秸稈能源科學用灶

有了一個好灶不一定就能節(jié)能減排。俗話說“三分灶七分燒”，就像一臺好汽車，如果司機駕駛技術不良，就難保安全、快捷和節(jié)能減排的行駛。爐灶效果的好壞還要靠人的正確燒火來實現(xiàn)。

6.1 生火 燃燒是劇烈的氧化反應，必需燃料、氧氣和溫度三大基本條件。生火主要是提供燃料燃起所必須的溫度。當然不必將爐內(nèi)所有的燃料都加熱到著火溫度，只需將揮發(fā)分點燃即可。

6.2 燒火三工序 不斷加進燃料才有繼續(xù)燃燒可言；從爐內(nèi)排出爐渣才能為新加燃料騰出空間；撬碎大塊的結焦和爐渣與漏灰，才能保持燃料層中的空氣暢通，使燃燒穩(wěn)定地進行。

6.3 穩(wěn)定的燃料層 要保持燃料層厚度，特別是紅炭層（氧化層）的厚度。才能保持燃燒工況的穩(wěn)定；當然還應根據(jù)鍋內(nèi)需要火力的大小、煙囪抽力的變化及時、適當?shù)剡M行調(diào)整。2100433B

爐灶本身結構簡陋、工藝條件差、燃燒工況不穩(wěn)定；而廣大農(nóng)村發(fā)展相對滯后、經(jīng)濟欠發(fā)達、農(nóng)民相對貧困、交通不便、文化程度也相對較低。爐灶改革必須采用綜合的、低投資、低運行費、高效益的適合國情的技術。而沒有科學理論指導下的實踐是盲目的實踐，只有依靠科學技術才能迅速地、高效地進行爐灶改革。

5.1 分清爐灶三膛 爐膛是讓燃料完全燃燒釋放出熱量的場所，是爐灶的心臟；風膛是爐膛下面的一截灶體，它既是灶體的支撐，又主要是進風向爐膛供氧的部位。同時又是爐膛燃燒產(chǎn)生灰渣的暫停處，故又被稱為灰膛；爐膛口以上便是讓燃燒的火焰、高溫煙氣在鍋底上均勻分配火力并進行充分接觸，讓飯鍋盡可能多吸收熱量的地方，謂之鍋膛。風膛和鍋膛一般變化不大，而爐膛則隨爐內(nèi)熱負荷的大小、燃料的種類及煙囪抽力的變化而成為改灶的關鍵部位。

5.2 確定爐灶的功率 飯鍋的鍋底就是爐灶加熱的受熱面，其受熱量與受熱面積成正比。所以要根據(jù)鍋的底面積來設計爐內(nèi)的熱負荷；而鍋底面積則可按其相似的某種或幾種組合的幾何圖形外表面積計算公式來進行計算。

根據(jù)鍋底面積就可以估算出爐灶的功率、燃料消耗量、燃燒空氣需要量及不同熱效率時鍋內(nèi)的熱加工能力。

5.3 煙囪高度 爐灶從爐排下吸入助燃空氣和及時排出煙氣，一般爐灶都靠煙囪產(chǎn)生的負壓（俗稱抽力）來完成。煙囪抽力的大小決定于囟內(nèi)外的溫差（嚴格地說是氣體的重度差）及其垂直高度。為了節(jié)能降低排煙溫度，便應增加煙囪高度；而為了避免煙氣對人呼吸帶的空氣污染也應該盡可能地升高煙囪。

空氣中含 氧量隨海拔高度的升高而降低，高海拔地區(qū)爐灶燃燒的空氣需要量就要增加。這就要增加煙囪高度或加大進風面積（即爐排縫的總面積）。

5.4 針對燃料特性設計爐膛結構

5.4.1燃料粒度 燃料粒度越大其間隙就大，進風阻力就??；反之，進風阻力就大。而燃料層阻力是爐灶煙風系統(tǒng)最大的阻力。所以應相應設計好燃料層厚度和進風速度（按爐排縫進風面積進行調(diào)控），否則就不能保證適量進風。

5.4.2 揮發(fā)分 固體燃料熱解釋出的揮發(fā)分是一種可燃氣體，應組織好燃燒。要圍繞保證高溫、足氧、充分混和、足夠燃燒時間等完全燃燒的四大要素進行結構設計。

5.4.3 結渣性 容易結大渣的煤應設計為易出渣爐膛結構。

抓住了上述幾個關鍵因素，就能科學地設計和快速準確地改灶。

20世紀80年代，中國大規(guī)模地改爐改灶，研發(fā)出許多經(jīng)濟適用的優(yōu)秀灶型。按上述關鍵因素的變化進行放大、縮小，便可使任何灶型在任何地方推廣應用。

4.1 SO2 生物質(zhì)燃料一般不含硫，除個別品種外，可以不考慮。煤炭基本上都含硫，當爐灶燃用含硫量>0.5%的煤和生物質(zhì)燃料時應當進行脫硫。

用石灰脫硫時還可同時脫氟、脫氯。

4.2 NOX 家用爐灶一般燃燒溫度在1200℃以下，能避免溫度型NOX，但燃料中的N要生成NOX，可將爐膛設計為兩段燃燒，可減少50~70%的NOX。

4.3 顆粒物 爐灶飛灰粒度都在10μm以上，且數(shù)量少、沉降快，危害不大。唯黑煙物質(zhì)粒徑僅0.01~0.1μm，一旦排入大氣便不會沉降，對城市造成嚴重污染，還漂洋過海禍及遠方。

黑煙是爐灶應該消除的主要污染物。

4.4 揮發(fā)性有機物 對爐灶而言主要是固體燃料受熱至160~200℃時開始，350℃以后大量釋放出的揮發(fā)分，其主要成分是以甲烷為主的揮發(fā)性有機物。甲烷的溫室效應潛能為CO2的21倍，應該讓其在爐內(nèi)完全燃燒，既節(jié)能及減排。

爐灶的節(jié)能減排分為改灶和燒火兩個方面。

中國政府一直支持改爐灶，曾研制出大量適合農(nóng)村的先進灶型，被發(fā)展中國家公認為領先水平，從中國引進技術和爐灶產(chǎn)品。

2010年5月11日，國務院以國辦發(fā)（2010）33號文件轉發(fā)環(huán)保部、發(fā)改委、科技部、財政部等9部委《關于推進大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量的指導意見》在“防控重點”中指出，重點解決SO2、NOX、顆粒物、揮發(fā)性有機物等污染。技術措施中涉及爐灶的有：禁止含硫量>0.5%的煤直接燒用、推廣生物質(zhì)成型燃料技術、鼓勵采用節(jié)能爐灶，逐步淘汰傳統(tǒng)的高污染爐灶；加強潔凈煤利用、農(nóng)村生物質(zhì)能開發(fā)等技術攻關。

在該文件正式發(fā)布前的5月10日，農(nóng)業(yè)部部務會議就貫徹國務院會議精神，決定開展“農(nóng)村爐灶的升級換代”工作。

1952年12月5~8日，英國首都倫敦市上空大霧彌漫、無風，煙塵和SO2氣體籠罩不散，空氣中的SO2濃度最高達422~3822mg/m，煙塵濃度達4500 mg/m。造成比正常情況下多死亡4000人、事后2個月內(nèi)又陸續(xù)早死亡8000人的嚴重大氣環(huán)境污染。后來查明，罪魁禍首是燃煤煙氣，其中爐灶煙氣占60%。這就是震驚世界的倫敦煙霧事件！隨后掀起了世界第一次環(huán)保浪潮，喊出了“還我藍天”的口號！發(fā)達國家進行了大規(guī)模的改爐改灶和推廣無煙燃料。歷經(jīng)數(shù)十年攻關未獲突破后，采取“改變?nèi)剂辖Y構”即以油、氣、電代煤。淘汰了手燒爐，放棄了爐灶學的研究。

全球約有20億人燒用固體燃料爐灶，其中靠柴草做飯取暖的人數(shù)就有15億。其中還有2.5億人嚴重缺燒而不得已亂砍濫伐破壞生態(tài)環(huán)境。現(xiàn)在發(fā)達國家燒爐灶的人數(shù)只占人口的5%左右，而發(fā)展中國家多達28~90%，中國就有70%的人口燒爐灶，每年要燒煤2.5億噸、農(nóng)作廢物和木材剩余物約7億噸。

要解決爐灶的節(jié)能減排，無國外經(jīng)驗可以借鑒。技術的開發(fā)研究就只能靠發(fā)展中國家自己。

世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國開發(fā)計劃署于2004年11月14日發(fā)表聯(lián)合聲明稱：廚房煙塵已經(jīng)成為人類健康的一大禍患。每年全球發(fā)展中國家大約有160萬人被廚房煙塵奪走了生命。

2008年英國《自然》雜志發(fā)表的一項研究稱：抑制煤煙排放還能挽救生命。每年排放到大氣中的煤煙計算出的炭黑高達800萬噸，是造成全球變暖的第二大元兇，僅次于CO2。又稱，僅在印度就有40多萬婦女和兒童死于煙塵吸入（這種煙塵是用木柴和糞便等生物燃料進行室內(nèi)烹飪造成的）。

2008年11月15日，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署在北京公布的題為“大氣層棕色云以亞洲為重點的區(qū)域評估報告”稱，在亞洲大片地區(qū)，煤煙、煙霧和有毒的化學物質(zhì)的混合物遮蔽了陽光，污染了數(shù)百萬人的肺，并改變著亞洲大片地區(qū)的氣候模式。它還會橫掃朝、韓和日本，有時云層會一直飄到美國的加利福利亞。罪魁禍首就是燃煤工廠、柴油卡車和燒柴爐灶的排放物。

石油價格瘋漲引發(fā)的第三次能源危機爆發(fā)以來，人類把成本低、使用方便、數(shù)量巨大的最古老的生物質(zhì)燃料稱為繼煤炭、石油、天然氣之后的第四能源。全球生物質(zhì)能的年產(chǎn)量相當于目前人類年消耗能源總量的20倍，特別是其燃燒放出的CO與其生長過程中，光合作用所吸收CO2可以持平，被視為CO2零排放。又可以再生而取之不盡、用之不竭。更讓許多國家將生物質(zhì)燃料作為節(jié)能減排的重要技術手段之一。目前全球有15億人燒用柴草爐灶。5億人用燃煤爐灶。

中國已經(jīng)開發(fā)出多種固定床和流化床氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產(chǎn)燃氣。2006年用于木材和農(nóng)副產(chǎn)品烘干的有800多臺，村鎮(zhèn)級秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)近600處，年生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣2,000萬立方米。

中國政府及有關部門對生物質(zhì)能源利用也極為重視，己連續(xù)在四個國家五年計劃將生物質(zhì)能利用技術的研究與應用列為重點科技攻關項目，開展了生物質(zhì)能利用技術的研究與開發(fā)，如戶用沼氣池、節(jié)柴炕灶、薪炭林、大中型沼氣工程、生物質(zhì)壓塊成型、氣化與氣化發(fā)電、生物質(zhì)液體燃料等，取得了多項優(yōu)秀成果。政策方面，2005年2月28日，第十屆全國人民代表大會常務委員會第十四次會議通過了《可再生能源法》，2006年1月1日起已經(jīng)正式實施，并于2006年陸續(xù)出臺了相應的配套措施。這表明中國政府已在法律上明確了可再生能源包括生物質(zhì)能在現(xiàn)代能源中的地位，并在政策上給予了巨大優(yōu)惠支持，因此，中國生物質(zhì)能發(fā)展前景和投資前景極為廣闊。

秸稈氣化市場前景

秸桿資源的綜合利用是興起的一門技術。中國每年可利用秸稈約7億噸，但其有效利用率不足50%，其余部分大多被放火焚燒付之一炬。這不僅給環(huán)境帶來了極大的污染，更可惜的是浪費了寶貴的植物資源。為此，朱熔基總理多次要求科研單位要下決心解決秸稈的焚燒問題。

秸稈綜合利用一直是國家積極支持的重點開發(fā)項目，享受國家多項政策扶持和稅收優(yōu)惠。

隨著中國經(jīng)濟的可持續(xù)快速發(fā)展，石油、天然氣、煤氣等一次性資源供需缺口逐年增大,人們迫切需要一種低價、節(jié)能、安全、潔凈的新型燃料進入市場。國家有關部門及科研單位一直都在積極尋找新能源。如何將低熱值的秸稈資源轉換成高效、潔凈的生物質(zhì)燃氣，造福人民，被列入國家九五重點攻關項目。

秸稈氣化原料來源廣泛

任何生物質(zhì)都可作為原料。具體包括：稻草、麥秸、棉稈、玉米稈、高梁稈、稻殼、果殼、谷糠、樹枝、鋸末、刨花、雜草及各種植物藤類、莖類、葉類等；制藥廠、糖廠、煙廠的殘渣、廢棄物、一次性飯盒、泡沫、塑料袋、廢紙等。

秸稈氣化易于推廣普及

家庭型生物質(zhì)燃氣秸稈氣化爐灶與煤氣、液化氣相比，具有三大顯著優(yōu)勢：一是價格優(yōu)勢，秸稈生物質(zhì)氣化爐灶每臺售價800元，且無需配套設施，實施速度快，方便實惠，一般家庭特別是農(nóng)村家庭都易于接受。而煤氣、液化氣等燃料價格貴且設備安裝、城建等配套設備投資巨大，實施速度緩慢。　二是資源優(yōu)勢：制造秸稈生物質(zhì)燃氣原料為每年可再生資源，隨處可取，原料幾乎零成本。后者屬一次性能源，隨著資源的逐漸減少，價格將不斷上升。

三是安全優(yōu)勢：秸稈氣使用安全可靠，不存在象煤氣、液化氣等在儲存、運輸、使用條件下易爆、易泄漏等危險。以上優(yōu)勢將確定生物質(zhì)燃氣秸稈氣化爐灶在農(nóng)村市場上的霸主地位，極易推廣普及。

秸稈氣化制氣技術先進 市場前景可觀

生物質(zhì)燃氣秸稈氣化爐灶制氣技術科學，處國內(nèi)領先水平。該產(chǎn)品市場需求量大，投資利潤豐厚。投資者不僅可生產(chǎn)家庭型、多功能型秸稈生物質(zhì)氣化爐灶供應家庭、小型賓館、飯店、單位食堂使用，還可建秸稈生物質(zhì)氣化站，組織成百上千戶居民集中供氣。與此同時，還可利用該項技術制造生物質(zhì)燃氣――柴油發(fā)電機組，建立中小型發(fā)電站。據(jù)經(jīng)濟專家估計：秸稈生物質(zhì)燃氣的產(chǎn)業(yè)前景在未來30年內(nèi)將達2000億元，它必將成為投資創(chuàng)業(yè)的新熱點，廿一世紀的黃金產(chǎn)業(yè)。

秸稈氣化生產(chǎn)條件

投資生物質(zhì)燃氣秸稈氣化爐灶項目的規(guī)?？纱罂尚。a(chǎn)多功能家用秸稈氣化爐不需特殊設備和特殊材料，具備一般機械加工能力便可。以建年產(chǎn)1000臺的小廠為例，具體生產(chǎn)條件如下：

⒈生產(chǎn)場地：廠房及庫房80－150平方米（普通廠房即可）。

⒉設 備：小型電焊、鈑金工具等，設備總投資5000元左右，若大規(guī)模生產(chǎn)、部分設備可外協(xié)（具備機加工或鈑金加工能力的企業(yè)生產(chǎn)該高科技產(chǎn)品無需設備投資）。

⒊主要原材料：普通鋼板、管接頭、開關、閥門、風機、鑄件等

⒋原材料費用：根據(jù)規(guī)格可分為大型、中型和小型等多種型號，其原材料成本為：

小 型：210元/套左右

中 型：360元/套左右

大 型：450元/套左右

供暖裝置：以供暖面積40-80平方米計算，成本約120-200元/套

⒌流動資金：1－2萬元。

⒍工廠人員配置：工人6名，技術人員及管理人員2－3名。

⒎建廠周期10～15天，對水電無特殊要求。

秸稈氣化技術原理

秸稈在一定溫度及隔絕空氣條件下可產(chǎn)生可燃氣體，本秸稈氣化爐的溫度靠點燃秸稈自身燃燒得到，但又不能充分燃燒，也就是說，本爐是靠不完全燃燒產(chǎn)生可燃氣體的，因此，不僅要確保爐內(nèi)火不滅，同時也要確保不能產(chǎn)生明火。本秸稈氣化爐設計科學合理，燃燒時，產(chǎn)生的燃氣通過燃氣管進入凈化器內(nèi)，燃氣經(jīng)凈化器內(nèi)的水凈化后，減少了大量煙塵，燃氣清潔衛(wèi)生。2100433B

據(jù)報道，中國能源專家對本世紀上半葉中國植物生物質(zhì)能源的發(fā)展進行了3個階段的科學預測：

秸稈氣化第一階段（2001-2010）

植物生物質(zhì)能源的生產(chǎn)能基本得到滿足，基本解決中國農(nóng)村生活用能，生態(tài)環(huán)境的破壞能得到有效地控制，基本遏制因直接燃燒植物生物質(zhì)和廢棄植物生物質(zhì)而引起的生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢；

秸稈氣化第二階段：（2011-2030）

中國農(nóng)村植物生物質(zhì)能源綜合建設達到社會化，農(nóng)用植物生物質(zhì)能方式多維、多元化，生產(chǎn)，生活用能得到滿足，植物生物質(zhì)綠色能源轉化技術得到普遍推廣和應用，我用生態(tài)環(huán)境建設開始走上良性循環(huán)的軌道；

秸稈氣化第三階段：（2031-2050）

建立起中國多能互補，結構合理，安全可靠的植物生物質(zhì)能源生產(chǎn)供應體系，并形成規(guī)模，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)因能源高效化，農(nóng)民因能源優(yōu)質(zhì)化?；窘⑵疬m應可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)工程，增強中國植物生物質(zhì)能源綜合建設的可持續(xù)發(fā)展能力。

中國著名科學家，中科院院士朱清時教授講，中國能源戰(zhàn)略迫切需要研究用非糧食類生物質(zhì)作原料生產(chǎn)液體類，氣體類燃料。開發(fā)出擁有自主知織產(chǎn)權和具有推廣價值的實用技術，保障中國植物生物質(zhì)能源的安全開發(fā)利用和經(jīng)濟昌盛繁榮。

4、秸稈燃氣從那里來？

農(nóng)民使用秸稈燃氣可以從以下兩個方面，第一，靠秸稈氣化工程集中供氣獲得。第二，可以利用生物質(zhì)自己生產(chǎn)。

秸稈氣化工程，一般為國家，集體個人三方投資共建，一個村（指農(nóng)戶居住集中的村）的氣化工程大約需50-80萬，在中國大約有200多個村級秸稈氣化工程。

農(nóng)民自產(chǎn)自用的秸稈燃氣，主要靠家用制氣爐進行生物質(zhì)轉化，投資不大，小則300余元，多則700余元。

5、秸稈燃氣生產(chǎn)技術原理？

植物生物質(zhì)（包括據(jù)木、木柴，野草，松針樹葉，作物秸稈，牛羊畜糞，食用菌渣）中的碳元素質(zhì)量分數(shù)約為40%，其次為氫、氮、氧、鎂、硅、磷、鉀、鈣等元素。植物秸稈的有機成分以纖維素，半纖維素為主，質(zhì)量分數(shù)為50%。這些生物質(zhì)原料，在缺氧條件下加熱，使之發(fā)生復雜的熱化學反應的能量轉化過程。此過程實質(zhì)是植質(zhì)中的碳、氫、氧等元素的原子，在反應條件下按照化學鍵的成鍵原理，變成一氧化碳、甲烷、氫氣等，可燃性氣體的分子。這樣植物生物質(zhì)中的大部分能量就轉移到這些氣體中?；痉磻ǎ?

C O2=CO2 2C O2=2CO

2H2O C=CO2 2H2 CO O2=2CO2

H2O CO=CO2 H2 CO2 C=2CO

CH4 CO2=2CO 2H2 C 2H2=CH4

CO 3H2=CH4 H2O 2H2 O2=2H2O

上述生物質(zhì)的氣化過程的實現(xiàn)是通過氣化反應裝置（即制氣爐）完成的。

6、秸稈燃氣生產(chǎn)的工作原理？

制氣爐具有生物質(zhì)原料造氣，燃氣凈化，自動分離的功能。當燃料投入爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生大量CO和H2時，燃氣自動導入分離系統(tǒng)執(zhí)行脫焦油、脫煙塵，脫水蒸氣的凈化程序，從而產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)燃氣，燃氣通過管道輸送到燃氣灶、點燃（亦可電子打火）使用。

7、氣化爐的分類有哪些？

秸稈氣化爐，亦稱生物質(zhì)氣化爐，制氣爐，燃氣發(fā)生裝置等，在氣化爐當中，分直燃（半氣化）式和導氣（制氣）式氣化爐。其中導氣式氣化爐中又分上吸式、下吸式、流化床氣化爐。直燃式與導氣式氣化爐在廣告詞中，不少讀者極易被誤導。直燃式氣化爐是適用二次進風產(chǎn)生二氣化燃燒，而導氣式氣化爐是運用熱化學反應原理產(chǎn)生可燃氣體燃燒。

8、秸稈燃氣生產(chǎn)技術發(fā)展方向？

用生物質(zhì)替代煤，天然氣和重油等化石燃料來制備合成為甲醇，汽油，或柴油等液體燃料而用于交通工具，這樣即可以滿足人類對液體燃料日益增長的需求，同時又可有效減輕由于大量使用化石燃料給環(huán)境帶來的污染。

中國農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約為7億t左右，列世界之首。每年收獲的秸稈除去用于造紙的2800萬噸秸稈和作為飼料或飼料原料的2.13億t秸稈，造肥還田及收集損失的1.089億t，可作為能源加以利用的秸稈總量為3.761億t(見表1)。盡管中國秸稈資源豐富，但由于人口眾多，人均占量相對于發(fā)達國家較少，還不到0.6t/(人·a)。中國的農(nóng)村主要有水稻秸稈、小麥秸稈、玉米秸稈，其中玉米秸稈占36.7%，稻草秸稈占27.5%，小麥秸稈占15.2%。其糧食作物秸稈占了總量的90.5%。50%以上的秸稈資源集中在四川、河南、山東、河北、江蘇、湖南、湖北、浙江等9省，西北地區(qū)和其它省份秸稈資源分布量較少。稻草主要在長江以南的諸多省份，而小麥和玉米秸稈分布在黃河與長江流域之間，以及黑龍江和吉林等省份。