一种耦合微藻固碳生物质成型燃料的制备系统及方法

1.本发明属于生物质燃料技术领域，具体涉及一种耦合微藻固碳生物质成型燃料的制备系统及方法。


背景技术：

2.目前，我国的co2排放量已位居世界第二，co2减排形势十分严峻。co2是大气温室气体的主要来源，为了有效减少燃烧后co2的排放，有必要寻找一种稳定、安全、可持续保护环境的co2捕获技术。而生物固定co2是地球上最主要和最有效的固碳方式，在碳循环中起决定作用。生物固定和封存co2是通过光合作用利用光能把水、co2和矿物质转化为有机化合物，无需额外的能源消耗，也不会带来二次污染，利用此法来进行co2减排是符合自然界循环和节省能源的理想方式。能利用该法进行固碳的主要是植物、光合细菌以及藻类。与通过物理法和化学法实现co2的固定和封存相比较，微藻生物固定co2具有光和速率高、生长速度快、环境适应性强和co2的分离和捕捉成本低等优点。
3.有研究表明，藻类(包括大型海藻和微藻)每年可固定co2约0.95
×
1011t，占全球净光合作用产量的47.5％，其含油率可达50％以上，被公认为是最具发展潜力的第三代生物能源原料，在碳元素循环和能量品位提升中有着举足轻重的地位。同时根据najafi g等类似的发现，微藻生物柴油作为一种碳中性燃料，其燃烧释放的二氧化碳与微藻生产过程中同化的二氧化碳数量接近。
4.生物质成型燃料是生物质能利用的重要途径之一。我国生物质资源丰富，能源化利用潜力大。由于微藻能够把co2转化为碳水化合物和油脂，因此微藻固碳产生的藻体可以用于生产食物、化学产品和生物质能源。而能源微藻由于自身油脂含量高、生长速度快、生长周期短，在生物质燃料领域具有十分广泛的应用前景，所以发展微藻生物质能源，获得更高效清洁的固体成型燃料是一项有十分意义的研究。
5.在生物质成型燃料的制备过程中，为了提高燃料品质，往往需要在制备和燃烧过程中添加一定的添加剂。油脂(生物质液化油)不仅可以作为润滑剂减少成型设备的磨损程度，还可以作为生物质颗粒燃料的助燃剂和黏结剂使用。藻渣中蛋白质和木质素含量高，在水分充足的情况下藻渣残留物会释放出一种蛋白质粘结物，可以充当颗粒燃料的粘结剂，充当固体连接桥并填充空隙。微藻的添加既能增加团块密度又不会降低其机械强度，并且耐受性高，燃烧过程中能量损失较慢，余晖时间更长。
6.但是由于微藻成本较普通秸秆木材等生物质燃料来说要高出许多，且当油脂含量大于6.5％时成型颗粒耐久性较差，同时也对淀粉和蛋白质的促粘效果有影响，所以完全使用富含油脂的微藻制备生物质颗粒燃料从经济性和颗粒品质两方面均不能起到很好的效果。
7.生物质成型燃料是农林废弃物利用的有效方法之一，能源微藻通过光合作用可吸收大量co2，且富含脂类和甘油，是理想的可再生能源。可以考虑将作为生物质颗粒燃料的添加剂与原料进行混合成型，使得微藻胞体内含有的油脂有效提升生物质颗粒的燃烧性
能，同时构建碳循环体系，以微藻做为添加剂的生物质成型燃料燃烧释放含有二氧化碳的废气，而培养过程中微藻可以固定废气中的二氧化碳，此体系中不仅可以减少co2带来的污染，同时能够显著降低农林废弃物制备成型燃料的热值成本，极大程度的降低能源微藻规模化利用的技术复杂性。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耦合微藻固碳生物质成型燃料的制备系统及方法，得到的生物质成型燃料活化能抵，燃烧效果好，同时能够利用微藻固定生物质成型燃料燃烧产生的co2，并且利用微藻固碳产生的藻体胞体内富含的油脂提升生物质成型燃料的燃料品质，达到碳平衡和成本降低的目的。
9.本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
10.一种耦合微藻固碳生物质成型燃料的制备系统，其特征在于：包括生物质燃料燃烧模块、生物质烟气回收模块、微藻培养固碳模块及生物质成型燃料制备模块；所述生物质燃料燃烧模块、生物质烟气回收模块、微藻培养固碳模块及生物质成型燃料制备模块依次顺序连接，所述生物质成型燃料制备模块连接至所述生物质燃料模块；
11.所述生物质燃料燃烧模块包括生物质锅炉及烟囱，所述生物质烟气回收模块包括烟气除尘装置、烟气降温装置、烟气储存罐及烟气分配阀；所述微藻培养固碳模块包括微藻培养光生物反应塔，所述生物质成型燃料制备模块包括生物质成型燃料生产装置；
12.所述生物质锅炉中的生物质燃烧产生电能、热能，燃烧释放的烟气通过烟囱依次进入到烟气除尘装置、烟气降温装置进行除尘、降温处理，降温后的烟气储存在烟气储存罐内，并通过烟气分配阀控制输送至微藻培养光生物反应塔，微藻培养光生物反应塔内在一定温度与光照下进行微藻的培养及固碳，将烟气中二氧化碳进行固定，经固碳后的微藻进入生物质成型燃料生产装置中与农林废弃生物质协同进行生物质成型燃料的制备，制备得到的生物质成型燃料再次送入生物质锅炉中进行燃烧提供能源。
13.而且，所述烟气分配阀与微藻培养光生物反应塔的个数为若干，若干所述烟气分配阀与微藻培养光生物反应塔对应。
14.而且，所述微藻培养光生物反应塔顶端设置有若干光照灯，所述微藻培养光生物反应塔内并排设置有若干相切双管管式光生物反应器，所述相切双管管式光生物反应器左侧设置有若干烟气送入口及污水送入口，所述烟气送入口及污水送入口连接微藻培养光生物反应塔外部的烟气及污水，所述相切双管管式光生物反应器右侧设置有若干烟气送出口及污水送出口，所述烟气送出口的烟气经过收集后返回烟气送入口进行循环利用，直到达到排放标准后进行排放，所述污水送出口的污水经过微藻脱水装置后可以得到高浓度藻液，再次送入污水送入口进行循环利用。
15.而且，所述生物质成型燃料生产装置包括微藻脱水机、微藻干燥器、农林废弃生物质粉碎机、农林废弃生物质干燥器、混合器及造粒机，所述微藻培养光生物反应塔培养的微藻经过微藻脱水机、微藻干燥器进行脱水干燥，所述农林废弃生物质经农林废弃生物质粉碎机、农林废弃生物质干燥器进行粉碎干燥，干燥后的微藻与农林废弃生物质在混合器中均匀混合，混合完成后在造粒机中完成造粒然后输送至生物质锅炉中进行燃烧。
16.一种耦合微藻固碳生物质成型燃料的制备方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
17.1)微藻自培养：取用小球藻菌株(fachb-1227)并放入含有250mlbg-11培养基的500ml烧瓶中进行光自养培养，烧瓶内通入二氧化碳含量为5％的富氧空气，培养温度为25
±
1℃；
18.2)微藻扩大培养：将培养好的微藻细胞接种入光生物反应器管段内的培养基中，管段采用的培养基为bg-11，接种浓度为0.1g-l-1
，培养基的初始ph值为7.5
±
0.1，将光生物反应器的管段安置在恒温水浴箱中，温度25
±
1℃连续培养10天，光生物反应器的二氧化碳通气量为5％～15％；同时，使用外部人工光源进行光照，每天光照12h，强度为53.5μmol
·
m-2
·
s-1
，每3h进行一次曝气，持续1h；曝气阶段，进入光生物反应器内管的空气流速被设定为不低于0.3vvm，在培养过程中，每天在7:00、12:00和21:00三次采集10毫升的微藻样品，以测定微藻生物质的干重，二氧化碳的固定率由干重转换法测定；
19.3)单一生物质成型燃料参数优化：
20.将农林废弃生物质材料切成1mm的小块，所述农林废弃生物质为苹果树修剪枝或玉米秸秆，将上述步骤2)完成扩大培养的微藻粉碎得到200μm的微藻粉，将上述两种原料在105℃下干燥20h，然后进行水分配比，并在生物质单成型燃料多参数控制制备实验台中进行成型，研究成型温度(20℃～160℃)、成型压力(60mpa～200mpa)及含水率(4％～18％)对原料成型质量和成型能耗的影响，对原料的密度、耐久度和成型能耗进行了测试，基于design expert 12软件，采用响应面多目标优化方法(rsm)，建立了用于预测和描述成型参数与颗粒物理品质、成型能耗之间关系的数学关联式，并对成型的参数进行了优化，确定最优参数，微藻成型燃料的最优参数为：温度108℃、压力76.2mpa、含水率11％，耐久度、密度和成型能耗分别为96.5％、1658.4kg/m3、9.19kj/kg；苹果树修剪枝成型燃料的最优参数为：温度101.86℃、压力133.49mpa、含水率11％，耐久度、密度和成型能耗分别为98.5％、1308.34kg/m3、43.56kj/kg；玉米秸秆成型燃料的最优参数为：温度107.95℃、压力163.81mpa、含水率11.5％，耐久度、密度和成型能耗分别为96.5％、1360.21kg/m3、34.25kj/kg；
21.4)复合生物质成型燃料参数优化：
22.在不同的压力(60-200mpa)、温度(20
–
160℃)和含水率(6％
–
18％)参数下，在生物质单成型燃料多参数控制制备实验台中，微藻粉以6种不同比例(0％，20％，40％，60％，80％和100％)与苹果树修剪枝和玉米秸秆进行混合成型，并用响应曲面法(rsm)对颗粒物理品质以及成型能耗进行评价，结合电子显微镜和红外表征对混合样品的微观形貌进行测试，得到微藻20％的掺混量为最优复合配比，微藻掺混量为20％时，微藻-苹果树修剪枝复合生物质成型燃料的最优工艺参数为：温度114℃，压力126mpa、含水率(12％)，耐久度、密度、成型能耗分别为97.9％，1392.3kg/m3、35.6kj/kg；微藻掺混量为20％时，微藻-玉米秸秆复合生物质成型燃料的最优工艺参数为：温度101℃、压力130mpa、含水率12％，耐久度、密度、成型能耗分别为97％、1455.2kg/m3、27.1kj/kg。
23.本发明的优点和有益效果为：
24.1、本发明的微藻在复合成型过程中发挥“润滑剂”和“粘结剂”的作用，能够有效降低成型能耗并改善燃料品质，微藻中含有的淀粉和蛋白质等碳水化合物成分加强了生物质微粒间键的结合，可以显著增强混合成型燃料密度和耐久度。
25.2、本发明的微藻与苹果树修剪枝、玉米秸秆分别混合成型后形成的成型燃料热值
得到大幅度提高，燃烧品质更好，燃烧热值高。
26.3、本发明的成型燃料燃烧产生的二氧化碳能够被微藻进行固碳，将二氧化碳中的碳元素转化为油脂，油脂能够进一步促进成型燃料的燃烧，降低能源消耗，减少二氧化碳排放，实现碳循环利用。
27.4、本发明的微藻能够明显降低成型样品的活化能，提升综合燃烧指数(cci)，不仅有利于点火，也有利于更普遍的燃烧过程，微藻可以促进生物质燃料的燃烧，可被认为是现有改善传统生物质成型燃料的优良助燃剂。
28.5、本发明通过添加微藻会增加固体燃料的成本，但是添加微藻可以显著降低燃料单位热值成本，以20％微藻添加的苹果树修剪枝固体燃料、玉米秸秆固体燃料为例，虽然添加微藻使得燃料的成本略微升高，但是，相比苹果树修剪枝固体燃料和玉米秸秆固体燃料，添加20％的微藻使得单位热值所需要的成本显著降低，苹果树修剪枝固体燃料、玉米秸秆固体燃料的单位热值成本分别降低了约24.5％和27％。
29.6、本发明将作为生物质颗粒燃料的添加剂与原料进行混合成型，使得微藻胞体内含有的油脂有效提升生物质颗粒燃料的燃烧性能，同时能够构建碳循环体系，以微藻作为添加剂的生物质成型燃料燃烧释放含有二氧化碳的废气可被微藻培养所利用，进行二氧化碳的固定，不仅能够减少二氧化碳的排放污染，同时能够显著降低农林废弃物制备成型燃料的热值成本，极大程度的降低能源微藻规模化利用的技术复杂性。
附图说明
30.图1为本发明的制备系统示意图；
31.图2为本发明的制备系统设备连接图；
32.图3为本发明的微藻培养光生物反应塔结构示意图；
33.图4为本发明的生物质成型燃料生产装置示意图；
34.图5为本发明制备的生物质成型燃料经济性分析收支图。
35.附图标记说明
36.1-生物质锅炉、2-烟囱、3-烟气除尘装置、4-烟气降温装置、5-烟气储存罐、6-烟气分配阀、7-微藻培养光生物反应塔、8-生物质成型燃料生产装置、9-微藻脱水机、10-微藻干燥器、11-混合器、12-造粒机、13-农林废弃生物质粉碎机、14-农林废弃生物质干燥器。
具体实施方式
37.下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
38.如图1所示，一种耦合微藻固碳生物质成型燃料的制备系统，其创新之处在于：包括生物质燃料燃烧模块、生物质烟气回收模块、微藻培养固碳模块及生物质成型燃料制备模块；所述生物质燃料燃烧模块、生物质烟气回收模块、微藻培养固碳模块及生物质成型燃料制备模块依次顺序连接，所述生物质成型燃料制备模块连接至所述生物质燃料模块；
39.如图2所示，所述生物质燃料燃烧模块包括生物质锅炉1及烟囱2，所述生物质烟气回收模块包括烟气除尘装置3、烟气降温装置4、烟气储存罐5及烟气分配阀6；所述微藻培养固碳模块包括微藻培养光生物反应塔7，所述生物质成型燃料制备模块包括生物质成型燃
料生产装置8；
40.所述生物质锅炉中的生物质燃烧产生电能、热能，燃烧释放的烟气通过烟囱依次进入到烟气除尘装置、烟气降温装置进行除尘、降温处理，降温后的烟气储存在烟气储存罐内，并通过烟气分配阀控制输送至微藻培养光生物反应塔，微藻培养光生物反应塔内在一定温度与光照下进行微藻的培养及固碳，将烟气中二氧化碳进行固定，经固碳后的微藻进入生物质成型燃料生产装置中与农林废弃生物质协同进行生物质成型燃料的制备，制备得到的生物质成型燃料再次送入生物质锅炉中进行燃烧提供能源。
41.烟气分配阀与微藻培养光生物反应塔的个数为若干，若干所述烟气分配阀与微藻培养光生物反应塔对应。
42.如图3所示，微藻培养光生物反应塔顶端设置有若干光照灯，所述微藻培养光生物反应塔内并排设置有若干相切双管管式光生物反应器，所述相切双管管式光生物反应器左侧设置有若干烟气送入口及污水送入口，所述烟气送入口及污水送入口连接微藻培养光生物反应塔外部的烟气及污水，所述相切双管管式光生物反应器右侧设置有若干烟气送出口及污水送出口，所述烟气送出口的烟气经过收集后返回烟气送入口进行循环利用，直到达到排放标准后进行排放，所述污水送出口的污水经过微藻脱水装置后可以得到高浓度藻液，再次送入污水送入口进行循环利用。
43.图3中，实线表示烟气的输送路径，虚线表示污水输运路径。污水可以循环利用，烟气可以在碳达标的情况下排放，如果不达标继续进入循环。虚线汇集到微藻脱水装置后，可以得到浓度极高的藻液。
44.如图4所示，生物质成型燃料生产装置包括微藻脱水机、微藻干燥器、农林废弃生物质粉碎机、农林废弃生物质干燥器、混合器及造粒机，所述微藻培养光生物反应塔培养的微藻经过微藻脱水机、微藻干燥器进行脱水干燥，所述农林废弃生物质经农林废弃生物质粉碎机、农林废弃生物质干燥器进行粉碎干燥，干燥后的微藻与农林废弃生物质在混合器中均匀混合，混合完成后在造粒机中完成造粒然后输送至生物质锅炉中进行燃烧，继续产生电能、热能及草木灰，电能热能可回收进行利用，草木灰可收集作为基肥、种肥及追肥，促进植物生长，减轻病虫害，有很强的消毒作用。
45.本发明提供的一种耦合微藻固碳生物质成型燃料的制备方法，所述方法的步骤为：
46.1)微藻自培养：取用中国科学院武汉淡水藻类种质资源库的小球藻菌株(fachb-1227)并放入含有250mlbg-11培养基的500ml烧瓶中进行光自养培养，烧瓶内通入二氧化碳含量为5％的富氧空气，培养温度为25
±
1℃；
47.2)微藻扩大培养：本发明采用了自行搭建的新型光生物反应器富油微藻培养实验系统来进行微藻培养，将培养好的微藻细胞接种入光生物反应器管段内的培养基中，本发明采用的光生物反应器为相切双管管式光生物反应器(tdtp)，管段采用的培养基为bg-11，接种浓度为0.1g-l-1
，培养基的初始ph值为7.5
±
0.1，将光生物反应器的管段安置在恒温水浴箱中，温度25
±
1℃连续培养10天，光生物反应器的二氧化碳通气量为5％～15％；同时，使用外部人工光源进行光照，每天光照12h，强度为53.5μmol
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m-2
·
s-1
，每3h进行一次曝气，持续1h；曝气阶段，进入光生物反应器内管的空气流速被设定为不低于0.3vvm，在培养过程中，每天在7:00、12:00和21:00三次采集10毫升的微藻样品，以测定微藻生物质的干
重，二氧化碳的固定率由干重转换法测定；
48.本发明的相切双管管式光生物反应器(tdtd)，内管(直径80mm)与外管(直径200mm)相切，内管有两排沿截面轴对称的曝气孔。为了防止间断曝气时微藻进入内管，充气内管被设计成两层结构，旋转内层可以阻断曝气孔。
49.3)单一生物质成型燃料参数优化：
50.将农林废弃生物质材料切成1mm的小块，所述农林废弃生物质为苹果树修剪枝或玉米秸秆，将上述步骤2)完成扩大培养的微藻粉碎得到200μm的微藻粉，将上述两种原料在105℃下干燥20h，然后进行水分配比，并在生物质单成型燃料多参数控制制备实验台中进行成型，研究成型温度(20℃～160℃)、成型压力(60mpa～200mpa)及含水率(4％～18％)对原料成型质量和成型能耗的影响，对原料的密度、耐久度和成型能耗进行了测试，基于design expert 12软件，采用响应面多目标优化方法(rsm)，建立了用于预测和描述成型参数与颗粒物理品质、成型能耗之间关系的数学关联式，并对成型的参数进行了优化，确定最优参数。
51.通过不同温度、压力、含水率的影响试验，分别分析了苹果树修剪枝、玉米秸秆、微藻粉三种生物质的密度、耐久度、成型能耗的变化，并建立模型进行仿真验证，预测值和实验值两者相比较，差值均小于5％。
52.确定的最优参数为：
53.微藻成型燃料的最优参数为：温度108℃、压力76.2mpa、含水率11％，耐久度、密度和成型能耗分别为96.5％、1658.4kg/m3、9.19kj/kg；苹果树修剪枝成型燃料的最优参数为：温度101.86℃、压力133.49mpa、含水率11％，耐久度、密度和成型能耗分别为98.5％、1308.34kg/m3、43.56kj/kg；玉米秸秆成型燃料的最优参数为：温度107.95℃、压力163.81mpa、含水率11.5％，耐久度、密度和成型能耗分别为96.5％、1360.21kg/m3、34.25kj/kg；
54.4)复合生物质成型燃料参数优化：
55.在不同的压力(60-200mpa)、温度(20
–
160℃)和含水率(6％
–
18％)参数下，在生物质单成型燃料多参数控制制备实验台中，微藻粉以6种不同比例(0％，20％，40％，60％，80％和100％)与苹果树修剪枝和玉米秸秆进行混合成型，并用响应曲面法(rsm)对颗粒物理品质以及成型能耗进行评价，结合电子显微镜和红外表征对混合样品的微观形貌进行测试，得到微藻20％的掺混量为最优复合配比，微藻掺混量为20％时，微藻-苹果树修剪枝复合生物质成型燃料的最优工艺参数为：温度114℃，压力126mpa、含水率(12％)，耐久度、密度、成型能耗分别为97.9％，1392.3kg/m3、35.6kj/kg；微藻掺混量为20％时，微藻-玉米秸秆复合生物质成型燃料的最优工艺参数为：温度101℃、压力130mpa、含水率12％，耐久度、密度、成型能耗分别为97％、1455.2kg/m3、27.1kj/kg。
56.成型燃料燃烧特性及烟气排放特性
57.用梅特勒tga热重分析仪与赛默飞is50红外光谱仪进行联合分析(约10.0mg)。对所获的样品在梅特勒tga热重分析仪进行了热重分析，该分析仪可以准确记录重量损失(tg)和重量损失率(dtg)曲线，以评估样品的燃烧特性。在每个实验运行中，为避免传热和传质限制，将约10mg燃料不同部分的样品装入al2o3陶瓷坩埚中，在10、20和30℃/min的升温速率下进行，温度范围为30℃至800℃。一旦加热温度达到105℃，将其保持5分钟以去除
样品中的游离水。尽管燃料的实际燃烧环境复杂多样，但为了模仿空气环境，在燃烧分析期间，选择氮气和氧气的比例为8：2作为吹扫气体，流量为100ml/min。在给定条件下进行了两次以上实验，以保证实验结果的误差在
±
5％以内。燃烧气态物质无通过传输线被引入ftir光谱仪(赛默飞is50红外光谱仪)。为了防止传输线气体凝结，实验前将传输线加热到250℃。每11秒收集一次数据，可观察到的官能团的范围为4000-450cm-1
。测试所得到的tga数据将用于燃烧动力学分析。
58.通过微藻燃烧的tg-dtg曲线，其燃烧主要分为三个阶段：第一阶段范围为30～200℃区间，主要发生自由水、结合水等水分脱离；第二阶段和第三阶段在200-550℃区间，这是由于挥发物的蒸发和燃烧造成的，这阶段是燃烧反应的主要阶段，失重现象明显，失重率约为40％；第三阶段在550-650℃区间，是由于炭的燃烧以及微藻内脂类分解的过程。650℃以后tg曲线接近水平，说明第三阶段之后失重过程基本结束。其中，针对dtg曲线，第一个峰是挥发分的析出和燃烧峰，第二个峰在高温区出现的是固定碳以及脂类的燃烧峰，其燃烧模式是热解和多相氧化的综合效果。
59.相比来说，秸秆样品的点火温度低于苹果树修剪枝样品。且微藻的点火温度显著低于苹果树修剪枝样品或者玉米秸秆样品。由于微藻的点火温度较低，随着微藻的加入，重量损失在较低温度下开始。此外，燃料中的微藻越多，总重量损失就越大。随着cvp(微藻)掺混比的增加，燃料失重过程所跨温度区间逐渐增大。cvp(微藻)添加比0％时(即，无微藻添加)，ats(苹果树修剪枝)和cs(玉米秸秆)燃料失重过程所跨温度区间最小，其中，ats在570℃之后质量基本不再变化，而cs则在500℃之后质量基本不再变化。
60.本实验采用了济南淼方圆检测设备有限公司的nbw-a-1000生物质成型燃料燃烧实验系统来分析生物质成型燃料燃烧后的污染物排放特性。在实验中利用烟气分析仪对生物质成型燃料样品燃烧排放的污染物进行在线监测，利用样品燃烧后释放的s、n的转化率来评价样品污染物排放水平。
61.1)掺混微藻的复合成型燃料的平均活化能较低。以ats掺混微藻为例，用kissinger-akahira-sunose方法和ozawa-flynn-wall方法计算的结果分别约为133.21kj/mol和134.60kj/mol。微藻和生物质混合燃烧存在相互作用。微藻对于复合成型燃料的助燃主要体现在微藻含有的大量油脂加剧了生物质成型燃料的燃烧。混合20％微藻的燃料便可以达到比单一燃料更高的综合燃烧指数(cci)值。此外，掺混20％微藻的复合生物质成型燃料在燃烧过程中具有较低的活化能水平，不仅有利于点火，也有利于更普遍的燃烧过程，即微藻可以促进生物质燃料的燃烧，可以被认为是现有改善传统生物质成型燃料的优良助燃剂。
62.2)对样品燃烧后的烟气分析可知，微藻的加入使得复合成型燃料的so2以及no的生成量增大。通过分析样品的so2与no析出瞬时浓度曲线，与微藻相比，苹果树修剪枝苹果树修剪枝木屑和玉米秸秆单独燃烧硫氮析出峰非常小，析出峰出现的时间较迟。随着微藻含量的增加，燃烧产生so2的峰值时间前移、no峰值时间后移，so2的生成量和转化率都不断上升，n转化率先升高后趋于稳定。当微藻含量为20％时，20cvp80ats的no与so2的排放峰值分别为80mg/m3、98mg/m3，20cvp80cs的no与so2的排放峰值分别为110mg/m3、148mg/m3，可以看到当微藻的比例为20％时，no排放峰值满足排放标准，so2排放峰值略高于排放标准。
63.成型燃料经济性分析
64.选取某生物质成型燃料的实际生产线为研究对象，其目前选用的生物质原料为苹果树修剪枝及玉米秸秆(如表1所示)。通过实际调研，得出生物质成型燃料的总成本(c)主要包括：原料费用(c1和c2)，生产环节能耗(电耗，c4)，以及人工费、包装费和设备折旧费辅助成本。具体地，成本收支可由图5所示。
65.此外，为了提高燃料生产的经济性，基于本研究研究，提出了将微藻加入到成型原料组中，使用微藻与苹果树修剪枝木屑混合成型的优化工艺。提出两种制备复合生物质成型燃料的方案，分别为：80％玉米秸秆+20％微藻；80％苹果树修剪枝+20％微藻，并对四种方案的经济性进行了概算。
66.表1经济性分析行及优化方案表
[0067][0068]
单位热值所需要的成本c
t
(元/mj/kg)，可由公式(1-1)计算得到：
[0069][0070]
式(1-1)中，q为实际燃料热值(mj/kg)，c为混合生物成型燃料的全部成本(元/kg)，可由公式(1-2)计算得到：
[0071]
c＝c1*a+c2*(1-a)+c3+c4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-2)
[0072]
式(1-2)中，c1为微藻干粉成本，本研究取0.42元/kg；a为微藻添加比率；c2苹果树修剪枝木屑原料及秸秆原料成本调研自陕西省韩城市启迪瑞行清洁能源有限公司；c3为人工、设备折旧、包装等成本，取0.24元/kg，实际调研自陕西省韩城市启迪瑞行清洁能源有限公司；c4为所消耗电费成本(元/kg)，可由公式(1-3)计算得到：
[0073]
c4＝ce*b*(1-η)+ce*(1-b)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-3)
[0074]
式(1-3)中，ce为制备成型燃料所使用的电耗，本研究木质成型燃料以及秸秆成型燃料分别取0.26元/kg和0.23元/kg；b为成型压制环节所占据的电耗比例，本研究木质成型燃料以及秸秆成型燃料分别取0.56和0.55；η为添加微藻所节约的能耗比例。
[0075]
通过计算不同方案的成本指标，从表1中可以看出，以20cvp80ats和20cvp80cs两种优化后的产品为例，虽然添加微藻使得燃料的成本略微升高，分别升高5％和1.7％。但是，相比苹果树修剪枝固体燃料和秸秆固体燃料，添加20％的微藻使得单位热值所需要的成本显著降低，基于某生物质成型燃料实际生产线的调研与系统分析，发现苹果树修剪枝、玉米秸秆在微藻协同下成型制品的单位热值成本，相比无微藻分别可降低24.5％、27％。并且，当微藻添加量为20％时，复合生物质成型燃料(20cvp80cs及20cvp80cs)的密度相比苹果树修剪枝和玉米秸秆分别提高了8.3％和1％，热值分别提高34.8％和46％，也就是说明在制备生物质固体燃料时，掺混20％的微藻是经济可行的。
[0076]
总的来说，当微藻含量控制在20％时，微藻在制备过程的成型能耗便可以显著降
低，同时也可以得到更好物理品质的生物质成型燃料，且不需要对设备做额外的改造。微藻的添加显著降低了成型燃料单位热值的成本，且混合成型燃料在燃烧过程中具有较低的活化能水平，有利于更普遍的燃烧过程。正如hong il choi等人所述的那样，一旦微藻的价格由于技术进步而稳定下来，微藻基固体燃料的市场前景将相当光明。微藻协同可显著降低农林废弃物制备成型燃料的单位热值成本，同时可极大程度地降低能源微藻规模化利用的技术复杂性。
[0077]
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。