的燃煤锅炉,因此该锅炉具有良好的社会和环保效益。

5、结论

(1)生物质成型燃料热水锅炉依据生物质成型燃料本身的特性,结合燃烧理论,在炉排及炉膛、辐射与对流受热面、炉门等结构设计上充分挖掘节能潜力。锅炉燃烧效率可达94.84%,热效率为78.2%~81.25%。

(2)生物质成型燃料热水锅炉在技术性能上具有一定优势。节能方面,锅炉热效率和燃烧效率均高于传统燃煤锅炉,远远超过国家标准;废气排放方面,烟中NOx、CO、SO2及烟尘含量均低于燃煤锅炉,符合清洁能源的要求。

(3)生物质成型燃料热水锅炉在运行费用上较其它类型设备要低,尽管目前其固定资产投入费相对较高。随着节能环保要求的提高,此类锅炉在经济效益上将会越来越具有优势。

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