介绍了几种常见的生物质转化技术，如生物质成型、生物质气化、生物质液化和热解多联产。分析了锅炉行业生物质燃料的利用现状和主要问题，指出锅炉行业应以生物质燃料的发展为基础，朝着绿色原料、清洁生产和智能产品的方向发展。

引言

工业锅炉是重要的热能动力设备，在国民经济发展和人民生活中发挥着不可或缺的作用。目前，我国工业锅炉以燃煤为主，年耗煤量约占我国煤炭消耗总量的1/5，污染物排放总量仅次于电站锅炉[1]。

随着国家对环境保护要求的日益严格，我国污染物排放严重的中小型燃煤锅炉将逐步淘汰，被天然气、电力或生物质等高效节能环保锅炉所取代。

作为一个主要的农业国家，中国拥有丰富的生物质资源和巨大的能源利用潜力。作物秸秆、农产品加工残留物、林业残留物、能源作物、生活垃圾、有机废物等生物质资源的总量每年约为4.61亿吨标准煤。生物质作为一种含碳固体形式的可再生能源，其热转化利用技术和设备与煤相似，生物质氮硫含量低，污染物排放远低于煤。因此，大力发展生物质燃料锅炉将有助于缓解煤炭造成的环境污染问题。

中国政府一直重视生物质能的发展和利用，并将其作为能源领域的一个重要方面，纳入国家能源发展战略。国家发展和改革委员会、国家能源管理局发布的《关于促进生物质能加热发展的指导意见》指出，到2035年，生物质热电联产装机容量超过2500万千瓦，生物质成型燃料年利用量约5000万吨，生物质燃气年利用量约250亿立方米，生物质能加热总面积约20亿平方米，年直接取代燃煤约6000万吨[2]。锅炉是生物质燃料利用的主要设备，也是中国节能减排的主要战场。锅炉行业必须遵循新时代的要求，加快原材料绿色、生产清洁和产品智能化的实现。

1生物质燃料转化技术现状

生物质资源来源广泛，具有物理化学特点和各种转化技术，包括物理方法、热化学方法和生物化学方法。可获得的产品包括：成型燃料、生物燃气、生物油、生物炭、沼气、燃料乙醇、生物柴油等。以下主要介绍了几种与锅炉相关的生物质燃料转化技术。

1.1生物质成型技术

与传统化石能源相比，生物质具有资源分散、能量密度低、容量小、储运不便等缺点，导致运输成本高，严重限制了生物质能的大规模应用。生物质压缩成型技术是一种简单、实用、高效的生物质能利用形式，可以大大提高生物质能密度，便于储存和运输，为有效利用农林废弃物提供了新的途径。挤压成型后，生物质的密度可以达到0.8～1.3kg/m3，能量密度等于中热值煤，非常适合锅炉燃料[3]。

生物质固化成型技术主要分为辊模挤压成型（包括环模和平模式）、活塞冲压成型（包括机械、液压）和螺旋挤压成型，工作原理如图1、图2、图3所示。辊模挤压成型可实现无任何添加剂、粘合剂的天然含水量生物质常温压缩成型，生产率高，是规模化、工业化发展的重点。国外辊模挤压成型机设备制造规范，自动化程度高，生产技术基本成熟，关键部件寿命达到1000h以上，生产率达到2t/h以上已实现大规模商品生产。但这些成型设备以木屑等林业残留物为主要原料，设备价格高，不适合我国以秸秆为原料的国情。

近年来，由于国家对秸秆能源工作的高度重视和相关政策的支持，我国生物质固体成型燃料技术取得了显著进展，生物质成型技术和成型抑制设备逐渐成熟，成型机械的能耗和关键部件的使用寿命满足了大规模生产的要求。2016年，农作物秸秆固化成型项目建设1300多个，年产量653万吨，年产量约250万吨，总产量约900万吨[4]。此外，农业部和地方政府发布了《生物质固体成型燃料技术条件》、《生物质固体成型燃料质量分类》、《生物质成型燃料锅炉》、《生物质成型燃料锅炉空气污染物排放标准》等相关标准，为生物质成型燃料锅炉的专业化、规模化和工业化发展奠定了良好的基础。

1.2生物质气化技术

生物质气化是利用空气中的氧气或其他含氧物作为气化剂，在高温条件下将生物质燃料中的可燃物转化为可燃气体（主要是氢气、一氧化碳和甲烷）的热化学过程。生物质原料挥发分超过70%。加热后，大量挥发性物质可在相对较低的温度下沉淀。因此，气化技术非常适合生物质原料的转化[6]。生物质气化获得的气体不仅可以作为清洁燃料，还可以作为费托合成液体燃料的原料，广泛应用于电力供应、热能生产、化工合成、金属冶炼等领域。因此，气化技术是国内外竞相开发的重要生物质能技术。

根据气化剂的不同，生物质气化可分为空气气化、氧气化、水蒸气气化、氢气化等。出于成本考虑，一般采用空气气化，但产生的气体热值较低，一般为5~6MJ/m3[7]。气化炉是生物质气化技术的核心设备。根据设备的运行模式，生物质气化炉可分为固定床、流化床和气流床。其中，固定床和流化床是两种常见的气化炉类型。固定床气化炉分为下吸式和上吸式（如图4所示），流化床气化炉分为气泡流化床和循环流化床（如图5所示）。不同气化设备的技术比较如表1所示。一般来说，固定床气化炉结构简单，操作方便，适用于家庭或农村集中供气等气体质量要求低的小，特别是循环流化床气化炉，适用于发电或合成气等大规模连续生产。

中国生物质气化技术研究始于20世纪80年代初，开发了各种可用于家庭、集中供气和发电的气化设备，拥有成熟的燃气锅炉加热、内燃机发电等技术。其中，气化集中供气已在山东、辽宁、吉林、安徽等十多个省市推广，MW水平气化发电技术设备已出口，生物质气化合成液体燃料技术已完成1000吨示范。

1.3生物质液化技术

2020世纪70年代石油危机爆发后，生物质热解液化技术可以直接从生物质中获得液体燃料。生物质热解液化是指中温(500℃生物质在左右)和缺氧条件下快速受热分解，热解气体通过快速冷凝得到液体产品(生物油)的热化学转化下，生物油的最高产量可以达到70%以上。

国外生物质热解液化研究起步较早，鼓泡流化床、循环流化床、旋转锥、真空反应器等技术得到了广泛应用。其中，流化床热解装置的最大处理量为200吨/天，生产的生物油用于热电联产。中国从1995年开始发展这项技术。目前，许多单位已经开发了热解液化技术，但其中大部分仍处于实验室阶段。其中，中国科技大学建立了年产1万吨生物油的生物质热解制备生物油应用示范项目。华中科技大学开发了移动生物质液化技术，可以有效解决低成本收集和高价值利用生物质资源的问题。

表2比较了生物油和重油的基本特性。生物油的热值(LHV)为13～18MJ/kg，大约一半的重油可以作为锅炉、柴油发动机和燃气轮机的燃料，比直接燃烧生物质更高效、更清洁。但同时，生物油含氧量高，含水量15%~30%。因此，生物油往往具有酸性强、粘度高、热值低、质量不稳定等特点，极大地限制了生物油的推广和应用。生物油除燃料外，还可作为大规模气化和制氢的原料和提取高附加值的化学品。此外，生物油中羧酸的含量一般在15%左右，主要是乙酸、甲酸和丙酸，还含有少量苯甲酸，是制备有机酸钙盐的合适廉价原料