开yun体育官网入口下载安装 产业报告2021丨农村乡镇清洁供暖：五、农村乡镇适用技术产品

第二部分 农村城镇清洁供暖

五、农村城镇适用技术产品

清洁供暖是指利用天然气、电力、地热能、生物质能、太阳能、工业余热、洁净煤（超低排放）、核能等清洁能源，通过高效的能源系统，实现低排放、低能耗供暖。

生物质能在农村的应用具有广泛的优势。电能是一种稳定、易得的优质能源，但使用成本相对较高。太阳能是理想的可再生能源，但供暖技术不同于太阳能热水器，尚未成熟稳定。生物质能在农村应用具有广泛的优势。燃气壁挂炉、电采暖、余热回收技术也有广泛的应用范围。如果相互结合，既安全、稳定，又能降低运行成本，是一种理想的独立供暖形式。

地热调峰锅炉联合供暖系统是典型的地热供暖方式。地热供暖是指利用地热资源，通过热交换系统从地热资源中提取热量为用户供暖，可作为集中式或分布式热源。地热供暖根据埋藏深度和温度高低可分为浅层地热资源、热液型地热资源和干热岩型地热资源。

太阳能采暖可分为被动采暖和主动采暖。太阳能采暖的实施一般需要建筑符合节能设计标准，以保证室内舒适度。被动式太阳房是最典型的被动式太阳能采暖应用。被动式太阳房需要对集热、储热、热分布、防过热等进行综合设计，投资不高，效果明显，在保证采暖季舒适度的同时，避免非采暖季过热问题。

太阳能-生物质联合供暖系统以生物质燃料作为辅助热源，阳光充足时，太阳能集热器提供热量，生物质炉不运行，天气不好时辅助热源弥补集热器热量的不足，两者切换，可降低运行成本，提高生物质炉使用寿命，克服单独使用太阳能供暖的不足，满足农村冬季取暖需求。

2018年5月，习近平总书记在全国生态环境保护大会上指出，要加强生态环境领域知识产权创造、保护和运用，大力推动节能环保、清洁生产和清洁能源产业发展，培育壮大新动能，为建设美丽中国提供更好支撑。要积极推动相关专利技术研发和运用，为推动知识产权绿色可持续发展贡献中国方案。

清洁供暖行业企业和科研机构在专利技术方面取得的成果体现了行业的研发实力和创新水平，也是行业创新驱动发展能力的重要标志。为此，对市场需求和保有量较大的高效清洁燃烧炉领域的专利申请和授权情况进行了专门分析。

图2-11 生物质炉灶专利重点关键词

图2-12 生物质灶相关专利申请人主要分布

在CNKI中以“生物质气化炉”等关键词检索相关专利，并对一系列返回结果进行分析。如图2-11所示，生物质炉灶的主要专利主题包括：燃烧室、生物质气化炉、燃烧炉、气化炉、生物质燃烧、生物质气化和生物质锅炉。其中，燃烧室的专利数量最多，占比35.53%，生物质气化相关的专利包括生物质气化炉、气化炉和生物质气化，共占比36.26%。但专利总量、关键技术创新水平、专利技术对产业的贡献度等方面仍有提升空间。

从图2-12可以看出，生物质炉灶主要专利申请机构包括：广州德森热能技术有限公司、中国科学院广州能源研究所、清华大学、河南农业大学、东南大学、南京林业大学、华北电力大学、河南省科学院能源研究所、合肥天燕绿色能源开发有限公司、华中科技大学。

我国现有的民用灶具标准包括相关通用技术条件和试验方法等，针对一系列不同类型的灶具，制定了国家标准（表2-10）、行业标准（表2-11）和地方标准（表2-12）三个层次的标准，以及一些自发形成的企业标准，形成了比较完整的技术标准体系。由于民用灶具的主要功能是煮食、取暖或者二者兼有，其功能的差异导致各类标准的差异巨大，针对不同类型灶具的标准明显带有其所针对的灶具的特点。我国目前的标准体系仍然以行业标准为主，少量具有地方特色的国家标准和地方标准为辅。

表2-10 中国民用炉具国家标准

表2-11 我国民用灶具行业标准

表2-12 中国部分民用炉灶地方标准

由于采暖需求尚未统一，国际上主要的固体燃料民用炉具标准或试验方法主要针对炊事炉具，表2-13列出了国际上主要的炉具标准。

表2-13 民用灶具部分国际标准及试验方法

德国、瑞典等国家率先制定了生物质颗粒燃料的质量标准。1996年，德国颁布了DIN51731生物质颗粒和块（棒）燃料标准，将木质燃料分为五个等级；1999年，瑞典颁布了SS187120（颗粒燃料）和SS187121块（棒）燃料标准；奥地利也颁布了生物质颗粒和块（棒）的ONORM M1735标准。为统一颗粒燃料标准，2010年至2012年，欧盟提出建立通用的生物质颗粒燃料技术分类标准DIN EN 14961，分为6个子标准，包括：一般要求、非工业木屑、非工业薪柴、非工业木质颗粒燃料、非工业块（棒）颗粒燃料、非工业非木质颗粒燃料。美国生物质颗粒研究所（PFI）制定了住宅/商业用生物质颗粒燃料的分类标准，主要对木质颗粒燃料分为先进型、标准型和实用型三个等级。

2014年ISO/TC238技术委员会制定了ISO 17225-1~7系列标准，描述了燃料的来源和贸易形式，明确了原料的种类和分类，包括总则、木屑、木质颗粒、薪柴和非木质颗粒、木质块（棒）燃料和非木质块（棒）燃料7个子标准。2016年，ISO 17225-8成型燃料热处理后质量分级标准出台。

质量认证体系的建立有效促进了木质颗粒燃料在欧洲乃至全球的流通。目前，ENplus、CANplus、DINplus和美国PFI标准方案等认证体系在欧美被广泛应用。ENplus最初由德国颗粒研究所（DEPI）于2010年设计，作为木质颗粒供热市场的质量认证计划，ENPlus目前由欧洲颗粒委员会管理，覆盖从产品收集、加工、生产、运输、储存到用户的整个供应链。CANplus由加拿大木质颗粒协会认证，本质上与ENplus相同。ENplus授权加拿大木质颗粒燃料协会颁发国家认证许可证。美国颗粒燃料研究所（PFI）于1995年提出了生物质颗粒燃料的质量分类标准，经过多次修订，已成为颗粒燃料质量认证的主要依据。美国PFI计划提供了住宅级和工业级木质颗粒燃料规范。

1、生物质清洁燃烧采暖炉

生物质采暖炉的分类很多，按用途可分为明火炉、水热炉、生物质锅炉等；空气以自然对流方式进入炉内的称为自然通风炉，若由风机送风则称为强制通风炉；按供料方式可分为间歇供料式和连续供料式；按燃烧形式可分为直燃炉、气化炉、半气化炉。根据实验室测定的排放量，半气化炉已被证明是排放量最低的固体生物质炉具，与传统炉具相比云开app官方入口下载，强制通风半气化炉可减少90%的CO和PM排放量。

与煤炭相比，生物质燃料主要具有固定碳少、氢稍多、氧多、挥发分明显多、密度较小的特点。生物质燃烧过程分为预热干燥、挥发分解析及着火燃烧、固定碳燃烧、燃尽四个阶段。当温度达到100℃左右时，生物质表面及颗粒间空隙中的水分逐渐蒸发，水分含量越高，干燥过程中消耗的热量越多。干燥后的生物质颗粒燃料继续吸热升温，纤维素、半纤维素和木质素发生热分解反应。其中半纤维素在225-350℃分解，纤维素在325-375℃分解开yun体育官网入口登录APP下载安装，木质素在310-400℃分解。析出的挥发分与氧气混合燃烧。燃烧产生的热量通过辐射、对流、热传导等作用传递给燃料内部，使燃料内部的水分和挥发分析出燃烧，随着挥发分的减少，固定碳与氧气接触燃烧，燃烧产生的灰分包裹住剩余的碳，限制了其燃烧速度。生物质颗粒燃料的燃烧过程不是一个单一的过程，而是气相燃烧、固相燃烧、气相与固相混合燃烧的复杂状态。根据燃料种类和操作条件，如燃料粒度、燃烧温度、氧分压等条件不同，生物质燃料在含氧气氛中的转化燃烧路径属于燃料先热解为挥发分和固定碳，然后挥发分和固定碳燃烧或固定碳与挥发分同时进行多相氧化燃烧，生成相应的燃烧产物CO2、CO、H2O等，属于上述两种情况之一或介于二者之间。

单明等采用调研、实测与模拟相结合的方法，深入分析了燃气热水锅炉、生物质颗粒采暖炉、蓄热电暖器、低温空气源热泵热水器、低温空气源热泵热风机、太阳能集热器+低温空气源热泵热水器耦合系统六种典型方案的经济性和排放性能，同时结合当地资源禀赋和用户使用特点，总结了不同技术方案的适用性。总体来看，生物质颗粒采暖炉和低温空气源热泵热风机经济性优势显著，更适合农村生活方式。农村生物质供暖模式可分为两大方向：生物质清洁采暖炉+生物质成型燃料的分户供暖模式；以生物质锅炉+生物质燃料为代表的区域集中供暖模式。

分户生物质供暖采用生物质颗粒+专用炉具，使用专用炉具搭配合适的生物质燃料进行采暖或做饭，炉具功率一般为5-20kW，采暖面积约60-200m2，以单户为采暖单位，不需供热管网，无输配电能耗，建筑损耗不均匀，规模小，运行费用低，普通家庭基本都能承受，在北方农村地区推广应用潜力大。

生物质专用炉具（图2-13）主要包括生物质炉灶和生物质热水器。家用生物质供暖系统一般由生物质炉灶、管道、散热器等组成。小型生物质供暖炉主要包括将物料送入炉膛的进料系统、燃烧系统、提供空气的送风系统、自动控制系统四部分。燃烧不同生物质燃料的炉具热效率均高于75%，综合热效率高达79%。

生物质颗粒粒径一般为6~10mm，水分含量为6~10%，挥发分含量为70%~80%，热值为17.55~18.08 MJ/kg，固定碳值为3%~11%，燃料纯度高，热值较大。罗娟等选取8种典型生物质颗粒燃料，研究其燃烧特性、污染物排放特性，分析不同生物质颗粒燃料的特性。表 2-14 列举了 8 种典型生物质颗粒燃料的特点，其中包括 4 种秸秆颗粒燃料：棉秆、麦秸、玉米秸、玉米秸（含添加剂），3 种木质颗粒燃料：落叶松、红松、混交木（榆、柳、杨、桃、红松等木材的混合物），1 种木秸混合生物质颗粒燃料（锯末与花生壳的混合物，质量比为 1:4）。

北京、山东、河南、重庆等地部分生物质采暖炉企业年生产能力已超过3万台，生产速度持续增长，商品化程度逐步提高，在炉膛、炉排、料斗、烟道等设计选材、燃料配比、调节燃料供给和空气分布、提高空燃比和炉灶可控性等方面取得了成功。根据采暖炉自动化程度和功能的不同，不同地区各类设备价格存在差异。生物质采暖炉市场价格大多集中在1000～2000元之间，但自动化程度较高的炉灶价格比普通生物质炉灶要贵，在3000～5000元不等，甚至更高。如果一个家庭安装3～4套暖气片，基建安装费用在2000元左右。

图2-13 生物质炉灶

表2-14 8种典型生物质颗粒燃料工业分析、元素分析及热值

使用生物质颗粒替代散煤、散装生物质，对减少污染物排放效果十分明显。2016年至2018年，山东省滨州市阳新县率先推广“生物质颗粒+环保专用炉”新型供暖模式，替代原有民用散煤供暖。张道明等通过实地试验，研究了自动调节进料速度和进风量的热水炉和重力自动填装、自然通风炉使用枣木、松木锯末混合成型燃料的环保效果。生物质颗粒供暖对PM2.5、SO2、CO减排效果明显。2017年，黑龙江省政府在全省选取60个村进行试点，建设60个村级生物质颗粒燃料厂，每个村投入使用300台民用生物质炉具，试点炉具共计1.8万台。张文婷等。以黑龙江省绥化市某生物质炉灶推广村为例，对比了自动上料生物质炉灶、燃烧生物质秸秆颗粒燃料的手动上料生物质炉灶和燃烧散煤的燃煤炉灶的24小时排放特征及生物质炉灶的减排效果。与燃煤炉灶相比，自动和手动上料生物质炉灶污染物PM2.5、CO、SO2排放因子分别降低了41.2%、54.3%、40.0%和35.3%、22.1%、20.0%；手动上料生物质炉灶污染物CO、SO2、PM2.5减排率分别为19.38%、27.01%、33.41%；自动供料生物质炉灶污染物CO、SO2、PM2.5减排率分别为52.77%、41.35%、39.79%。

生物质集中供热是利用各种生物质原料及成型燃料提供热水的新一代供暖方式，高效、环保、节能。燃烧技术仍以直接燃烧为主，少数项目为气化燃烧，通过管道将热水输送至农户暖气片或地暖。生物质锅炉使用的燃料为生物质颗粒，具有体积小、热能高、运输、储存、使用方便等特点，生物质颗粒可替代煤炭，从而减少一次能源消耗。此模式操作简单，适合以“村”为单位的北方地区集中供热。采用专用锅炉进行清洁燃烧，通过集中管网供热，锅炉热效率大于80%，比传统燃煤锅炉效率更高、能耗更低。通过自动化技术升级改造，可实现无人值守生物质锅炉房。生物质锅炉供热主要分布在生物质资源丰富的地区。

山东省阳信县农村生物质锅炉集中供热项目利用当地农林业剩余废弃物为原料（玉米芯、梨枝、树皮、棉木、花生壳等）加工成生物质颗粒燃料，日燃烧燃料约20吨，供热约90户，室内温度20℃。通过生物质锅炉实现清洁燃烧，通过管网将热水送到每个农户，与农户供暖设备暖气片、地暖、水空调等相连，组成完整的农村清洁供暖系统。一户住房面积160m2的家庭，冬季需用6套（250mm×70mm）暖气片。河北省邯郸市肥乡区新安镇生物质集中供热项目以农林废弃物为原料，利用燃气锅炉本体作为导热体，通过管网将供暖热水送至每户农户。项目为107户居民供暖，年实际消耗生物质1440吨，供暖日数120天，平均室温18℃。生物质原料气化燃烧后产生的生物炭可用于医药、食品、水和空气净化等。污染物排放符合相关标准，粉尘含量≤20mg/m³、二氧化硫≤630mg/m³、氮氧化物≤150mg/m³、林格曼黑度小于1，供暖环保效果良好。

2.洁净煤清洁燃烧加热炉

我国民用散煤消费的重点区域是农村，包括城中村、郊区村和城乡结合部等；用于取暖、做饭、烧热水。治理农村做饭取暖污染，一要少烧煤、烧好煤，用洁净煤或生物质颗粒燃料替代；二要靠炉灶技术创新。民用炉灶不可能像工业锅炉那样加装脱硫脱硝设备，能做的只有把好煤质量关，清洁高效用煤是首要任务。从我国能源禀赋、设施条件、居民生活习惯以及冬季取暖需要等来看，“洁净煤”仍是现阶段农村清洁取暖最经济、最有效的措施之一，也是农民愿意用、能用得起的清洁取暖方式。

推进实施“好炉灶好煤”计划，是治理城市散煤燃烧污染的重要举措。在我国农村，散煤是冬季取暖的主要燃料，约占日常生活用煤的90%。但大部分农村取暖设备技术比较落后，因为散煤燃烧不充分，会造成大量颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等直接排入大气，造成巨大的能源浪费，加剧环境污染。所谓“好煤”，是指洁净煤、兰炭等洁净煤，由煤粉、煤杂质、农作物秸秆混合，加入节能减排增效剂，经挤压而成。由于其原料中添加了节能减排增效剂，能促使硫元素充分氧化并固化在炉灰中，同时减少CO的生成。兰炭是优质侏罗纪无粘煤、弱粘煤低温干馏的产物，固定碳高，化学活性高，灰分、硫、磷等杂质含量低，是排放接近优质无烟煤的洁净煤。“好炉子”是指经过技术改造的高效节能炉子。好炉子需要配合相应的燃料使用，如洁净煤+解耦炉等。我国北方很多地方都大力推广洁净煤、半焦等洁净煤及相关配套的高效节能炉子。

洁净型煤的生产主要以煤粉或兰炭粉为原料，加入粘结剂、固硫剂、助燃剂等添加剂，经过科学配制、人工混合，根据用煤要求压制成型，干燥而成。影响洁净型煤生产工艺的主要因素有原料煤的特性、添加剂的选择、成型设备的选择、工艺准备等。

煤材料在外压下压制成型的过程分为加载、加压、成型、破碎、回弹五个阶段。在采用粘结剂冷压时，增加压力可使煤材料与粘结剂充分粘结，使煤材料颗粒紧密结合，提高型煤强度。继续增加成型压力，型煤强度提高不明显。

研究表明，用洁净煤替代散煤取暖会取得一定的减排效果。一种燃烧稳定、热效率高、排放少、经济成本低的创新清洁取暖模式是生物质复合型煤（蜂窝状）与专用炉具相结合。方蜂窝洁净型煤以兰炭泡沫、无烟煤、生物质为主要原料，以固硫剂、黏合剂等为添加剂，经过破碎、混合、成型、干燥、包装等生产工序形成最终产品。配套炉具的燃烧方式（图2-14）为方型煤水平逆烧方式，型煤在炉内从入口到出口连续水平移动，成为灰渣。设计为矩形炉体，内有耐火衬里；炉体外有水套，内有换热结构；设有装煤、送煤、清灰、二次配风、可调风量及炊事装置。该技术立足于煤炭发热量高、生物质挥发分高、配料中含固定硫的特点，通过控制炉温有效抑制高温氮氧化物的生成，控制炉内配风比例和速度使燃烧洁净高效，充分融合了型煤、煤炭、生物质和燃烧技术的优势，实现燃料的高效稳定燃烧。经国家机构检测，该燃料炉灶适配解决方案运行过程中大气污染物、二氧化硫、氮氧化物排放量均低于相关标准限值。创新的水平供料炉灶结构和燃烧方式，实现稳定、低排放、洁净燃烧，通过示范应用，用户反馈良好。同时，使用环节的专用燃料、专用炉灶也能保证用户不能使用散煤、有机废弃物等高排放物质，实现了主管部门所希望的隐形控制，有效保证了污染治理的有效性。

图2-14 方形煤炉

在陕西省一些难以改电、改气、改集中供暖的地区，特别是农村地区，政府采取以精煤替代散煤的办法，保障居民冬季取暖。叶昆等对铜川市推广的传统炉灶和改良炉灶以及榆林市推广的传统炉灶和改良水暖炉进行了试验。推广的精煤分为型煤和半焦两种，与散煤相比，半焦和型煤在PM2.5和SO2减排方面表现出了非常好的效果，PM2.5排放因子比散煤分别降低了64.9%和36.3%；SO2排放因子分别降低了54.2%和30.2%；在NOx方面，优质型煤减排30.7%，劣质型煤增排67.6%，半焦减排56.2%；在CO方面，优质型煤减排36%，劣质型煤增排40.1%，半焦对CO无明显减排效果。张道明等在德州市乐陵市崔家楼村型煤推广示范点，测定了型煤与传统循环水加热炉和优化二次送风结构、增加循环水泵的改进型加热炉的污染排放。与散煤相比，精型煤在PM2.5和SO2减排方面取得了更好的效果，PM2.5的排放因子仅为烟煤的5.28%和3.7%云开体育app官方下载安装最新版，而SO2的排放因子分别是烟煤的57.4%和76.2%。

3.生物质成型燃料加工技术

生物质成型燃料（图2-15）是指具有一定形状和密度的燃料，其体积为生物质原料的1/8～1/6，密度为1.0～1.4t/m3。生物质成型燃料的能量密度与中烟煤相同，近年来受到广泛关注。生物质成型燃料按形状可分为球团（直径5～12mm、长度10～30mm的小圆柱体）、块状（截面为30×30mm2的方形、长度30～80mm）、空心棒（通常为六边形截面类型，直径50～60mm，长度约500mm，中心通孔20mm）。生物质成型燃料水分含量为6~10%，挥发分含量为70%~80%，热值为17.55~18.08MJ/kg，固定碳值为3%~11%。与传统化石燃料煤相比，生物质挥发分含量高，固定碳含量低，灰分和硫含量明显减少。致密固体生物燃料根据原料来源可分为农业废弃物（如玉米秸秆、大豆秸秆、棉秆、花生壳、稻壳）和林业废弃物（如木屑）。

固体生物燃料技术是生物量能量转化和利用的主要开发方向之一。在燃烧过程中，与原始生物量相比，与原始生物量匹配，不完全燃烧引起的热损失较低。

图2-15生物质煤球燃料

影响成型的关键因素是生物量原材料的类型，造型压力和加热温度，包括以下阶段。随着原材料的体积减少，密度增加，生物量颗粒会经历塑性变形并填充霉菌，因此生物量原材料开始如挤出机所预期的那样。保持阶段：随着成型腔的内径增加，致密的固体生物燃料之间的内部应力降低，温度下降，燃料开始冷却，并且致密的固体生物燃料逐渐形成形状，这是由于确定的腔和粘合剂的作用，然后是固体生物燃料的作用，然后将其取代的固体生物燃料造成了成型机。

生物质成型技术是指在机械压力下将无密度的原材料转换为可模型的高密度燃料。滚动挤压机器，机械活塞成型机，液压活塞成型机和螺旋热压制机。

戒指模板使用环滚轮作为主要工作部件，主要由喂食系统，搅拌和回火系统，功率传输系统和形成系统组成。

平坦的弹丸形成机器使用一个水平圆盘，在模具中旋转匹配的滚筒，将材料挤进材料以形成其工作原理。形成孔。

活塞印刷机的原材料从进料端口进入，并在机械上或液压下推动活塞以将材料压缩成形状，并且挤压是间歇性的，并且活塞每次都会在材​​料中添加螺旋挤压机器的螺旋挤压机器。 ES，并连续形成杆状燃料。