[发明专利]生物质微米碳化粉末高温燃烧方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种生物质微米碳化粉末高温燃烧方法。

背景技术：

长期以来，生物质因直接燃烧温度较低600～800℃，只能用作农村的炊事或取暖。100多年前，美国人发明了生物质成型燃料，其燃烧温度在1000℃左右，虽然欧洲、日本、中国在此方面做了很多的尝试，但是成型燃料在工业方面也未得到很好的普及和应用，其主要原因就是不能满足工业工况高温的需求。人类进入工业革命之后，工业生产的温度越来越高。例如石灰煅烧温度在1200℃左右；建筑陶瓷烧制温度在1300℃左右；而水泥工艺烧制温度在1400℃以上；炼铁高炉炉缸靠近风口区温度1700～2000℃，炉底温度1450～1500℃；炼铜炉头温度1500℃～1550℃，炉尾温度1250℃～1300℃；而以锅炉为核心的大型火力发电系统中，燃料燃烧温度要求在1500℃以上。可以看出，现代工业需要燃料燃烧温度大都在1200℃以上。

世界能源发展到今天，人类获得热能的方法仍然是碳氢燃烧占统治地位。化石能源和生物质能源两者都属于碳氢燃料，其化学组成十分相近，煤、石油、天然气等燃料碳氢含量高达70%～95%，其热值一般在5000～8000千卡/kg，是高品位燃料；生物质的碳氢含量在50%以下，平均热值大约为煤的2/3，其热值一般在3600～4600千卡/kg，能量密度比煤低，而体积能量密度只有煤的1/7，长期以来人们将生物质能源列为低品质燃料之内。

迄今为止，直接燃烧能够达到1200℃以上高温且低廉的燃料只有一次性化石能源。如煤、石油、天然气等碳氢燃料，是人类进行矿采而获取的燃料；同样碳氢家族的生物质燃料是年复一年的再生能源，其资源量远超过化石能源，生物质每年在全球生长的能源量是全世界能源消耗总量的十倍以上，而且资源十分广泛；但是，生物质因其碳氢含量少，直接燃烧温度较低，不能进入能源燃烧的主战场，始终被排斥在工业燃料的大门之外，被大工业所遗弃或者边缘化。几千年来，能源的霸主地位一直被化石能源所独占，生物质燃料一直是化石能源的“手下败将”。工业革命两百多年来，生物质能源技术一直在与化石能源进行抗争，也在不断发展和进步，其研究开发的路线诸如生物质成型碳化技术、生物质气化技术、生物质气碳联产技术，生物质沼气技术等。而这些路线所研发的生物质各种能源产品，在品质、成本和生产规模上与化石能源相比，仍然差距很大，两百多年来困扰的老问题依然没有得到很好的解决。

大家知道，燃气使用方便、清洁，是现代化能源的标志，燃气按热值可分为高热值燃气、中热值燃气和低热值燃气，天然气是典型的高热值燃气，热值在8000千卡/Nm3，甲烷含量高达在95%，主要适合用于化工原料和加热温度特别高温的工业生产以及环保要求高的应用场所。煤气是典型的中热值燃气，热值在2400千卡/Nm3以上，长期以来主要用作城市燃气、工业燃气和工业发电。2400千卡/Nm3是工业燃气和城市燃气最基本的热值，是燃气商业价值的分水岭，燃气热值低于2400千卡/Nm3，则表明燃气组分中不可燃成分多，燃烧温度低，热工值低，不能满足生产和生活燃料的技术要求。

生物质气化起源于150年前的德国，经过几代人的努力，至今也未产生令人满意的效果。归纳中外生物质气化的方法，大致可分为两大类：

第一类为中外普遍采用的是沿袭煤气化的方法，即内热式气化方法，它是生物质在气化室与空气不完全燃烧，直接加热生物质使之气化。这种方法加热效率高，但是内燃需要的空气带入的大量氮气，冲淡了燃气的碳氢浓度，因此燃气的热值低，只有1200～1400大卡/Nm3，达不到商品燃气的品质要求，这是致命的缺点。由于燃气品质低，用途不大，即使是民用，燃气的温度也不能保证，特别是在冬季，火力不足的现象特别明显。同时，该法的气化效率仅为70%以下，其余为难以利用的焦油和残留碳，燃气转化率低，浪费能源。同时在燃气净化过程中会产生大量的焦油废水，污染环境。虽然中外对其进行了多年的改进，但内热式气化法终因自身的缺陷而无法推广应用。