生物质垃圾处理处置技术[1]

1、之之 生物质垃圾能源化技术生物质垃圾能源化技术 报告人：刘少风流 内内 容容 提提 要要 生物质垃圾处理处置技术简介 相关资料 存在的问题及今后发展趋势 生物质垃圾能源化技术应用现状 生物质垃圾一般概念介绍 1.1 生物质垃圾的定义生物质垃圾的定义 1.1.1生物质 生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生 的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为 生物质，它包括植物、动物和微生物。 一. 生物质垃圾一般概念介绍 1.1.2 生物质垃圾 指生物质由于失去其原来价值或在一定时空中未能被利 用，从而导致被搁置的一种状态。 1.2 生物质垃圾污染现状生物质垃圾污染现状 量大量大利

2、用率低利用率低开发潜力大开发潜力大环境治理迫切度环境治理迫切度 我国生物质的能源绝大部分用于农村生活，极少部分用于乡镇 企业的工业生产：而利用方式长期来一直以直接燃烧为主，只 是近年来才开始采用新技术利用生物质能源，但规模较小，普 及程度较低，在国家，甚至农村的能源结构中占有极小的比例。 生物质废物具有潜在的能源价值。以农作物秸秆为例，稻秸热值 为 13.87MJ/kg，玉米秆为 15.67MJ/kg玉米芯为15.83MJ/kg，大 约相当于标准煤热值的1/2。2005年我国农村秸秆产量为 689Mt， 2010年达726Mt，相当于4亿t标煤。2003年，禽畜粪便产生量约为29亿t，而同期工

3、业固体废物产生 量为10 t亿，畜粪便产生量是工业固体废物的2. 9倍。陈敏鹏等 的研究表明，随着我国人口收入的增加，禽畜养殖将继续发展。 大量的畜禽粪便和污水带来了土地负荷压力过大、土壤及水体污 染、空气恶臭和疾病传播等一系列问题。 1.3 生物质垃圾的分类生物质垃圾的分类 按来源分按来源分 农 业 废 弃 物 林 业 废 弃 物 城 市 生 物 质 废 物 畜 牧 业 排 泄 物 一. 生物质垃圾一般概念介绍 城市生 物质废 物主要 包括家 庭厨余 垃圾、 餐厨垃 圾、城 市粪便 以及城 镇污泥。 畜牧业 生产过 程中产 生的粪 便和尿 液混合 物 主要指 农作物 加工剩 余物， 如秸秆，

4、 谷壳， 菜叶等 草木 类、 木材 枯枝 落叶 废料、 树皮、 锯木 等 二. 生物质垃圾处理处置技术简介 2.1生物质垃圾处理处置技术分类 生物 质垃 圾处 理处 置技 术 按处理去向分 生物质垃圾填埋 生物质垃圾焚烧 生物质垃圾能源化生物质垃圾能源化 生物质垃圾饲料化 生物质垃圾肥料化 生物质垃圾作生产原料 二. 生物质垃圾处理处置技术简介 2.2生物质垃圾能源化技术 1 生 物 质 发 电 2 生 物 质 气 化 3 生 物 质 固 化 4 生 物 质 液 化 1.通过生物质集中燃烧发电，主要有生物质 锅炉直接燃烧发电、生物质/煤混合燃烧发 电等。 2.是指对垃圾中的生物质部分采取一定物

5、理 化学和生物的方法制取气态燃料的技术，包 括制取生物质燃气和沼气。 3.具有一定粒度的生物质原料在一定压力作 用下制成棒状、粒状、块状等成型燃料。 4.是指对垃圾中的生物质部分采取一定物理 化学和生物的方法制取液态燃料的技术。包 括利用生物质制取乙醇、裂解油和柴油技术。 2.3生物质垃圾能源化技术国内外研究现状 v生物质发电技术 v国外： v荷兰的 635 MW 煤粉炉中煤粉与木材颗粒燃料混燃的例子,木材掺 混比为 3 %4 %总热值,混燃后对锅炉运行和环境均无影响。因木 材灰少,所以每年可减少4 000 t 飞灰排出。 v丹麦Studstrup 电站用秸秆和煤粉在一台 150 MW煤粉炉中

6、直接混 燃。秸秆掺混比为10 %20 %总热值未出现运行、腐蚀和环保问 题,但锅炉灰量不能再用作水泥原料或肥料。 国内：东南大学曾对两个各有三台75 t/ h锅炉的电站经 济性进行调研比较。一家电站采用直接混燃,生物质混燃 比例为 10 %(按热值比) 。另一家电站采用并联混燃,新 建一台75 t/ h 锅炉,专烧生物质。比较结果,直接混燃的 发电成本为 0. 51CNY/kWh (CNY:元) ,并联混燃的为 0.554 CNY/ kWh,两者发电成本均高于纯燃煤电站的 0.366CNY/kWh。直接混燃虽比并联混燃经济,但并联混 燃因大比例掺烧生物质燃料,可享受政府补贴0.25 CNY/

7、kWh ,所以经济效益反而好。 v国外：到 20世纪80年代，美国已有 19家公司和研究机构从 事生物质气化技术的研究与开发；加拿大12个大学的实验室 在开展生物质热裂解气化技术的研究。 v生物质气化技术 v国内：我国在“八五”“九五”“十五”期间都有研究，目 前全国已建成农村气化站200多个，谷壳气化发电机组100多 台套。本实验室在生物质垃圾低碳高值化技术方面也做出了 一定贡献，如生物质垃圾低碳高值化处理利用技术半山示范 工程，该技术利用微生物的厌氧好氧过程将生物质垃圾分 解为腐熟垃圾和甲烷气，使生物质垃圾得到高效利用。 v生物质固化技术 国外：美国已经开发了生物质颗粒成型燃料，泰国、菲律

8、宾和马来西亚 等第三世界国家发展了棒状成型燃料，日本关东燃料行业协会推广的锯 末碳。 国内：从20世纪 80年代中期起我国开始了成型燃料的开发研究。 1999年，辽宁省能源研究所研制的棒状生物质固化成型燃料生产设 备达到国际先进水平。河南农业大学、中国林业科学研究院林产化学工 业研究所等单位也推出了类似的产品。 21世纪初，河南农业大学等又推出活塞冲压式成型设备，辽宁省能 源研究所则在国内率先推出产量大、能耗低、原料适应性广的颗粒燃料 设备。不久前，该所又成功研制开发出可移动生物质固化成型燃料设备。 水 平 式 压 实 器 三相联合式压实器 回转式压实器 v生物质液化技术 国外：美国原来用玉米

9、等粮食作物制乙醇,巴西本来采用甘蔗等糖质原 料制乙醇,现在都在开发第二代用生物质废物制液态燃料的方法,如美国 学者找到了一种以玉米秸秆纤维素为食的土壤真菌，这种真菌能分泌 出一种分解秸秆的新酶可使纤维素发酵并产生乙醇；西班牙利用绿藻 生产生物质柴油也取得了良好的效果。 国内：2006 年底,国家发文不再新批用粮食制乙醇的项目,鼓励发展非 粮生物燃料,尤其是发展用纤维素原料制取乙醇的技术,现在清华大学主 持的甜高粱秆固体发酵制乙醇项目已得到有关菌种并小试成功,已在内 蒙五原县建立中试厂；而以各种废弃油脂为原料,诸如各种植物油、动 物油、废餐油、油料林木等生产生物质柴油的研究也取得了一定成果。 v

10、生物质固化技术在燃煤电站中的应用 v生物质固体燃料的成型 为了便于运输、储存和改进燃烧工 况(改善送风控制和稳定燃烧) 可利用各类压缩成型机械(如 螺旋式、活塞式、油压式、水压式等成型设备)将生物质(如 锯末、木屑、稻壳、秸秆等) 压缩成直径为420mm,长度 100mm的颗料燃料或尺寸为20120mm,长度400mm的 块状燃料供用户燃用。其工艺过程一般为:干燥、制粉、调 湿和压缩机成型造粒。对秸秆、干草等也可压缩成捆,尺寸 取决于打捆机,方捆一般边长为50120cm。 三、生物质垃圾垃圾能源化技术应用现状 v生物质固体燃料的焚烧 v直接混燃方案：在直接混燃方案中煤与生物质在同一台锅炉中混合

11、燃烧。 其优点为可利用燃煤锅炉的现有烟气净化设备,可减少燃煤量、SOx 和 NOx 等污染物及 CO2 的排放量。此方案不需新建一台燃用生物质的锅 炉,所以投资少。其缺点为燃用生物质的量较少,生物质加入混燃的比例一 般10 %(按热值比) ,否则会出现受热面积灰和腐蚀。混燃后的灰不能像 单独燃煤的灰可用于水泥行业(因为含钾等元素) 或像单独烧生物质的灰 可用作农肥。 v并联混燃方案：生物质在专用的生物质锅炉中燃烧,产生的蒸汽与燃煤锅 炉产生的蒸汽合在一起供汽轮发电机组发电。其优点为生物质燃用不影 响其他燃煤锅炉的运行,两种锅炉产生的灰均可利用。生物质燃料在电站 中的混燃比例(热值比)可达80%

12、以上。其缺点为需建专用的生物质锅炉, 增大了初投资费。 生物质固化燃料成型技术工艺流程 热成型工艺 生物质垃圾焚烧发电厂 v生物质气化技术在农村生物质垃圾处理中的应用 图为生物质垃圾低碳高值化处理利用技术新登镇半山村示范工程。全村建立3 套垃圾发酵装置，每套装置有效容积为15m3。该村的清洁工只需将每天产生 的生活垃圾去除大块杂物后扔入其中第1套发酵反应器中推平即可，一般1套发 酵装置2个月填满后封顶进行密封厌氧发酵，此期间将每天产生的垃圾填入第2 套装置。如此反复，达到循环利用3套处理装置的目的。垃圾封顶后厌氧发酵3 个月，此后采用间歇曝气0.06m3/(minm3)曝气21d，通风频率为2

13、0min/h，而 后将腐熟垃圾挖出，除去杂物后农用。一套厌氧好氧处理装置循环使用周期 为6个月。由于该村种植大量的果树，可将腐熟垃圾作为果树的肥料。 v整个工程分为两个部分：收运系统和厌氧-好氧处理系统，两系统固 定投资为6.7万元，运行费用为0.7万/年 v收益分析：该项目收益主要来自腐熟垃圾销售及产生甲烷等天然气的 利用。每t垃圾处理后产生0.3t垃圾肥，市场价格300元/t。每年共产 生36t垃圾，可获10.8t有机肥，可收益3240元。每t垃圾可产20.16 m3甲烷，每年共产生2419.2m3甲烷，按照天然气的价格3.95元/ m3 计算，即每年产生的甲烷可收益9555.84元。此外

14、，收集房分拣回收 的废品可产生一定经济效益，据调查每年销售废品可获1500元。 v综上所述，新登镇半山村采用的厌氧好氧生物质垃圾处理工艺固定 投资为67500元，运行费用为6740元/年，而每年产生的经济效益为 14295.84元。即每年净产生收益7555.84元，固定投资9年即可收回 成本。 v利用树干毕赤酵母发酵玉米秸秆制备燃料酒精工艺介绍： 湿热预处理湿热预处理 将 60g 玉米秸秆原料（绝干）与1L水混合，195预 处理15min，反应结束后，将预处理液过滤为滤饼及水解液两部分。 同步糖化发酵（同步糖化发酵（SSF） 预处理后的滤饼与不同比例水解液混合， 最终滤饼与溶液质量体积比为50

15、g/L，液体预先用5mol/LNaOH调整到 pH值4.8。同步糖化发酵的第一步是在50温度下进行24h预水解， 加酶量10FPU/g（干物质）。预水解后再加入纤维素酶20FPU/g（干 物质），接入发酵种子使细胞干重达到2g/L，并加入0.2mL（24%） 的尿素进行发酵，发酵后得到的发酵液通过蒸馏可以得到一定纯度的 酒精。 v生物质液化技术在玉米秸秆制酒精方面的应用 v生产纤维素乙醇公司 化工巨头杜邦公司目前取得的重大突破就是， 基因改良了乙醇生产用细菌运动发酵单胞菌 （Zymomonas mobilis），让它们在分解玉米粒中 的葡萄糖和纤维中的木糖时一样有效； 加拿大的Iogen公司拥

16、有世界上最先进的纤维 素乙醇制造技术（Eco -EthanolTM）， 该公司的 核心生产工艺主要由原料的预处理、合成酶、酶水 解和乙醇发酵等四部分组成。 四、存在的问题及今后发展趋势 4.1各种技术在我国生物质垃圾资源化中存在的问题 生物质发电生物质液化生物质气化生物质固化 现状v较充分开发v技术成熟，有 一定开发 v试验研究阶 段 v技术成熟 目标v实现商业化 发电及供热 v需要大范围的 推广才能体现价 值 v技术上成熟v技术的推广 存在问题v机组容量小； 气化及发电效 率低气体净化 及焦油、灰和 废水处理 v缺少大规模投 资所需要的资金， 且需要完备的硬 件软件设施 v基础性技术 研究有

17、待进一 步发展 v改善工艺条件， 降低技术的成 本 1. 我国生物质废物资源化技术应用发展方向应该是大小并举：在生物质 垃圾资源集中地区，利用现有适用技术，完成大规模集成化生物质能 源基地的建设；在分散地区，开发推广分散式生物质垃圾能源化基地， 尤其是在生物质，可以充分发挥我国的优势，建立分散式沼气工程示 范 4.2 今后发展趋势 2. 国家应该完善生物质废物资源化开发及利用的相关政策和法规，规范 产业化市场，为生物质废物资源化产业的发展提供良好的环境和政策条 件，为生物质产品找到出路； 3. 结合我国资源和市场特点，充分发挥科研自主创新能力，努力获得拥 有自主知识产权的理论技术及相关产品，力

18、争赶上发达国家水平。 五、相关资料 v粪便无害化卫生标准（GB7959-1987） v畜禽养殖业污染防治技术规范 v农用污泥控制标准（GB4284-84） v城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程 （CJJ/T 52-93） v秸秆焚烧和综合利用管理办法 v生活垃圾焚烧污染控制标准（GWKB 3-2000） v生活垃圾t填埋污染控制标准（GB 16889-1997） 5.1相关法律法规 5.2生物燃料相关会议 v相关会议 vBiofuels (C3) （March 1 - 6, 2011 Swissotel The Stamford Singapore） vAdvanced Biofuels Workshop（June 14, 2010 Americas Center St. Louis, Missouri, USA） vBioFuels Conference（ August 12-13, 2010, Mississippi ） vThe third annual Oklahoma