第6章生物质能

1、1第第6章章 生物质能生物质能2v第一节第一节 生物质能简介生物质能简介v第二节第二节 生物质能转化技术生物质能转化技术v第三节第三节 其他新技术其他新技术36.1 生物质能简介生物质能简介v生物质生物质是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动、植是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动、植物能再生的物质。物能再生的物质。v生物质能生物质能是直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把是直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物质体内的能源。太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物质体内的能源。生物质中可以被人类当作能源加以利用的部分称为生物生物质中可以被人类当作能源加以利用

2、的部分称为生物质能资源。质能资源。v生物质的基本来源是绿色植物通过生物质的基本来源是绿色植物通过光合作用光合作用把水和二氧把水和二氧化碳转换成（化碳转换成（CH2O）而形成。）而形成。4v通过复杂的光合作用，每年贮存在植物的枝、茎、叶、根通过复杂的光合作用，每年贮存在植物的枝、茎、叶、根中的太阳能相当于全世界每年耗能量的几倍。中的太阳能相当于全世界每年耗能量的几倍。v在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能；此外，它还是唯一的可再生碳源，可转换成常规的固能；此外，它还是唯一的可再生碳源，可转换成常规的固态、液态和气态燃料。态、液态和

3、气态燃料。v生物质能有可能成为未来可持续能源系统的主要能源，扩生物质能有可能成为未来可持续能源系统的主要能源，扩大其利用是减排大其利用是减排CO2的最重要的途径。的最重要的途径。5生物质能的特点生物质能的特点v生物质由生物质由C、H、O、N、S等元素组成，是空气中等元素组成，是空气中CO2、水和太阳光通过光合作用的产物。水和太阳光通过光合作用的产物。v其挥发分高，炭活性高，其挥发分高，炭活性高， N、S含量低，灰分低。含量低，灰分低。S 0.1%1.5%N 0.5%3.0%灰分灰分 0.1%3.0%6（1）生物质能属于可再生能源，可保证能源的永续利用）生物质能属于可再生能源，可保证能源的永续利

4、用 全球可再生能源资源可转换为二次能源的约为全球可再生能源资源可转换为二次能源的约为185.55亿吨标准煤，相当于全球油、气和煤等化石燃料年消亿吨标准煤，相当于全球油、气和煤等化石燃料年消耗量的耗量的2倍，其中生物质能占倍，其中生物质能占35%。项目项目太阳能太阳能水能水能风能风能地热能地热能海洋能海洋能 生物质能生物质能理论储量理论储量（kW/a）1.7410143.961093.510123.310106.11010111010转化为二次能源转化为二次能源（亿吨）（亿吨）32.2032.2823.6721.5211.2864.567（2）种类繁多，分布广，便于就地利用）种类繁多，分布广，便

5、于就地利用利用农作物或其他植物中所含糖、淀粉和纤维素制造利用农作物或其他植物中所含糖、淀粉和纤维素制造燃料乙醇，利用含油种子和废食用油制造生物柴油作燃料乙醇，利用含油种子和废食用油制造生物柴油作为汽车燃油。为汽车燃油。利用人畜粪便发酵生产沼气。利用人畜粪便发酵生产沼气。直接把薪柴林以及木业、采伐加工残柴作为燃料或加直接把薪柴林以及木业、采伐加工残柴作为燃料或加工为其他燃料。工为其他燃料。8把农作物秸秆和加工残物直接作为燃料，或经发酵生把农作物秸秆和加工残物直接作为燃料，或经发酵生产沼气。产沼气。利用生活垃圾中的有机物制造固形燃料，或经发酵生利用生活垃圾中的有机物制造固形燃料，或经发酵生产沼气。

6、产沼气。直接把工业直接把工业“三废三废”中的纸浆黑液、废轮胎等可燃物中的纸浆黑液、废轮胎等可燃物作为燃料，利用食品工业糟粕、污泥等发酵生产沼气。作为燃料，利用食品工业糟粕、污泥等发酵生产沼气。9（3）相关技术已成熟，可储存性好）相关技术已成熟，可储存性好 利用薪材和作物秸秆直接燃烧历史悠久，通过发酵生利用薪材和作物秸秆直接燃烧历史悠久，通过发酵生产沼气用于炊事和照明在农村也很普遍，利用甘蔗、产沼气用于炊事和照明在农村也很普遍，利用甘蔗、玉米等制造燃料乙醇，用以代替车用汽油的做法在巴玉米等制造燃料乙醇，用以代替车用汽油的做法在巴西、美国也已具规模。另一方面，与太阳能、风能相西、美国也已具规模。另

7、一方面，与太阳能、风能相比，生物质能突出的特点是比，生物质能突出的特点是可储存可储存。（4）节能、环保效果好）节能、环保效果好 用生物质能代替化石燃料，不仅可永续利用，而且环用生物质能代替化石燃料，不仅可永续利用，而且环保和生态效果突出，对改善大气酸雨环境，减少大气保和生态效果突出，对改善大气酸雨环境，减少大气中中CO2含量，从而减轻温室效应都具有极大的好处。含量，从而减轻温室效应都具有极大的好处。10（1）林业生物质）林业生物质 林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零生物质能源，包括薪炭林

8、、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。产品的废弃物，如果壳和果核等。（2）农业废弃物）农业废弃物 农业生物质能资源是指农业作物（包括能源作物）；农业生物质能资源是指农业作物（包括能源作物）；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草

9、、豆秸和棉秆等）；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的秆等）；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。稻壳等。生物质能的分类生物质能的分类11（3）城市垃圾）城市垃圾 城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较务业垃圾和建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。（4）有机废水）有机废水 有

10、机废水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种有机废水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食厨房排水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。其中都富含有机物。12（5）粪便类）粪便类 畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质（主要是粮食、农作物秸秆和牧草等）的转化形式，包括（主要

11、是粮食、农作物秸秆和牧草等）的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。（6）水生植物）水生植物 能在水中生长的植物，统称为水生植物。叶子能最大能在水中生长的植物，统称为水生植物。叶子能最大限度地得到水里很少能得到的光照，吸收水里溶解得很少限度地得到水里很少能得到的光照，吸收水里溶解得很少的的CO2 ，保证光合作用的进行。，保证光合作用的进行。（7）能源植物）能源植物 生长迅速，轮伐期短的乔木、灌木和草本植物，如棉生长迅速，轮伐期短的乔木、灌木和草本植物，如棉籽、芝麻、花生、大豆等。籽、芝麻、花生、大豆等。13生物质燃料中可燃烧的部分主要是：生物

12、质燃料中可燃烧的部分主要是：v纤维素纤维素 40% 50%v半纤维素半纤维素 20% 40%v木质素木质素 10% 25%生物质的密度为：生物质的密度为：400 900kg/m3； 热值为：热值为：17600 22600kJ/kg；生物质生物质木质素比例木质素比例纤维素比例纤维素比例半纤维素比例半纤维素比例软木软木27 3035 4025 30硬木硬木20 2545 5020 25麦秆麦秆15 2033 4020 25草草5 2030 5010 4014生物质能的利用技术生物质能的利用技术v人类对生物质能的利用，包括直接用作燃料的有农作物的人类对生物质能的利用，包括直接用作燃料的有农作物的秸秆

13、、薪柴等；间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、秸秆、薪柴等；间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等，它们通过微生物作用生成沼气，或采用热垃圾及藻类等，它们通过微生物作用生成沼气，或采用热解法制造液体和气体燃料。解法制造液体和气体燃料。v生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计，每年生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计，每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达14401800亿吨（干重），其能量约相当于亿吨（干重），其能量约相当于20世纪世纪90年代初全世界总年代初全世界总能耗的能耗的38倍。倍。v但是尚未被人们合理利用，多半

14、直接当薪柴使用，效率低，但是尚未被人们合理利用，多半直接当薪柴使用，效率低，影响生态环境。影响生态环境。1516v生物质能的利用主要有生物质能的利用主要有物理转换物理转换、化学转换化学转换和和生物转换生物转换3种种途径。途径。（1）化学转换）化学转换生物质化学转换包括生物质化学转换包括直接燃烧直接燃烧、液化液化、气化气化、热解热解等方法。等方法。直接燃烧直接燃烧 生物质直接燃烧是最普通的生物质能转换技术。直接燃生物质直接燃烧是最普通的生物质能转换技术。直接燃烧的过程可以简单地表示为：烧的过程可以简单地表示为：有机物质有机物质 + O2 CO2 + H2O + 能量能量17v此过程是光合作用的逆

15、反应过程此过程是光合作用的逆反应过程。在燃烧过程中，将贮存。在燃烧过程中，将贮存的化学能转变成热能释放出来。除了碳的氧化外，此过程的化学能转变成热能释放出来。除了碳的氧化外，此过程中还有硫、磷等其他元素的氧化。中还有硫、磷等其他元素的氧化。v直接燃烧的主要目的是取得能量。燃烧过程中所产生的热直接燃烧的主要目的是取得能量。燃烧过程中所产生的热可用于发电，或者供热给需要热量的地方。可用于发电，或者供热给需要热量的地方。v燃烧过程产生热量的多少，除因有机物质种类不同而不同燃烧过程产生热量的多少，除因有机物质种类不同而不同外，还与氧气（空气）的供给量有关。外，还与氧气（空气）的供给量有关。v可以进行直

16、接燃烧的设备形式很多，有普通的炉灶，也有可以进行直接燃烧的设备形式很多，有普通的炉灶，也有各种锅炉，复杂的内燃机（用于燃烧植物油）等。各种锅炉，复杂的内燃机（用于燃烧植物油）等。18生物质液化生物质液化v由生物质制成的液体燃料叫做生物燃料。生物燃料主要包由生物质制成的液体燃料叫做生物燃料。生物燃料主要包括括生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇等。利用生等。利用生物质制成液体燃料发展比较缓慢，但由于受世界石油资源、物质制成液体燃料发展比较缓慢，但由于受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响，价格、环保和全球气候变化的影响，20世纪世纪70年代以来，年

17、代以来，许多国家日益重视生物燃料的发展，并取得了显著的成效。许多国家日益重视生物燃料的发展，并取得了显著的成效。v生物燃油的能源利用效率约为直接燃烧物质的生物燃油的能源利用效率约为直接燃烧物质的4倍。倍。19 生物质气化生物质气化v生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热，同时生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热，同时通入空气、氧气或水蒸气，使生物质的高聚物发生热解、通入空气、氧气或水蒸气，使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原重整反应，最终转化为氧化、还原重整反应，最终转化为CO，H2和低分子烃类和低分子烃类等可燃气体的过程。它的特点是气化率可达等可燃气体的过程。它的特点是气化率可

18、达70%以上，热以上，热效率也可达效率也可达85%。v生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电等不同用途，这对于生物质原料丰富的偏远山区意义十电等不同用途，这对于生物质原料丰富的偏远山区意义十分重大，不仅能改变他们的生活质量，而且也能够提高用分重大，不仅能改变他们的生活质量，而且也能够提高用能效率，节约能源。能效率，节约能源。20生物质热解生物质热解 生物质热解技术是生物质受高温加热后，其分子破裂而产生物质热解技术是生物质受高温加热后，其分子破裂而产生可燃气体（一般为生可燃气体（一般为CO、H2、CH4等的混合气体）、液等的混合气体

19、）、液体（焦油）及固体（木炭）的热加工过程。体（焦油）及固体（木炭）的热加工过程。（2）物理转换）物理转换 生物质物理转换主要是指将秸杆、稻壳、锯末、木屑生物质物理转换主要是指将秸杆、稻壳、锯末、木屑等有机废弃物，用机械加压的方法，使原来松散、无定型、等有机废弃物，用机械加压的方法，使原来松散、无定型、低发热量的生物质原料压制成具有一定形状、密度较高的低发热量的生物质原料压制成具有一定形状、密度较高的固体成型燃料，生物质固化解决了生物质能形状各异、堆固体成型燃料，生物质固化解决了生物质能形状各异、堆积密度下且较松散，运输和储存不方便的问题。积密度下且较松散，运输和储存不方便的问题。2122（3

20、）生物转换）生物转换 生物转换过程是利用原料的生物化学作用和微生物生物转换过程是利用原料的生物化学作用和微生物的新陈代谢作用生产气体和液体燃料，如生物乙醇、沼的新陈代谢作用生产气体和液体燃料，如生物乙醇、沼气等。气等。23生物质能的利用现状生物质能的利用现状v随这人类文明的进步，生物质能的应用研究开发几经波折，随这人类文明的进步，生物质能的应用研究开发几经波折，在第二次世界大战前后，欧洲的木质能源应用研究达到高在第二次世界大战前后，欧洲的木质能源应用研究达到高峰，然后随着石油化工和煤化工的发展，生物质能的应用峰，然后随着石油化工和煤化工的发展，生物质能的应用逐渐趋于低谷。逐渐趋于低谷。v到到2

21、0世纪世纪70年代中期，由于中东战争引发的全球性能源危年代中期，由于中东战争引发的全球性能源危机，可再生能源，包括木质能源在内的开发利用研究，重机，可再生能源，包括木质能源在内的开发利用研究，重新引起人们的重视，人们深刻认识到石油，煤和天然气等新引起人们的重视，人们深刻认识到石油，煤和天然气等化石能源的化石能源的资源有限性资源有限性和和环境污染环境污染问题。日益严重的环境问题。日益严重的环境问题，已引起国际社会的共同关注，环境问题与能源问题问题，已引起国际社会的共同关注，环境问题与能源问题密切相关，成为当今世界共同关注的焦点之一。密切相关，成为当今世界共同关注的焦点之一。24v化石燃料的使用是

22、大气污染的主要原因。化石燃料的使用是大气污染的主要原因。v“酸雨酸雨”和和“温室效应温室效应”等都已给人们赖以生存的地球带等都已给人们赖以生存的地球带来灾难性的后果，而使用大自然馈赠的生物质能，产生的来灾难性的后果，而使用大自然馈赠的生物质能，产生的CO2气体与植物本身生长过程中需要吸收的大量气体与植物本身生长过程中需要吸收的大量CO2在数在数量上保持平衡，被称之为量上保持平衡，被称之为CO2中性的燃料。中性的燃料。v生物质能将成为未来可持续能源系统的组成部分，预计到生物质能将成为未来可持续能源系统的组成部分，预计到21世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占世纪中叶，采用新技术生产的

23、各种生物质替代燃料将占全球总能耗的全球总能耗的40%以上。以上。25酸雨的危害酸雨的危害26v2012年，世界生物质能协会主席年，世界生物质能协会主席Heinz Kopetz博士表示，博士表示，生物质能是生物质能是21世纪能源供应中最具潜力的能源世纪能源供应中最具潜力的能源。因它来。因它来自自然界，无污染，同时又是可再生能源而引起各国的自自然界，无污染，同时又是可再生能源而引起各国的重视。由于各国气候、土地利用情况不同，生物质能源重视。由于各国气候、土地利用情况不同，生物质能源生产及利用水平差别也很大。为了促进可再生能源的发生产及利用水平差别也很大。为了促进可再生能源的发展，许多国家制定了相应

24、的发展战略和规划，明确了可展，许多国家制定了相应的发展战略和规划，明确了可再生能源发展目标。如美国、瑞典、丹麦、印度、巴西、再生能源发展目标。如美国、瑞典、丹麦、印度、巴西、欧洲等国已走在世界前列。欧洲等国已走在世界前列。27v美国美国国会于国会于2008年年5月通过一项包括加速开发生物质能源的月通过一项包括加速开发生物质能源的法案，要求到法案，要求到2018年后，把从石油中提炼出来的燃油消费量年后，把从石油中提炼出来的燃油消费量减少减少20%，代之以生物燃油。，代之以生物燃油。v据据2010年美国能源展望年美国能源展望，到，到2035年美国可用生物燃料满年美国可用生物燃料满足液体燃料总体需求

25、量增长，乙醇占石油消费量的足液体燃料总体需求量增长，乙醇占石油消费量的17%，使，使美国对进口原油的依赖在未来美国对进口原油的依赖在未来25年内下降至年内下降至45%。28v瑞典瑞典是世界上道路交通最不依赖于化石燃料的国家之一，是世界上道路交通最不依赖于化石燃料的国家之一，据报道，据报道，2009年，瑞典政府批准了一项计划，到年，瑞典政府批准了一项计划，到2020年将年将使可再生能源达到该国能源消费总量的使可再生能源达到该国能源消费总量的50%。v此外，瑞典旨在到此外，瑞典旨在到2030年使其运输部门完全不依赖于进口年使其运输部门完全不依赖于进口化石燃料。根据瑞典生物能源协会（化石燃料。根据瑞

26、典生物能源协会（Swedish Bioenergy Association）统计，瑞典从生物质产生的总的能源消费在）统计，瑞典从生物质产生的总的能源消费在20002009年期间已从年期间已从88 TWh增加至增加至115 TWh。而在此。而在此期间内，基于石油产品的使用量已从期间内，基于石油产品的使用量已从142 TWh减少至减少至112 TWh。2009年，生物质已超过石油，成为第一位的能源年，生物质已超过石油，成为第一位的能源来源，占瑞典能源消费总量的来源，占瑞典能源消费总量的32%。29v丹麦丹麦正准备在全国前正准备在全国前5大城市，逐步减少并淘汰燃煤发电大城市，逐步减少并淘汰燃煤发电站

27、，要求发电站进行技术改造，使用生物燃料替代煤和站，要求发电站进行技术改造，使用生物燃料替代煤和燃油，作为城市生产和生活的主要能源来源。燃油，作为城市生产和生活的主要能源来源。v印度印度于于2004年开始了石油和农业领域的年开始了石油和农业领域的“无声革命无声革命”，制订了全国运输燃料中必须添加制订了全国运输燃料中必须添加10%乙醇的法令。乙醇的法令。v巴西巴西所有汽油中都强制加入了所有汽油中都强制加入了25%的乙醇，的乙醇，2010年起所年起所有普通柴油中生物柴油的比例也达到有普通柴油中生物柴油的比例也达到5%。凭借生物能源。凭借生物能源这张王牌，巴西政府表示有信心实现到这张王牌，巴西政府表示

28、有信心实现到2020年减排年减排36%的目标。的目标。v芬兰芬兰充分利用本国森林资源优势大力发展木质系能源，充分利用本国森林资源优势大力发展木质系能源，目前占总能耗的比例已达目前占总能耗的比例已达16%的水平。的水平。30v在利用生物质能方面欧洲取得了很多骄人的成绩。在利用生物质能方面欧洲取得了很多骄人的成绩。v2000年到年到2004 年间，欧洲利用生物质能的发电量从年间，欧洲利用生物质能的发电量从40% 增加到了增加到了68%。v欧洲生物质能协会预计欧洲生物质能协会预计2020年生物质能的贡献将会从现年生物质能的贡献将会从现在的在的72百万吨增长到百万吨增长到220百万吨油当量。百万吨油当

29、量。v只有改变现在的农业政策，调整热能供应系统，才能实只有改变现在的农业政策，调整热能供应系统，才能实现这些目标。热能市场非常重要，在欧洲现这些目标。热能市场非常重要，在欧洲50% 的最终的最终能源都流入了热能市场，而生物质能和生物燃料相比具能源都流入了热能市场，而生物质能和生物燃料相比具有很强的竞争力。有很强的竞争力。31v日本日本过去对生物质能的开发利用并不重视。过去对生物质能的开发利用并不重视。v京都会议后，因京都会议后，因CO2减排指标的压力于减排指标的压力于2000年开始学习年开始学习欧美经验，将生物质能利用列入新能源发展规划中，并欧美经验，将生物质能利用列入新能源发展规划中，并通过

30、制定食品废物再生法法案促进利用食品废弃物生产通过制定食品废物再生法法案促进利用食品废弃物生产沼气、利用废弃食油生产生物柴油工作的开展。沼气、利用废弃食油生产生物柴油工作的开展。v古巴古巴v古巴盛产甘蔗，大量的甘蔗渣可用于燃烧发电，古巴政古巴盛产甘蔗，大量的甘蔗渣可用于燃烧发电，古巴政府已经与联合国发展组织、世界环境基金会联合进行国府已经与联合国发展组织、世界环境基金会联合进行国际合作，预计投资际合作，预计投资1亿美元兴建以甘蔗渣为原料的环保亿美元兴建以甘蔗渣为原料的环保电厂，预计所生产的电能可足够古巴国家使用。电厂，预计所生产的电能可足够古巴国家使用。32我国生物质能利用现状我国生物质能利用现

31、状v我国是一个农业大国，拥有丰富的生物质资源，仅农作物秸我国是一个农业大国，拥有丰富的生物质资源，仅农作物秸杆每年就有杆每年就有6亿吨，其中一半可作为能源利用。亿吨，其中一半可作为能源利用。v据调查统计，全国生物质能的可再生能量按热当量计算为据调查统计，全国生物质能的可再生能量按热当量计算为2.0亿吨标准煤，相当于农村耗能量的亿吨标准煤，相当于农村耗能量的70%。历年垃圾堆存。历年垃圾堆存量也高达量也高达60亿吨，年产垃圾近亿吨，年产垃圾近1.4亿吨。我国现有亿吨。我国现有668个城市，个城市，其中有其中有2/3被垃圾环带所包围，城市垃圾造成的损失每年高被垃圾环带所包围，城市垃圾造成的损失每年

32、高达达250300亿元。亿元。v采取新技术来利用生物质能，并提高它的利用率，不仅可以采取新技术来利用生物质能，并提高它的利用率，不仅可以解决农民生活用能问题，还可用作各种动力和车辆的燃料。解决农民生活用能问题，还可用作各种动力和车辆的燃料。33v从从20世纪世纪80年代以来一直受到政府和科技人员的重视。主要年代以来一直受到政府和科技人员的重视。主要在在气化气化、固化固化、热解热解和和液化液化等方面开展研究开发工作。等方面开展研究开发工作。生物质气化技术生物质气化技术v利用农林生物质原料进行热解气化反应，产生的木煤气供居利用农林生物质原料进行热解气化反应，产生的木煤气供居民生活用气、供热和发电方

33、面。民生活用气、供热和发电方面。v中国林业科学研究院林产化学工业研究所开发木质原料和农中国林业科学研究院林产化学工业研究所开发木质原料和农业剩余物的气化和成型技术。气化炉的最大生产能力达业剩余物的气化和成型技术。气化炉的最大生产能力达6.3106 kJ/h（消耗木片量为（消耗木片量为300 kg/h）。）。v广州能源研究所开发了外循环流化床生物质气化技术，制取广州能源研究所开发了外循环流化床生物质气化技术，制取的木煤气作为干燥热源和发电。的木煤气作为干燥热源和发电。34生物质固化技术生物质固化技术v目前国内已开发完成的固化成型设备有目前国内已开发完成的固化成型设备有2大类：大类：棒状棒状成型机

34、成型机和和颗粒状成型机颗粒状成型机。v1998年中国林业科学研究院林产化学工业研究所与江年中国林业科学研究院林产化学工业研究所与江苏正昌粮机集团公司合作，开发了内压滚筒式颗粒成苏正昌粮机集团公司合作，开发了内压滚筒式颗粒成型机，生产能力为型机，生产能力为250300 kg/h，生产的颗粒成型燃，生产的颗粒成型燃料尤其适用于家庭或暖房取暖使用。料尤其适用于家庭或暖房取暖使用。35生物质热解技术生物质热解技术v生物质热解是生物质在完全缺氧或有限氧供给的条件生物质热解是生物质在完全缺氧或有限氧供给的条件下热降解为液体生物油、可燃气体和固体生物质炭三下热降解为液体生物油、可燃气体和固体生物质炭三个组成

35、部分的过程。个组成部分的过程。v在安徽芜湖木材厂建立年处理能力达万吨以上的木材在安徽芜湖木材厂建立年处理能力达万吨以上的木材固定床热解系统。黑龙江铁力木材干馏厂曾从前苏联固定床热解系统。黑龙江铁力木材干馏厂曾从前苏联引进了年处理木材引进了年处理木材10万吨的大型木材热解设备。这些万吨的大型木材热解设备。这些生产装置的目标均是为了解决当时我国石油资源紧缺生产装置的目标均是为了解决当时我国石油资源紧缺问题。问题。36生物质水解制取乙醇技术生物质水解制取乙醇技术v早在早在20世纪世纪50年代，我国就曾经开展了木质纤维素稀年代，我国就曾经开展了木质纤维素稀酸常压、稀酸加压水解制乙醇的研究。酸常压、稀酸

36、加压水解制乙醇的研究。20世纪世纪80年代，年代，人们再度开始木质纤维素的水解新技术的研究，中国人们再度开始木质纤维素的水解新技术的研究，中国林科院林化所、山东大学、华东理工大学、沈阳农业林科院林化所、山东大学、华东理工大学、沈阳农业大学等先后开展了生物质水解制取乙醇工艺和设备的大学等先后开展了生物质水解制取乙醇工艺和设备的研究开发，重点对前处理工艺进行了研究，目前尚处研究开发，重点对前处理工艺进行了研究，目前尚处于研发阶段。于研发阶段。37沼气技术沼气技术v我国沼气的使用有较长历史，在发展中国家处于领先我国沼气的使用有较长历史，在发展中国家处于领先地位。近年来，全国沼气建设持续保持良好的发展

37、势地位。近年来，全国沼气建设持续保持良好的发展势头。头。v我国在生物质能转换技术的研究开发方面做了许多工我国在生物质能转换技术的研究开发方面做了许多工作，取得了明显的进步，但与发达国家相比还有差距。作，取得了明显的进步，但与发达国家相比还有差距。38目前生物质能利用技术的主要研究方向为：目前生物质能利用技术的主要研究方向为： v各种生物质能源转换技术；各种生物质能源转换技术；v生活垃圾能源的规模化利用与示范推广；生活垃圾能源的规模化利用与示范推广； v生物质热解液化的实用化技术，这是最主要的研究方向，生物质热解液化的实用化技术，这是最主要的研究方向，不但可以提供初级化工产品，而且可以减轻化石能

38、源枯不但可以提供初级化工产品，而且可以减轻化石能源枯竭带来的能源危机；竭带来的能源危机；沼气和热解气化的集中供气系统相关技术。沼气和热解气化的集中供气系统相关技术。生物质能开发利用前景生物质能开发利用前景396.2 生物质能转化技术生物质能转化技术生物质能生物质能转化技术转化技术物理转换技术物理转换技术化学转化技术化学转化技术生物转换技术生物转换技术406.2.1 物理转换技术物理转换技术v生物质物理转变主要指生物质物理转变主要指生物质固化生物质固化。v所谓生物质固化就是将生物质粉碎至一定的粒度，不添所谓生物质固化就是将生物质粉碎至一定的粒度，不添加粘接剂，在高压条件下，挤压成一定形状。加粘接

39、剂，在高压条件下，挤压成一定形状。v生物质固化解决了生物质能形状各异、堆积密度小且较生物质固化解决了生物质能形状各异、堆积密度小且较松散、运输和贮存使用不方便的问题，提高了生物质的松散、运输和贮存使用不方便的问题，提高了生物质的使用效率。使用效率。41生物质固化成型技术生物质固化成型技术v生物质利用所面临的问题主要有体积密度和能量密度低。生物质利用所面临的问题主要有体积密度和能量密度低。大多数生物质体积密度很低，大大低于煤炭的体积密度。大多数生物质体积密度很低，大大低于煤炭的体积密度。 体积密度体积密度v稻草稻草50kg/m3v稻谷壳稻谷壳122kg/m3v褐煤褐煤560600 kg/m3v烟

40、煤烟煤800900 kg/m3v无烟煤无烟煤14001900 kg/m3能量密度能量密度7000 kJ/kg（牛粪）（牛粪）21000kJ/kg（废弃木料）（废弃木料）煤炭的热值煤炭的热值褐煤到无烟煤热值范围褐煤到无烟煤热值范围为为2000033000kJ/kg。42v 提高生物质的体积、能量密度是生物质利用的重要研提高生物质的体积、能量密度是生物质利用的重要研究方向。目前采用的主要技术有究方向。目前采用的主要技术有打包打包、制作、制作生物质高压生物质高压成型块成型块以及制作以及制作生物质焦碳生物质焦碳。v打包的稻草体积密度可达打包的稻草体积密度可达7090kg/m3，热值可达，热值可达260

41、360kWh/m3v稻草的生物质高压成型块体密度更高达稻草的生物质高压成型块体密度更高达450-650 kg/m3，热值达热值达1800-2800 kWh/m3v制作生物质焦炭更能使生物质接近煤的体密度及热值，制作生物质焦炭更能使生物质接近煤的体密度及热值，并具有良好的研磨性并具有良好的研磨性43生物质生物质成型技术成型技术圆柱块状成型圆柱块状成型棒状成型棒状成型颗粒状成型颗粒状成型44v把一定粒度和干燥到一定程度的煤按一定的比例与生物质混把一定粒度和干燥到一定程度的煤按一定的比例与生物质混合，加入少量的固硫剂，压制成型就成为合，加入少量的固硫剂，压制成型就成为生物质型煤生物质型煤，这是，这是

42、生物质固化最有市场价值的技术之一。生物质固化最有市场价值的技术之一。v生物质固体燃料具有型煤和木柴的许多特点，可以在许多场生物质固体燃料具有型煤和木柴的许多特点，可以在许多场合替代煤和木柴作为燃料。目前，生物质固体燃料技术的研合替代煤和木柴作为燃料。目前，生物质固体燃料技术的研究在国内外已经达到较高的水平。究在国内外已经达到较高的水平。45生物质固化成型原理生物质固化成型原理v各种农林废弃物主要由各种农林废弃物主要由纤维素纤维素、半纤维素半纤维素和和木质素木质素组成。组成。v木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，是高分子物质

43、，在植物中的含量约为是高分子物质，在植物中的含量约为1530%。v木质素不是晶体，因而没有熔点但有软化点，当温度达到木质素不是晶体，因而没有熔点但有软化点，当温度达到70100时开始软化并有一定的黏度；当达到时开始软化并有一定的黏度；当达到200300时呈熔融状、黏度高，此时若施加一定的外力，可使它与纤时呈熔融状、黏度高，此时若施加一定的外力，可使它与纤维素紧密粘接，使植物体体积大幅度减小，密度显著增加。维素紧密粘接，使植物体体积大幅度减小，密度显著增加。即使取消外力，由于非弹性的纤维分子间的相互缠绕，使其即使取消外力，由于非弹性的纤维分子间的相互缠绕，使其仍能保持给定形状。冷却后强度进一步增

44、加，成为仍能保持给定形状。冷却后强度进一步增加，成为成型燃料成型燃料。46生物质压缩成型工艺生物质压缩成型工艺v压缩成型分为生物质压缩成型分为生物质收集收集、干燥干燥、粉碎粉碎、预压预压、加热加热、压缩压缩及及冷却冷却等步骤。等步骤。47生物质成型燃料特性生物质成型燃料特性v生物质燃料特性包括生物质燃料特性包括化学特性化学特性和和物理特性物理特性。v化学特性化学特性包括热值、含水率、灰分以及包括热值、含水率、灰分以及Cl、N、S、K和重金属含量；和重金属含量；v物理特性物理特性包括一些直观的特性。包括一些直观的特性。4849v生物质型煤生物质型煤是指破碎成一定粒度和干燥到一定程度的煤及是指破碎

45、成一定粒度和干燥到一定程度的煤及可燃生物质，按一定比例掺混，加入少量固硫剂，利用生可燃生物质，按一定比例掺混，加入少量固硫剂，利用生物质中的木质素、纤维素、半纤维素等的粘结与助燃作用，物质中的木质素、纤维素、半纤维素等的粘结与助燃作用，经高压成型机压制而成。经高压成型机压制而成。生物质型煤生物质型煤50v水分低、挥发分高；水分低、挥发分高；v在燃烧过程中，干燥、干馏的时间短，挥发分易析出，在燃烧过程中，干燥、干馏的时间短，挥发分易析出，容易着火和点燃，透气性好；容易着火和点燃，透气性好；v能够充分燃烧，并能改善煤炭燃烧冒黑烟的现象能够充分燃烧，并能改善煤炭燃烧冒黑烟的现象v固硫和降低烟尘生成量

46、固硫和降低烟尘生成量v成型强度高，便于贮存运输成型强度高，便于贮存运输生物质型煤特点生物质型煤特点51（1） 生物质型煤生产工艺生物质型煤生产工艺生物质型煤生产工艺主生物质型煤生产工艺主要由要由烘干烘干、粉碎粉碎、混合混合、高压成型高压成型等单元组成。等单元组成。生产过程一般是：生产过程一般是：首先将原煤和准备掺入首先将原煤和准备掺入的生物质分别进行烘干，的生物质分别进行烘干，将干燥后的原煤进行破将干燥后的原煤进行破碎，生物质则加以碾碎，碎，生物质则加以碾碎，磨成微细粉末。磨成微细粉末。然后将两者进行充分混合，此时可根据原煤和生物质的特然后将两者进行充分混合，此时可根据原煤和生物质的特性，视情

47、况加入适量的粘结剂和固硫剂。性，视情况加入适量的粘结剂和固硫剂。52燃料特性燃料特性 抗压强度抗压强度v抗压强度是生物质型煤各项机械性能指标中最直观、最抗压强度是生物质型煤各项机械性能指标中最直观、最有代表性的指标。有代表性的指标。v当煤料粒径小于当煤料粒径小于0.3mm时，生物质型煤的抗压强压强度时，生物质型煤的抗压强压强度会逐渐降低。所以，国内外对煤成型粒径一般均要求在会逐渐降低。所以，国内外对煤成型粒径一般均要求在3 mm以下。以下。53 点火性点火性v 生物质型煤比原煤可燃基挥发分有所提高，在点火生物质型煤比原煤可燃基挥发分有所提高，在点火的过程中，易燃的生物质率先点火放热，使生物质型

48、煤的过程中，易燃的生物质率先点火放热，使生物质型煤在短时间内升温迅速达到着火点，使不易点火的原煤也在短时间内升温迅速达到着火点，使不易点火的原煤也随之很快着火，而且随着生物质的迅速燃烧，在型煤中随之很快着火，而且随着生物质的迅速燃烧，在型煤中生物质燃料原来占有的体积迅速收缩，型煤中空出了许生物质燃料原来占有的体积迅速收缩，型煤中空出了许多孔道及空隙，使一个实心的球体变成了一个多孔道及空隙，使一个实心的球体变成了一个“多孔形多孔形球体球体”，这样就为氧气的渗透扩散创造了条件，所以点，这样就为氧气的渗透扩散创造了条件，所以点火能深入到球面表层下一定深度，形成稳定的点火燃烧。火能深入到球面表层下一定

49、深度，形成稳定的点火燃烧。v随着生物质加入量的增多，点火温度呈降低的趋势。随着生物质加入量的增多，点火温度呈降低的趋势。54 燃烧机理燃烧机理v生物质型煤在燃烧的过程中呈多孔球燃烧有利于氧向内和生物质型煤在燃烧的过程中呈多孔球燃烧有利于氧向内和燃烧产物向外的扩散，有利于加速传热传质和保证充分燃燃烧产物向外的扩散，有利于加速传热传质和保证充分燃烧，因而不会产生煤热解过程中因为局部供氧不充分发生烧，因而不会产生煤热解过程中因为局部供氧不充分发生的热解析碳冒烟现象。的热解析碳冒烟现象。v生物质型煤灰渣中残碳含量低，残余灰渣也难于粘结成块，生物质型煤灰渣中残碳含量低，残余灰渣也难于粘结成块，一般呈香烟

50、灰状，用手一捻即散。一般呈香烟灰状，用手一捻即散。v生物质型煤燃烧充分，能顺利的实现层状燃烧，使灰渣粘生物质型煤燃烧充分，能顺利的实现层状燃烧，使灰渣粘结成片造成通风不良的情况会有所改善。结成片造成通风不良的情况会有所改善。55 固硫特性固硫特性v生物质型煤在成型过程中，不仅加固硫剂氧化钙，而且加有生物质型煤在成型过程中，不仅加固硫剂氧化钙，而且加有机活性物质（如秸秆，锯木屑等），生物质型煤在燃烧过程机活性物质（如秸秆，锯木屑等），生物质型煤在燃烧过程中，随着温度的升高，由于这些有机生物质比煤先燃烧完，中，随着温度的升高，由于这些有机生物质比煤先燃烧完，碳化后留下空隙起到膨化疏松作用，使固硫剂

51、碳化后留下空隙起到膨化疏松作用，使固硫剂CaO颗粒内部颗粒内部不易发生烧结，甚至使孔隙率反而增加，增大了不易发生烧结，甚至使孔隙率反而增加，增大了SO2和和O2向向CaO颗粒内的扩散作用，提高了钙的利用率，又有利于固硫颗粒内的扩散作用，提高了钙的利用率，又有利于固硫反应中先生成的反应中先生成的CaSO3及时氧化成更耐高温分解的及时氧化成更耐高温分解的CaSO4，从而提高其固硫率。从而提高其固硫率。56v生物质型煤的燃烧过程表现为两个阶段：生物质型煤的燃烧过程表现为两个阶段：挥发分燃烧阶段挥发分燃烧阶段和和煤焦燃烧阶段煤焦燃烧阶段，生物质型煤在燃烧初期时生成的，生物质型煤在燃烧初期时生成的SO2

52、较少，较少，燃烧中后期生成的燃烧中后期生成的SO2较多。较多。v提高型煤固硫率的关键是固硫剂的制备，要求固硫剂有尽提高型煤固硫率的关键是固硫剂的制备，要求固硫剂有尽可能大的比表面积，反应活性尽可能高，同时要求固硫剂可能大的比表面积，反应活性尽可能高，同时要求固硫剂能耐较高的温度，并能使所生成的硫酸盐在高温下不易分能耐较高的温度，并能使所生成的硫酸盐在高温下不易分解。解。v在氧化钙固硫剂的基础上加入适当的添加剂可以改善固硫在氧化钙固硫剂的基础上加入适当的添加剂可以改善固硫效果。效果。57v利用生物质型煤技术可以提高工业锅炉热效率，削减污染物利用生物质型煤技术可以提高工业锅炉热效率，削减污染物排放

53、，减免除尘脱硫设备及其运行维护费用，节约能源；还排放，减免除尘脱硫设备及其运行维护费用，节约能源；还能有效的解决工业型煤需求量大与生产水平有限、技术不过能有效的解决工业型煤需求量大与生产水平有限、技术不过关的矛盾。关的矛盾。v生物质型煤技术使人类有可能实现工业化大规模的开发与利生物质型煤技术使人类有可能实现工业化大规模的开发与利用生物质能，使工、农、林业废弃物变废为宝，充分利用生用生物质能，使工、农、林业废弃物变废为宝，充分利用生物质能的可再生性，建立起可持续发展的能源系统，促进社物质能的可再生性，建立起可持续发展的能源系统，促进社会经济发展与生态环境改善的协调进行。会经济发展与生态环境改善的

54、协调进行。主要用途及存在的问题主要用途及存在的问题58v型煤燃烧的节煤率可达型煤燃烧的节煤率可达1012%。加入生物质后由于燃烧性。加入生物质后由于燃烧性能的改善，节煤效果会更好。若按能的改善，节煤效果会更好。若按20%的生物质加入量和的生物质加入量和10%的节煤率作估算，原煤和生物质的热值分别取的节煤率作估算，原煤和生物质的热值分别取17693和和10470 kJ/kg，则可削减，则可削减CO2 21.8%。v燃烧造孔作用既有利于型煤烧透，又有利于固硫反应中先生燃烧造孔作用既有利于型煤烧透，又有利于固硫反应中先生成的成的CaSO3及时氧化成更耐高温分解的及时氧化成更耐高温分解的CaSO4，从

55、而提高工，从而提高工业燃烧的固硫率。削减总率可达业燃烧的固硫率。削减总率可达70%。59v生物质型煤虽然在燃烧性能和环保节能上具有明显的优良生物质型煤虽然在燃烧性能和环保节能上具有明显的优良特性，但它的特性，但它的致命缺点致命缺点是是压块机械磨损严重，配套设施复压块机械磨损严重，配套设施复杂，使得一次性投资和成本都很高杂，使得一次性投资和成本都很高，目前还没有显著的经，目前还没有显著的经济优势。济优势。v技术和经济因素阻碍了它的商业化发展应用，使得生物质技术和经济因素阻碍了它的商业化发展应用，使得生物质固化技术目前还处于实验室研究和工业试生产阶段，还没固化技术目前还处于实验室研究和工业试生产阶

56、段，还没有形成规模产业。有形成规模产业。v以后的研究将主要集中在降低成本和提高固硫率上。以后的研究将主要集中在降低成本和提高固硫率上。606.2.2 化学转化技术化学转化技术生物质生物质化学转化技术化学转化技术直接燃烧技术直接燃烧技术气化技术气化技术热解与直接液化技术热解与直接液化技术61生物质直接燃烧技术生物质直接燃烧技术v生物质直接燃烧是生物质能最早被利用的传统生物质直接燃烧是生物质能最早被利用的传统方法，就是在不进行化学转化的情况下，将生方法，就是在不进行化学转化的情况下，将生物质直接作为燃料燃烧转换成能量的过程。燃物质直接作为燃料燃烧转换成能量的过程。燃烧过程所产生的能量主要用于发电或

57、者供热。烧过程所产生的能量主要用于发电或者供热。62v全世界有全世界有34个发展中国家的木质燃料和木炭消耗量达到个发展中国家的木质燃料和木炭消耗量达到全国总能耗的全国总能耗的70%以上。以上。v而且而且1999年全世界年全世界63%的木材收获量用作木质燃料，其的木材收获量用作木质燃料，其中发达国家为中发达国家为30%，发展中国家是，发展中国家是81%。v由此可见，燃用生物质燃料仍将是发展中国家的主要选由此可见，燃用生物质燃料仍将是发展中国家的主要选择。择。63v生物质的直接燃烧大致可分生物质的直接燃烧大致可分炉灶燃烧炉灶燃烧、锅炉燃烧锅炉燃烧、垃圾焚烧垃圾焚烧等情况。等情况。v直接燃烧过程通常

58、热效率非常低，为此，研究开发工作主要直接燃烧过程通常热效率非常低，为此，研究开发工作主要是着重于提高直接燃烧的热效率。是着重于提高直接燃烧的热效率。v锅炉燃烧采用了现代化的锅炉技术，适用于大规模利用生物锅炉燃烧采用了现代化的锅炉技术，适用于大规模利用生物质，它的主要优点是效率高，并且可实现工业化生产。缺点质，它的主要优点是效率高，并且可实现工业化生产。缺点是投资高，而且不适于分散的小规模利用，是投资高，而且不适于分散的小规模利用，生物质必须相对生物质必须相对比较集中才能采用本技术。比较集中才能采用本技术。 v垃圾焚烧也采用锅炉技术处理垃圾，但技术更高，投资更大，垃圾焚烧也采用锅炉技术处理垃圾，

59、但技术更高，投资更大，从能量利用的角度，它也必须规模较大才比较合理。从能量利用的角度，它也必须规模较大才比较合理。64生物质直接燃烧和发电生物质直接燃烧和发电v美国在这方面的工作比较先进，相关的发电装机容量已达美国在这方面的工作比较先进，相关的发电装机容量已达750万万kW。v电站的燃料构成为电站的燃料构成为废木材废木材77%、城市垃圾城市垃圾18%、从农副业残、从农副业残物中制取的物中制取的煤气煤气4%和和沼气沼气1%。v虽然废木材等的发热量稍低，但材质均匀、燃烧容易控制，虽然废木材等的发热量稍低，但材质均匀、燃烧容易控制，而且烟气干净不需处理，灰渣（可用于改良土壤）少。而且烟气干净不需处理

60、，灰渣（可用于改良土壤）少。v由于受废木材等收集不便的限制，目前电厂规模多在由于受废木材等收集不便的限制，目前电厂规模多在57.5万万kW之间。之间。65生物质气化技术生物质气化技术v生物质气化是指将固体燃料转化为气体燃料的热化学过生物质气化是指将固体燃料转化为气体燃料的热化学过程。程。v该过程是直接向生物质通气化剂（空气、氧气或水蒸该过程是直接向生物质通气化剂（空气、氧气或水蒸汽），汽），生物质在缺氧的条件下转变为小分子可燃气体的生物质在缺氧的条件下转变为小分子可燃气体的过程过程。所用气化剂不同，得到的气体燃料也不同。所用气化剂不同，得到的气体燃料也不同。v目前应用最广的是用目前应用最广的是