生物质燃料的环保处理措施有哪些？
发布时间：2024-01-10 作者: 可控气氛大型井式炉（XKJ产品）
该辖区生物质锅炉燃料基本从周边3家生物质燃料生产厂家购买，本文选取了在燃煤锅炉改燃过程中一家有2台生物质燃料锅炉的企业，分别使用上述厂家生产的生物质燃料在燃烧负荷不变、锅炉引风机和鼓风机开度相同、除尘设施正常运转的情况下监测结果进行分析见表1。
从表1可以看出，不同厂家的生物质燃料在相同的锅炉参数条件下燃烧排放污染物浓度有很大的差异，使用厂家A生产的生物质燃料，颗粒物和SO2排放浓度均达到国家标准，NOx排放浓度超标；使用厂家B生产的生物质燃料，三个污染物均达标排放；而使用厂家C生产的生物质燃料，颗粒物和NOx排放浓度超标，只有SO2排放浓度达到国家标准。由此可见，生物质燃料的品质是影响锅炉大气污染物排放浓度的重要因素。
目前，由于我国尚缺乏统一的生物质成型燃料质量标准，生产厂家生产的生物质燃料质量良莠不齐。虽然国家积极推广使用生物质燃料，但是，为了更好地保证生物质型燃料锅炉能够高效、稳定、低排放运行，迫切需要改变粗放的加工、经营模式，积极推进制定严格的适应污染控制要求的生物质成型燃料质量标准，从源头上减少污染物的排放。
锅炉中的烟气氧含量受多种因素的影响，包括煤质特性、漏风、锅炉运行工况等多方面的因素[1]。依据《锅炉大气污染物排放标准（GB 13271-2014）》的有关规定，实测的锅炉颗粒物、二氧化物、氮氧化物、汞及其化合物的排放浓度，应按公式（1）折算为基准氧含量排放浓度[2]。从公式（1）可以看出锅炉的烟气氧含量的细微变化都会对颗粒物的排放浓度折算结果产生较大影响，因此，烟气氧含量是生物质燃料锅炉大气污染物监测过程中一项重要的考核指标。
表2是该辖区某公司2017年生物质燃料锅炉的三次监测数据。从表中可以看出，虽然三次的颗粒物排放实测结果都较小，但经过公式折算后，第一次颗粒物排放浓度属于超标排放。经多次调整锅炉运行参数，对锅炉风量的配送、密封控制等方面做细微调整，规范了锅炉工的操作行为，逐步降低了烟气氧含量，最终实现了颗粒物浓度达标排放。
通过上述的数据分析可以看出，锅炉操作人员如果能保持锅炉在规定的负荷下运行，并做到良好控制风量配比，使生物质燃料在炉中充分燃烧，同时做好锅炉的漏风防护，使烟气氧含量控制在一定的范围之内，颗粒物排放浓度稳定达标能得到进一步的保证。
不同原理的除尘设施产生的除尘效率不同,尤其对不同粒径的颗粒物而言,由于除尘机理不同,更是突出了其效率的差异[3]。此辖区内常见的除尘设施主要有旋风除尘、布袋除尘、水膜除尘等几种。为了更好的分析除尘设施对锅炉大气污染物排放的影响，本文对辖区内3家企业在配备不同除尘设施处理颗粒物的除尘效率进行分析，得到数据如表3所示。
从表3中可见，在上述三家企业中对于单道除尘设施来说，采用布袋除尘的效果最好，除尘率达到93%，旋风除尘和一道水膜除尘对生物质燃料锅炉颗粒物的去除效果不理想。企业C的锅炉在改燃过程中先后采用了三种除尘方式，除了一道水膜除尘之外，还尝试了二道水膜除尘和二道水膜+布袋的两种方式，监测结果表明，只有二道水膜除尘再加装布袋除尘后的颗粒物排放浓度才达标。
通过分析发现，导致上述除尘方式不同除尘效率的原因主要是因为生物质燃料锅炉产生的颗粒物，其组成成份主要是直径在1μm以下的黑色微粒炭黑，这些物质颗粒小且多为憎水性，旋风和水膜除尘对其捕捉效率低[4]，这才导致了旋风除尘和水膜除尘的效果不理想。因此，对于生物质燃料锅炉来说，要想达到比较理想的除尘效果，可以优先考虑布袋除尘的方式进行除尘。
其实这个要分很多种的，看你说的是哪一类了，方便告诉我你关注的是哪个细分领域吗？
生物柴油是指植物油（如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等）、动物油（如鱼油、猪油、牛油、羊油等）、废弃油脂或微生物油脂与甲醇或乙醇经酯转化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。生物柴油是典型的“绿色能源”，具有环保性能好、发动机启动性能好、燃料性能好，原料来源广泛、可再生等特性。
根据当前欧盟规则，将生物燃料分为两大类，第一类为传统生物燃料（ConventionalBiofuel），主要以粮食作为原料生产生物柴油，分为RME（菜籽油制成的生物柴油）、SME（豆油制成的生物柴油）、PME（棕榈油制成的生物柴油）等，欧洲本土生物柴油生产以及进口的生物柴油依然以传统生物柴油为主。第二类为先进生物燃料（AdvancedBiofuel），是以非粮食为原料生产，包括PARTA和PARTB两种类型，PARTA主要以各种农作物的非食用部分作为原料，由于该类原料所含碳链较短，双键较多，主要制成生物乙醇、氢化植物油（HVO）等燃料；PARTB主要以废油脂、动物脂肪作为原料生产燃料（UCOME），其碳链较长，结构更接近化石柴油。
生物柴油的热值、燃烧功效等物化性质与石化柴油相近，可以直接替代石化柴油作为现有发动机系统的燃料。生物柴油与普通石化柴油相比，在燃料性能、润滑性能、可再生性上更具有优势，还能显著减少温室气体、硫和芳烃等有毒物质的排放。研究结果表明生物柴油的燃料特性、起动性能以及发动机经济性、动力性均接近或稍逊于石化柴油且生物柴油具有更好的排放性能和可再生性。
生物柴油按制备工艺分类，可分为以脂肪酸甲酯为主要成分的第一代生物柴油和氢化、异构化处理后得到的第二代生物柴油。酯基生物柴油（Biodiesel）被称为第一代柴油，可根据原料分为FAME、RME、SME、PME、TME、UCOME等。酯基生物柴油是生物柴油市场的主流，其成份为碳氢氧化合物，是由通过酯交换法生产，将油脂中的脂肪酸甘油三脂与甲醇或乙醇发生酯交换反应，生成脂肪酸酯。酯基生物柴油目前主要领域在陆运交通，与化石柴油混掺使用。此外，其也是多种生物基化学原料产品的原材料，可制成多种环保材料替代传统化学原料。
烃基生物柴油（HydrocarbonBasedBiodiesel）被称为第二代柴油，以餐厨废油脂UCO（UsedCookingOils）提炼的动物脂肪，以及不可食用的玉米油等可再生资源为原料，经过加氛处理-异构化-分馏的方式加工后制成。烃基生物柴油是一种真正的碳氢化合物，在分子结构和化学成分上与化石柴油相同，符合ASTM国际柴油燃料油标准（D975），被称为“石油柴油的低碳双胞胎”，可将温室气体排放量减少80%。
生物柴油是指植物油（如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等）、动物油（如鱼油、猪油、牛油、羊油等）、废弃油脂或微生物油脂与甲醇或乙醇经酯转化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。生物柴油是一种清洁可再生液体生物燃料，作为重要的低碳环保能源，在全球享受多种政策支持。各国基于自身国情，以不同原料制备生物柴油：欧盟以菜籽油为主，美洲以大豆油为主，东南亚以棕榈油为主，目前我国主要采用废油脂为原料生产生物柴油。
废油脂，即废弃食用油脂（UsedCookingOil，简称UCO）是由食用油和肉类在生产加工和使用消费过程中产生的不可食用的油脂构成，是生产生物柴油的重要原料，具体包括餐厨废弃油脂、地沟油、泔水油、煎炸老油、抽油烟机凝析油等。UCO是最具市场前景的生物质柴油原料之一，因其作为二次使用成为减碳明星产品被世界所公认。从欧盟的生产生物柴油的原料结构来看，废油脂是其中第二大原料。而在我国，生物柴油的制取，其原料主要为废油脂。
生物航空煤油，简称“生物航煤”，是可持续航空燃料（SustainableAviationFuels，SAF）的一种。SAF被全球航空业视为能否实现减排突破的关键。根据KuehneNagel，根据生产方法不同，SAF分为两种主要类型：可持续航空生物燃料（生物航煤），由有机生物质（废物和低碳含量的原料）所生产，是指用于替代现有石油基航空燃料的生物燃料；可持续航空合成燃料，主要能源和原料为可再生电力、水和二氧化碳。在对SAF的技术认定上，美国材料测试协会（ASTM）制定了编号为ASTMD7566的行业技术标准，进而用于评估哪些技术可以生产符合标准的SAF。目前通过ASTMD7566认定SAF技术一共有7种，其中最早期的FT-SPK技术仍然采用了煤炭、天然气等化石资源作为原料，但随着技术的升级迭代，当前SAF的原料结构已逐渐实现从化石原料向植物油原料、废油与微生物油的转型。
生物基材料（Bio-basedMaterials）是指利用可再生生物质或（和）经由生物制造得到的原料，通过生物、化学、物理等手段制造的一类新型材料，如生物塑料、生物质功能高分子材料等。这一材料具有绿色环保、可以循环再生以及有良好的生物降解等特性。相比传统的化工等材料，生物基材料在制造过程中能够大幅降低二氧化碳排放量。
生物酯增塑剂是国内生物柴油的最主要的应用方向，是生产PVC（聚氯乙烯）的重要替代原料，在环保健康制品领域备受青睐。相较于DOP等传统石油基增塑剂，生物酯增塑剂具备无毒、环保、可降解、不含芳烃等特性。利用生物酯增塑剂生产的PVC产品可广泛应用于食品包装、医疗用品、儿童玩具、人造皮革、塑胶跑道和供水管道等，同时也用作纤维素树脂和合成橡胶的无毒增塑剂与软化剂。在制品的加工中，以生物柴油制备的环保型增塑剂与邻苯类增塑剂以及钡、镉、锌等金属稳定剂配伍使用时，有良好的协同作用，同时可以提高塑料制品综合性能。
生物柴油可用于制备多种表面活性剂。表面活性剂是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质，其具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用。表面活性剂的应用领域从日用工业发展到石油、食品、农业、卫生、环境、新型材料等众多行业，几乎覆盖所有的精细化工领域，享有“工业味精”的美称。由脂肪酸甲酯制备而来的表面活性剂主要为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。根据中国洗涤用品工业协会的统计数据，这两类表面活性剂的用量占据了国内表面活性剂近90%的市场。
为了实现节能减排目标，欧盟、美国、印尼等生物柴油主要产销国（地区）通过立法等手段强制要求在柴油中添加生物柴油，而掺混量在政策支持下稳步提升，此类政策为生物柴油市场的不断扩张提供了稳定的政策保障。欧洲能成为世界最大的生物柴油消费和进口地区，主要由于生物柴油低碳、环保、适应性好的特性，符合欧洲国家环保的战略目标，并通过出台一系列政策强制使用。
我国生物柴油起步较晚，政策支持油料植物&餐饮废油为原料生产生物柴油。从2005年开始，我国就颁布了一系列政策鼓励生物柴油发展，2022年，国家发改委、能源局发布的《“十四五”现代能源体系规划》明确指出要大力发展纤维素燃料乙醇、生物柴油、生物航空煤油等非粮生物燃料。
随着社会不断进步、环境污染和能源危机压力逐渐增大，绿色、可再生的生物质能源逐渐得到重视，大力发展推广使用生物柴油将是世界主要国家长期的能源战略重点。然而目前我国生物柴油仍未全面进入成品油销售主渠道，推广应用落后于国际实践，其发展过程中也面临着不少困境：
摘要：本文介绍了我国偏远地区炉灶的使用情况，分析了现有炉灶存在的不足之处，并采用简便、低成本的方法设计了一种新炉灶。运行表明，新炉灶在热效利用、安全和环保方面具有较明显的优势。
利用炉灶燃烧是人类利用有机质和化石燃料的第一个环节，其主要目的是用燃烧过程所释放的热量用以生活和生产。在纵向的历史长河中，从远古时期的刀耕火种，到当今自动化控制的核能利用，在当今横向的偏远乡村到现代工业，燃烧的热利用效率都有10%到96%以上的巨大差异。我们当今的社会管理职责是分析偏远乡村的热利用效率偏低的原因，并采取有效措施进行改进，用有限的燃料提供更多的热量用以改善人类生活质量和社会环境。
世界共有40亿人口进行烧饭、洗澡、喂养牲畜等日常生活。按照人均每日需要4千克生物质燃料计算，全球年消耗生物质燃料约1600万吨。再按照5000千卡每千克计算，生物质燃料燃烧折合标准燃料800万吨，约是一个大型炼油厂的年产量。
中国有3亿人口完全依赖生物质能源用以生活和养殖，按照人均每日需要10千克生物质燃料计算，折合标准燃料300万吨，占据全国化石燃料的2%，石油资源的5%。
陶澍等人组织调查了1992-2012年间34489个中国大陆农村家庭的能源消费结构和1670个农村家庭的燃料日消费量。调查结果发现，在这20年间，我国大陆地区农村家庭薪柴和秸秆的消耗量分别下降了63%和51%；与此同时，电、液化气和沼气在烹饪用能源消费中的比重从8%上升到了59%，取暖用电比重从2%增加到15%。增幅均在7倍上下，远远超过IEA和FAO数据的10%。
早在2004年10月，世界卫生组织与联合国开发计划署在一份联合声明中呼吁人们，要特别关注农家炊烟造成的室内空气污染，因为这已成为不发达国家中危害人们健康的主要原因之一。
在全球仍有近50％的农家使用牛粪、树干、农作物秸秆和煤炭作为炊事燃料，它们产生的浓烟中所含的颗粒物和化学污染物被人吸入人体后，会大大增加罹患支气管炎和肺炎等呼吸道疾病的风险。许多生活在农村的妇女和儿童每天在家中吸入的炊烟远远超过了国际安全标准。在发展中国家，呛人炊烟每年导致160万人死亡，即每20秒钟就有一人丧生，受害者主要是妇女和儿童。
下图-1是典型的炉灶燃烧情况，虽有炊烟袅袅的诗情画意，但纵不忍其苦涩心酸。由此可见，进行乡村热利用效率的提升是迫在眉睫的一项任务。
由于各个地区燃料的不同及用途的多样性，炉灶的形式多种多样。主要的形式有如下五种。
1. 吊架灶：主要分布于我国西南地区的贵州、云南、四川、湖南、西藏、内蒙等地区。木材和牛马粪便。
4. 凉房：主要是长江以南区域的烟草、粮食等农作物和牛羊肉等畜牧产品的脱水。
5. 现代农业用锅炉：主要用燃煤、秸秆等燃料进行现代农业大棚内的养殖种植。
使用过程中，炉灶添加柴禾和除灰操作全凭经验和手工操作，自然通风。通风量取决于烟气温度、烟囱内烟气与环境之间的静压差和烟囱阻力等因素。
如果采用干燥的柴禾和合理的空气比例下，柴禾的燃烧温度能达到800℃。但由于柴禾含水量和过多的空气参与燃烧，柴火火焰温度一般只能达到450-550℃之间，排烟温度为250℃，燃烧热利用效率一般只有30%-40%之间。
冷灶点火时，由于烟囱内温度与环境温度无差异，烟气无流动推动力，燃烧烟气无法定向从烟囱排出，所以冷灶点火时，烟气会受屋外风力的影响而倒灌到屋内。
在原始的铜、银、金加工作坊，部分炉灶配备了风箱加强供风，但是这种正压供风也有烟气倒灌的不足。
鉴于上述不足，本设计的关键是需要一个低成本负压的供风系统、一套简单余热回收系统和一种可靠地烟气净化方法。
本设计用流体物理和化学方法，开发出一种新的烟气驱动技术，能将常规的风机供风和烟气净化两种功能合二为一。可以用太阳能驱动烟气流动，更适合野外作业和偏僻乡村。不仅简单可靠，而且节约的制造和运行成本。
在余热利用方面，新增了蓄水池，对即将上炉加热的冷水进行预热，降低了烟气温度，提高了燃料的热利用率。
经过合理布局和变形，上述炉灶可以变更为如下图-4所示的移动式，更加便于使用。
上述设计的综合热利用效率可以达到95%以上，烟气中的烟尘等有害物质的去除效率可以达到80%以上，并且可以将回收的有害物进行无害化处理，回归土地，不仅有利于保持土壤性能，更有利于可持续、低成本的农作物的生长。本新型炉灶特点可总结如下表-1。
蓄水储热水箱中添加了石灰水（CaOH溶液），用作烟气的洗涤和吸收介质。
炉膛正压，火焰外串；炉体温度达到300-500℃，容易引发自燃火灾或人员的烫伤事故。
炉膛负压，火焰不外串；高温烟气与洗涤水接触后，立即降温至100℃以下，炉体外附加防烫伤金属网。
200升蓄水储热箱可实现连续加热，所储热水经与自来水换热后，供住户全天候生活、取暖之用。
烟气污染物（有害氧化物）经石灰石中和洗涤后，溶解于洗涤水中，定期排放到农家肥中，与氨氮化合物中和，产生硫铵、硝铵，进一步提高农肥功能和效能。
自然供风，点炉子阶段难以形成对流，燃烧不完全，火焰温度低，塑料等有机物燃烧易产生苯并芘等有毒物，且烟囱冒黑烟，产生颗粒烟尘。
按照本原理制成的一个1kW的小型炉灶，每小时可以生产出100℃开水6升，生产85℃温水6升。运行显示，每小时消耗木材6千克，唯一的12V50瓦风机，每小时的电力成本仅为0.03元。密闭环境内，无黑烟，无明显气味，噪音测量值为60分贝。
当今，一方面是化石能源的紧缺和环保要求日趋严格，另一方面是农业有机质燃料数量的不断增加和有机质燃料利用的不充分，我们应该高度关注偏远地区的炉灶使用情况，用简易、低成本的方法对炉灶进行必要的改进，使得有机质燃料产自哪里，用之哪里。为推动炉灶改进工作的持续进行，作者建议：
a) 加快农村家用土灶的改造和新灶的推广；由于农户认知少、收入低，建议政府采购技术服务的形式免费向农户推广。
b) 需要得到国家政策、应用方面的支持。建议各地政府购买民间农村定点、定数量的技术服务，维持技术革新的合理收益。
c) 对专有技术需要必要的保护。本技术虽然简单，但却是流体力学、传热学、自动化控制和在线分析的高度结合，更是在传统加热炉传热方式和热利用技术的一个新的转折点。在目前国内仿制现象泛滥、监管不足的情形下，一项好技术可能被假冒、伪劣产品败坏名声，失去客户的信任，更不愿意看到是忽视对技术创新人应有的尊重和价值认可。
作者简介：徐宝平（），多年从事石化产业，一直专注石油炼制、工业自动化和石化节能工作。本人在完成了工业低温热利用的工作之余，希望在农业生物质热利用上提出本人如下设想，开发一种新型炉灶，解决农村生物质燃烧和低温热利用的问题，以此改善生物质的利用效率和农村环境，进一步节能减排，提高从村人居环境和农民健康状况。
生物质燃料:是指将生物质材料燃烧作为燃料，一般主要是农林废弃物(如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等)，主要区别于化石燃料。在目前的国家政策和环保标准中，直接燃烧生物质属于高污染燃料，只在农村的大灶中使用，不允许在城市中使用。生物质燃料的应用，实际主要是生物质成型燃料(BiomassMouldingFuel，简称BMF)，是将农林废物作为原材料，经过粉碎、混合、挤压、烘干等工艺，制成各种成型(如块状、颗粒状等)的，可直接燃烧的一种新型清洁燃料。
1、生物质燃料发热量大，发热量在3900~4800千卡/kg左右，经炭化后的发热量高达7000—8000千卡/kg。
2、 生物质燃料纯度高，不含其他不产生热量的杂物，其含炭量75—85%，灰份3—6%，含水量1—3%，绝对不含煤矸石，石头等不发热反而耗热的杂质，将直接为企业降低成本。
3、 生物质燃料不含硫磷，不腐蚀锅炉，可延长锅炉的使用寿命，企业将受益匪浅。
4、 由于生物质燃料不含硫磷，燃烧时不产生二氧化硫和五氧化二磷，因而不会导致酸雨产生，不污染大气，不污染环境。
5、 生物质燃料清洁卫生，投料方便，减少工人的劳动强度，极大地改善了劳动环境，企业将减少用于劳动力方面的成本。
6、 生物质燃料燃烧后灰碴极少，极大地减少堆放煤碴的场地，降低出碴费用。
8、 生物质燃料是大自然恩赐于我们的可再生的能源，它是响应中央号召，创造节约性社会，工业反哺农业的急先锋。
生物质成型燃料归属于清洁、绿色、低碳的可再生环保新能源，生物质成型燃料在生物质锅炉内燃烧，只需要简单的除尘，就可以达到天然气的烟气排放标准，排放的烟尘、氮氧化物都是符合国家排放标准的，其中排放的二氧化硫数值远远低于燃气。