生物质燃料的应用范文第1篇

中图分类号： TK223文献标识码： A

一、生物质能的特点与发展生物质能意义 

（一）生物质能的特点

1、可再生性 

生物质属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用； 

2、低污染性 

生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的硫化物、氮氧化物较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；

3、广泛分布性 

缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能。 

4、生物质燃料总量十分丰富 

根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质;海洋每年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。

（二）发展生物质能意义

生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。国外生物质能研究开发工作主要集中于气化、液化、热解、固化和直接燃烧等方面。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其它诸如加拿大、丹麦、荷兰、德国、法国、芬兰等国，多年来一直在进行各自的研究与开发，并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系，拥有各自的技术优势。 

我国生物质能研究开发工作，起步较晚。随着经济的发展，开始重视生物质能利用研究工作，从八十年代起，将生物质能研究开发列入国家攻关计划，并投入大量的财力和人力。已经建立起一支专业研究开发队伍，并取得了一批高水平的研究成果，初步形成了我国的生物质能产业。生物质能是一个重要的能源，预计到下世纪，世界能源消费的40%来自生物质能，我国农村能源的70%是生物质，我国有丰富的生物质能资源，仅农村秸杆每年总量达6亿多吨。随着经济的发展，人们生活水平的提高，环境保护意识的加强，对生物质能的合理、高效开发利用，必然愈来愈受到人们的重视。因此，科学地利用生物质能，加强其应用技术的研究，具有十分重要的意义。 

二、生物质能发电工艺 

生物质锅炉是将生物质直接作为燃料燃烧,将燃烧产生的能量用于发电。当今用于发电的生物质锅炉主要包括流化床生物质锅炉和层燃锅炉。

（一）流化床燃烧技术

流化床燃烧与普通燃烧最大的区别在于燃料颗粒燃烧时的状态,流化床颗粒是处于流态化的燃烧反应和热交换过程。生物质燃料水分比较高,采用流化床技术,有利于生物质的完全燃烧,提高锅炉热效率。生物质流化床可以采用砂子、燃煤炉渣等作为流化介质,形成蓄热量大、温度高的密相床层,为高水分、低热值的生物质提供优越的着火条件,依靠床层内剧烈的传热传质过程和燃料在床内较长的停留时间,使难以燃尽的生物质充分燃尽。另外,流化床锅炉能够维持在 850℃稳定燃烧，可以有效遏制生物质燃料燃烧中的沾污与腐蚀等问题，且该温度范围燃烧NOx排放较低,具有显著的经济效益和环保效益。但是,流化床对入炉燃料颗粒尺寸要求严格,因此需对生物质进行筛选、干燥、粉碎等一系列预处理,使其尺寸、状况均一化,以保证生物质燃料的正常流化。对于类似稻壳、木屑等比重较小、结构松散、蓄热能力比较差的生物质,就必须不断地添加石英砂等以维持正常燃烧所需的蓄热床料,燃烧后产生的生物质飞灰较硬,容易磨损锅炉受热面。此外,在燃用生物质的流化床锅炉中发现严重的结块现象，其形成的主要原因是生物质本身含有的钾、钠等碱金属元素与床料(通常是石英砂)发生反应，形成K20·4Si02和Na20·2Si02的低温共熔混合物，其熔点分别为870℃和760℃，这种粘性的共晶体附着在砂子表面相互粘结，形成结块现象。为了维持一定的流化床床温,锅炉的耗电量较大,运行费用相对较高。

（二）层燃燃烧技术

层燃燃烧是常见的燃烧方式,通常在燃烧过程中,沿着炉排上床层的高度分成不同的燃烧阶段。层燃锅炉的炉排主要有往复炉排、水冷振动炉排及链条炉排等。采用层燃技术开发生物质能,锅炉结构简单、操作方便、投资与运行费用都相对较低。由于锅炉的炉排面积较大,炉排速度可以调整,并且炉膛容积有足够的悬浮空间,能延长生物质在炉内燃烧的停留时间,有利于生物质燃料的充分完全燃烧。但层燃锅炉的炉内温度很高,可以达到1000℃以上,灰熔点较低的生物质燃料很容易结渣。同时,在燃烧过程中需要补充大量的空气,对锅炉配风的要求比较高,难以保证生物质燃料的充分燃烧,从而影响锅炉的燃烧效率。

三、国内外生物质锅炉的开发及应用

生物质发电在发达国家己受到广泛重视，在奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典等欧洲国家和北美，生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速。

（一）国外生物质锅炉的开发及应用

生物质锅炉的技术研究工作最早在北欧一些国家得到重视，随焉在美国也开展了大量研究开发，近几年由于环境保护要求日益严格和能源短缺，我国生物质燃烧锅炉的研制工作也取得了进展。生物质

燃料锅炉国内外发展现状示于表1。

美国在20世纪30年代就开始研究压缩成型燃料技术及燃烧技术，并研制了螺旋压缩机及相应的燃烧设备；日本在20世纪30年代开始研究机械活塞式成型技术处理木材废弃物，1954年研制成棒状燃料成型机及相关的燃烧设备；70年代后期，西欧许多国家如芬兰、比利时、法国、德国、意大利等国家也开始重视压缩成型技术及燃烧技术的研究，各国先后有了各类成型机及配套的燃烧设备。

丹麦BWE公司秸杆直接燃烧技术的锅炉采用振动水冷炉排，自然循环的汽包锅炉，过热器分两级布置在烟道中，烟道尾部布置省煤器和空气预热器。位于加拿大威廉斯湖的生物质电厂以当地的废木料为燃料，锅炉采用设有BW“燃烧控制区”的双拱形设计和底特律炉排厂生产的DSH水冷振动炉排，使燃料燃烧完全，也有效地降低了烟气的颗粒物排放量。同时，还在炉膛顶部引入热空气，从而在燃烧物向上运动后被再次诱入浑浊状态，使固体颗粒充分燃烧，提高热效率，减少附带物及烟气排放量。流化床技术以德国KARLBAY公司的低倍率差速床循环流化床生物质燃烧锅炉为代表。该锅炉的特点主要体现在燃烧技术上。高低差速燃烧技术的要点是改变现有常规流化床单一流化床，而采用不同流化风速的多层床“差速流化床结构”。瑞典也有以树枝、树叶等作为大型流化床锅炉的燃料加以利用的实例。国内无锡锅炉厂、杭州锅炉厂、济南锅炉厂等都有燃用生物质的流化床锅炉。

（二）我国生物质锅炉的开发及应用

我国生物质成型燃料技术在20世纪80年代中期开始，目前生物质成型燃料的生产已达到了一定的工业化规模。成型燃料目前主要用于各种类型的家庭取暖炉(包括壁炉)、小型热水锅炉、热风炉，燃烧方式主要为固定炉排层燃炉。河南农业大学副研制出双层炉排生物质成型燃料锅炉，该燃烧设备采用双层炉排结构，双层炉排的上炉门常开，作为燃料与空气进口；中炉门于调整下炉排上燃料的燃烧和清除灰渣，仅在点火及清渣时打开；下炉门用于排灰及供给少量空气。上炉排以上的空间相当于风室，上下炉排之间的空间为炉膛，其后墙上设有烟气出口。这种燃烧方式，实现了生物质成型燃料的分步燃烧，缓解生物质燃烧速度，达到燃烧需氧与供氧的匹配，使生物质成型燃料稳定、持续、完全燃烧，起到了消烟除尘作用。20世纪80年代末，我国哈尔滨工业大学与长沙锅炉厂等锅炉制造企业合作，研制了多台生物质流化床锅炉，可燃烧甘蔗渣、稻壳、碎木屑等多种生物质燃料，锅炉出力充分，低负荷运行稳定，热效率高达80％以上。浙江大学等也开展了相关研究工作。下面介绍两种国产的代表性锅炉。

1、无锡华光锅炉股份有限公司

锅炉为单锅筒、集中下降管、自然循环、四回程布置燃秸秆炉。炉膛采用膜式水冷壁,炉底布置为水冷振动炉排。在冷却室和过热器室分别布置了高温过热器、中温过热器和低温过热器。尾部采用光管式省煤器及管式空气预热器。炉膛、冷却室和过热器室四周全为膜式水冷壁,为悬吊结构。锅筒中心线标高为32100m。锅炉按半露天。布置进行设计。

2、济南锅炉集团有限公司

济南锅炉集团有限公司在采用丹麦BWE技术生产生物质锅炉的同时,也开发出循环流化床生物质锅炉,其燃料主要为生物质颗粒。其燃料主要通过机械压缩成型,一般不需添加剂,其颗粒密度可达到1～017t/m3,这样就解决了生物质散料因密度低造成的燃料运输量大的问题。但颗粒燃料的生产电耗高,一般每生产1t颗粒燃料需耗电30～

55kW,因而成本较高,大约在300元/t。循环流化床锅炉炉内一般需添加粘土、石英沙等作为底料已辅助燃烧。由于燃料呈颗粒状,因而上料系统同输煤系统一致,很适于中小型燃煤热电厂的生物质改造工程,在国家关停中小型燃煤(油)火力热电政策和鼓励生物质能开发政策下有广阔的市场前景。

四、我国生物质直燃发电政策

我国具有丰富的新能源和可再生能源资源，近几年在生物质能开发利用方面取得了一些成绩。2005年2月28日通过了《可再生能源法》，其中明确指出“国家鼓励和支持可再生能源并网发电”，它的颁布和实施为我国可再生能源的发展提供了法律保证和发展根基。随后，与之配套的一系列法律、法规、政策等陆续出台，如《可再生能源发电有关管理规定》(发改能源[2006]13号)、《可再生能源发电价

格和费用分摊管理试行办法》(发改价格[2006]7号)、《可再生能源电价附加收入调配暂行办法》(发改价格[2007]44号)、《关于2006年度可再生能源电价补贴和配额交易方案的通知》(发改价格[2007]

2446号)、《关于2007年1—9月可再生能源电价附加补贴和配额交易方案的通知》(发改价格[2008]640号)等的。与此同时，国务院有关部门也相继了涉及生物质能的中长期发展规划，生物质能的政策框架和目标体系基本形成。2012年科技部日前就《生物质能源科技发展"十二五 "重点专项规划》、《生物基材料产业科技发展"十二五"专项规划》、《生物种业科技发展"十二五"重点专项规划》、《农业生物药物产业科技发展"十二五"重点专项规划》等公开征求意见。表示将建立政府引导和大型生物质能源企业集团参与科技投入机制，推进后补助支持方式向生物质能源科技创新倾斜，形成政府引导下的多渠道投融资机制。这些政策的出台为生物质发电技术在我国的推广利用提供了有力的保障。

四、高效洁净生物质锅炉的开发应用建议

（一）重点开发适用于秸秆捆烧的燃烧设备

目前对生物质直接燃烧的研究，比较多地集中在生物质燃烧特性、燃烧方法和燃烧技术等方面，而对各种燃烧技术的经济性研究较少，更缺乏对不同燃烧方法、燃烧技术经济性的比较分析。实际上，由于生物质(尤其是农作物秸秆)原料来源地分散，收集、运输、贮存都需要一定的成本，有些燃烧技术需先对生物质燃料进行干燥、破碎等前期加工处理，真正适用的、值得推广的是能源化利用总成本最低、从收集到燃烧前期加工处理过程耗能最少、对环境影响最小的技术。例如，对于秸秆类生物质，捆烧将会是最有市场竞争力的燃烧方法，所以，应针对我国农村耕种集约化程度较低的现状，开发各种秸秆的小型打捆机械，并重点开发适用于秸秆捆烧的燃烧设备。农林加工剩余物(如甘蔗渣、稻壳、废木料等)则宜就地或就近燃烧利用，如剩余物数量较大且能常年保证供应，则可作为热能中心或热电联产锅炉燃料，热电联产的锅炉型式应优先采用循环流化床锅炉，数量较少或不能保证常年供应的，则可采用能与煤混烧的燃烧设备。

（二）加大科技支撑力度,加强产学研结合,突破关键技术和核心装备的制约

加大科技支撑力度,尽快将生物质能源的研究开发纳入重大专项,开发低成本非粮原料生产燃料乙醇和高效酶水解及高效发酵工艺,研究可适用不同原料、节能环保的具有自主知识产权的生物柴油绿色合成工艺,开发适宜中国不同区域特点的高效收集秸秆资源、发展成型燃料的关键生产技术与装备。

（三）做好技术方面控制

生物质锅炉的开发过程中应当克服以下技术问题：

1、粉尘控制与防火防爆 

目前生物质电厂的燃料储运是在常压下进行的，由于生物质燃料自身的特点，在其粉碎过程中或者在运输过程中出现落差的情况下，会产生大量的粉尘，导致了上料系统合锅炉给料系统的粉尘含量高，粉尘浓度甚至进入爆炸极限范围，存在极大的安全隐患。 

针对这种情况，需要我们根据国内燃料供应情况，在燃料粉碎、运输及上料环节上对生产工艺做相应修改，如采用封闭式负压储运；在落差较大的位置设置除尘装置；增设粉尘浓度传感器对粉尘进行实时监测；保持料仓的通风性良好，监测并控制料仓的温度、湿度。 

2、燃料输送系统的简化 

目前燃料输送系统和锅炉给料系统环节较多，工艺复杂，螺旋和斗式提升机经常堵塞的现象。燃料输送系统故障会导致炉前料仓断料，不能满足锅炉负荷下的燃料供应。 

为了避免这种现象发生，可以考虑改进现有的给料工艺，减少给料环节，不采用斗式提升机，改用栈桥、皮带，直接将料仓的料输送到炉前料仓。同时严格控制燃料湿度和粒度，防止燃料结团、缠绕，并改进自动化控制手段，保证输料系统连续稳定运行。 

3、结焦和腐蚀 

生物质燃料的成分和煤粉存在极大差异，尤其灰分中含有大量碱金属盐，这些成分导致其灰熔点较煤粉的灰熔点低，容易产生沾污结焦和腐蚀。因而生物质锅炉产生结焦、腐蚀的工况参数与普通燃煤炉不同，应该根据燃料性质及燃烧特性的不同，对锅炉及其辅助设备的工艺设计提出不同要求，并改进相关自动化控制使工艺运行环境符合现有设备要求。

随着国家大气污染排放标准的提高，因重视对废气排放的控制，炉内脱硫技术是控制空气污染的有效方法。循环流化床是我国燃煤发电重要的清洁煤技术。历经二十余年的发展，我国掌握了300MW亚临界循环流化床锅炉设计制造运行的系统技术，发展超临界参数循环流化床锅炉已经势在必行。国家发改委自主研发超临界600MWCFB锅炉是当前技术的典范。

参考文献

[1]刘强,段远源,宋鸿伟.生物质直燃有机朗肯循环热电联产系统的热力性能分析[j].中国电机工程学报,2013年26期.

生物质燃料的应用范文第2篇

厂址选择

直燃生物质发电项目的选择重点应考虑项目厂（场）址的交通条件、原料供应条件、并网条件、水源供应条件及与规划的符合性。环评单位依据的选择基本原则要求主要有：

《关于加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知》（环发[2006]82号）及《关于进一步加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知》（环发[2008]82号）要求“地方政府应根据当地生物质资源分布情况和合理运输半径，进行综合规划、合理布局，制定农林生物质直接燃烧和气化发电类项目发展规划；在采暖地区县级城镇周围建设的农林生物质发电项目，应尽量结合城镇集中供热，建设生物质热电联产工程；大中城市建成区和城市规划区、城市建成区、环境质量不能达到要求且无有效削减措施的或者可能造成敏感区环境保护目标不能达到相应标准要求的区域，不得新建农林生物质直接燃烧和气化发电项目”。

在实际工作中，直燃生物质发电厂选址的可行性分析中还会遇到下列几个问题。

一是由于部分生物质发电厂的选择缺乏长远规划，往往与当地的一些单项规划存在一定的不符合性，主要表现在城市总体规划、土地利用总体规划、供热规划、各类专项规划、乡镇规划、电网规划、生态功能区规划等存在一定的不符合性。如果存在不符合之处，应与当地政府进行项目厂址比选，重新调整相关规划或调整项目位置、规模等，使项目厂址与相关规划协调、可行，并附相关支撑性材料。

二是燃料分散、供应距离远，有些区域由于地形、地质、农作物种类等原因，农作物秸秆产量较少或较分散，增加了电厂收购成本或不能满足电厂额定负荷要求。因此，应对生物质电厂区域秸秆剩余量及运输距离进行详细调查统计。同时，当地政府应承诺在该电厂燃料供应范围内不再引入大规模损耗生物质资源的工业企业，以免导致燃料供应不足。

三是项目所在地环境质量不能满足相关环境质量标准要求，不具备项目建设所需的环境容量。如果项目所在区域尚无剩余环境容量，应重新选址或采取有效削减、替代措施，所实施的削减和替代措施需要具有可操作性和有效性。

在环境影响评价中，还需对厂区供水、交通等条件进行分析，需要对多个厂址进行比选，从各方面对照分析选址的合理性，确定最为合理的厂（场）址。

工程分析

工程分析是建设项目环评的重要组成部分，是环评报告的基础数据。直燃生物质发电项目工程分析主要包括项目组成、项目依托情况、燃料供应及贮储、成分、热值分析、厂区平面布置、工程拟采用的工艺技术、主要装置和设备、污染物种类、污染物产生量和排放源强的确定、所采取的各项环境污染防治措施以及非正常工况污染物排放情况。

目前我国现有直燃生物质发电厂主要使用丹麦BWE公司水冷振动炉排技术，由国内生产制造的振动炉排高温高压锅炉。生物质燃料被送入炉内后，燃料在炉排上由于振动而被抛起，边燃烧边跳跃前进，炉渣由炉排末端排出。锅炉一般采用低氮燃烧方式，预留烟气脱除氮氧化物装置空间，除尘一般采用旋风分离器+布袋除尘器除尘，设计除尘效率一般不小于99.90%。由于秸秆含硫量低，一般仅预留脱硫空间。由于秸秆燃烧产生的灰分中含有丰富的钾、镁、磷和钙等营养成分，可用作高效农业肥料，一般生物质电厂可不设大型灰渣厂。直燃生物质发电项目废水主要分为一般性废水及浓盐水，由于电厂锅炉用水对水质要求较高，并且电厂多采用中水作为生产水源，因此，一般直燃生物质电厂都配有中水处理系统、锅炉水除盐系统及厂区综合污水处理站，除盐系统多采用反渗透处理工艺。处理后的污水多回用于循环冷却水及绿化等用水，浓盐水可用于锅炉除灰除渣。对于降雨较多的地区还应考虑燃料堆场雨水。

燃料供应充足是保证生物质电厂正常运行首要条件，在区域燃料供应中应详细调查燃料来源保证性、燃料种类、燃料量、燃料热值、燃料收购方式、燃料的运输，并附燃料热值分析报告，必要时可编制《生物质资源专题收集报告》。

燃料贮存点的分布、交通条件、与周围环境关系、贮存量、防腐、防洪、消防措施、燃料贮存点的扬尘及恶臭防治。为避免燃料长期存放造成自燃或腐烂、发酵降低发热值，燃料贮藏时间最长应不超过一年。燃料储运过程可参照《秸秆燃料储运技术规范》执行。

环境风险评价

由于直燃生物质项目具有火灾风险，因此直燃生物质项目环境影响报告书应设置环境风险影响评价专章，重点分析火灾带来的环境影响。环境风险评价专章应为建设项目的风险管理决策提供科学依据，以便在事故情况下及时采取有效、迅速的防控措施和应急措施，降低风险事故带来的影响。直然生物质项目的环境风险评价，一般应包括环境风险识别、风险事故频率确定、风险事故环境影响预测、风险事故防范措施及应急预案等主要内容。直然生物质项目主要有以下几种事故源项：

（1）燃料堆场发生火灾风险对周围环境的影响；

（2）轻柴油储油罐发生泄漏、火灾、爆炸风险对储油罐周围环境的影响；

（3）火灾事故处理过程中产生的消防废水、燃烧烟气等伴/次生污染影响；

（4）废水事故排放对周围环境的影响。

根据风险事故环境影响预测结果给出可能受影响的范围，并制定切实可行的环境风险防范措施及应急预案，减少因风险事故带来的环境影响。

以“宁夏安能生物质热电有限公司2×15MW生物质热电联产工程”为例，其风险防范措施主要为：对燃料堆场周围设置防火距离，配备相应消防设施；厂区高建筑应采用防雷击设计；燃料堆场四周应设置一定宽度的水沟，炎热、干燥条件下可降低燃料场温度、增加燃料场湿度，在降雨及消防时也可用于燃料堆场排水等。

结语

生物质燃料的应用范文第3篇

【关键词】燃料电池;原理;分类;应用

0.引言

时至今日，世界经济大体上仍然是化石燃料依赖型的，石油、煤和天然气占世界初级能源消费总量的85％左右，剩下的部分主要是水电和核电，真正的可再生清洁能源如风能、太阳能等所占比例不到3％。世界能源需求仍在以1.5％～2％的年率增长，而地质学家预测说，石油和天然气价格将大幅度上升，再也不会回落。

燃料电池的出现与发展，给便携式电子设备带来一场深刻的革命，并且还会波及到汽车业，住宅，以及社会各方面的集中供电系统。在21世纪中它将会把人类由集中供电带进一种分散供电的新时代。燃料电池供电，没有二氧化碳的排放，可减轻温室效应使全球气候变暖问题，它解决了火力发电使全球环境污染的问题，它是一个纯正的绿色清洁能源。

1.燃料电池的原理

1.1 燃料电池的组成和工作原理

燃料电池的基本组成：阳极、阴极、电解质和外电路。燃料电池中的电解质有不同的种类。燃料电池是靠氢氧结合成水的反应来发电的，因而不会产生氮氧化物（NOX）和碳氢化合物（HC）等易对空气造成污染的物质。它由三部分组成：阴极、阳极和电解液。

燃料电池有着几个独特的性质：

（1）燃料电池在工作时必须有能量（燃料）输入，才能产出电能。

（2）燃料电池所能够产生的电能只和燃料的供应有关，只要供给燃料就可以产生电能，其放电是连续进行的。

（3）燃料电池本体的质量和体积并不大，但需要一套燃料储存装置或燃料转换装置和附属设备才能获得氢气，而这些燃料储存装置或燃料转换装置和附属设备的质量和体积远远超过燃料电池本身。

1.2 燃料电池中的催化作用

燃料电池中的电催化作用是用来加速燃料电池化学反应中电荷转移的一种作用，一般发生在电极与电解质的分界面上。 催化剂是一类可产生电催化作用的物质。电催化剂可以分别用于催化阳极和阴极反应。这种分离的催化特征，使得人们可以更好地优选不同的催化剂。

评价催化剂的主要技术指标为稳定性、电催化活性、电导率和经济性。

2.燃料电池的特点

由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可以避免中间的转换的损失，达到很高的发电效率。同时还有以下一些特点：

不管是满负荷还是部分负荷均能保持高发电效率；不管装置规模大小均能保持高发电效率； 具有很强的过负载能力； 通过与燃料供给装置组合的可以适用的燃料广泛；用天然气和煤气等为燃料时，NOX及SOX等排出量少，环境相容性优。

此外，燃料电池的能量转换效率高，不受卡诺效率限制；清洁、环保。燃料电池不需要锅炉、汽轮机等大型设备、没有SOx、NOx气体和固体粉尘的排放；可靠性和操作性良好，噪声低；所用燃料广泛，占地面积小，建厂具有很大灵活性。

3.燃料电池的分类

燃料电池可依据其工作温度、所用燃料的种类和电解质类型进行分类。按照工作温度，燃料电池可分为高、中、低温型三类。按燃料来源，燃料电池可分为直接式燃料电池(如直接甲醇燃料电池)，间接式燃料电池(如甲醇通过重整器产生氢气，然后以氢气为燃料电池的燃料)和再生类型进行分类。依据电解质的不同，可将燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MC

FC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。

3.1直接甲醇燃料电池

直接甲醇燃料电池是以甲醇为燃料，通过与氧结合产生电流的，优点是直接使用甲醇，省去了氢的生产与存储。其电化学转化过程又可分为两种方式，一种是直接燃料电池，另一种是间接燃料电池。直接燃料电池主要是甲醇在阳极被电解为氢和二氧化碳，氢通过质子膜到阴极与氧气反应并同时产生电流。间接燃料电池是先将甲醇进行炼解或重整得到氢，然后再由氢和氧通过质子膜电解槽反应而获得供给汽车动力的电能。这种燃料电池以甲醇为能量来源，手机，笔记本电脑将不再用充电。

3.2固体氧化物燃料电池

固体氧化物燃料电池采用固体氧化物作为电解质，除了高效，环境友好的特点外，它无材料腐蚀和电解液腐蚀等问题；在高的工作温度下电池排出的高质量余热可以充分利用，使其综合效率可由50%提高到70%以上； 它的燃料适用范围广，不仅能用H2，还可直接用CO、天然气（甲烷）、煤汽化气，碳氢化合物、NH3、H2S等作燃料。这类电池最适合于分散和集中发电。

3.3碱性燃料电池

再生氢氧燃料电池将水电解技术(电能+2H2O2H2+O2)与氢氧燃料电池技术(2H2+O2H2O+电能)相结合 ,氢氧燃料电池的燃料 H2、氧化剂O2可通过水电解过程得以“再生”, 起到蓄能作用。可以用作空间站电源。采用氢氧化钾溶液作为电解液。这种电解液效率很高（可达60-90％），但对影响纯度的杂质，如二氧化碳很敏感。因而运行中需采用纯态氢气和氧气。这一点限制了将其应用于宇宙飞行及国际工程等领域。

3.4质子交换膜燃料电池

燃料电池工程中心研究双效催化剂和双效氧电极的制备方法，研制薄层电极并制备膜电极三合一组件，降低电极铂担量。目前电极的铂担量已降至0.02mg/cm2。同时进行固体电解质的水电解技术开发，已掌握水电解用膜电极的制备技术。

3.5熔融碳酸盐燃料电池

熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池（600～700℃），具有效率高（高于40%）、噪音低、无污染、燃料多样化（氢气、煤气、天然气和生物燃料等）、余热利用价值高和电池构造材料价廉等诸多优点，是下一世纪的绿色电站。

4.燃料电池的应用

燃料电池技术因具备低污染、高能源转换效率的特性，更能满足人类高效、环保的需求。它具有更高的能源密度。紧急备用发电机、住宅用热电共生系统、UPS、分布式发电系统、军事国防、太空与运输工具领域、机器人、笔记型计算机、PDA、手机等便携电子产品、便携电源、搬运工具、电动辅助/代步车等。采用极薄的塑料薄膜作为其电解质。这种电解质具有高功率一重量比和低工作温度。是适用于固定和移动装置的理想材料。

质子交换膜燃料电池以磺酸型质子交换膜为固体电解质,无电解质腐蚀问题，能量转换效率高，无污染，可室温快速启动。质子交换膜燃料电池在固定电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等方面都有广阔的应用前景，尤其是电动车的最佳驱动电源。它已成功地用于载人的公共汽车和奔驰轿车上。

5.小结

高效、洁净的燃料电池必将在未来的高效、清洁发电技术中占有一席之地。但是，资金、技术、观念、基础设施上还有许多需要克服的困难。油价飙升、电价太贵，燃料电池成为未来家庭能源供应相对便宜的选择，也是目前最令人满意的解决方案。在固定电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等方面都有广阔的应用前景。　[科]

【参考文献】

［1］石新军.燃料电池的应用和发展.现代物理知识,2006,1.

生物质燃料的应用范文第4篇

燃料电池的原理和特点

燃料电池是靠氢氧结合成水的反应来发电的，因而不会产生氮氧化物(NOX)和碳氢化合物(HC)等易对空气造成污染的物质。它由三部分组成：阴极、阳极和电解液，根据电解液的不同，可以分为熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固态氧化物型燃料电池(SOFC)、碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)五大类型。

燃料电池有着几个独特的性质：

1燃料电池在工作时必须有能量(燃料)输入，才能产出电能。

2燃料电池所能够产生的电能只和燃料的供应有关，只要供给燃料就可以产生电能，其放电是连续进行的。

3燃料电池本体的质量和体积并不大，但需要一套燃料储存装置或燃料转换装置和附属设备才能获得氢气，而这些燃料储存装置或燃料转换装置和附属设备的质量和体积远远超过燃料电池本身。

常见的燃料电池

・质子交换膜燃料电池(PEMFC)

在质子交换膜燃料电池中，电解质是一片薄的聚合物膜，例如聚[全氟磺]酸(poly[perfluorosulphonic]acid)，和质子能够渗透但不导电的Nation，而电极基本由碳组成。氢流入燃料电池到达阳极，裂解成氢离子(质子)和电子。氢离子通过电解质渗透到阴极，而电子通过外部网路流动，提供电力。同时，以空气形式存在的氧供应到阴极，与电子和氢离子结合形成水。

・碱性燃料电池(AFC)

碱性燃料电池使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质，且电化学反应也与羟基(OH)从阴极移动到阳极与氢反应生成水和电子略有不同。这些电子先为外部电路提供能量，然后才回到阴极与氧和水反应生成更多的羟基离子。

磷酸燃料电池(PAFC)

这种电池使用液体磷酸为电解质，其工作温度要比质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池的工作温度略高，位于150～200℃左右，但仍需电极上的白金催化剂来加速反应。其阳极和阴极上的反应与质子交换膜燃料电池相同，但由于其工作温度较高，所以其阴极上的反应速度要比质子交换膜燃料电池的阴极的速度快。

・熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)

熔融碳酸盐燃料电池采用熔化的锂钾碳酸盐或锂钠碳酸盐作为电解质。当温度加热到650℃时，这种盐就会熔化，产生碳酸根离子，从阴极流向阳极，与氢结合生成水、二氧化碳和电子。电子然后通过外部回路返回到阴极，在这过程中发电。

・固态氧化物燃料电池(SOFC)

固态氧化物燃料电池工作温度比熔化的碳酸盐燃料电池的温度还要高，使用了诸如用氧化钇稳定的氧化锆等固态陶瓷电解质，而不用使用液体电解质。其工作温度位于800～1000℃之间。

在这种燃料电池中，当氧阳离子从阴极移动到阳极，使氧化燃料气体(主要是氢和一氧化碳的混合物)产生能量。阳极生成的电子通过外部电路移动返回到阴极上，减少进入的氧，从而完成循环。

开发状况

因为能源和环保的考虑，各国和地区都在加紧开发自己的燃料电池计划。但是因为国情不同，侧重点也大不相同。

燃料电池被定为美国的27项必须发展技术之一，而质子交换膜燃料电池更是其中的重点。为此，美国政府成立了氢、燃料电池和基础设施技术办公室。同时，美国的企业和各种投资基金也都对燃料电池项目给予了很大的投入。

日本对燃料电池的热情不亚于美国，政府对该技术的投入也在逐年提高。日本已开发了好几种燃料电池供公共电力部门使用，其中磷酸燃料电池(PAFC)已达到“电站”阶段。同时，还有为数不少的小型燃料电池发电装置被应用于医院、饭店、宾馆中。

欧盟在过去10年中，通过框架计划对汽车业和燃料电池技术开发提供了大量研发支持。欧盟还越来越热衷于燃料电池车示范项目，但不像美日那样高度重视客车的示范，而把重点放在大量运输应用上。

中国车用燃料电池研究已经有了良好的开端。“十五”期间，电动汽车在国家863计划中列项，并被确定为国家12个重大科技专项之一。中国还与全球环境基金／联合国发展计划署建立燃料电池合作项目，共同提供约1．98万美元的资金支持。经过科技攻关，目前已研制出几十个100kW级以上的燃料电池，对整车动力系统的改进起到积极的推动作用。

结语

生物质燃料的应用范文第5篇

关键字：生物质能 成型燃料 可再生能源 生物质锅炉 供热系统 节能技术

中图分类号： TK229 文献标识码： A 文章编号：

0 前言

随着国民经济和工农业生产的迅速发展及人民生活水平的不断提高，我国的供热事业得到了迅速的发展。展望21世纪供热行业的发展，必将是走向一个稳步的可持续发展的道路，供热事业的可持续性发展意味着资源持续利用、生态环境得到保护和社会均衡发展。节约能源、提高能效是实施可持续发展战略的优先选择。开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，改变能源生产和消费方式，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。本文对生物质成型燃料工业锅炉节能技术进行简要分析，提供一项可靠的节约能源的新型供热设备。

1 生物质成型燃料特点

生物质成型燃料是将大量农林剩余物通过生物质固化成型技术挤压而成。因为生物质能源的成分中，硫和氮的含量少，其燃烧产物SO2、NOX都较低，无需再作处理，即可达到现行锅炉大气污染物排放标准要求。生物质固体成型燃料具有体积小、密度大、储运方便；粒度均匀、燃烧稳定、燃烧效率高；灰渣及烟气中污染物含量小等优点。

2 生物质成型燃料对燃烧设备的要求

生物质燃料具有挥发分含量高、点火容易、升温迅速的特点，利用原有燃煤锅炉燃烧生物质燃料将使锅炉供热效率降低，烟气排放也存在问题。根据盛昌公司经验，我们认为生物质成型燃料工业锅炉必须按照生物质燃料的燃烧特性设计和制造，应处理好以下几方面问题：

（1）炉膛严密

生物质燃料挥发分含量高，应利用气化燃料技术使之挥发分充分析出，这样才可能达到理想的燃烧效果，若炉膛密封不严，不仅影响炉膛温度，而且使燃料燃烧不完全，容易结焦。

（2）分段燃烧

生物质燃料燃烧大致分为挥发分析出阶段、挥发分燃烧阶段、固定碳燃烧阶段和燃尽阶段，炉膛应根据燃料的燃烧阶段进行设置，以适应生物质燃烧的燃烧需求。

（3）合理配风

生物质燃料的含氧量较煤多，燃烧所需空气量较少，由于分段气化燃烧的特点，要求配风合理，风阀动作灵敏，才能达到最佳的燃烧效果。

（4）烟气降尘

生物抽燃料虽然灰分含量低，但由于燃料后灰渣密度小、颗粒细，比较容易随引风飞出，增大了除尘的工作难度。

3 生物质成型燃料工业锅炉

针对以上技术要求，盛昌公司研制了适合生物质成型烧料燃烧的DZL系列生物质成型烧料工业锅炉。该系统锅炉采用链条炉排，特殊的炉墙和炉拱设计，达到了生物质成型烧料按照分段气化燃烧要求，实现了一个燃烧工况下两种燃烧方式（气化燃烧，炭化燃尽），完成了生物质气化燃烧的全过程，提高了锅炉效率。

3.1 结构特点

生物质成型燃料工业锅炉采用链条炉排，炉前进料斗处设有关风机，达到燃烧所需的严密性要求。炉内设有三个燃烧室，由阻尘墙分离，形成独特的燃烧形式。燃料在机械作用下移动燃烧，燃烧室内设有辐射传热面，从而大大的改善了燃烧条件，使燃料缩短了预热挥发过程，实现燃烧的化学能到热能的转换过程。

锅炉的结构示意如图1。

图2 DZL系列生物质锅炉结构示意图

3.2 燃烧特点

炉排的下部设前、中、后三个风室，前风室的供风，作为燃料的预热干馏气化燃烧过程，在干馏挥发的燃气在阻尘墙的作用下，停留在第一燃烧室内在阻尘拱墙和前拱的高辐射下燃烧，再在引风机的作用下由第一燃烧室折出阻尘墙，这样不但可燃气体得到充分燃烧而且高温气体加快了燃料的焦化过程。作为固定碳高温燃烧在中风室（第二燃烧室）进行，得到充分燃烧后的高温气体通过第二道阻尘墙射出，其中少量未燃尽的固定碳块进入后风区继续燃尽，烟气通过阻尘花墙进入后烟箱，炉渣随炉排进入炉渣室内。

3.3 燃烧控制

目前行业内尤其是燃煤锅炉自动燃烧投运效果不理想，主要是这样几个原因：给煤机（或炉排电机）采用滑差控制，没有针对链条式热水炉的特殊控制策略，不能根据供热阶段的不同和煤种的变化及时调整气候补偿曲线和风煤比控制曲线。

生物质工业锅炉根据气候补偿控制要求，采用全自动燃烧控制，可以根据供热负荷需求，保证锅炉供水温度的前提下使锅炉燃烧处于最佳工况。为此，生物质工业锅炉的炉排电机和鼓引风机均采用变频控制。除按照供热负荷调整燃料量和风燃比外，还要保证一定的炉膛负压。炉膛温度和排温度烟也要作为燃烧控制的限定条件。全自动燃烧控制功能在锅炉调整负荷时比人工调整过程更稳定，避免系统超调造成的燃料量浪费。

3.4热工测试

我们依据GB/T10180-2003《工业锅炉热工性能试验规程》等相关标准的相关规定，对采取以上技术措施的额定供热量为1.4MW的生物质热水锅炉进行了热工与环保测试。通过测试，检验锅炉的出力及热工、环保状态参数是否达到设计及标准规范的要求。秸秆颗粒成型燃料热水锅炉热工测试主要数值结果见表1。

表1秸秆颗粒成型燃料热水锅炉热工测试主要数值

由测试结果可以看出，盛昌公司研制的生物质成型燃料工业锅炉燃烧完全，锅炉热效率高。充分证明锅炉所采用的技术是有效和可行的。生物质工业锅炉炉膛内设置了阻尘墙，有效降低了烟气中粉尘含量，但要达到北京市要求的大气污染物排放标准，当前采用布袋除尘方式。根据国内外相关资料显示，在锅炉尾部设置烟气冷凝器，有利于锅炉热效率提高，和烟气含尘量降低。现盛昌公司正在研究试制，待实验得出结论后再进行交流。

3.5节能分析

根据生物质燃料燃烧特点，我们采用气化燃烧技术，燃烧充分，燃料利用率高。炉体内阻尘墙的设置有效延长了挥发分在炉膛中的燃烧时间，使挥发分燃烧所需的氧与外界扩散的氧很好匹配，挥发分能够燃尽，又不过多的加入空气，炉温逐渐升高，产物与氧气充分接触，并将热量及时传递给受热面，降低了气体不全完燃烧热损失和排烟热损失。

生物质燃料挥发燃烧后，剩余的焦碳骨架结构紧密，像型煤焦碳骨架一样，运动的气流不能使骨架解体悬浮，使骨架炭能保持层状燃烧，能够形成层状燃烧核心。这时炭的燃烧所需要的氧与静态渗透扩散的氧相当，燃烧稳定持续，炉温较高，固定碳容易燃尽。从而减少了固体不完全燃烧热损失与排烟热损失。

生物质工业锅炉散热表面积小，并采用高效硅酸铝保温材料，有效降低了锅炉本体散热损失。

生物质成型燃料燃烧后产生的灰渣量少，燃烧1吨生物质玉米秸杆颗粒仅产生86kg灰渣，大大降低了灰渣物理热损失。

4 结论

生物质工业锅炉炉体设计合理，易实现燃烧的全自动控制，锅炉供热效率高，燃料采用可再生的生物质能源，可以有效降低一次能源的消耗，其燃烧具有CO2零排放、SO2低排放的特点，是具有节能和环保意义的新型燃料供热锅炉。该锅炉已通过实践证明技术成熟，运行可靠，应该在工农业生产中大规模推广应用。

参考文献：

专著：[1]袁振宏等.《生物质能利用原理与技术》.北京：化学工业出版社，2008

[2]李德英.《建筑节能技术》.北京：机械工业出版社，2009