冬季采暖是中國北方地區(qū)城鎮(zhèn)居民的基本生活要求。我國城鎮(zhèn)集中供熱已有幾十年的歷史，但在廣大農(nóng)村地區(qū)，受居住條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系的制約，農(nóng)民的冬季取暖基本由各農(nóng)戶自行解決，供熱燃料一般都是以薪柴、煤炭為主，造成了供熱效率低、資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等問題。農(nóng)民戶用供熱所消耗的能源占到我國農(nóng)村能源消費(fèi)總量的一大部分，富通新能源生產(chǎn)銷售秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)等農(nóng)作物秸稈成型機(jī)械設(shè)備。
由于化石能源的短缺以及化石燃料燃燒所造成的環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等不良后果，促使各國都在積極尋找新的替代能源和研發(fā)新的供熱技術(shù)。生物質(zhì)固體成型燃料作為生物質(zhì)能主要利用形式之一，具有燃燒效率高、便于運(yùn)輸、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可用于農(nóng)村居民戶用采暖，為農(nóng)村居民提供清潔能源。
本文綜述了國內(nèi)外生物質(zhì)固體成型燃料供熱技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，分析了目前存在的主要問題和發(fā)展方向，以期為我國生物質(zhì)固體成型燃料供熱技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考。
1、國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
目前，我國農(nóng)村地區(qū)供熱燃料以薪柴、煤炭為主，用生物質(zhì)固體成型燃料進(jìn)行供熱并不多見。在燃燒設(shè)備方面，開發(fā)了生物質(zhì)燃燒器、生物質(zhì)炊事采暖爐、生物質(zhì)常壓熱水鍋爐等。
生物質(zhì)固體成型燃料供熱技術(shù)在歐洲各國發(fā)展的比較成熟，以瑞典、奧地利、德國為代表。在瑞典戶用供熱的主要方式是單戶自給供熱和區(qū)域集中供熱。其中，單戶自給供熱主要有電加熱供熱、燃油供熱、混合燃料供熱、生物質(zhì)燃料供熱。20世紀(jì)70-80年代，石油危機(jī)的出現(xiàn)以及瑞典對(duì)化石燃料稅的征收，促進(jìn)了電加熱供熱技術(shù)和區(qū)域供熱技術(shù)的發(fā)展。在此過程中，有些區(qū)域供熱廠利用未加工的木質(zhì)燃料代替燃油。到1980年，生物固體成型燃料開始用于供熱。隨著生物質(zhì)顆粒燃燒技術(shù)的逐漸成熟，戶用生物質(zhì)顆粒加熱設(shè)備（生物質(zhì)顆粒燃燒器、生物質(zhì)顆粒爐）逐漸開始取代原先使用的燃油加熱設(shè)備和電加熱設(shè)備。
此外，歐洲各國開發(fā)出了生物質(zhì)能和太陽能聯(lián)合供熱系統(tǒng)，并且使這項(xiàng)技術(shù)得到快速發(fā)展。在2004年，瑞典安裝了大約2萬套太陽能供熱裝置，其中70%～80%的太陽能供熱裝置是用于生物質(zhì)能和太陽能聯(lián)合供熱系統(tǒng)。
2、國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
2.1國內(nèi)現(xiàn)狀
王立璞把太陽能集熱技術(shù)、生物質(zhì)厭氧發(fā)酵技術(shù)和地板采暖技術(shù)3者結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了太陽能和生物質(zhì)能互補(bǔ)的地板采暖系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的熱力性能。畢慧杰通過分析區(qū)域供熱鍋爐房燃煤與燃燒生物質(zhì)顆粒燃料工藝的不同，提出了同時(shí)適用2種燃料的工藝系統(tǒng)以及工藝改造措施，并對(duì)其進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性的分析。
2.2國外現(xiàn)狀
目前，歐洲市場(chǎng)上比較多見的生物質(zhì)加熱技術(shù)分為集中供熱鍋爐(central heating boilers)和生物質(zhì)燃燒爐(pellet stoves)兩種類型。
2.2.1集中供熱鍋爐技術(shù)類型
集中供熱鍋爐是指可向多個(gè)獨(dú)立的空間供熱的加熱設(shè)備，主要用于單戶或者多戶家庭供熱。其工作原理是通過生物質(zhì)燃燒器加熱鍋爐中的水，然后被加熱的水通過室內(nèi)的散熱片向室內(nèi)釋放熱量。目前，集中加熱鍋爐的最大功率從10 kW到40 kW不等，自動(dòng)化程度比較高，可以實(shí)現(xiàn)燃燒功率的連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍是30%—100%。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，集中供熱鍋爐可分為組合式鍋爐和整體式鍋爐。
組合式鍋爐在瑞典比較多見，是在燃油鍋爐的基礎(chǔ)上改造的。它由生物質(zhì)顆粒燃燒器和鍋爐組成，二者可分離。一般帶有外置的料倉，通過螺旋機(jī)構(gòu)向燃燒器自動(dòng)供料。具有成本低，消費(fèi)者易于接受等優(yōu)點(diǎn)，有利于廣泛推廣。
然而，采用同一種結(jié)構(gòu)的鍋爐燃燒兩種性質(zhì)完全不同的燃料（燃料油和生物質(zhì)顆粒燃料）存在一定的問題：①燃油鍋爐不產(chǎn)生灰渣，但是燃燒生物質(zhì)顆粒卻會(huì)產(chǎn)生大量灰渣，原有鍋爐結(jié)構(gòu)無法滿足自動(dòng)排灰渣的要求，縮短了人工清灰的周期。②僅能輸出固定的功率或只有2到3個(gè)功率檔位可調(diào)，不能實(shí)現(xiàn)輸出功率的連續(xù)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致鍋爐的效率不高，一般在85qo以下。③一般沒有安裝精確的測(cè)控裝置，不能及時(shí)監(jiān)測(cè)排放物中CO，02的濃度以及煙氣的溫度，因此，無法根據(jù)燃燒狀況及時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)料量和空氣供給量，導(dǎo)致燃燒性能差，污染物排放量大等問題。
整體式鍋爐在奧地利和德國比較多見，瑞典目前主要是從國外進(jìn)口。整體式鍋爐與組合式鍋爐類似，由生物質(zhì)顆粒燃燒器和鍋爐兩部分組成，但這兩部分是不可分離的，并帶有內(nèi)置料倉。該類型的鍋爐是根據(jù)生物質(zhì)顆粒的燃燒特性專門進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此，性能上優(yōu)于組合式鍋爐。其主要優(yōu)點(diǎn)：①自動(dòng)化程度比較高。生物質(zhì)燃燒器和煙道中帶有可以自動(dòng)清灰的螺旋機(jī)構(gòu)，不僅可以自動(dòng)清灰還具有紊流作用，有利于熱量的交換。有的生產(chǎn)商還安裝了內(nèi)置式灰渣壓縮機(jī)，使得人工清理的周期有效延長。②可實(shí)現(xiàn)輸出功率的連續(xù)調(diào)節(jié)，提高了鍋爐的燃燒效率和供熱性能。③安裝了02傳感器、空氣供給裝置�？杉皶r(shí)根據(jù)煙氣中的氧含量判斷燃燒狀況并及時(shí)調(diào)整進(jìn)料量和空氣供給量以達(dá)到最佳比例，使燃料充分燃燒，燃燒效率高達(dá)94%，降低了污染物排放。但整體式鍋爐價(jià)格高，在推廣過程中難度較大。
組合式鍋爐和整體式鍋爐的比較見表l。
2.2.2生物質(zhì)燃燒爐
生物質(zhì)燃燒爐主要適用于室內(nèi)單個(gè)的房間、公寓(compact apartrnent)等小空間供熱。它通過對(duì)流和輻射作用直接與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換，從而達(dá)到供暖的目的某些生物質(zhì)燃燒爐還附有水套，與室內(nèi)的散熱片連接，通過散熱片進(jìn)行熱量交換。戶用生物質(zhì)燃燒爐的功率在10 kW左右，有的可以根據(jù)室內(nèi)溫度自動(dòng)或人工調(diào)節(jié)。
目前應(yīng)用的有兩類生物質(zhì)爐具：獨(dú)立顆粒爐具（圖3所示）和煙囪一體式爐具。煙囪一體式爐具適于安裝在壁爐中，而獨(dú)立式顆粒爐應(yīng)用較為普遍。在生物質(zhì)爐具中，顆粒燃料在一個(gè)內(nèi)置的燃燒器中點(diǎn)火、燃燒，這與顆粒鍋爐類似。大多數(shù)的生物質(zhì)鍋爐采用斜置螺旋將顆粒燃料從內(nèi)置或外部料倉運(yùn)送到燃燒盤，燃燒盤底部開有小孔，能夠保證一次空氣和自動(dòng)點(diǎn)火所需的熱空氣進(jìn)入，在燃燒盤壁上同樣開有小孔，能夠?qū)Χ芜M(jìn)風(fēng)預(yù)先加熱。燃燒器底部的吸氣管將提供燃燒空氣，通常采用鼓風(fēng)機(jī)提供助燃空氣，并促進(jìn)爐具與周圍空氣的熱交換．
213生物質(zhì)能和太陽能聯(lián)合供熱系統(tǒng)
生物質(zhì)能和太陽能聯(lián)合供熱系統(tǒng)是在生物質(zhì)能供熱系統(tǒng)和太陽能供熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，彌補(bǔ)了生物質(zhì)能和太陽能各自單獨(dú)供熱的缺點(diǎn)，完全利用可再生能源，且可以滿足在不同季節(jié)的供熱需求。
2.3.1工作原理
在冬天供熱時(shí)，生物質(zhì)供熱系統(tǒng)將起主導(dǎo)作用，而太陽能供熱作為輔助能源，在滿足供熱的條件下充分利用太陽能供熱，這樣可以在一定程度上減少生物質(zhì)的使用，節(jié)約能源。在夏天時(shí)，對(duì)供熱需求少，太陽能供熱起主導(dǎo)作用，而生物質(zhì)供熱系統(tǒng)起輔助作用，在日照不充足的天氣或者是在夜間，太陽能供熱不能滿足要求時(shí)，生物質(zhì)供熱系統(tǒng)啟動(dòng)，提供熱量。從而減少在非供熱季節(jié)生物質(zhì)供熱系統(tǒng)的低負(fù)荷運(yùn)行或者是循環(huán)啟動(dòng)的次數(shù)，從而降低污染物的排放。
2.3.2結(jié)構(gòu)組成
太陽能和生物質(zhì)能聯(lián)合加熱系統(tǒng)大致有6部分組成：生物質(zhì)加熱設(shè)備、太陽能集熱器、儲(chǔ)熱設(shè)備、測(cè)控裝置、傳輸管路、供熱終端。
(1)生物質(zhì)加熱設(shè)備。生物質(zhì)加熱設(shè)備通過燃燒生物質(zhì)為供熱系統(tǒng)提供熱量，不同類型的系統(tǒng)使用的生物質(zhì)加熱設(shè)備不同，主要有生物質(zhì)鍋爐、生物質(zhì)燃燒爐、生物質(zhì)顆粒燃燒器等。
(2)太陽能集熱器。太陽能集熱器將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，為供熱系統(tǒng)提供熱量，可以根據(jù)熱量負(fù)載的大小來決定太陽能集熱器的安裝面積。
(3)儲(chǔ)熱設(shè)備。儲(chǔ)熱設(shè)備是熱量交換的中間站，帶有換熱器，吸收由生物質(zhì)加熱設(shè)備和太陽能集熱器所提供的熱量，并通過換熱器將熱量傳遞給供熱終端；另一個(gè)作用是儲(chǔ)備家用熱水。不同類型系統(tǒng)的儲(chǔ)熱設(shè)備結(jié)構(gòu)差異較大。
(4)測(cè)控裝置。測(cè)控裝置是整個(gè)供熱系統(tǒng)的中樞，起到協(xié)調(diào)各部分有序運(yùn)行的作用，決定著供熱系統(tǒng)的供熱性能和使用的方便性�；竟ぷ鬟^程是通過檢測(cè)太陽能集熱器的出水溫度、儲(chǔ)熱設(shè)備的溫度、供熱終端的進(jìn)出水溫度來控制系統(tǒng)各部分的運(yùn)行。
(5)傳輸管路。傳輸管路包括管道和連接管道的閥門以及調(diào)整水循環(huán)速率的水泵。
(6)供熱終端。供熱終端包括兩部分：供熱水終端和供暖終端。供暖終端通過輻射和對(duì)流作用與室內(nèi)的空氣進(jìn)行熱量交換，最終達(dá)到供暖的目的。供暖終端主要有暖氣片、風(fēng)機(jī)盤管、地板供熱等。
2.3.3生物質(zhì)和太陽能聯(lián)合供熱系統(tǒng)的類型
目前，在歐洲各國，生物質(zhì)和太陽能聯(lián)合供熱系統(tǒng)雖然設(shè)計(jì)思想以及結(jié)構(gòu)類似，但因供熱系統(tǒng)中各部分連接關(guān)系不同，使得市場(chǎng)上的生物質(zhì)和太陽能混合供熱系統(tǒng)的種類很多。以下兩個(gè)類型的系統(tǒng)具有代表性。
(1)生物質(zhì)和太陽能聯(lián)合供熱系統(tǒng)一（圖4所示）。該系統(tǒng)主要特點(diǎn)：①儲(chǔ)熱罐是連接供熱設(shè)備和供熱終端的唯一媒介。供熱設(shè)備先通過換熱器和儲(chǔ)熱罐中的水進(jìn)行熱量交換，然后再通過換熱裝置將熱量傳遞給用戶；②生物質(zhì)加熱設(shè)備和儲(chǔ)熱罐為一體，可以將燃燒生物質(zhì)的能量直接傳遞給儲(chǔ)熱設(shè)備，減少了熱量的損失；③家庭用水的加熱是通過儲(chǔ)熱設(shè)備中的熱量交換裝置來完成的，而不是直接使用儲(chǔ)熱罐中的熱水，保證了用水的清潔性。
(2)生物質(zhì)能和太陽能聯(lián)合供熱系統(tǒng)二，如圖5所示。該系統(tǒng)連接關(guān)系與前一個(gè)系統(tǒng)不同，主要特點(diǎn)：①太陽能集熱器和生物質(zhì)加熱設(shè)備可以直接進(jìn)行供暖，而不需要經(jīng)過儲(chǔ)熱罐。在該系統(tǒng)中，儲(chǔ)熱罐僅僅起到儲(chǔ)存熱水的作用；②家用熱水直接來自儲(chǔ)熱設(shè)備。在該系統(tǒng)中，儲(chǔ)熱設(shè)備中的水不參與生物質(zhì)加熱設(shè)備和集熱器的水循環(huán)，因此依然可以保持清潔。
此外，還有其他類型的生物質(zhì)和太陽能聯(lián)合加熱系統(tǒng)，但都是從以上兩種類型的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化而得到的。
3、存在的主要問題及對(duì)我國的啟示
目前，生物質(zhì)供熱存在的主要問題：①生物質(zhì)供熱設(shè)備的占地面積較大，沒有燃油供熱設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊；②生物質(zhì)供熱設(shè)備自動(dòng)化程度較低，灰渣清理周期比燃油供熱系統(tǒng)短，使用不方便；③在生物質(zhì)能和太陽能聯(lián)合供熱系統(tǒng)中，沒有很好的控制策略，系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行的能力較差，使得整個(gè)系統(tǒng)的效率較低。
在我國，農(nóng)村居民供熱用能主要是以薪柴、煤炭為主，消耗了大量的資源，特別是在北方地區(qū)。供暖的能源問題引發(fā)的環(huán)境問題、社會(huì)問題日趨明顯。因此，我國有必要借鑒歐洲的生物質(zhì)供熱技術(shù)以及生物質(zhì)和太陽能聯(lián)合供熱系統(tǒng)，為農(nóng)村居民提供清潔能源，從而減少在供熱過程中對(duì)煤炭等化石能源的使用。目前，我國在生物質(zhì)固體燃料的燃燒技術(shù)以及與之相關(guān)的供熱技術(shù)方面發(fā)展的不是很成熟，有必要研究適合我國國情的生物質(zhì)供熱系統(tǒng)，為今后的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。
此外，生物質(zhì)供熱系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是在不斷優(yōu)化過程中完善性能，更好地滿足使用者的使用要求，包括減少污染物排放量（如CO、碳?xì)浠衔铩⒌趸锏龋�，延長供熱系統(tǒng)的維護(hù)周期，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，減少熱量損失，提高熱效率；可以根據(jù)使用者的需求及時(shí)輸出，滿足使用者要求的熱量等。上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)應(yīng)基于對(duì)生物質(zhì)燃燒設(shè)備結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)、控制策略的合理選擇。
4、結(jié)語
目前在歐洲，基于生物質(zhì)的戶用供熱系統(tǒng)，特別是生物質(zhì)和太陽能聯(lián)合供熱系統(tǒng)得到廣泛推廣，這主要是由于這些國家起步早、技術(shù)發(fā)展得比較成熟。隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)民對(duì)供熱質(zhì)量的要求越來越高，傳統(tǒng)的薪柴、煤炭供熱設(shè)施已不能滿足農(nóng)民的供熱需求，所以基于生物質(zhì)的供熱系統(tǒng)的發(fā)展在我國具有先天的有利條件和廣闊
的需求空間。建議借鑒國外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)適合中國國情的生物質(zhì)供熱系統(tǒng)，這將有效地緩解由農(nóng)村地區(qū)傳統(tǒng)供熱方式帶來的資源和環(huán)境問題。
相關(guān)顆粒機(jī)秸稈壓塊機(jī)產(chǎn)品：
1、秸稈顆粒機(jī)
2、木屑顆粒機(jī)
3、秸稈壓塊機(jī)
