[发明专利]生物质热解油燃烧装置与操作方法

说明书

技术领域

本发明属于可再生能源领域。

背景技术

自从20世纪70年代爆发石油危机以来，石油的供应越来越紧张，石油价格屡创新高，2007年末更是突破了100美元/桶的大关。据估计，到2030年，世界每天的石油需求将达到117.6百万桶。多出来的31.7百万桶/天的需求量相当于3个沙特阿拉伯的石油日产量。从我国的情况来看，近年来随着国民经济的快速发展，我国对石油资源的需求持续增长，即使按比较慢的消费增长速度预测，到2010和2020年的石油供应缺口将分别为1.5×10⁸t和2.5×10⁸t，届时我国石油对外依存度将分别达到45％和54％，石油安全将不可避免地成为国家安全的一个重要组成部分。70年代的中东石油危机和当代的伊拉克战争表明，人类已经进入为了获得石油资源而不惜进行战争的时代。此外，由于石油、煤和天然气的使用，大量温室气体(主要是二氧化碳)、氮氧化物(NO_x)和硫氧化物(SO_x)被排放。比如我国每年使用化石燃料产生的二氧化碳约10亿吨，排放的二氧化硫液化后就足以填满十余个西湖。不但严重污染环境，而且大量二氧化碳、二氧化硫等温室气体对气候的危害已经越来越严重，造成暴雨、干旱和反常的高温天气等自然灾害频发。

开发生物质热解油燃烧技术，不但能够有效缓解化石能源(煤、石油和天然气)供应紧张的状况，还可有效降低温室气体、硫氧化物和氮氧化物的排放，促进社会的可持续发展。

在无氧、适宜的反应温度(500℃左右)、快速加热速率(1000～10000℃/s)、短的气相停留时间(不超过2s)的条件下，各种林业采伐、林业加工废弃物(如落叶、枯树枝、木材加工业的下脚料和木屑等)和各种农作物秸杆(如稻壳、麦秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆等)被热裂解为有机蒸汽、炭和不可冷凝气体，然后有机蒸汽被快速冷凝为液体燃料-生物质热解油(产率50wt％～70wt％)。生物质热解油是一种棕褐色液体，高位热值约18MJ/kg，相当于柴油热值的五分之二，黏度介于汽油与重油之间，它可以直接在锅炉和工业窑炉中燃烧供热，也可以用在涡轮机和透平中燃烧发电。因此，只要开发出性能良好的生物质热解油燃烧装置和适当的操作方法，就可用生物质热解油替代柴油和重油进行燃烧供热、发电。生物质热解油中的碳元素来自绿色植物的光合作用从大气中吸收的碳，生物质热解油燃烧时二氧化碳的净排放量为零。并且生物质热解油中硫元素和氮元素的含量极低(硫元素约为0.2wt％，氮元素约为0.3wt％)，生物质热解油燃烧时排放的硫氧化物和氮氧化物显著低于化石燃料燃烧排放的硫氧化物和氮氧化物。生物质热解油是一种绿色环保的液体燃料。此外生物质热解油呈液态，储存、运输、集中加工均十分方便，它的生产原料来自各种林业采伐、林业加工废弃物和各种农作物秸杆，不与人争粮，不与粮争地。

生物质热解油虽然具有可再生性和环境友好的特点，但生物质热解油具有热值低、粘度大、含有炭粉和其它固体颗粒、在高温下容易聚合结焦的缺点。它和普通的石化柴油和重油的性质具有显著不同。因此目前工业生产和社会生活中使用的柴油、重油燃烧装置无法用于生物质热解油的燃烧，因此，需要开发全新的、符合生物质热解油特点的燃烧装置。

荷兰BTG公司、北美dynamotive公司初步探讨了生物质热解油的燃烧性质，它们的研究表明，生物质热解油的燃烧行为与轻燃料油的燃烧行为相似，能够单独燃烧或者与天然气、丙烷共燃进行供热发电。中国科学技术大学研究了纯生物油的雾化燃烧性质，并研究了生物质热解油燃烧过程中污染物排放情况。实验结果表明，生物油不做任何品质提升即可实现稳定的燃烧，可以满足工业窑炉和燃油锅炉等热力设备的使用要求，生物质热解油燃烧过程排放的一氧化碳、氮氧化物和硫氧化物的远低于化石燃料燃烧过程的排放量。

但荷兰BTG公司、北美dynamotive公司和中国科学技术大学的研究均只是探讨了生物质热解油的燃烧性质，如燃烧温度随时间的变化、达到燃烧稳定后的最大火焰温度和燃烧过程的一氧化碳、氮氧化物、硫氧化物和残余氧气排放情况，侧重于理论研究。因此上述研究并不是以开发生物质热解油燃烧装置和建立燃烧装置的操作方法为目的。为了使得生物质热解油真正能够替代柴油、重油等燃烧供热、发电，必须开发完善的生物质热解油燃烧装置及操作方法。

发明内容