利用太阳能和秸秆生物质能的农村除尘烟囱设计

陈静雯　吕奇　刘昂　姜宇鑫　翟春妍　王新词　刘轩辰

摘 要：目前，我国广泛应用各种生物质能进行能源转换，同时配合不同生物质能还能形成全新的环保技术内容体系，有效应对当前颇为严重的工农业生态污染现象问题。本文从生物质能层面展开分析，分别分析了太阳能和秸秆两种生物质能，希望体现生物质能的有效价值，主要结合多种方法实现对生物质能的转化优化（例如并燃烧、生物化学法、热化学法以及物理化学法），进而将其转化为可利用的二次能源，合理应用于电力生产、燃气以及成型燃料制作过程中。而像秸秆等则利用燃烧发电技术转化为生物肥料、肥料灰等等，主要用于涵养土壤、参与退耕还田绿色环保活动，发挥它们的固有价值，最后本文还将结合案例探讨它们在农村除尘烟囱设计中的具体技术配合应用流程。

关键词：生物质能 太阳能 秸秆 农村除尘烟囱 设计方案

中图分类号：TU834 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）04（c）-0071-02

按照全世界对非可再生能源的使用效率与使用年限统计结果，结合当前人类对能源的消耗速度可以判断出可供人类使用的石油、煤炭剩余总量均不会超过200年。换言之，人类未来将面临着无能源可用的尴尬发展局面，所以尽量减少对非可再生能源的使用，而大力发展可再生能源，优化生物质能体系将成为人类持续发展下去的重要出路。

1 关于生物质能

1.1 生物质能的基本概念

根据国际能源署（International Energy Agency）所给出的定义内容，人类目前正在发展并应用的生物质能可划分为固体生物质、城市固体废弃物、木炭、生物液态燃料以及沼气，其中还有一些能源或直接、或间接的源自于植物的光合作用，它们也可转化为人类可用的常规化固体燃料、气体燃料以及液体燃料，可取代大规模的常规化化石能源并起到同样的能源供给作用。

1.2 生物质能的基本特征

生物质能作为一种资源它的总量较大、污染较低、分布较广、可实现大规模存储运输、存在易燃特点。在全球范围内，生物质能的消耗量是仅仅次于煤炭、石油、天然氣这样的主流能源位居第四位的。平均每年地球上所消耗的生物质能大约在1800亿t左右。在我国，生物质能相当丰富，结合我国煤炭、石化能源的使用情况、生物质能资源的转化情况两点来看，我国每年的生物质能转化率大约在7亿t左右。这些生物质能可有效应用于国内的工农业生产等各个领域中，例如代替燃煤进行生产，或者代替传统饲料养殖畜禽等等，总体来说，在我国生物质能具有着相对简单易取的途径，理论上可实现多种生物质能的有效循环，理论上不会产生任何温室气体。

2 太阳能与秸秆的应用

太阳能属于与可再生能源，取之不尽用之不竭，而秸秆在我国农业生产中产生数量较大，两种不同类型的物质都可被作为生物质能发挥自身作用。

在日照条件良好的条件下，可建设生物质能——太阳能互补供热系统。该系统中太阳能主要负责提供热量和除尘。供热是太阳能的“本职工作”，而除尘则具有一定的技术应用特殊性。太阳能供热过程中可保证生物质颗粒少运行或不运行，而太阳能会将这些存在于空气中的生物质颗粒经过加热转化为太阳能互补供热系统中采暖的重要且唯一媒介，实现换热器与蓄热水箱中水的热量交换，提高系统的整体供热循环效率，满足绿色供热环境优化需求，同时可确保水质与水量均达到标准。

而农作物秸秆作为比较常见的生物质能它的危险性偏小且易于管理，在20世纪80年代由德国所提出的NOX排放燃料控制分级燃烧技术中就提到了秸秆—煤粉的混烧方案。由于秸秆本身在焚烧挥发率方面可达到至少70%以上，所以它也成为了目前全球生物质能应用中的最佳燃料选择，在北欧、美国、日本以及我国都有大量应用[1]。

3 基于太阳能与秸秆生物质能的农村除尘烟囱设计方案提出

3.1 传统农村除尘烟囱使用问题分析

传统农村烟囱在除尘效果上表现不佳，不但对空气造成严重污染，形成雾霾，同时也浪费了大量的秸秆生物质能资源，客观讲它的除尘效果形同虚设，完全不符合专业环保技术要求。所以当前人们就在思考如何创新设计拥有除尘功能的新型烟囱，有效解决秸秆等生物质能焚烧所带来的严重污染问题。

3.1.1 基于太阳能与秸秆生物质能的创新烟囱设计方案分析

（1）基本工作原理分析。

农村地区需要对传统烟囱的内部结构与排烟技术进行创新分析，例如可在烟囱内部结构中配置温差发电装置、负离子装置以及太阳能发电装置，最大限度利用秸秆这一生物质能的能量对烟囱结构中所产生的微小固体颗粒物进行遏制，减少其排放量，确保实现对农村烟囱的创新设计优化调整。结合新型除尘烟囱的基本工作原理展开分析。

第一，要实现除尘烟囱的减排功能。例如农家在烹饪过程中会产生大量烟气，烟气中携带大量热量，所以烟囱内壁与外部自然会存在较大温差。此时要发挥温差发电装置的功能效用，利用电力激活存在于烟囱内壁的负离子发生器，有效实现对粉尘的沉降处理。

第二，要实现除尘烟囱的节能功能。可在烟囱顶层上端位置设置一层太阳能电池板，配合烟囱内壁的温差发电装置，利用太阳能为烟囱的负离子除尘装置提供充足的电能保障。同时剩余电能也足够农户日常生活使用。

第三，要保证除尘烟囱的整体承重安全性。在烟囱内壁设计铝板，配合外壁砖墙设计。主要通过铝板快速传递太阳能供应热量并设计辅助除尘装置，而烟囱砖墙则拥有良好的隔热保温功能，保护温差发电装置，同时实现该装置与太阳能电池板之间的更好配合，确保整个装置都具有相对优秀的安全承重能力。

（2）发电性能理论计算。

结合太阳能电池板、除尘烟囱的温差发电装置以及秸秆燃烧烟气温度（30℃～80℃），需要对该烟囱的发电性能进行理论计算。如果外界自然温度条件为30℃，则可保证在合理温差下烟囱内部的负离子除尘功能正常运行，同时满足其用电要求。一般来讲，在烟囱产生烟气过程中，烟囱内外的最低温差一般都要保持在30℃～35℃左右，此时温差发电装置会产生6V的开路电压，产生大约700mA的发电电流。此时要在烟囱内部设计大约20块温差发电装置电片，并配合一块升压模块提高烟囱内负离子除尘装置的除尘电力水平[2]。

4 结语

综上所述，本文利用太阳能和秸秆生物质能设计了农村除尘烟囱，充分合理发挥了生物质能的各项基本效能，合理利用太阳能电池板实现了对粉尘的有效清除，是针对农村旧式烟囱在功能与结构上的绝对创新。

参考文献

[1] 乔巨仲.生物质能的利用与发展[J].化工设计通讯，2019，45（1）：223.

[2] 孟凡哲，魏君康，侯汪敦，等.利用太阳能和秸秆生物质能的农村除尘烟囱设计[J].中国战略新兴产业，2018 （6X）：16.