新能源技术-生物质能 樊

1、第第7章章 生物质能发电生物质能发电生物质能的形式及其利生物质能的形式及其利用用 1 1、生物质的概念生物质的概念 生物质生物质：指有机物中除化石燃料外的所有来源于动：指有机物中除化石燃料外的所有来源于动物、植物和微生物的物质，包括动物、植物、微生物以物、植物和微生物的物质，包括动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物。及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物。 生物质是地球上存在最广泛的物质，而且可以随着生物质是地球上存在最广泛的物质，而且可以随着生物的繁衍生长而不断再生。生物的繁衍生长而不断再生。2 2、生物质的来源、生物质的来源（1 1）农林作业和加工的废弃物（秸秆、谷壳等）

2、农林作业和加工的废弃物（秸秆、谷壳等）（2 2）专门培养的农林作物）专门培养的农林作物（3 3）动物粪便）动物粪便（4 4）城市垃圾）城市垃圾（5 5）有机废水）有机废水3 3、生物质能及其特点、生物质能及其特点 生物质能：生物质能：蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而固定和贮存在生物质过叶绿素将太阳能转化为化学能而固定和贮存在生物质内部的能量。内部的能量。生物质能产生和利用过程构成了一个生物质能产生和利用过程构成了一个COCO2 2的闭路循环。即的闭路循环。即OHOCHOHCO2222 叶绿素太阳能热量燃烧22COOCHOCH2是

3、生物质生长过程中吸收的碳水化合是生物质生长过程中吸收的碳水化合物的总称。物的总称。 当上述两个反应的当上述两个反应的COCO2 2达到平衡达到平衡时，将对缓解日趋严重的温室气体时，将对缓解日趋严重的温室气体效应产生重要影响。效应产生重要影响。（1 1）可循环再生）可循环再生（2 2）可存储和运输）可存储和运输（3 3）资源分散）资源分散（4 4）大多来自废物）大多来自废物作为一种能源资源，生物质能具有如下特点：作为一种能源资源，生物质能具有如下特点：生物质能转换技术生物质能转换技术燃烧燃烧电力电力高压蒸汽高压蒸汽热裂解热裂解油油 气气 碳碳气气 化化低低 中热值中热值加氢气化加氢气化甲烷甲烷

4、乙烷乙烷 碳碳干化学转化干化学转化 化学降解化学降解酒精发酵酒精发酵厌氧消化厌氧消化油油乙醇乙醇甲烷甲烷液化转化液化转化压缩成型压缩成型 成型燃料成型燃料4 4、生物质燃烧技术生物质燃烧技术 直接燃烧生物质是人类最早利用能源直接燃烧生物质是人类最早利用能源的形式，至今仍在大量应用，特别在发展中国家，仍是的形式，至今仍在大量应用，特别在发展中国家，仍是主要一次能源，最高比例可以占到全部能源量的主要一次能源，最高比例可以占到全部能源量的90%90%以上。以上。今天在生物质资源丰富地区利用生物质燃烧技术发电电今天在生物质资源丰富地区利用生物质燃烧技术发电电仍是利用生物质的一种简单有效方式。利用现代锅

5、炉燃仍是利用生物质的一种简单有效方式。利用现代锅炉燃烧技术，可以大规模地处理生物质，产生的蒸汽可以发烧技术，可以大规模地处理生物质，产生的蒸汽可以发电、供暖等。产生的污染物和大气排放也远低于传统的电、供暖等。产生的污染物和大气排放也远低于传统的生物质燃烧方式，热效率与传统化石燃料技术相当。主生物质燃烧方式，热效率与传统化石燃料技术相当。主要缺点是未能充分利用生物质中化学物质资源，目前大要缺点是未能充分利用生物质中化学物质资源，目前大规模直接燃烧也仅限于农业和林业废弃物。规模直接燃烧也仅限于农业和林业废弃物。热解热解是指在隔绝空气或通入少量空气的条件下，利用热能切是指在隔绝空气或通入少量空气的条

6、件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转变为低分子物质的热化断生物质大分子中的化学键，使之转变为低分子物质的热化学反应。热解产物包括醋酸、甲醇、木焦油抗聚剂、木馏油学反应。热解产物包括醋酸、甲醇、木焦油抗聚剂、木馏油和木炭等。和木炭等。气化气化 是用气化剂（空气、水蒸汽或氧）在高温条件下通过是用气化剂（空气、水蒸汽或氧）在高温条件下通过热化学反应将生物质中可燃部分转化为可燃气体（一氧化碳、热化学反应将生物质中可燃部分转化为可燃气体（一氧化碳、氢气、甲烷），转化产物可以直接燃烧，也可以作为化工原氢气、甲烷），转化产物可以直接燃烧，也可以作为化工原料。料。液化液化 经过一系列的化学加工过程

7、，使生物质转化成液体燃经过一系列的化学加工过程，使生物质转化成液体燃料（主要是汽油、柴油等）。料（主要是汽油、柴油等）。酯化酯化 将植物油与甲醇或乙醇在催化剂作用下转化成生物柴将植物油与甲醇或乙醇在催化剂作用下转化成生物柴油和甘油。油和甘油。生物法气化生物法气化 依靠微生物或酶的作用，在沼气池内将生物质依靠微生物或酶的作用，在沼气池内将生物质转化成沼气（主要成分为甲烷）和其他有用的有机质。可转化成沼气（主要成分为甲烷）和其他有用的有机质。可以处理大量的农业废弃物，牲畜粪便，生活污水，工业有以处理大量的农业废弃物，牲畜粪便，生活污水，工业有机废水，垃圾等。沼气可以用于发电和生活用气，是目前机废水

8、，垃圾等。沼气可以用于发电和生活用气，是目前最理想的生物质能利用形式之一。既处理了废弃物又获得最理想的生物质能利用形式之一。既处理了废弃物又获得了宝贵的能源，具有很好的环境综合效应。了宝贵的能源，具有很好的环境综合效应。生物法液化生物法液化 依靠微生物或酶的作用，在发酵池内从生物质依靠微生物或酶的作用，在发酵池内从生物质内生产出乙醇（酒精），乙醇可以与汽油参混，形成汽油内生产出乙醇（酒精），乙醇可以与汽油参混，形成汽油醇，部分代替汽油，同时改善汽车的排放指标。生产乙醇醇，部分代替汽油，同时改善汽车的排放指标。生产乙醇的生物质可以是一些能源作物，甘蔗渣、陈化粮等。的生物质可以是一些能源作物，甘蔗

9、渣、陈化粮等。5 5、生物质燃料、生物质燃料 生物质直接燃烧过程包括预热、干燥、析出挥发分生物质直接燃烧过程包括预热、干燥、析出挥发分和焦炭燃烧等阶段。和焦炭燃烧等阶段。生物质表面的可燃物被引燃之后，温度生物质表面的可燃物被引燃之后，温度逐渐升高，生物质中的水分逐渐被蒸发。干燥的生物质继续吸热逐渐升高，生物质中的水分逐渐被蒸发。干燥的生物质继续吸热增温，发生分解，析出的挥发分和空气混合，形成具有一定浓度增温，发生分解，析出的挥发分和空气混合，形成具有一定浓度的挥发分与氧气的混合物。若温度和浓度都满足特定条件，挥发的挥发分与氧气的混合物。若温度和浓度都满足特定条件，挥发分也起火燃烧。表面燃烧所放

10、出的热能逐渐积聚，通过传导和辐分也起火燃烧。表面燃烧所放出的热能逐渐积聚，通过传导和辐射向生物质内层扩散，从而使内层挥发分析出，继续与氧气混合射向生物质内层扩散，从而使内层挥发分析出，继续与氧气混合燃烧，并放出大量的热量。此时，生物质中剩下的焦炭被挥发分燃烧，并放出大量的热量。此时，生物质中剩下的焦炭被挥发分包围，其表面不易与氧气接触，难以燃烧，因而不断产生灰分，包围，其表面不易与氧气接触，难以燃烧，因而不断产生灰分，把剩余的焦炭包裹，妨碍它继续燃烧。可适当加以搅动或加强通把剩余的焦炭包裹，妨碍它继续燃烧。可适当加以搅动或加强通风，促进剩余焦炭的燃烧，减少灰渣中残留的炭。风，促进剩余焦炭的燃烧

11、，减少灰渣中残留的炭。（1 1）固体生物质燃料）固体生物质燃料a.a.生物质直接燃烧生物质直接燃烧 含碳量少，能量密度低，燃烧时间短；含碳量少，能量密度低，燃烧时间短； 多为碳氢化合物，受热分解后挥发分多，需充分利用；多为碳氢化合物，受热分解后挥发分多，需充分利用； 含氧量多，易点燃，不需太多氧气供应；含氧量多，易点燃，不需太多氧气供应； 密度小，容易充分燃尽，灰渣中残留的碳量小；密度小，容易充分燃尽，灰渣中残留的碳量小； 松散、体积大、不便运输。松散、体积大、不便运输。与煤炭相比，固态生物质燃料的特点：与煤炭相比，固态生物质燃料的特点： 将木质素充当粘合剂，将松散的秸秆、树枝和木屑等将木质素

12、充当粘合剂，将松散的秸秆、树枝和木屑等农林废弃物挤压成特定形状的固体燃料，可提高其能量密农林废弃物挤压成特定形状的固体燃料，可提高其能量密度，改善燃烧性能。度，改善燃烧性能。 固体成形燃料能源密度相当于中等烟煤，热值显著提固体成形燃料能源密度相当于中等烟煤，热值显著提高，便于储存和运输，并保持了生物质挥发性高、易着火高，便于储存和运输，并保持了生物质挥发性高、易着火燃烧、灰分及含硫量低、燃烧产生污染物较少等优点，是燃烧、灰分及含硫量低、燃烧产生污染物较少等优点，是一种不可多得的清洁商业燃料。一种不可多得的清洁商业燃料。b.b.固体成形燃料固体成形燃料 可燃烧的生物质气化后产生可燃性混合气体，称

13、为可燃烧的生物质气化后产生可燃性混合气体，称为生生物质燃气物质燃气。生物质燃气主要成分有。生物质燃气主要成分有COCO、H H2 2、CHCH4 4等可燃气等可燃气体，与体，与“煤气煤气”大致相同，俗称大致相同，俗称“木煤气木煤气”。（2 2）气体生物质燃料）气体生物质燃料a.a.木煤气木煤气 沼气的主要成分是沼气的主要成分是CHCH4 4、COCO2 2等。甲烷的热值很高，完等。甲烷的热值很高，完全燃烧时仅生成二氧化碳和水，是一种清洁燃料。沼液、全燃烧时仅生成二氧化碳和水，是一种清洁燃料。沼液、沼渣是优质的有机绿色肥料。沼渣是优质的有机绿色肥料。b.b.沼气沼气 沼气池要密封（隔绝空气、不透

14、气、不渗水）；沼气池要密封（隔绝空气、不透气、不渗水）； 要维持要维持20-4020-40； 要有充足的养分，供给微生物用于生存和繁殖；要有充足的养分，供给微生物用于生存和繁殖； 发酵原料要含适量水，一般要求含水发酵原料要含适量水，一般要求含水80%80%左右；左右； 沼气池的沼气池的PHPH值一般控制在值一般控制在7-8.57-8.5。沼气池必须符合多种条件：沼气池必须符合多种条件： 农村户用小型沼气技农村户用小型沼气技术已比较成熟。正常情术已比较成熟。正常情况下，这种家用沼气池况下，这种家用沼气池在中国南方可年产沼气在中国南方可年产沼气250300m3，提供一个，提供一个农户农户810个月

15、的生活燃个月的生活燃料。料。 图图6-11 6-11 水压式沼气池结构水压式沼气池结构 1进料口进料口 20压水位压水位 3输出阀门输出阀门 4盖板盖板 5溢流口溢流口 6贮留室贮留室 7水压箱水压箱 8渗井渗井 9发酵室发酵室 10贮气室贮气室 乙醇通常由淀粉质原料、糖质原料、纤维素原料等经乙醇通常由淀粉质原料、糖质原料、纤维素原料等经发酵、蒸馏后制成。乙醇进一步脱水（使乙醇含量达发酵、蒸馏后制成。乙醇进一步脱水（使乙醇含量达99.6%99.6%以上）再加上适量的变性剂即可制成燃料乙醇。以上）再加上适量的变性剂即可制成燃料乙醇。 乙醇燃烧热值高，是一种优质的液体燃料。其生产成乙醇燃烧热值高，

16、是一种优质的液体燃料。其生产成本与汽油、柴油大致相当，产生的环境污染却很少。生物本与汽油、柴油大致相当，产生的环境污染却很少。生物燃料乙醇在燃烧过程中排放的二氧化碳和含硫气体均低于燃料乙醇在燃烧过程中排放的二氧化碳和含硫气体均低于汽油燃料。汽油燃料。 （3 3）液体生物质燃料）液体生物质燃料 a. a.燃料乙醇燃料乙醇 植物油是指利用野生或人工种植的含油植物的果植物油是指利用野生或人工种植的含油植物的果实、叶、茎，经过压榨、提取、萃取和精炼等处理得实、叶、茎，经过压榨、提取、萃取和精炼等处理得到的油料。到的油料。 植物油的热值只比柴油的稍小。无论单独使用还植物油的热值只比柴油的稍小。无论单独使

17、用还是和柴油混合，植物油都可以在柴油机里面直接燃烧。是和柴油混合，植物油都可以在柴油机里面直接燃烧。b.b.植物油植物油 生物柴油是指来自生物质的原料油经过一系列加工生物柴油是指来自生物质的原料油经过一系列加工处理过程制成的液体燃料。处理过程制成的液体燃料。 制取生物柴油的原料，包括植物油脂、动物油脂、制取生物柴油的原料，包括植物油脂、动物油脂、废弃食用油等。生物柴油生产技术以化学法为主，即原废弃食用油等。生物柴油生产技术以化学法为主，即原料油与甲醇或乙醇在酸、碱或生物酶等催化剂作用下进料油与甲醇或乙醇在酸、碱或生物酶等催化剂作用下进行酯交换反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯燃料油。行酯交换反应

18、，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯燃料油。 生物柴油是汽油、柴油的优质代用燃料，可替代柴生物柴油是汽油、柴油的优质代用燃料，可替代柴油单独使用，又可以一定比例与柴油混合使用。生物柴油单独使用，又可以一定比例与柴油混合使用。生物柴油的燃点是柴油的两倍，使用、处理、运输和储藏都更油的燃点是柴油的两倍，使用、处理、运输和储藏都更为安全。为安全。c.c.生物柴油生物柴油生物质能发电技术生物质能发电技术 由于电能具有清洁、易传输、易使用等优良特性，由于电能具有清洁、易传输、易使用等优良特性，只要提供电能，几乎所有的设备都可以满足各自的需只要提供电能，几乎所有的设备都可以满足各自的需要。因而生物质能除了直接转化

19、成热能供消费外，最要。因而生物质能除了直接转化成热能供消费外，最终消费形式还是以转化成电能为主。生物质能的发电终消费形式还是以转化成电能为主。生物质能的发电包括包括生物质直接燃烧发电、生物质汽化发电、沼气发生物质直接燃烧发电、生物质汽化发电、沼气发电、垃圾焚烧发电电、垃圾焚烧发电等。等。1 1、生物质能发电产业的发展概况、生物质能发电产业的发展概况 1991 1991年，在瑞典瓦那茂兴建了世界上第一座生物年，在瑞典瓦那茂兴建了世界上第一座生物质汽化燃气轮机质汽化燃气轮机/ /发电机发电机汽轮机汽轮机/ /发电机联合发电厂，发电机联合发电厂，净发电量达净发电量达6MW6MW. .h h，净供热量

20、达，净供热量达9MW9MW，系统总效率达到，系统总效率达到80%80%以上。以上。 截至截至20112011年，全世界生物质能发电装机容量已达年，全世界生物质能发电装机容量已达50005000万万kWkW，年发电量约为，年发电量约为25002500亿亿kWkW. .h h，可替代，可替代90009000万万t t标准煤，是风电、光电、地热等可再生能源发电量标准煤，是风电、光电、地热等可再生能源发电量的总和。的总和。 芬兰是欧盟国家中利用生物质能发电最成功的国芬兰是欧盟国家中利用生物质能发电最成功的国家之一，目前生物质能发电量占本国发电量的家之一，目前生物质能发电量占本国发电量的11%11%。a

21、.a.国外生物质能发电产业的发展状况国外生物质能发电产业的发展状况 20032003年，山东省十里泉热电厂部分引进丹麦生年，山东省十里泉热电厂部分引进丹麦生物质发电技术，投资约物质发电技术，投资约80008000多万对该厂多万对该厂410t/h410t/h煤粉煤粉锅炉进行改造，掺烧约锅炉进行改造，掺烧约2020的小麦秸秆并于次年年的小麦秸秆并于次年年初成功投入运行。初成功投入运行。20042004年年8 8月，国家发改委分别批准月，国家发改委分别批准了山东单县和河北晋州秸秆发电项目，该两个项目了山东单县和河北晋州秸秆发电项目，该两个项目分别于分别于20062006年底和年底和20072007年

22、初投入试运。水电水利规年初投入试运。水电水利规划设计总院和国家可再生能源信息管理中心发布了划设计总院和国家可再生能源信息管理中心发布了20132013中国生物质发电建设统计报告中国生物质发电建设统计报告，报告显示，报告显示，截至截至20132013年底，除青海省、宁夏回族自治区、西藏年底，除青海省、宁夏回族自治区、西藏自治区以外，全国已经有自治区以外，全国已经有2828个省（市、区）开发了个省（市、区）开发了生物质能发电项目。生物质能发电项目。b.b.我国生物质能发电产业的发展状况我国生物质能发电产业的发展状况 全国累计核准容量达到全国累计核准容量达到12226.2112226.21兆瓦，其中

23、并网兆瓦，其中并网容量容量7790.017790.01兆瓦，占核准容量的兆瓦，占核准容量的63.72%63.72%。江苏省、。江苏省、山东省生物质发电累计核准容量分别为山东省生物质发电累计核准容量分别为13951395兆瓦、兆瓦、13761376兆瓦，分别占全国累计核准容量的兆瓦，分别占全国累计核准容量的11.42%11.42%、11.27%11.27%，居全国前两位。核准容量排在三至六位的，居全国前两位。核准容量排在三至六位的是湖北省、浙江省、黑龙江省、吉林省，六省累计是湖北省、浙江省、黑龙江省、吉林省，六省累计核准容量占全国总核准容量的核准容量占全国总核准容量的50.08%50.08%。

24、从生物质发电技术类型看，农林生物质直接燃烧从生物质发电技术类型看，农林生物质直接燃烧发电总并网容量为发电总并网容量为4195.34195.3兆瓦，占比兆瓦，占比53.85%53.85%；垃圾；垃圾焚烧发电总并网容量焚烧发电总并网容量3400.293400.29兆瓦，占比兆瓦，占比43.65%43.65%；沼；沼气发电并网容量气发电并网容量194.42194.42兆瓦，占比兆瓦，占比2.5%2.5%。 2013 2013年全国农林生物质发电单位千瓦动态投资年全国农林生物质发电单位千瓦动态投资额约为额约为8000-100008000-10000元，平均元，平均91609160元。全国垃圾焚烧发元。

25、全国垃圾焚烧发电平均单位千瓦投资额约为电平均单位千瓦投资额约为15000-2000015000-20000元，平均元，平均1776317763元。沼气发电单位千瓦投资额约为元。沼气发电单位千瓦投资额约为10000-1700010000-17000元，平均元，平均1301513015元。元。 据不完全统计，截至据不完全统计，截至20132013年底，生物质发电累计年底，生物质发电累计并网容量排在前十位的企业依次是武汉凯迪、国网国并网容量排在前十位的企业依次是武汉凯迪、国网国能、国电集团、光大国际、上海城投、中节能、深圳能、国电集团、光大国际、上海城投、中节能、深圳市能源环保、广东粤电、河北建设、

26、厦门创冠市能源环保、广东粤电、河北建设、厦门创冠 。 2013 2013年全国农林生物质发电单位千瓦动态投资年全国农林生物质发电单位千瓦动态投资额约为额约为8000-100008000-10000元，平均元，平均91609160元。全国垃圾焚烧发元。全国垃圾焚烧发电平均单位千瓦投资额约为电平均单位千瓦投资额约为15000-2000015000-20000元，平均元，平均1776317763元。沼气发电单位千瓦投资额约为元。沼气发电单位千瓦投资额约为10000-1700010000-17000元，平均元，平均1301513015元。元。 据不完全统计，截至据不完全统计，截至20132013年底，

27、生物质发电累计年底，生物质发电累计并网容量排在前十位的企业依次是武汉凯迪、国网国并网容量排在前十位的企业依次是武汉凯迪、国网国能、国电集团、光大国际、上海城投、中节能、深圳能、国电集团、光大国际、上海城投、中节能、深圳市能源环保、广东粤电、河北建设、厦门创冠市能源环保、广东粤电、河北建设、厦门创冠 。山东生物质发电项目一览表山东生物质发电项目一览表项目名称项目名称规模规模地址地址建设进度建设进度济济宁宁1 1汶上生物质发电项目汶上生物质发电项目25MW25MW汶上县郭仓乡汶上县郭仓乡报批立项报批立项2 2梁山县生物质能发电项目梁山县生物质能发电项目24MW24MW梁山经济开发区梁山经济开发区在

28、建在建枣枣庄庄3 3山东丰源通力生物质发电山东丰源通力生物质发电有限公司有限公司25MW25MW枣庄市峄城区枣庄市峄城区在建在建临临沂沂4 4汇丰生物质发电有限公司汇丰生物质发电有限公司2 275t/h+15MW75t/h+15MW临沂市罗庄区盛庄临沂市罗庄区盛庄环评环评5 5国能临沂生物质能电厂国能临沂生物质能电厂30MW30MW临沂市河东区临沂市河东区已核准已核准菏菏泽泽6 6国能单县生物质发电项目国能单县生物质发电项目25MW25MW单县经济技术开发区单县经济技术开发区运行中运行中7 7国能巨野生物质发电项目国能巨野生物质发电项目2 212MW12MW菏泽市巨野县菏泽市巨野县运行中运行中

29、聊聊城城8 8国电聊城生物质发电项目国电聊城生物质发电项目2 275 +275 +21515聊城冠县定远寨乡聊城冠县定远寨乡运行中运行中9 9莘县广潮生物质发电莘县广潮生物质发电2 215MW15MW莘县东环北路莘县东环北路已核准已核准泰安泰安1111国能宁阳县生物秸秆发电项目国能宁阳县生物秸秆发电项目2 212MW12MW宁阳县伏山镇宁阳县伏山镇在建在建德州德州1212国电乐陵生物质发电项目国电乐陵生物质发电项目30MW30MW乐陵市开发区乐陵市开发区计划动工计划动工1313山东三融集团生物质发电山东三融集团生物质发电30MW30MW夏津县经济开发区夏津县经济开发区在建在建1414山东汉源绿

30、色能源公司山东汉源绿色能源公司50MW50MW平原县开发区东区平原县开发区东区在建在建东营东营1515胜园生物质能热电项目胜园生物质能热电项目2 225MW25MW东营胜利工业园东营胜利工业园施工准备施工准备1616国能垦利生物质发电公司国能垦利生物质发电公司25MW25MW垦利县西郊垦利县西郊运行中运行中滨州滨州1717山东京能生物质发电公司山东京能生物质发电公司2 212MW12MW无棣县柳堡乡无棣县柳堡乡运行中运行中1818中电环宇生物质能热电中电环宇生物质能热电75t/h+6MW75t/h+6MW滨州市博兴县滨州市博兴县运行中运行中1919阳信生物质能热电项目阳信生物质能热电项目75t

31、/h+12MW75t/h+12MW滨州市阳信县滨州市阳信县在建在建淄博淄博2020山东丽村热电有限公司山东丽村热电有限公司75t/h+15MW75t/h+15MW高青县田镇高青县田镇核准中核准中济济南南2121山东禾维济阳生物质发电山东禾维济阳生物质发电2 275t/h+15MW75t/h+15MW济阳县城北济阳县城北在建在建2222济南玮泉生物发电工程济南玮泉生物发电工程130t/h+30MW130t/h+30MW平阴县西南平阴县西南环评环评潍潍坊坊2323安丘盛源热电安丘盛源热电2 215MW15MW安丘市市区西南安丘市市区西南备案核准备案核准2424国能诸城生物质能电厂国能诸城生物质能电

32、厂2 212MW12MW潍坊市诸城县潍坊市诸城县报批可研报批可研2525华潍热电有限公司华潍热电有限公司35MW35MW潍坊市高新区潍坊市高新区在建在建2626昌邑安利兴生物质发电厂昌邑安利兴生物质发电厂2 212+212+27575昌邑市沿海开发区昌邑市沿海开发区投产投产2727山东高密生物质发电项目山东高密生物质发电项目25MW25MW潍坊市高密市潍坊市高密市签约签约2 2、生物质直接燃烧发电技术、生物质直接燃烧发电技术 生物质直接燃烧发电是指把生物质原料送生物质直接燃烧发电是指把生物质原料送入适合生物质燃烧的特定锅炉中直接燃烧，产入适合生物质燃烧的特定锅炉中直接燃烧，产生蒸汽带动蒸汽轮机

33、及发电机发电。生蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电。 生物质直接燃烧发电的关键技术包括生物质直接燃烧发电的关键技术包括原料原料预处理，生物质锅炉防腐，提高生物质锅炉的预处理，生物质锅炉防腐，提高生物质锅炉的多种原料适用性及燃烧效率、蒸汽轮机效率等多种原料适用性及燃烧效率、蒸汽轮机效率等技术。技术。a.a.单燃生物直燃技术单燃生物直燃技术 秸秆等生物质与常规燃料的区别：秸秆等生物质与常规燃料的区别：秸秆的含水量秸秆的含水量较大，约为较大，约为20%20%，是常规燃料的，是常规燃料的8 8 1010倍；倍；秸秆的堆积密秸秆的堆积密度小；度小；燃尽时间较长。燃尽时间较长。b.b.生物质与煤混合直燃技术生物

34、质与煤混合直燃技术 两种混合燃烧方式。技术优势：两种混合燃烧方式。技术优势：廉价、低风险；廉价、低风险；煤粉发电效率高，可达煤粉发电效率高，可达35%35%以上；以上；可降低电厂的可降低电厂的SOSO2 2和和NONO2 2及及COCO2 2的排放。的排放。3 3、生物质汽化发电技术、生物质汽化发电技术 生物质在汽化炉中气化生成含氢、一氧化生物质在汽化炉中气化生成含氢、一氧化碳和低分子烃类的可燃气体，经过净化后驱动碳和低分子烃类的可燃气体，经过净化后驱动内燃机或小型燃气轮机发电。内燃机或小型燃气轮机发电。 根据燃气发电设备的不同，生物质汽化发根据燃气发电设备的不同，生物质汽化发电有以下几种发电

35、方式。电有以下几种发电方式。生物质汽化发电方式生物质汽化发电方式内燃机工作原理内燃机工作原理燃气轮机工作原理燃气轮机工作原理生物质发电生物质发电- -规模与发电机选择规模与发电机选择生物质生物质 Direct Combustion内燃机内燃机电能电能生物质生物质IGCC燃气轮机电能电能生物质生物质电能电能IGCC=10-15=25-35=35-45规模规模200KW200KW200KW200KW规模规模1MW1MW1MW1MW规模规模4 4、沼气发电技术与控制策略、沼气发电技术与控制策略a.a.沼气燃烧发电沼气燃烧发电沼气燃烧发电类型沼气燃烧发电类型沼气燃烧发电类型沼气燃烧发电类型 从图中可见

36、，在从图中可见，在40004000 kW kW 以下的功率范围内，采用内以下的功率范围内，采用内燃机具有较高的利用效率。相对燃煤、燃油发电来说，沼燃机具有较高的利用效率。相对燃煤、燃油发电来说，沼气发电的特点是功率小，对于这种类型的发电动力设备，气发电的特点是功率小，对于这种类型的发电动力设备，国际上普遍采用内燃机发电机组进行发电，否则在经济性国际上普遍采用内燃机发电机组进行发电，否则在经济性上不可行。上不可行。不同动力设备的能量利用率不同动力设备的能量利用率 在沼气可以满足在沼气可以满足锅炉燃烧要求时，采锅炉燃烧要求时，采用由沼气供气的方式；用由沼气供气的方式；当沼气不能满足锅炉当沼气不能满

37、足锅炉燃烧要求时，切换至燃烧要求时，切换至天然气供气方式。这天然气供气方式。这种方式是共用了一个种方式是共用了一个燃烧器，即采用一拖燃烧器，即采用一拖二的方式使两种气源二的方式使两种气源合用一个燃烧控制器。合用一个燃烧控制器。 沼气与天然气双气源锅炉沼气与天然气双气源锅炉 b.b.沼气燃料电池发电沼气燃料电池发电 沼气燃料电池沼气燃料电池是将沼气化学能转换为电能的一种装置，是将沼气化学能转换为电能的一种装置，它所用的它所用的“燃料燃料”并不燃烧，而是直接产生电能。并不燃烧，而是直接产生电能。 燃料处理单元燃料处理单元发电单元发电单元电流转换单元电流转换单元沼气燃料电池系统的组成沼气燃料电池系统

38、的组成: : 燃料处理单元燃料处理单元 该单元主要部件是改质器，它以镍为催化该单元主要部件是改质器，它以镍为催化剂，将甲烷转化为氢气，反应过程如下剂，将甲烷转化为氢气，反应过程如下 （参与反应的水蒸汽（参与反应的水蒸汽来自发电单元）来自发电单元） 422223( )7NiCHH O gHCOCO 为了降低为了降低CO的浓度，在铜和锌的催化作用下，混合气体的浓度，在铜和锌的催化作用下，混合气体在改质器后的变成器中得到进一步的改良，反应式如式在改质器后的变成器中得到进一步的改良，反应式如式 ,222227( )82Cu ZnHCOCOH O gHCO 发电单元发电单元 发电单元基本部件由两个电极和

39、电解质组成，发电单元基本部件由两个电极和电解质组成，氢气和氧化剂氢气和氧化剂(O2)在两个电极上进行电化学反应，电解质则构在两个电极上进行电化学反应，电解质则构成电池的内回路。电解质可采用磷酸，其发电效率虽然较低，成电池的内回路。电解质可采用磷酸，其发电效率虽然较低，但温度低但温度低(约约200)。在磷酸电解质中，电池反应为。在磷酸电解质中，电池反应为 +2(g)2+2eHH +221(g)+2+2e22OHH O 阳极阳极阴极阴极沼气燃料电池（磷酸型燃料电池）工作原理沼气燃料电池（磷酸型燃料电池）工作原理 电流转换系统电流转换系统 主要任务是把直流电转换为交流电，供交主要任务是把直流电转换为

40、交流电，供交流负载使用还可以实现并网供电。流负载使用还可以实现并网供电。 沼气燃料电池所用的沼气，其纯度要求较高，要求甲烷沼气燃料电池所用的沼气，其纯度要求较高，要求甲烷的浓度（体积分数）在的浓度（体积分数）在90%90%以上，其他成分如以上，其他成分如COCO2 2、H H2 2S S等对燃等对燃料电池有不利影响，必须对沼气进行提纯。双塔式吸收法是料电池有不利影响，必须对沼气进行提纯。双塔式吸收法是沼气提纯的一种简单而有效的方法，装置如下图所示。沼气提纯的一种简单而有效的方法，装置如下图所示。 这种装置具有组成简单、成本低、操作简便的特点。这种装置具有组成简单、成本低、操作简便的特点。第第一

41、吸收塔一吸收塔用处理水吸收大部分用处理水吸收大部分COCO2 2和和H H2 2S S，第二吸收塔第二吸收塔用用NaOHNaOH水溶液溶解吸收，这样可节省水溶液溶解吸收，这样可节省NaOHNaOH的用量。用此装置提纯沼的用量。用此装置提纯沼气，气，CHCH4 4的回收率高，系统运行稳定可靠。的回收率高，系统运行稳定可靠。 双塔式吸收法提纯沼气双塔式吸收法提纯沼气 围绕着提高沼气燃烧发电或沼气燃料电池的转化效率围绕着提高沼气燃烧发电或沼气燃料电池的转化效率， 沼气发动机要解决的核心问题是沼气的净化处理沼气发动机要解决的核心问题是沼气的净化处理和混合。和混合。 1 1）沼气的净化处理）沼气的净化处

42、理 沼气中含有微量水分和沼气中含有微量水分和H H2 2S S等腐蚀性介质，这些有害等腐蚀性介质，这些有害成分对输气管道和发动机部件产生腐蚀，影响发动机的正成分对输气管道和发动机部件产生腐蚀，影响发动机的正常运行和使用寿命，可在进气管道上安装脱硫塔、过滤除常运行和使用寿命，可在进气管道上安装脱硫塔、过滤除尘、除湿、除油装置。尘、除湿、除油装置。 c.c.沼气发电的控制策略沼气发电的控制策略 2 2）沼气发电机组的防腐处理）沼气发电机组的防腐处理 对输气管道、中冷器、增压器、活塞等部件进行涂漆对输气管道、中冷器、增压器、活塞等部件进行涂漆、渗瓷、渗氮等防护处理。在燃烧室周围相关部件及排气、渗瓷、

43、渗氮等防护处理。在燃烧室周围相关部件及排气管均应考虑采取防腐措施。管均应考虑采取防腐措施。 3 3）电控混合器技术）电控混合器技术 计算机监控系统实时监控燃烧室内的燃烧情况，并将计算机监控系统实时监控燃烧室内的燃烧情况，并将燃烧信号反馈到电气控制单元（燃烧信号反馈到电气控制单元（ECUECU），），ECUECU发出指令，使发出指令，使电控混合器的执行器带动操纵机构，改变沼气和空气的进电控混合器的执行器带动操纵机构，改变沼气和空气的进气流道面积，根据沼气中气流道面积，根据沼气中CHCH4 4浓度的变化合理匹配空气和浓度的变化合理匹配空气和沼气流量，达到实时调节空燃比的目的，使发动机转速和沼气流量

44、，达到实时调节空燃比的目的，使发动机转速和输出功率平稳。输出功率平稳。 沼气燃料电池发电与沼气发电机发电相比不仅发电效沼气燃料电池发电与沼气发电机发电相比不仅发电效率和能量利用率高，而且振动和噪音小，排出的废气氮氧率和能量利用率高，而且振动和噪音小，排出的废气氮氧化物和硫化物浓度低，因此是很有发展前途的沼气利用工化物和硫化物浓度低，因此是很有发展前途的沼气利用工艺。表艺。表6-10是日本某座处理水量为是日本某座处理水量为20万万m3/d的污水处理厂的污水处理厂沼气燃料电池与沼气发电的经济分析比较。沼气燃料电池与沼气发电的经济分析比较。 d.d.沼气发电机发电与沼气燃料电池发电的比较沼气发电机发

45、电与沼气燃料电池发电的比较沼气用量（沼气用量（m m3 3/d/d）68046804发电方式发电方式沼气燃料电池（沼气燃料电池（200kW200kW4 4） 沼气发电（沼气发电（600 kW600 kW）年发电量（年发电量（kW/akW/a）56.156.110105 544.244.210105 5发电设备耗电量（发电设备耗电量（kWh/akWh/a）3.33.310105 53.63.610105 5年供电量（年供电量（kWh/akWh/a）52.852.810105 540.640.610105 5年节省电费（年节省电费（A A）/ /万日元万日元7392739256845684建设费建

46、设费/ /万日元万日元72000720007100071000年运行费用（年运行费用（B B）/ /万日元万日元6248624850565056年盈利（年盈利（C=A-BC=A-B）/ /万日元万日元11441144628628沼气燃料电池与沼气发电机发电的经济比较沼气燃料电池与沼气发电机发电的经济比较 目前我国对垃圾的处理手段主要集中在目前我国对垃圾的处理手段主要集中在填埋填埋和和焚烧焚烧两种两种方式。方式。 填埋是大量消纳城市生活垃圾的有效方法，所谓填埋是大量消纳城市生活垃圾的有效方法，所谓直接填直接填埋法埋法是将垃圾填入已预备好的坑中盖上压实，使其发生生是将垃圾填入已预备好的坑中盖上压实

47、，使其发生生物、物理、化学变化，分解有机物，达到减量化和无害化物、物理、化学变化，分解有机物，达到减量化和无害化的目的。的目的。 焚烧法焚烧法是将垃圾置于高温炉中，使其中可燃成分充分氧是将垃圾置于高温炉中，使其中可燃成分充分氧化的一种方法，产生的热量用于发电和供暖。随着中国化的一种方法，产生的热量用于发电和供暖。随着中国“十一五十一五”规划对发展新能源，提倡环保型循环经济的进一规划对发展新能源，提倡环保型循环经济的进一步重视，国家对垃圾发电产业的政策扶持会继续加强。步重视，国家对垃圾发电产业的政策扶持会继续加强。 5 5、垃圾焚烧发电技术与控制策略、垃圾焚烧发电技术与控制策略a.a.垃圾焚烧前

48、无分检处理垃圾焚烧前无分检处理无分检场垃圾发电工艺流程无分检场垃圾发电工艺流程 （1 1）垃圾焚烧发电的工艺流程）垃圾焚烧发电的工艺流程 b. b.垃圾焚烧前有分检处理垃圾焚烧前有分检处理有分检场垃圾发电工艺流程有分检场垃圾发电工艺流程 城市生活垃圾热值应较高城市生活垃圾热值应较高 垃圾焚烧一般要求燃料达到大于等于垃圾焚烧一般要求燃料达到大于等于4187kJ/kg4187kJ/kg的低的低位热值，才能不加辅助燃料进行焚烧发电。位热值，才能不加辅助燃料进行焚烧发电。 城市经济实力应较强城市经济实力应较强 垃圾焚烧发电投资大、运行费用高，每吨垃圾政府需垃圾焚烧发电投资大、运行费用高，每吨垃圾政府需补贴补贴100-200100-200元才能有经济效益。元才能有经济效益。 （2 2）建设垃圾发电的必备条件）建设垃圾发电的必备条件 较完善的垃圾分类收集和转运系统较完善的垃圾分类收集和转运系统 收运系统的建设需投入大量资金，改变分类收集和投收运系统的建设需投入大量资金，改变分类收集和投放的习惯需要更多时间，这些都是制约垃圾发电效益的重放的习惯需要更多时间，这些都是制约垃圾发电效益的重要因素。要因素。 较完善的环保处理系统较完善的环保处理系统 焚烧产生的烟气、垃圾储仓中产生的发酵臭气、尾气焚烧产生的烟气、垃圾储仓中产生的发酵臭气、尾气处理的废水、残渣、粉尘都应严格按规定处理，避免对空处