生物质能源发电外文课件

生物质能生物质能1生物质能概述2生物质能的物理转换利用3生物质能的生物化学转换利用4生物质能的热化学转换利用5生物质能发电现状及前景生物质能分为固体生物质、木炭、城市固体废弃物、生物液态燃料和沼气等，其直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固体燃料、液体燃料和气体燃料。1.1生物质的种类

1生物质能概述

主要分类（1）城市垃圾包括工业、生活和商业垃圾，全球每年排放约100亿吨。（2）有机废水包括工业废水和生活污水，全球每年排放约4500亿吨。（3）粪便类包括牲畜、家禽、人的粪便等，全球每年排放数百亿吨以上。（4）林业生物质包括薪柴、枝丫、树皮、树根、落叶、木屑、刨花等。（5）农业废弃物包括秸秆、果壳、果核、玉米芯、甜菜渣、甘蔗渣等。（6）水生植物包括藻类、海草、浮萍、水葫芦、芦苇、水风信子等。（7）能源植物包括生长迅速，轮伐期短的乔木、灌木和草本植物，如棉籽、芝麻、花生、大豆等。油楠优点——（1）清洁性（2）充足性（3）可再循环（4）可储存和运输（5）易燃性（6）开发转化技术容易（7）与农林业关系紧密1.2生物质能的特点

缺点——（1）体积密度和能量密度低（2）生物质供应和价格不稳定（3）生物质组成性质差异大（4）水分含量（5）灰成分生物质能的特点与混合燃烧Combustion燃烧Productionandharvesting生产和收获Transport运输Distributio分配Primaryenergy一次能源Finalenergy最终能源1.我国具有发展生物质能源的良好条件，原产料来源丰富--农作物秸秆年产6亿吨，畜禽粪便年产21．5亿吨，农产品加工业如稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣等副产品的年产量超过l亿吨、边际土地4.2亿公顷，同时还包括各种荒地、荒草地、盐碱地、沼泽地等。2.发展生物质能源有利于减少环境污染，促进我国环境友好型社会建设。3.生物质能源的开发利用，还可以治理有机废弃物污染；能源植物的种植还能起到防风同沙和有利于水上保持的作用。发展生物质能源对于促进农民增收，促进我国农村经济社会发展，有着重要的现实意义。

1.3我国的生物质资源以及开发生物质能的意义生物质能的研究开发，主要有物理转换、化学转换、生物转换3大类。涉及到气化、液化、热解、固化和直接燃烧等技术。1.4生物质能利用技术生物质能转换技术及产品生物质能的综合利用2生物质能的物理转换利用生物质物理转换主要指生物质固化成型，即将生物质粉碎至一定粒度，不添加黏结剂，在高压条件下，挤压成一定形状。其黏结力主要靠挤压过程中产生的热量，使得生物质中的木质素产生塑化黏结。生物质固化解决了生物质形状各异、堆积密度小且松散、运输和储存不方便的问题，提高了生物质的使用效率。1.生物质压缩成型工艺流程按成型物的形状主要分为三大类：圆柱块状成型、棒状成型和颗粒状成型技术。2.1生物质压缩成型技术生物质压缩成型工艺流程图国内生产的生物质成型机一般为螺旋挤压式，生产能力多在100～200kg/h之间，电机功率7.5～18kW，电加热功率2～4kW，生产的成型燃料多为棒状。生物质压缩成型燃料（棒状）生物质成型燃料的特点热性能优于木材，与中质混煤相当，而且燃烧特性明显改善，点火容易，火力持久，黑烟少，炉膛温度高，便于运输和储存，使用方便、卫生，是清洁能源，有利于环保。可作为生物质气化炉、高效燃烧炉和小型锅炉的燃料。生物质成型技术推广应用存在的问题

（1）机组可靠性较差，易损件使用寿命短，维修和更换不便，导致设备不能连续生产，只能断续小量生产，影响了产量和效益。（2）生产能力偏低，单位产品能耗过大。（3）对原料的粒度和含水率要求较高，必须配套成具有粉碎、烘干、输送等功能的生产线，才能较完善的解决这一问题。（4）成型燃料的包装和燃烧设备不配套，制约了商品化生产和成型燃料的推广应用。尤其是适合农户使用的燃烧方式及其装置急需解决。（5）成型设备适应范围小，规范标准不统一。（6）产品价格要高于化石能源，大多数人对生物质颗粒产品具有高能、环保、使用方便的特性认识不够，更谈不上应用。因此，需要政府对生物质颗粒产品进行大力宣传及推广。1.生物质型煤的简介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可燃生物质，按一定比例混合，加入少量固硫剂，利用生物质中的木质素、纤维素、半纤维素等与煤黏结性的差异经压制而成。2.2生物质型煤

2.生产工艺流程生物质型煤生产工艺流程生物质型煤的产品样图3.生物质型煤的特点（1）低污染，环保（2）改善了着火特性（3）提高了经济性（4）配套工艺和设备齐全（5）市场需求量大－我国目前有40～50万台工业锅炉，每年需燃用原煤4亿吨。（6）可实现集中生产4.生物质型煤面临的问题（1）运输、储存费用较高（2）成型机压力低（3）生物质型煤的燃烧特性理论不完善3生物质能的生物化学转换利用生物化学转换技术是指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化燃料和液化燃料。它能够将利用生物质能对环境的破坏作用降低到最低程度，因而在当今世界对环保要求日益严格的情况下具有较好的发展前景。该技术主要包括利用生物质厌氧发酵生成沼气和在微生物作用下生成乙醇等能源产品。3.1沼气技术1.沼气沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。沼气由50％～80％甲烷、20％～40％二氧化碳、0％～5％氮气、小于1％的氢气、小于0.4％的氧气与0.1％～3％硫化氢等气体组成。由于沼气含有少量硫化氢，所以略带臭味。1m3沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7kg无烟煤提供的热量。与其它燃气相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料。2.沼气发酵

沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合气体（沼气）的过程。沼气发酵过程沼气发酵的基本工艺流程一个完整的大中型沼气发酵工程，无论其规模大小，都包括了如下的工艺流程：原料（废水）的收集、预处理、消化器（沼气池）、出料的后处理和沼气的净化与储存等。

有机废物调节柜预处理厌氧消化器后处理排放剩余污泥（可做肥料）净化储存用户沼气工艺流程图3.沼气技术的利用情况1955年新的沼气发酵工艺流程──高速率厌氧消化工艺产生。它突破了传统的工艺流程，使单位池容积产气量（即产气率）在中温下由每天1m3容积产生0.7～1.5m3沼气，提高到4～8m3沼气，滞留时间由15天或更长的时间缩短到几天甚至几个小时。

美国一牧场兴建了一座工厂，主体是一个宽30米、长213米的密封池组成的甲烷发酵结构，它的任务是把牧场厩肥和其他有机废物，由微生物转变成甲烷、二氧化碳和干燥肥料。这座工厂每天可处理1650吨厩肥，每日可为牧场提供11.3万立方米的甲烷，足够1万户家庭使用。目前美国已拥有24处利用微生物发酵的能量转化工程。中国是研究开发沼气技术最早的国家，也是当今世界沼气技术比较先进的国家之一。沼气池总数已达到1000多万个。沼气的优点修建一个平均每人1～1.5平方米的沼气池，就可以基本解决一年四季的燃柴和照明问题；人、畜的粪便以及各种作物秸秆、杂草等，通过发酵后，既产生了沼气，还可作为肥料，而且由于腐熟程度高使肥效更高，粪便等沼气原料经过发酵后，绝大部分寄生虫卵被杀死，可以改善农村卫生条件，减少疾病的传染。沼气在中国的广大农村，这些特点更为显著首先，沼气能源在中国农村分布广泛，潜力很大，凡是有生物的地方都有可能获得制取沼气的原料，所以沼气是一种取之不尽、用之不竭的再生能源。其次，可以就地取材，节省开支。据“十二五”新能源规划：力争到2015年和2020年，全省农村使用沼气分别达350万户和500万户，沼气发电装机分别达10万千瓦和30万千瓦。兴办一个小型沼气动力站和发电站，设备和技术都比较简单，管理和维修也很方便，大多数农村都能办到。据调查对比，小型沼气电站每千瓦投资只要400元左右，仅为小型水力电站的1/2～1/3，比风力、潮汐和太阳能发电低得多。小型沼气电站的建设周期短，只要几个月时间就能投产使用，基本上不受自然条件变化的影响。采用沼气与柴油混合燃烧，还可以节省17％的柴油。沼气发电技术沼气燃烧发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将沼气用于发电机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。沼气发电具有高效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且廉价的分布式能源，是有效利用沼气的一种重要方式。禽畜粪便加农作物下料的沼气发电供热工程沼气发电工艺流程图沼气发电机组大型沼气发电能环工程效果图前景与展望预计到2015年，处理工业有机废水的大中型沼气工程达2500座，形成年生产沼气能力40亿立方米，相当于343万吨标准煤，年处理工业有机废水37500万立方米。农业废弃物沼气工程到2015年累计建成近4100个，形成年生产沼气能力4.5亿立方米，相当于58万吨标准煤，年处理粪便量1.23亿吨，从而解决全国集约化养殖场的污染治理问题，使粪便得到资源化利用。4生物质能的热化学转换利用

热化学转化技术与产物的相互关系4.1生物质直接燃烧技术及应用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者供热。生物质直接用于燃料时，其可燃部分主要是纤维素、半纤维素、木质素。按质量计算，纤维素占生物质的40％～50％，半纤维素占生物质的20％～40％，木质素占生物质的10％～25％。1.生物质燃烧的特点（1）产量稳定它是一种年产量极大且较稳定的可再生资源。（2）低污染含硫、氮量低，燃烧后硫氧化物和氮氧化物排放量低。此外，生物质灰份量少，充分燃烧后，烟尘量不多。（3）CO2零排放生物质在生成过程中会吸收大量CO2。因此大量生产、使用生物质能可以减少CO2净排放量，有助于减轻温室效应。2.生物质直接燃烧的主要技术（1）炉灶燃烧技术省柴灶灶体示意图与外观图户用生物质半气化炉灶外观图（2）生物质现代化燃烧技术当生物质燃烧系统的功率大于100kW时，一般采用现代化的燃烧技术，而组织燃烧常常是在锅炉中进行的。锅炉燃烧采用先进的燃烧技术，把生物质作为锅炉的燃料以提高生物质的利用效率，适用于相对集中、大规模利用的生物质资源。主要优点是效率高，并且可实现工业化生产。主要缺点是投资大，而且不适于分散的小规模利用，生物质必须相对比较集中才能采用该技术。生物质燃烧系统生物质现代化燃烧技术层燃技术

生物质锅炉典型的炉排形式示意图下饲式生物质锅炉②流化床燃烧技术

流化床燃烧技术作为一种新型清洁高效燃烧技术。流态化燃烧具有传热传质性能好、燃烧效率高、有害气体排放少、热容量大等一系列的优点，很适合燃烧水分大、热值低的生物质燃料。鼓泡流化床结构示意图循环流化床锅炉的工作原理③悬浮燃烧技术

采用悬浮燃烧技术的生物质水管锅炉3.生物质直接燃烧发电生物质直接燃烧是指生物质原料送入适合的锅炉内燃烧，生产蒸汽，产生的蒸汽膨胀做功，从而带动发电机发电。（1）生物质直燃发电的基本原理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蒸汽锅炉中，生物质与过量的空气在锅炉中燃烧，产生高温高压蒸汽，驱动蒸汽轮机，带动发电机发电，实现了生物质的高效清洁利用。（2）生物质直燃发电技术应用的意义有效利用农作物秸秆,大大降低了这些废弃物的排放，能变废为宝

。我国的边远地区，生物质资源丰富，且多属于缺电、少电地区，利用生物质直燃发电技术可以就地取材，生产出电能和热能满足当地取暖和用电的需要。生物质能发电技术之所以具有广阔的市场前景，其优势在于可再生能源中，生物质能以实物形式存在，具有可储存、可运输、资源分布广、环境影响小、可持续利用等特点（3）生物质直燃发电的工艺流程生物质直燃发电生产过程4.2生物质气化技术及应用生物质气化是指固态生物质原料在高温下部分氧化的转化过程。该过程直接向生物质通气化剂（空气、氧气或水蒸气），生物质在缺氧的条件下转变为小分子可燃气体。所用气化剂不同，得到的气体燃料也不同。发展简史生物质热解气化技术最早出现于18世纪末期，首次商业化应用可以追溯到1833年，当时以木炭作为原料，经过气化器生产可燃气，驱动内燃机。第二次世界大战期间，生物质气化技术达到顶峰。20世纪70年代世界能源危机后，发达国家为减少环境污染，提高能源利用效率，解决矿物能源短缺提供新的替代技术，又重新开始重视开发生物质气化技术和相应的装置。在1992年召开的世界第15次能源大会上，确定生物质气化利用作为优先开发的新能源技术之一。1.生物质气化的基本原理所谓气化是指将固体或液体燃料转化为气体燃料的热化学过程。为了提供反应的热力学条件，气化过程需要供给空气或氧气，使原料发生部分燃烧。尽可能将能量保留在反应后得到的可燃气中，气化后的产物是含H2、CO及低分子CmHn等可燃性气体。气化过程（1）干燥过程生物质原料进入气化器后，首先被干燥。在被加热到100℃以上时，原料中的水分首先蒸发，产物为干原料和水蒸气。（2）热解过程温度升高到300℃以上时开始发生热解反应。热解是高分子有机物在高温下吸热所发生的不可逆裂解反应。大分子碳氢化合物析出生物质中的挥发物，只剩下残余的木炭。热解反应析出挥发分主要包括水蒸气、H2、CO、CH4、焦油及其他碳氢化合物。（3）氧化过程热解的剩余物木炭与被引入的空气发生反应，同时释放大量的热以支持生物质干燥、热解及后续的还原反应进行，氧化反应速率较快，温度可达1000～1200℃，其他挥发分参与反应后进一步降解。（4）还原过程没有氧气存在，氧化层中的燃烧产物及水蒸气与还原层中木炭发生还原反应，生成氢气和一氧化碳等。这些气体和挥发分组成了可燃气体，完成了固体生物质向气体燃料的转化过程。还原反应是吸热反应，温度将会降低到700～900℃。2.生物质气化技术分类生物质气化技术的分类有很多，可以从不同的角度对其进行分类。生物质气化技术的分类3.生物质气化设备生物质气化炉的分类（1）生物质固定床气化炉上吸式及下吸式固定床生物质气化炉工作原理示意图横吸式固定床气化炉工作原理示意图（2）流化床生物质气化炉鼓泡流化床气化炉

循环流化床气化炉双流化床气化炉4.其他生物质气化技术高温空气气化反应流程图多级循环流化床立管5.生物质燃气的性质、用途及净化生物质燃气主要由可燃气体（H2、CO、CH4、CmHn、H2S）和不可燃成分CO2以及水蒸气组成。与固体生物质相比，易于运输和存储，提高了燃料的品质。燃气特性取决于原料性质、气化剂种类、气化炉形式及运行方式等因素，其热值在5～15MJ/m3之间。生物质燃气的用途主要分为以下几个方面。①提供热量②作为燃料③集中供气④气化发电⑤化工原料气粗燃气的净化处理主要清除气体中的焦油和灰分，使之达到国家燃气质量标准。粗燃气中的杂质一般分为固体杂质和液体杂质两大类。固体杂质中包括灰分和细小的炭颗粒，液体杂质则包括焦油和水分。净化系统由三个环节组成：气体降温、水净化处理、焦油分离。6.生物质气化技术的应用（1）生物质燃气直接燃烧 生物质燃气直接燃烧应用的一个主要方面是气化供热。生物质气化供热是指生物质经过气化炉气化后，生成的生物质燃气送入下一级燃烧器中燃烧，为终端用户提供热能。生物质气化供热工艺流程区域供热厂工艺流程气化炉干燥木材及农副产品示意图（2）集中供气技术生物质气化集中供气系统生物质气化集中供气系统的工艺流程7.生物质气化发电技术（1）气化发电原理——将经处理的（符合不同气化炉的要求）生物质原料经气化过程转化为可燃气体（气化气），气化气经冷却及净化系统，除去灰分、固体颗粒、焦油及冷凝物，然后利用净化的气体燃烧后推动发电设备（通常采用蒸汽轮机、燃气轮机及内燃机）进行发电。生物质气化发电的方式（2）气化发电技术的分类各种生物质气化发电技术的比较分类规模气化过程发电过程主要用途小型系统功率在200kW到1000kW之间固定床气化流化床气化内燃机组微型燃气轮机农村用电中小企业用电中型系统功率在500kW到3000kW之间常压流化床气化内燃机大中企业自备电站、小型上网电站大型系统功率>5000kW常压流化床气化、高压流化床气化、双流化床气化内燃机+蒸汽轮机燃气轮机+蒸汽轮机上网电站、独立能源系统（3）气化发电技术的特点①灵活性这一技术的灵活性能很好地满足生物质分散利用的特点。②较好的洁净性③经济性（4）典型的气化发电工艺①生物质整体气化联合循环（B/IGCC）生物质整体气化联合循环工艺流程瑞典Varnamo生物质IGCC示范项目流程②整体气化热空气循环（IGHAT）整体气化热空气循环流程4.3生物质热解技术及应用生物质热解（又称裂解或热裂解）是指生物质在隔绝空气或通入少量空气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个组成部分的过程。生物质热解技术的优点生物质热解技术能够以较低的成本和连续化生产工艺将常规方法难以处理的低能量密度的生物质转化为高能量密度的气、液、固产品，减少了生物质的体积，便于储存和运输，同时还能从生物油中提取高附加值的化学品。生物质中含硫含氮量均较低，同常规能源相比，减少了空气中SO2和NOx排放。生物质利用过程中所放出的CO2同生物质形成过程中所吸收的CO2相平衡，没有额外增加大气中的CO2含量。生物油还是一种环境友好的燃料，生物油经过改性和处理后，可直接用于汽轮机，被视为21世纪的绿色燃料。1.生物质热解原理生物质主要由纤维素、半纤维素、木质素组成，空间上呈网状结构。生物质的热解行为可以归结为纤维素、半纤维素、木质素三种主要组分的热解。然而，这三种主要成分的热解并不是同时发生的。半纤维素是木材中最不稳定的组分，在498～598K时分解，比纤维素更易热分解，其热解机制也相同。纤维素在325K时开始热分解，随着温度的升高降解逐步加剧，到623～643K时降解为低分子碎片，主要反应式为：（C6H10O5）n→nC6H10O5C6H10O5→H2O+2CH3—CO—CHOCH3—CO—CHO+2H2→CH3—CO—CH2OHCH3—CO—CH2OH+H2→CH3—CHOH—CH3+H2O2.热解过程①干燥阶段温度为120～150℃，热解速度非常缓慢，主要是木材所含水分依靠外部供给的热量蒸发。②预炭化阶段温度为150～275℃，热分解反应比较明显，木材的化学组分开始发生变化，其中不稳定组分（如半纤维素）分解生成CO2、CO和