生物质能源技术就是把生物质转化为能源并加以利用的技术,按照生物质的特点及转化方式可分为固体燃料生产技术、液体燃料生产技术、气体燃料生产技术。固体生物燃料技术包括生物质成型技术、生物质直接燃烧技术和生物质与煤混烧技术,是广泛应用且非常成熟的技术,生物质常温成型技术代表着固体生物质燃料的发展趋势;生物液体燃料可以替代石油作为运输燃料,不仅能解决能源安全问题,还有利于减少温室气体排放,还可以作为基本有机化工原料,代表着生物能源的发展方向,液体生物燃料包括燃料乙醇、生物柴油、生物质经气化或液化过程再竟化学合成得到的生物燃油BtL(Biomass to Liquid Fuel);气体生物燃料包括沼气、生物质气化、生物质制氢等技术,工业化生产沼气以及沼气净化后作为运输燃料GtL(Gas to Liquid Fuel)是近期内发展气体生物燃料的现实可行技术。

1、固体生物质燃料

生物质成型燃料燃烧是把生物质固化成型后采用略加改进后的传统燃煤设备燃用,该技术将低品味的生物质转化为高品味的易储存、易运输、能量密度高的生物质颗粒(pellets)状或状(briquettes)燃料,热利用效率显着提高,能效可达45%(如瑞典的Kcraft热电工厂),超过一般煤的能效。欧洲在生物质成型燃料方面起步较早,900万人口的瑞典年颗粒燃料使用量为120万吨,瑞典20%集中供热是生物质颗粒燃料完成的;600万人口的丹麦年消费成型燃料70万吨。瑞典还开发了生物质与固体垃圾共成型燃烧技术,解决了垃圾燃烧有害气体二恶英(dioxin)超标问题。

直接燃烧作为能源转化形式是一项传统的技术,具有低成本、低风险等优越性,但效率相对较低,还会因燃烧不充分而污染环境。锅炉燃烧采用现代化的锅炉技术,适用于大规模利用生物质;垃圾焚烧也采用锅炉燃烧技术,但由于垃圾的品味低及腐蚀性强等原因,对技术水平和投资的要求高于锅炉燃烧。通过技术改进,生物质直接燃烧的能效已显着提高,直接燃烧的能效已达30%(如丹麦的Energy 2秸杆发电厂,瑞典的Umea Energy垃圾热电厂)。美国生物质直接燃烧发电约占可再生能源发电量的70%,2011年美国生物质发电装机容量为9799MW,发电370亿Kwh。

1)生物质固体燃料生产技术

目前国内外普遍使用的生物质成型工艺流程如图1-1所示。压缩技术主要包括螺旋挤压式成型技术、活塞冲压成型技术和压辊式成型技术,其中前两种技术发展较快,技术比较成熟,应用较广。但一般的成型技术需要将生物质加热到80°C以上才能使其成型,所以能耗较高,增加了生物制成型燃料的成本。

现有的生物质成型技术必须在加热条件下进行,常温成型技术则打破了这一传统概念。目前,中国(清华大学)和意大利(比萨大学)两国分别开发出生物质常温(40°C)成型技术,使生物质成型燃料的成本显着降低,为生物质成型燃料的广泛应用奠定了基础。生物质材料的力传导性极差,但通过缩短力传导距离,给其一个剪切力,可使被木质素包裹的纤维素分子团错位、变形、延展,在较小的压力下,可使其相邻相嵌、重新组合而成型。利用这一理论制造的机械设备,可以实现自然含水率生物质不用任何添加剂、粘结剂的常温压缩成型。常温成型技术为生物质低成本地高效利用打开了方便之门,不仅可以生产高效固体清洁燃料,而且提高了生物质的能量密度,方便运输,可以作为液体燃料和生物化工产品的生产原料。成型燃料还解决了直接燃烧能效低的问题,使颗粒燃料可以在千家万户作为炊事、取暖燃料,而以往的生物质直燃技术只适用于大型锅炉系统,小型直燃系统能效仅为10-15%,且因燃烧不完全造成环境污染。但是,在原料脱水预处理、提高单机生产能力方面尚需做大量的工作。

瑞典的Stockholm Energy公司1970年代末首先将3座100MW燃油锅炉改为使用生物质颗粒燃料;Kraft热电工厂在世界上首先开发热、电、颗粒燃料联产技术并投入商业化生产,能效高达8

6%。瑞典的生物质成型燃料已广泛应用于供热和工业锅炉,其中集中供热的20%是由颗粒燃料提供。瑞典的人均燃料占有量为130kg,居世界第一位。