六、生物质能源的突破口是直接高温燃烧技术
能源就是一种燃料材料,碳氢燃烧材料,燃料德语的直意就是“燃烧的材料Brennstoff(Brenn-stoff)”,就是把中文的燃料的意识展开说。燃料分为固体燃料、液体燃料和气体燃料三种形式。自然界是燃料主要固体燃料的形式存在。液体燃料和气体燃料分别是固体燃料成本的8-10和3-4倍,固体燃料成本低得多,来源广的多,所以是现实中采用最多的,例如电力生产、工业窑炉燃料、金属冶炼、工业加热、无机化市场、城市取暖等。如果解决了生物质燃料直接燃烧的温度指标的瓶颈,生物质就能够替代燃煤,解决国家能源问题的百分之六十以上。
生物质微米燃料在蒸汽生产中的应用
生物质微米燃料的在工业锅炉中的高温燃烧
微米燃料高温燃烧的液态排渣状况
微米燃料高温燃烧后的清洁排放
根据燃烧理论,提高燃烧温度有两种途径,一是提高燃料热值,二是提高燃烧速度。生物质燃料碳氢能源组分含量低,热值低,这是生物质生理条件决定的,是不能改变的。生物质如果采用炭化、气化和液化等浓缩炭的方式,虽能提高热值的手段提高燃烧温度,但那就完全改变了生物质本身,代价太高,已经不是生物质本身,被两百多年的实践证明是不适应基础工业经济性要求的。
不过,提高燃烧温度的第二种途径——通过提高生物质的燃烧速度的途径达到提高生物质燃烧温度的方法。根据燃烧速度理论,燃料的燃烧类型分为慢速多相燃烧和快速单相燃烧两种。煤和生物质成型燃料等固相燃料,与空气燃烧时,固相燃料只有经过长时间的热解转化为气体,长距离的从固相内部扩散出界面,进入到空气相中,才能与氧气碰撞发生燃烧反应,燃烧过程的慢速导致热能释放速度的缓慢,直接制约高温的建立。因煤的热值高,煤的多相燃烧温度还能够达到1400℃以上,可以满足大工业生产的需要。生物质因为热值不到煤的百分之七十,所以生物质采用多相燃烧的方法,燃烧温度达不到1400℃的大工业生产的要求。因此,提高生物质燃烧温度的方法聚焦在如何将生物质固体燃料的慢速多相燃烧转变为快速单相燃烧。这一“敲门”被千年前发明火药的中国人又发现的掌握了,不过这一次不会发生“我们发明火药,别人利用我们发明的火药进一步发明枪炮来屠杀我们千万人的历史大悲剧了”。中国人利用生物质材料的微观结构特性,将生物质高效制备成为微米燃料,预混空气可以充满生物质微粒多孔结构的内部和外部,成为“物理带氧燃料”,能够像天然气一样的超音速的快速单相燃烧,极速释放能量,可以高达1550度。 经过微米化后的生物质燃料完全脱离了固体燃料的燃烧特性,成为一种新的高温气体燃料,取名为“霄”,也就是“可上九霄蓝月”的霄,来自九霄中的二氧化碳和绿色光合作用生产的“生”物质的“霄能”,霄具有以下特点和发展潜力:
1、燃烧温度品质性提高,直接燃烧温度达到1452°C(还可以升高到1500°C以上,采用预热空气或适量富氧可到达2000°C),可以够满足各种工业的高温要求。
2、微米化减容后的生物质的能量密度得到极大提高,满足了工业能源的储运性要求。
3、使用时流态化输送,满足了工业能源的自动化控制和精确温控的操作性要求。
4、燃烧时瞬间转化气体燃料,燃烧效率高、清洁,其高温气态室燃特性,可以用于开发比燃煤先进,比天然气经济,更为低碳的工业方法和装备,满足工业发展的先进性要求。
5、是一种低成本的高温热源,取之不尽的贫瘠碳氢资源可以通过它外加热生物质热化学转化,低成本地转化为交通燃料、工业燃油和燃气、优质合成气及其有机材料,构建绿色生物质能源化工和绿色有机材料化工。
大工业对生物质能源的大量需求,将促进生物质能源基础设施的建设,形成和化石能源一样的社会化能源生产供给,生物质能源将和煤一样便宜易得,同时还将带动土地修复、能源种植以及三农经济的发展,保障生物质能源的充足供给。
七、生物质高温燃烧技术的经济含义
能源的物质属性是碳氢,而能源又是如何推动现代生产力的呢?如果有一种按钮,能够终止世界上所有在1300℃以上的人为活动,那么飞机、轮船、汽车、高炉、锅炉、窑炉、电厂立即停止运行,整个现代社会立刻冻结。因此,如果说工业革命以前是冷兵器时代,按照生产力的特征,工业革命以后的时代应该称为“热机器时代”。只有通过高温才能使不断推出的新材料和新工艺的生产活动成为现实,只有高温才能让能源高效率地转化为动力成为可能。原材料不加热到生产的工艺温度,不能转化为产品;动力机器不达到高温,没有马力。现代社会的机械动力几乎都是来自于燃气轮机、内燃机和蒸汽轮机三大动力机器,它们驱动着运动设备和固定设备提高马力。这三种动力机器的工作原理都是通过高压热气流转化为机械能,遵循卡诺循环原理,热气流温度越高、压力越大,则转化为机械能的效率越高。
现代社会是一个竞争社会,竞争核心力是高效率,所以现代社会是一个效率社会。为了提高效率,机器与装备必须在越来越高的温度条件下运行。因为根据卡诺热工循环理论,只有高温越高,动力燃料燃烧产生气体膨胀的推动力越大,使机器动力(火箭、汽车、飞机、轮船等)效率越高,马力越大。比如,柴油内燃机燃烧温度高,比汽油内燃机的马力大。飞机、汽车、轮船、坦克都要采用碳氢燃料产生高温;只有高温,重要商品生产的化学和物理转变过程才能完成,例如钢铁冶炼在1500℃以上、水泥生产在1400℃以上,陶瓷产生1300℃以上等等。根据斯蒂芬—波尔兹曼理论,,单位时间单位黑体表面向外界辐射的传热能量,与其表面的绝对温度的四次方成正比。也就是说,高温让同样的能源发挥更高的效率,所以大型火力发电、工业加热都采用1300高温燃料,提高热能效率,降低生产成本,使产品具有商业竞争力,例如锅炉蒸汽发电要求在60万千瓦以上机组的超高温高压蒸汽发电,才具有商业价值。所以现代社会背后的基石和动力源是支撑机器和窑炉装备运行的高温燃料,这是十分专业的工业过程,不被社会广泛知晓,能源的本质也不被社会所认知。当今时代是热机器时代,高温是现代生产力最鲜明的特征,高温是工业经济的生命,没有高温燃烧驱动动力机器和加热窑炉炼制工业材料,现代工业经济就会停止,即使不需要商店淘宝也“无东可西”做在家里赚钱,也没有了空手淘金取宝之了。
八、生物质高温燃烧技术引发农业革命
工业经济中,材料问题是第一位的。200多年前的工业革命使世界科学技术和生活水平发生飞跃发展,同时也消耗了大部分的富矿资源。再经过200多年,工业生产的富矿资源将消耗殆尽,决定了富矿工业经济在人类漫长的长河中,这前后200年这种工业经济辉煌,只能是昙花一现。人类未来的高品质的碳氢燃料何在?未来材料的矿物资源的品质越来越低,其材料提炼需要的能源用量越来越大。没有碳氢燃料又如何炼制商品生产所需的材料。唯一有效的方法是农业能源革命,农业拯救工业。每年世界上生长的碳氢能源是全世界每年能源消耗总和的十倍。高温生物质能源技术的突破,成为了农业能源领导新工业革命的引擎,通过国家机器构建农业能源基础设施(荒地修复、能源植物种植、收割机械、仓库、道路和能源装备建设),通过广大的社会劳动,获得充足的绿色碳氢能源和材料资源,为低品质矿物的材料炼制提供能源,为工业生产、交通运输、城乡生活提供清洁可再生能源,为有机化工提供清洁的碳氢原料,使世界进入生态文明社会,世界经济将因为高温生物质能源技术和农业能源革命而重新洗牌,中国由此迎来了超过欧洲的大好时机。
九、生态文明产业链
一亩地可年产2吨干态生物质,相当于1.5吨煤,可发电4000kW。如果发动广大农业和林业工作者,修复荒地,广泛种植能源,并采用高效率高品质的生物质能源转化与利用,生态能源产业体系就能够支撑我国的电力供应和燃料供给,成为我国能源的保障,并能利用绿色新高温技术缔造绿色工业体系,生态能源所形成的新工业,将构成生态-能源-工业-经济的谐和与可持续发展,中国由此重新引领世界绿色物质文明。
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