环境保护与新能源第7次课生物能

1、 生物质：生物质：由光合作用而产生的各种有机体，包括所有动物、植物、微生物，以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物质。是地球上存在最广泛的物质。 生物质能：生物质能：蕴藏在生物质中的能量。是把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量。它是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。从根本上说，生物质能来源于太阳能，是取之不尽的可再生能源和最有希望的“绿色能源”。1、生物质能概念能量转换过程能量转换过程太阳能太阳能绿色植物绿色植物草食动物草食动物肉食动物肉食动物残枝败叶等残枝败叶等遗体及粪便等遗体及粪便等遗体及粪便等遗体及粪便等微生物微生物呼吸作用消耗呼吸作用消耗2222H

2、OCOCH OO 太阳能植物世界能源状况2、生物质能特点发展中国家一次能源使用情况发达国家一次能源使用情况1998年中国农村用能比例 可再生 低污染 普遍易取 可储存运输 气化较容易 能量密度低 重量轻、体积大，给运输带来难度 风雨雪火等外界因素为保存带来不利条件优点缺点传统 家庭使用的薪柴和木炭 稻草、稻壳 其他的植物性废弃物 动物的粪便农业废弃物及农林产品加工业废弃物薪柴中国人畜粪便城镇生活垃圾3、生物质能分类 现代 木质废弃物（工业性的） 甘蔗渣（工业性的） 城市废物 生物燃料（沼气和能源型作物） 庭院废物庭院废物草，剪下的树枝、花等 混合的植物残留物混合的花园垃圾 公路上收集的垃圾和叶

3、子生活垃圾生活垃圾准备蔬菜和水果后的剩余物所有的剩饭菜（肉、鱼、奶酪、面包、面食）茶叶、咖啡残渣，包括滤纸 羊毛残留物、羽毛和头发 纸张农业垃圾和食品加工产生的垃圾农业垃圾和食品加工产生的垃圾畜禽养殖产生的液体粪便动物农场产生的固体垃圾造纸及纸板箱生产产生的垃圾来自市政污水处理厂的没有污染的新鲜污泥食品工业和动物食品加工厂产生的垃圾屠宰厂垃圾酿造厂垃圾 农作物类：包括产生淀粉可发酵生产酒精的薯类、玉米、甜高梁等，产生糖类的甘蔗、甜菜、果实等。 林作物类：包括白杨、悬铃木、赤杨等速生林种，芦苇等草木类及森林工业产生的废弃物。 水生藻类：包括海洋生的马尾藻、巨藻、石莼、海带等；微藻类的螺旋藻、小球

4、藻等以及蓝藻、绿藻等。 可以提炼石油的植物类：包括橡胶树、蓝珊瑚、核树、葡萄牙草等。 农作物废弃物(如桔秆、谷壳)、林业废弃物(如枝叶、树皮、锯末等)、畜牧业废弃物(如骨头、皮毛等)及城市垃圾等。 光合成微生物：如硫细菌、非硫细菌等。生物质资源 远古时代远古时代：简单的直接燃烧 19世纪以后世纪以后：矿物燃料大量勘探开采，生物质能退居次要位置 第二次世界大战期间第二次世界大战期间：液体燃料缺乏，揭开生物质能现代利用技术的序幕 二战之后二战之后：石油供应状况好转，研究开发工作暂时搁置 20世纪世纪70年代后年代后：各种生物质能利用技术广泛开发，并开始大规模工业应用。4、生物质能发展简史生物质制沼

5、气技术生物质固化成型技术生物质气化集中供气技术绿色汽油-燃料酒精5、现代生物质能利用技术生物质气化发电技术生物石油-生物质热裂解液化技术燃料种类：木材炉、颗粒燃烧炉、薪柴炉、秸秆炉燃烧方式：流化床锅炉、层燃炉72%废木材、18%城市垃圾、4%煤气和1%沼气农用炉灶10%15%省柴灶30%锅炉发电：222OCOH O直接燃烧有机物质+热量24COHCH 高温供氧不足隔绝空气高压低温、水蒸气及其它少量碳氢化合物固体、气体、液体燃料液体产品气化法热分解法液化法用作燃料提炼、净化，合成为其它产品燃烧或气化吸附剂、代替焦炭液体、气体产品固体（炭、木炭）糖类(发酵、蒸馏）淀粉类（蒸煮、糖化、发酵、蒸馏）秸

6、秆、杂草、水生植物、人畜粪便、各种有机废水酒精沼气宜林山地、沙地、低效益畜牧区：技术演示规模种植海上藻类种植试验和技术示范垃圾变废为宝四位一体、猪-沼-果生活燃料、干燥热源、发电沼气：生物质气化：薪炭林生物质压缩成型及其它技术 发电装机总容量超过10000MW，单机容量达1025MW。 纽约的斯塔藤垃圾处理站采用湿法处理垃圾、回收沼气用于发电，同时生产肥料 开发出利用纤维素废料生产酒精技术，建立了1MW的稻壳发电示范工程，年产酒精2500t。 STM公司是美国通用汽车公司发展斯特林发动机技术的专业公司，研制出的STM-120发动机被美国能源部评价为世界上最先进的斯特林发动机，可与沼气技术或生物

7、质气化技术相结合，构成50kw左右的村级生物质能发电系统。 普林斯顿大学能源与环境中心，在研制以生物质燃气为燃料，发电功率为200kW的小型燃料电池/燃气轮机发电系统。 生物质能在能源利用量中约占25%左右，其中薪柴和甘蔗占生物质能的5060%，其余是农业废弃物； 乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划（原料主要是甘蔗、木薯等），目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50%以上； 1965年制定“国家森林法”，开始大量营造薪炭林，在巴伊亚州，已用桉树作原料兴建了一座25MW生物发电站，并投入商业运营，到2005年，巴西的生物质能发电量将可达到600MW左右； 1980

8、年颁布了一项应用植物油燃料的国家计划，目的在于加快植物油代替柴油的进程，重点利用包括蓖麻油、椰子油、可可油在内的多种植物油，预计要替代16%20%的柴油用量。 生物质能开发利用非常活跃的地区； 1991年，瑞典瓦那茂兴建了世界上第一座完整的生物质气化燃气轮机/发电机-汽轮机/发电机联合发电厂，该国用催化裂解法处理生物质燃气中的焦油水平处于世界领先地位； 芬兰，使用上吸式气化炉生产生物质燃气，用于区域集中供热，已达到商业化水平，有世界上第一个以泥炭为原料用气化合成氨的方法来生产化肥的厂家； 法国、捷克、瑞典、西班牙、比利时，希腊、葡萄牙等开展了用生物质热解法制取生物油的研究； 英国研究应用基因技

9、术改良油菜品种，以提高产量，并使菜籽中的脂肪酸碳链由18个碳原子缩短到8个左右，获得优质菜籽燃油； 年产薪柴0.284亿吨左右，工业废弃物和农业副产物年产2.46亿吨； 在发展中国家，印度的生物质能利用技术搞得比较好，以前沼气应用比较多，近期生物质压缩成型、气化技术等进展显著； 生物质气化炉与柴油机/发电机组成的3.7kW、25kW、70kW及100kw系统中，100kW系统发电效率为35%； 发电用于水泵、磨谷机和其它小型电气设备，其中3.7kW发电系统已推广应用数百台； 生物质气化炉产出的燃气还用于烟草、茶叶、食品、木材加工等生产过程中。树木枝杈木材加工的边角余料薪炭林薪柴（树木）农村主要

10、燃料肥料、饲料轻工业原料、建筑材料秸秆（作物）生物质原料湿压成型热压成型原料炭化干燥低密度成型块不炭化炭化生物质成型块挤压成型成型炭块生物质收集粉碎输送预压压缩加热或黏结剂保型切割包装储运脱水生物质气化生物质气化 以生物质为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过热化学反应将生物质中可燃的部分转化为可燃气的过程。24COHCH、等18420705199215发展历程：1、最早出现于世纪晚期；2、第二次世界大战期间，气化技术应用达到高峰；3、我国在20世纪50年代，由于能源匮乏也采用气化方法 为汽车提供能量；、 世纪年代世界能源危机后，重新开始

11、重视；、 年世界第 次能源大会，确定生物质气化利用 作为优先开发的新能源技术之一。生物质气化无气化剂有气化剂干馏气化空气气化氧气气化水蒸气气化水蒸气-空气气化氢气气化气化的分类气化过程产物与组成用途空气气化低热值气体作紧密连接使用的燃料，如锅炉、干燥、发电氧气气化中热值气体1.区域性工业管道输送燃料2.合成燃料热分解1.中热值气体(12.524%)2.焦油及液态有机物(5862%)3.固体炭(1725%)在需要气、液、固燃料的场合下使用慢速热分解气化中热值气体燃料与发电快速热分解气化高热值气体（8099%）制造汽油与酒精的原料蒸气热分解中热值气体（70%）合成燃料表4-6 不同气化过程的产物及

12、用途22240886022246447COCOJCOCOJ氧化层2222222222421662971187422275186435552CCOCOJH OCCOHJH OCCOHJH OCOCOHJCHCH还原层7009001200450左右100300干馏层：燃料中挥发份析出，混入燃气中干燥层：燃料中水分蒸发，吸收热量。下吸式固定床 上吸式平吸式单流化床双流化床流化床携带流化床循环流化床下吸式煤气发生炉上吸式煤气发生炉1234、结构简单；、工作稳定性好；、可随时开盖添料；、焦油在高温下优点：被分解。1、热流方向和气流方向相反，引风机消耗功率大；2、出炉可燃气中含有较多灰分；3、出炉燃气温度

13、较高，须用水缺点：进行冷却。1、热流与气流方向相同，引风机消耗功率低，启动容易；2、可燃气将热量传递给热分解层和干燥层，用于物料的分解和干燥，同时降低其自身温度，大大提高热效率；3、热分解层和干燥层对可燃气有过滤作用，因而含灰较少；4、煤气中混有干镏出的挥发物，发热量优点：一般较高。1、添料不方便；2、适用于含焦油较少的燃料；3、不适于不易燃烧缺点：的燃料。平吸式煤气发生炉特点：反应温度高，适用于含焦油很少及含灰分不大于5%的燃料。如：无烟煤、焦炭、木炭等。在南美洲得到广泛应用。 原料来源广泛，价廉易取。气化所用的原料主要是原木生产及木材加工的残余物、薪柴、农业副产物等，包括板皮、木屑、枝杈、

14、秸秆、稻壳、玉米芯等。 生物质挥发组分高(7080%)，在较低的温度时大部分挥发份被释出（400），而煤在800时才释出30%的挥发组分； 生物质炭反应活性高，在较低的温度下，以较快的速度与CO2及水蒸气进行气化反应； 生物质炭灰分少（3%)，且不易粘结，简化了除灰设备。 生物质炭含硫量低(0.2%)，不必设气体脱硫装置，降低了成本，有利于环境保护。下吸式煤气发生炉上吸式煤气发生炉 概述 沼气的组成及物理性质 沼气发酵的基本过程 在湖泊或沼泽中有气泡从水底的污泥中冒出 1875年波波夫等人发现沼气的产生是一个微生物过程 1896年在英国一个小城市里建起了一座沼气池，用来处理生活污水所产生的污泥

15、，所产生的沼气用来照明一条街道 1927年德国开始用沼气发电 1955年出现了使微生物回流的厌氧接触工艺，使厌氧消化的效率大大提高。1969年出现了厌氧滤器，1979年研制成功厌氧污泥床。 微生物在厌氧条件下对有机物质进行分解代谢的产物 甲烷、二氧化碳、硫化氢等 无色、有臭味、有毒 1920年罗国瑞在广东汕头建造沼气池，1929年开设了沼气商号“中国天然气瓦斯灯行”。1930年取得了沼气专利权，其后在全国13个省修建了沼气池. 50年代末，为解决农村炊事用能问题，农村办沼气出现了高潮，全国很多省市都修建了沼气池，收到了一定的成效。但由于科学技术未能跟上，修建的沼气池有的漏气严重，加上缺乏管理，

16、能够坚持使用下来的为数不多。 70年代初，由于农村生活燃料严重短缺，在四川、江苏和河南等省农村又一次掀起了发展沼气的热潮，一度发展700多万个沼气池。70年代后期，即有大量池子报废 。 1979年5月召开全国沼气工作会议，认真总结了前一阶段发展沼气工作中的经验教训，提出了重视质量、稳步发展的方针。依靠科学技术，坚持建池质量，重视经济效益，建管并重，稳步发展，并逐步形成以能源、环境保护和生态农业为目标的中国沼气建设模式，从而使中国沼气建设出现了新的转机，走上了稳步、健康发展的道路。目前，我国农村户用沼气池已超过500万个。1、扩大燃料资源，将原来不作燃料使用的人畜粪便及其他生活废料变成热能加以利

17、用。2、改变农村传统燃料的燃烧方式，提高了热量的有效利用。3、节约秸秆用以还田，增加肥源，或用作粗饲料及轻工业、手工业原料等。4、经过沼气池的发酵，提高了有机肥料的质量和肥效。5、有利于环境卫生，减少疾病；有利于水土保持，改进生态平衡等。 甲烷50%70% 二氧化碳30%40% 一氧化碳、氢、硫化氢、氧、氮等 甲烷：气体燃料，浅蓝色火焰、对水的溶解度极小 二氧化碳：用石灰水吸收形成碳酸钙沉淀 硫化氢：有毒、恶臭，直接燃烧可不去除，用于内燃机时为防腐蚀，应进行脱硫处理 水解胞外酶固形有机物可溶性物质 胞内酶挥发性脂肪酸 甲烷菌甲烷、二氧化碳（1）沼气微生物自身耗能少 （2）沼气发酵能处理高浓度的

18、有机废物 （3）沼气微生物对营养要求较低，能处理的废物种类多 （4）沼气发酵受温度的影响较大 （5）发酵的主要终产物很容易从发酵液中分离出来 甲醇发电技术 城市垃圾发电技术 沼气发电技术 生物质气化发电技术概述：概述：甲醇作为发电站燃料，是当前研究开发利用生物能源的重要课题。日本专家采用甲醇气化一水蒸气反应产生氢气的工艺流程，开发了以氢气作为燃料驱动燃气轮机带动发电机组发电的技术。日本建成1座1000kw级甲醇发电实验站并于1990年6月正式发电。优点：优点：低污染，成本低于石油和天然气发电。主要问题主要问题：燃烧甲醇时会产生大量的甲醛(比石油燃烧多5倍).而有人认为甲醛是致癌物质，且有毒刺激

19、眼睛，导致目前对甲醇的开发利用存在分歧，应对其危害性进一步进行研究观察.1、概况：、概况： 我国第一座垃圾发电站是在深圳，引进的是日本三菱重 工生产的两台炉排式垃圾焚烧炉，日处理垃圾150吨，配置500kW的汽轮发电机组来发电供热 。深圳垃圾电站图 目前中国已在深圳、上海、广州、杭州、南京、宁波、重庆等地建成多座垃圾焚烧电站。2、关键技术、关键技术-垃圾焚烧处理厂的设计垃圾焚烧处理厂的设计 （1）垃圾焚烧炉的设计、制造和管理 （2）垃圾的质量管理 （3）对焚烧炉温度和蒸气产量的控制3、垃圾发电方式、垃圾发电方式(三种三种):一般垃圾发电RDF发电MEET综合发电一般垃圾发电一般垃圾发电 燃料：

20、燃料：城市一般垃圾 锅炉锅炉：循环流化床锅炉 日本：日本：目前以一般垃圾发电为主，全国约有180座，其中50MW、10MW以上有15座，其余均为10MW以下，装机总量近800MW。 RDF发电发电 (Refuse Derived Fuel) 燃料：燃料：从一般垃圾中分拣出废塑料、废料渣、木屑等，经过破碎、干燥、压形、固化，制造过程严防二氧化物的发生，制成无害固体燃料无害固体燃料，即即RDF燃料燃料。 RDF制造厂可因地分散建立，就地制成RDF燃料，它为粉笔形状，直径15mm，长度50mm，发热量为1459520016kJ/kg，在制造过程中灭菌，故可运到RDF燃料集中点进行RDF发电。 美国美

21、国芝加哥郊外的伊利诺斯洲的Robbins是首次使用循环流化床锅炉的50000kW的大型RDF发电站，由世界水平的流化床锅炉厂家Foster Wheeler公司制造，在1997年开始运行； 日本日本1995年年在群马等四县及宇都兴产等地实施RDF发电，发电规模为1030MW，19961997年在其他各地相继实施。 MEET综合发电综合发电(Multi-Staged Enthalphy Extraction） 在制造厂设置可处理和提取能源的设备，将生产各阶段的垃圾所具有的热能提取的技术称为MEET工程。 该技术可就地处理垃圾，并利用垃圾具有的热能将灰分溶解，固化为无害，加工成建筑材料，并回收铁、铜

22、、铝、矿渣等资源，同时还进行发电。其电力作为本制造厂的动力，多余出售，既提高制造厂综合经济效益，又保护了环境。 RDFMEET一般垃圾发电站：大中城市边缘地点，90%综合发电站：开发研究阶段1 1、概况、概况: : 中国中国是世界上建设沼气发酵装置最多的国家，据不完全统计，到2000年底中国农村已有家用沼气池764764万万个，共有3500多万人口使用沼气，年产沼气达26亿m3。 印度印度也是积极推广农村沼气池的国家之一，该国日前已建成以牛粪为原料的典型农家戈巴沼气池8080多万多万个。纯沼气电站沼气柴油混烧电站kWW小型500k2 2、分类、分类3、沼气发电系统组成、沼气发电系统组成沼气发动

23、机发电机废热回收装置气源处理1发生炉、 2冷却过滤装置、 3煤气发动机、 4发电机、 5配电盘、 6离心过滤器 、7灰分收集器 、8底座 、9燃料输送带 、10生物质燃料气化炉冷却过滤装置煤气发动机发电机 沼气利用技术 燃料乙醇 生物柴油 秸秆能源利用计划 能源作物培育计划 燃料乙醇：燃料乙醇：以玉米、小麦、薯类、高粱、甘蔗、甜菜等为原料，经过发酵、蒸馏制得乙醇，脱水后再添加变性剂。 车用乙醇汽油车用乙醇汽油： 变性燃料乙醇与汽油以一定比例混合配制而成的一种新型汽车燃料。在汽油标号前加字母E。 特性：特性： （1）增氧性强，助燃效果好 （2）溶解性好，清洁油路 （3）燃烧充分，减少积炭 （4）亲水性强，使用不当会分层车用燃料乙醇是伴随着20世纪70年代末全球性的石油危机而首先在美美国国推广应用的。据不完全统计，到2001年，全美国燃料乙醇销售量达490万t。巴西巴西在1975年由国家出面，推行车用乙醇汽油计划，至今已经成为世世界上最大的燃料乙醇生产和消费国界上最大的燃料乙醇生产和消费国。2000年3月，广东省一位人大代表向全国人大会提出关于在中国发展车用乙醇汽油的提案。河南天冠集团河南天冠集团根据国家推广应用车用乙醇汽油领导小组的部署，利用河南省库存的超过5年储藏期的陈化粮食陈化粮食，于20