第8講 生物質(zhì)能利用

1、第八講 生物質(zhì)能的利用生物質(zhì)的物理化學(xué)特性生物質(zhì)能的物理轉(zhuǎn)化：生物質(zhì)燃燒、生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)熱解和液化生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的生物學(xué)方法：生物質(zhì)制沼氣、燃料乙醇的生產(chǎn)1. 什么是生物質(zhì)能？什么是生物質(zhì)能？ 生物質(zhì)能生物質(zhì)能是蘊藏在生物質(zhì)中的能量，是綠色植物通過光合作用將是蘊藏在生物質(zhì)中的能量，是綠色植物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存起來的能量。太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存起來的能量。 Biomass EnergyBiomass Energy，bioenergybioenergy 生物質(zhì)包括植物、動物及其排泄物、微生物、垃圾及有機(jī)廢水等幾大類。從廣義上講，生物質(zhì)是植物通過光合作用生成的有機(jī)物，生物質(zhì)能

2、是以生物質(zhì)為載體的太陽能的一種存在形式。 生物質(zhì)能源的特點生物質(zhì)能源的特點：可再生性；低污染性 ；廣泛的分布性 生物質(zhì)能源既不同于常規(guī)的礦物能源，又有別于其他新能源，兼生物質(zhì)能源既不同于常規(guī)的礦物能源，又有別于其他新能源，兼有兩者的特點和優(yōu)勢，是人類最主要的可再生能源之一。有兩者的特點和優(yōu)勢，是人類最主要的可再生能源之一。CO2 + H2O +太陽能太陽能 CH2O + O2 主要區(qū)別是生成和利用的時間尺度不同； 植物生物質(zhì)的主要組成元素為C、H和O，而化石資源的主要化學(xué)組成為C和H。生物質(zhì)能和化石能源有何區(qū)別？生物質(zhì)能和化石能源有何區(qū)別？1. 什么是生物質(zhì)能？什么是生物質(zhì)能？ 植物類：樹木、

3、農(nóng)作物（糧食、油料、糖料、水果、各種秸稈、谷殼等）、雜草、藻類等； 非植物類：動物糞便、動物尸體、廢水中的有機(jī)成分、垃圾中的有機(jī)成分等。 通過光合作用，植物每年轉(zhuǎn)化約通過光合作用，植物每年轉(zhuǎn)化約2000億噸的億噸的C02中的碳為碳水化合物，中的碳為碳水化合物，并存儲了并存儲了31013GJ的太陽能，相當(dāng)于目前世界能源消耗量的的太陽能，相當(dāng)于目前世界能源消耗量的1010倍左右。倍左右。 生物質(zhì)的種類生物質(zhì)的種類能源植物能源植物 以提供能源為目的的植物，即以提供能源為目的的植物，即光合作用效率高于光合作用效率高于0.5%0.5%的植物的植物 糖類能源植物：可直接發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇。如甘蔗、甜高梁、甜

4、菜等。 淀粉類能源植物：經(jīng)水解后發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇。如玉米、高粱、甘薯、木薯等。 纖維素類能源植物：經(jīng)水解后發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇；也可轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料。如速生林木（白楊、桉樹）、芒草等。 油料類能源植物：提取油脂后生產(chǎn)生物柴油。如油菜、花生、向日葵、棉花、蓖麻、油沙草、油棕櫚、椰子、綠玉樹、麻風(fēng)樹、黃連木、光皮樹等 烴類能源植物：提取含烴汁液，產(chǎn)生接近石油成分的燃料。1. 什么是生物質(zhì)能？什么是生物質(zhì)能？Forest Wood ResiduesAgricultural ResiduesEnergy CropsEnergy woodsWaste1. 什么是生物質(zhì)能？什么是生物質(zhì)能？2. 生物

5、質(zhì)能的優(yōu)勢 生物燃料是唯一能大規(guī)模替代石油燃料的能源產(chǎn)品生物燃料是唯一能大規(guī)模替代石油燃料的能源產(chǎn)品，而水能、風(fēng)能、太陽能、核能及其他新能源只適用于發(fā)電和供熱。原料上的多樣性。原料上的多樣性。生物燃料可以利用作物秸稈、林業(yè)加工剩余物、畜禽糞便、食品加工業(yè)的有機(jī)廢水廢渣、城市垃圾，還可利用低質(zhì)土地種植各種各樣的能源植物。產(chǎn)品上的多樣性產(chǎn)品上的多樣性 。 能源產(chǎn)品有液態(tài)的生物乙醇和柴油，固態(tài)的原型和成型燃料，氣態(tài)的沼氣等多種能源產(chǎn)品。既可以替代石油、煤炭和天然氣，也可以供熱和發(fā)電。生物燃料的生物燃料的“物質(zhì)性物質(zhì)性”?？梢韵袷秃兔禾磕菢由a(chǎn)塑料、纖維等各種材料以及化工原料等物質(zhì)性的產(chǎn)品，形成龐大

6、的生物化工生產(chǎn)體系。這是其他可再生能源和新能源不可能做到的。生物燃料的生物燃料的“可循環(huán)性可循環(huán)性”和和“環(huán)保性環(huán)保性”。生物燃料是在農(nóng)林和城鄉(xiāng)有機(jī)廢棄物的無害化和資源化過程中生產(chǎn)出來的產(chǎn)品；生物燃料的全部生命物質(zhì)均能進(jìn)入地球的生物學(xué)循環(huán)，連釋放的二氧化碳也會重新被植物吸收而參與地球的循環(huán)，做到零排放。物質(zhì)上的永續(xù)性、資源上的可循環(huán)性是一種現(xiàn)代的先進(jìn)生產(chǎn)模式。 2. 生物質(zhì)能的優(yōu)勢 生物燃料對原油價格的生物燃料對原油價格的“抑制性抑制性”。生物燃料將使“原油”生產(chǎn)國從目前的20個增加到200個，通過自主生產(chǎn)燃料，抑制進(jìn)口石油價格，并減少進(jìn)口石油花費，使更多的資金能用于改善人民生活，從根本上解決

7、糧食危機(jī)。生物燃料的生物燃料的“帶動性帶動性”。可以拓展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，帶動農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，增加農(nóng)民收入；還能促進(jìn)制造業(yè)、建筑業(yè)、汽車等行業(yè)發(fā)展。在中國等發(fā)展生物燃料，還可推進(jìn)農(nóng)業(yè)工業(yè)化和中小城鎮(zhèn)發(fā)展，縮小工農(nóng)差別，具有重要的政治、經(jīng)濟(jì)和社會意義。生物燃料可以創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會和建立內(nèi)需市場。生物燃料可以創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會和建立內(nèi)需市場。巴西的經(jīng)驗表明，在石化行業(yè)1個就業(yè)崗位，可以在乙醇行業(yè)創(chuàng)造152個就業(yè)崗位；石化行業(yè)產(chǎn)生1個就業(yè)崗位的投資是22萬美元，燃料行業(yè)僅為1.1萬美元。聯(lián)合國環(huán)境計劃署發(fā)布的“綠色職業(yè)”報告中指出，“到2030年可再生能源產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造2040萬個就業(yè)機(jī)會，其中生物燃料1200萬個 。

8、3. 生物質(zhì)的物理化學(xué)特性 （1）生物質(zhì)的化學(xué)特性：生物質(zhì)的成分和熱值幾種生物質(zhì)及無煙煤的工業(yè)分析成分幾種生物質(zhì)及無煙煤的工業(yè)分析成分3. 生物質(zhì)的物理化學(xué)特性 （1）生物質(zhì)的化學(xué)特性：生物質(zhì)的成分和熱值各類生物質(zhì)燃料的熱值 生物質(zhì)生物質(zhì)熱值熱值（MJ/kgMJ/kg）生物質(zhì)生物質(zhì)熱值熱值（MJ/kgMJ/kg）纖維素纖維素17.517.5糞糞 便便13.413.4木木 炭炭1222.41222.4甲甲 醇醇22.422.4草草 類類18.718.7乙乙 醇醇29.429.4藻藻 類類10.010.0生物烴油生物烴油36423642城市垃圾城市垃圾12.712.73. 生物質(zhì)的物理化學(xué)特性 （

9、1）生物質(zhì)的化學(xué)特性：生物質(zhì)的成分和熱值幾種生物質(zhì)及無煙煤的元素分析成分（干燥無灰基）幾種生物質(zhì)及無煙煤的元素分析成分（干燥無灰基） %3. 生物質(zhì)的物理化學(xué)特性 （2）生物質(zhì)的物理特性：密度、灰熔點生物質(zhì)的堆密度遠(yuǎn)小于煤炭。褐煤的堆密度為500600kg/m3，煙煤的堆密度為800900kg/m3.與煤相比，生物質(zhì)的熔點偏低，對燃燒設(shè)備的設(shè)計和運行提出了特殊的要求生物質(zhì)的物質(zhì)組成生物質(zhì)的物質(zhì)組成 細(xì)胞壁成分：細(xì)胞壁成分：纖維素，半纖維素，木質(zhì)素原生質(zhì)成分：原生質(zhì)成分：蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類、水分和無機(jī)鹽等細(xì)胞后含物：細(xì)胞后含物：細(xì)胞中不參與原生質(zhì)組成的代謝物質(zhì)總稱。其中最重要的是以一定形式

10、存儲起來的有機(jī)物，主要包括淀粉、脂類和蛋白質(zhì)3. 生物質(zhì)的物理化學(xué)特性 物理轉(zhuǎn)化技術(shù)物理轉(zhuǎn)化技術(shù)：機(jī)械成型技術(shù)、生物質(zhì)固硫型煤技術(shù)、植物油壓榨技術(shù)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)：是指在一定的溫度和條件下，通過吸熱或放熱反應(yīng)實現(xiàn)生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化（包括：燃燒、液化、氣化）生物轉(zhuǎn)化技術(shù)生物轉(zhuǎn)化技術(shù)：生物質(zhì)發(fā)酵制沼氣、生物質(zhì)發(fā)酵制乙醇4. 生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)有哪些？ 4. 生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)有哪些？ 5.1 生物質(zhì)的壓縮成型技術(shù)作為一種散拋型的容重比較低的能源形式，生物質(zhì)資源具有松散堆積、能量密度低，運輸、儲運、使用占用空間大、儲運成本高的特點。其嚴(yán)重地制約了生物質(zhì)能的大規(guī)模應(yīng)用。生物質(zhì)壓縮成型工藝流程生物質(zhì)

11、壓縮成型技術(shù)：螺旋擠壓技術(shù)、活塞沖壓技術(shù)、?？啄雺撼尚图夹g(shù)5.1 生物質(zhì)的壓縮成型技術(shù)生物質(zhì)就地及時壓縮成型技術(shù)生物質(zhì)就地及時壓縮成型技術(shù)5.1 生物質(zhì)的壓縮成型技術(shù)5.2 生物質(zhì)固硫型煤技術(shù)將經(jīng)過粉碎和干燥處理的煤和農(nóng)作物秸稈、雜草等生物質(zhì)按一定比例摻混，加入固硫劑，利用生物質(zhì)中的木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等的粘結(jié)作用，用高壓成型機(jī)壓制而成。生物質(zhì)固硫型煤燃燒特性生物質(zhì)固硫型煤燃燒特性1）點火性能）點火性能 可燃基揮發(fā)分比原煤高，進(jìn)入爐膛后，生物質(zhì)首先燃燒，使型可燃基揮發(fā)分比原煤高，進(jìn)入爐膛后，生物質(zhì)首先燃燒，使型煤短時間達(dá)到著火點，生物質(zhì)燃料燃燒后體積收縮，使型煤產(chǎn)生煤短時間達(dá)到著火點，生物

12、質(zhì)燃料燃燒后體積收縮，使型煤產(chǎn)生很多孔道及空襲，形成多孔形球體。很多孔道及空襲，形成多孔形球體。2）燃燒機(jī)理）燃燒機(jī)理 靜態(tài)滲透式擴(kuò)散燃燒靜態(tài)滲透式擴(kuò)散燃燒 燃燒由表面及不斷深入到內(nèi)部，不會發(fā)生熱解析炭冒煙現(xiàn)象。燃燒由表面及不斷深入到內(nèi)部，不會發(fā)生熱解析炭冒煙現(xiàn)象。3）固硫特性）固硫特性 生物質(zhì)比煤先燃燒，形成的空隙起到了膨化疏松作用，使固硫生物質(zhì)比煤先燃燒，形成的空隙起到了膨化疏松作用，使固硫劑劑CaO顆粒內(nèi)部不易發(fā)生燒結(jié)，可使空襲率增加，增大顆粒內(nèi)部不易發(fā)生燒結(jié)，可使空襲率增加，增大SO2和和O2向向CaO顆粒內(nèi)的擴(kuò)散作用，提高鈣的利用率。顆粒內(nèi)的擴(kuò)散作用，提高鈣的利用率。 可在較低的可在

13、較低的Ca/S下，使固硫率達(dá)到下，使固硫率達(dá)到50%以上。以上。5.2 生物質(zhì)固硫型煤技術(shù)5.3 植物油壓榨技術(shù)對能源油料植物進(jìn)行壓榨獲得油脂的技術(shù)。根據(jù)榨油機(jī)的種類可分為土榨、水壓機(jī)、螺旋榨油機(jī)三種類型。用壓榨等工藝從能源油料植物得到的生物毛油中，水分、灰分等雜質(zhì)和氧元素含量高，氫碳比低，其性質(zhì)較差，不能直接做柴油使用，需要進(jìn)一步精制：用過濾、離心分離、溶劑法、水化等工藝脫除毛油中的固體懸浮物、蠟、膠等雜質(zhì)；用真空法或加熱法脫水；采用稀釋、微細(xì)乳化、膠酯化和熱分解等技術(shù)實現(xiàn)生物油用作柴油機(jī)的燃料。生物柴油與常規(guī)柴油的特性比較生物柴油與常規(guī)柴油的特性比較主要燃料特性主要燃料特性生物柴油生物柴油

14、 常規(guī)柴油常規(guī)柴油主要燃料特性主要燃料特性生物柴油生物柴油 常規(guī)柴油常規(guī)柴油相對密度相對密度0.880.83十六烷值十六烷值5649動力粘度動力粘度40 0C/mm2/s4-62-4燃燒功效（柴油燃燒功效（柴油=100%）/%104100閉口閃點閉口閃點/0C10060S（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%0.0010.2生物質(zhì)能源的特點生物質(zhì)能源的特點（與煤相比）（與煤相比） q化石能源相比組分高，易燃，燃燒相對充分；化石能源相比組分高，易燃，燃燒相對充分； 生物質(zhì)的大部分揮發(fā)組分可在生物質(zhì)的大部分揮發(fā)組分可在400 C左右釋放出，而左右釋放出，而煤在煤在800 C 才釋放出才釋放出30左右的揮發(fā)組

15、分；左右的揮發(fā)組分；q燃燒過程污染相對低燃燒過程污染相對低 生物質(zhì)灰分含量低于煤，氮、硫含量通常低于煤；生物質(zhì)灰分含量低于煤，氮、硫含量通常低于煤；q容易氣化容易氣化q儲量大、分布廣泛、易于獲得儲量大、分布廣泛、易于獲得 地球上每年生物質(zhì)能總量約地球上每年生物質(zhì)能總量約 1400-1800億噸億噸(干重），相當(dāng)于目前每年干重），相當(dāng)于目前每年總能耗的十倍總能耗的十倍q屬于可再生能源屬于可再生能源q生物質(zhì)能量密度低，燃料熱值低生物質(zhì)能量密度低，燃料熱值低6.1 生物質(zhì)的直接燃燒生物質(zhì)的直接燃燒在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)仍將是我國生物質(zhì)能利用的主要方式。生物質(zhì)直接燃燒可能涉及的過程生物質(zhì)直接燃燒可能涉及

16、的過程 生物質(zhì)中水的蒸發(fā)過程；生物質(zhì)中水的蒸發(fā)過程；v 即使經(jīng)過數(shù)年干燥的木材即使經(jīng)過數(shù)年干燥的木材, ,其細(xì)胞結(jié)構(gòu)中仍含有其細(xì)胞結(jié)構(gòu)中仍含有15%15%20%20%的水的水; ; (2) (2) 揮發(fā)分（低分子量物質(zhì)）的釋放、燃燒揮發(fā)分（低分子量物質(zhì)）的釋放、燃燒 ；(3) (3) 纖維素與半纖維素等受熱分解、氣化、燃燒；纖維素與半纖維素等受熱分解、氣化、燃燒；(4) (4) 過渡階段：木質(zhì)素高溫炭化、著火。過渡階段：木質(zhì)素高溫炭化、著火。(4) (4) 固定碳的燃燒：固定碳的燃燒：v 在完全燃燒條件下，能量完全釋放，生物質(zhì)完全轉(zhuǎn)變?yōu)榛以谕耆紵龡l件下，能量完全釋放，生物質(zhì)完全轉(zhuǎn)變?yōu)榛覡a燼。

17、6.1 生物質(zhì)的直接燃燒生物質(zhì)的燃燒特性生物質(zhì)燃料的燃燒過程主要分為揮發(fā)分的析出、燃燒和殘余生物質(zhì)燃料的燃燒過程主要分為揮發(fā)分的析出、燃燒和殘余焦炭的燃燒、燃盡兩個獨立階段焦炭的燃燒、燃盡兩個獨立階段。 其燃燒過程的特點是其燃燒過程的特點是：（1）生物質(zhì)水分含量較多，燃燒需要較高的干燥溫度和較長的干燥時間，產(chǎn)生的煙氣體積較大，排煙熱損失較高；（2）生物質(zhì)燃料的密度小，結(jié)構(gòu)比較松散，迎風(fēng)面積大，容易被吹起，懸浮燃燒的比例較大；（3）生物質(zhì)發(fā)熱量低，爐內(nèi)溫度場偏低，形成穩(wěn)定的燃燒比較困難；（4）由于生物質(zhì)揮發(fā)份含量高，燃料著火溫度較低，一般在250350溫度下?lián)]發(fā)分就大量析出并開始劇烈燃燒，此時若

18、空氣供應(yīng)量不足，將會增大燃料的不完全燃燒損失；（5）揮發(fā)分燃盡后，受到灰燼包裹和空氣滲透困難的影響，焦炭顆粒燃燒速度緩慢、燃盡困難，如不采取適當(dāng)?shù)谋匾胧?，將會?dǎo)致灰燼中殘留較多的余碳，增大不完全燃燒損失。生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)生物質(zhì)直接燃燒技術(shù) 爐灶燃燒爐灶燃燒 爐灶燃燒操作簡便、投資較省，主要問題是低效率。溢出的火苗爐灶燃燒操作簡便、投資較省，主要問題是低效率。溢出的火苗和可燃燒氣體使絕大多數(shù)的熱無法利用而白白浪費。和可燃燒氣體使絕大多數(shù)的熱無法利用而白白浪費。6.1 生物質(zhì)的直接燃燒以木材燃燒制沸水過程而言，以木材燃燒制沸水過程而言，1m1m3 3干木材干木材含含10GJ10GJ能量，而使能

19、量，而使1L1L水提高水提高11需要需要4.2kJ4.2kJ的熱能。所以煮沸的熱能。所以煮沸1L1L水需要少于水需要少于400kJ400kJ的的能量，數(shù)值上僅相當(dāng)于能量，數(shù)值上僅相當(dāng)于40cm40cm3 3 的木材的木材僅僅是一根小樹枝而已。可實際上在一個僅僅是一根小樹枝而已。可實際上在一個小的爐灶上，需要至少小的爐灶上，需要至少5 51010倍的木材，倍的木材，熱效率僅為熱效率僅為10%10%20%20%。省柴灶的結(jié)構(gòu)省柴灶的結(jié)構(gòu)老式柴灶熱效率一般10%，省柴灶熱效率一般可達(dá)到25%以上 鍋爐燃燒采用先進(jìn)的燃燒技術(shù)，把生鍋爐燃燒采用先進(jìn)的燃燒技術(shù)，把生物質(zhì)作為鍋爐的燃料燃燒，以提高生物質(zhì)物質(zhì)

20、作為鍋爐的燃料燃燒，以提高生物質(zhì)的利用效率，適用于相對集中、大規(guī)模地的利用效率，適用于相對集中、大規(guī)模地利用生物質(zhì)資源。利用生物質(zhì)資源。 生物質(zhì)燃料鍋爐的種類很多，按照鍋生物質(zhì)燃料鍋爐的種類很多，按照鍋爐燃用生物質(zhì)品種的不同可分為：木材爐、爐燃用生物質(zhì)品種的不同可分為：木材爐、薪柴爐、秸稈爐、垃圾焚燒爐等；薪柴爐、秸稈爐、垃圾焚燒爐等；按照鍋爐燃燒方式的不同又可分為流化床按照鍋爐燃燒方式的不同又可分為流化床鍋爐、層燃爐等。鍋爐、層燃爐等。生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)生物質(zhì)直接燃燒技術(shù) 鍋爐燃燒鍋爐燃燒6.1 生物質(zhì)的直接燃燒生物質(zhì)與煤的聯(lián)合燃燒技術(shù)生物質(zhì)與煤的聯(lián)合燃燒技術(shù)可以改善煤的著火性能可以改善煤的

21、著火性能生物質(zhì)的揮發(fā)分初析溫度遠(yuǎn)低于煤，使得著火燃燒提前，最大燃燒速率前移的趨勢，獲得更好的燃盡特性?？梢蕴岣呙旱睦寐士梢蕴岣呙旱睦寐噬镔|(zhì)在燃燒的過程中放熱比較均勻，而單一煤燃燒放熱幾乎全部集中于燃燒后期。煤與生物質(zhì)混和,可以改善燃燒放熱的分布狀況,對于燃燒前期的放熱有增進(jìn)作用。6.1 生物質(zhì)的直接燃燒p 垃圾焚燒發(fā)電平均上網(wǎng)電價為0.54元/千瓦時，發(fā)電成本為0.5元/千瓦時。p 火力發(fā)電成本僅為0.2元/千瓦時，水力發(fā)電的運營成本僅為0.03元/千瓦時0.05元/千瓦時。p 相比之下，垃圾焚燒發(fā)電成本是相當(dāng)高的，沒有任何競爭優(yōu)勢。 6.1 生物質(zhì)的直接燃燒垃圾焚燒發(fā)電生物質(zhì)氣化的基本

22、原理生物質(zhì)氣化的基本原理1）氧化層）氧化層C+O2CO22C+O2-2CO2CO+O2-2CO22H2+O22H2O2）還原層）還原層C+H2OCO+H2C+CO22COC+2H2CH4 6.2 生物質(zhì)的氣化生物質(zhì)氣化生物質(zhì)氣化是在高溫條件下，利用部分氧化法，使有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w的過程，產(chǎn)物為CO、H2、CH4等可燃性氣體。 在不完全燃燒條件下，將生物質(zhì)原料加熱，使較高分子的有機(jī)碳?xì)浠衔锪呀獬奢^低分子量的高品位可燃?xì)怏w。生物質(zhì)氣化過程的指標(biāo)生物質(zhì)氣化過程的指標(biāo)1）氣體產(chǎn)率）氣體產(chǎn)率單位質(zhì)量生物質(zhì)氣化所得的燃?xì)怏w積，單位質(zhì)量生物質(zhì)氣化所得的燃?xì)怏w積，m3/kg2）氣化強(qiáng)度）氣化強(qiáng)度氣化爐中每

23、單位截面積每小時氣化生物質(zhì)質(zhì)量氣化爐中每單位截面積每小時氣化生物質(zhì)質(zhì)量kg/m2.h 3）氣化效率，又稱冷氣體效率）氣化效率，又稱冷氣體效率單位質(zhì)量生物質(zhì)氣化所得到的燃?xì)庠谕耆紵龝r所放出的熱量與氣化使單位質(zhì)量生物質(zhì)氣化所得到的燃?xì)庠谕耆紵龝r所放出的熱量與氣化使用的生物質(zhì)發(fā)熱量之比，是衡量氣化過程的主要指標(biāo)。用的生物質(zhì)發(fā)熱量之比，是衡量氣化過程的主要指標(biāo)。%100kg/kJkg/m)m/kJ(%33）生物質(zhì)發(fā)熱量（）氣體產(chǎn)率（燃?xì)鉄嶂担饣剩?.2 生物質(zhì)的氣化氣化的分類氣化的分類氣化的設(shè)備氣化的設(shè)備生物質(zhì)氣化生物質(zhì)氣化 無氣化劑無氣化劑 干餾氣化干餾氣化有氣化劑有氣化劑 空氣氣化空氣氣

24、化氧氣氣化氧氣氣化水蒸氣氣化水蒸氣氣化水蒸氣水蒸氣-空氣氣化空氣氣化氫氣氣化氫氣氣化生物質(zhì)氣化爐生物質(zhì)氣化爐固定床氣化爐固定床氣化爐 流化床氣化爐流化床氣化爐 下吸式氣化爐（逆流式氣化爐）下吸式氣化爐（逆流式氣化爐）上吸式氣化爐（順流式氣化爐）上吸式氣化爐（順流式氣化爐）橫吸式氣化爐橫吸式氣化爐鼓泡床氣化爐鼓泡床氣化爐循環(huán)流化床氣化爐循環(huán)流化床氣化爐雙床氣化爐雙床氣化爐攜帶床氣化爐攜帶床氣化爐6.2 生物質(zhì)的氣化 在氣化過程中使用不同的氣化劑, 可以得到三種不同質(zhì)量的氣化產(chǎn)品氣6.2 生物質(zhì)的氣化v 低熱值(Low CV)：46MJ/Nm3 使用空氣v 中熱值(Medium CV)1218MJ

25、/Nm3使用氧氣或水蒸汽v 高熱值(High CV) 40MJ/Nm3 使用氫氣 氣化效率較高； 燃?xì)鉄嶂递^高； 爐排受進(jìn)風(fēng)的冷卻，工作比較可靠； 燃?xì)庵薪褂秃扛?，用于粗燃?xì)獠恍枥鋮s和凈化就可以直接使用的場合。 氣化過程在微正壓下工作，進(jìn)料口靠近燃?xì)獬隹?，密封困難，通常采用間歇進(jìn)料，適用于木材等堆積密度大的生物質(zhì)原料。上吸式氣化爐的特點：6.2 生物質(zhì)的氣化燃?xì)庵薪褂秃勘壬衔降偷枚?，適用于需要使用潔凈燃?xì)獾膱龊?；加料端與空氣接觸，加料端不需要嚴(yán)格密封，可采用連續(xù)進(jìn)料；主要問題是保證燃燒的條件和燃燒層、氣化層的穩(wěn)定，對于秸稈及草類等物理性質(zhì)較差的低品質(zhì)原料設(shè)計難度大。下吸式氣化爐的特點：6

26、.2 生物質(zhì)的氣化生物質(zhì)燃?xì)鈨艋镔|(zhì)燃?xì)鈨艋镔|(zhì)燃?xì)獾闹饕猛旧镔|(zhì)燃?xì)獾闹饕猛?水洗：除塵、除焦、冷卻三種功能水洗：除塵、除焦、冷卻三種功能 過濾：除塵、除焦過濾：除塵、除焦 靜電除焦：效率可達(dá)靜電除焦：效率可達(dá)90% 催化裂化：將焦油裂解成小分子氣體。催化裂化：將焦油裂解成小分子氣體。1）提供熱量）提供熱量 直接燃燒，燃料適應(yīng)性廣。直接燃燒，燃料適應(yīng)性廣。2）氣化發(fā)電）氣化發(fā)電3）化工原料）化工原料 制造甲醇制造甲醇 二甲醚二甲醚 合成氨等。合成氨等。 6.2 生物質(zhì)的氣化p 用作鍋爐的燃料燃燒生產(chǎn)蒸汽帶動蒸汽輪機(jī)發(fā)電。這種方式對氣體要求不很嚴(yán)格，直接在鍋爐內(nèi)燃燒氣化氣，效率低。p

27、在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)燃燒帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種利用方式要求氣化壓力在1030個大氣壓，有灰塵、雜質(zhì)等污染的問題。p 在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃燒帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種方式應(yīng)用廣泛，而且效率較高。但該種方式對氣體要求嚴(yán)格，氣化氣必須凈化及冷卻。生物質(zhì)氣化發(fā)電的三種方式生物質(zhì)氣化發(fā)電的三種方式我國當(dāng)前情況下，如果生物質(zhì)收集范圍大于50 km，氣化發(fā)電價格就會大于電網(wǎng)價格（約055元/度），而失掉經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢；小于50 km，燃料不足。 燃?xì)獬谷細(xì)獬闺姍C(jī)要求焦油含量：電機(jī)要求焦油含量：0.02-0.05g/m0.02-0.05g/m3 3；H215%H215%而汽化后焦油含量：而汽化后焦油含量：2-50g/m2-50

28、g/m3 3生物質(zhì)熱解的概念生物質(zhì)熱解的概念 生物質(zhì)在無氧或缺氧條件下使組成生物質(zhì)的分子鏈?zhǔn)軣岫l(fā)生分解、生物質(zhì)在無氧或缺氧條件下使組成生物質(zhì)的分子鏈?zhǔn)軣岫l(fā)生分解、斷裂和重組的過程，其產(chǎn)物有生物炭（木炭）、生物油（生物原油）和氣體。斷裂和重組的過程，其產(chǎn)物有生物炭（木炭）、生物油（生物原油）和氣體。熱解產(chǎn)物的熱值：熱解產(chǎn)物的熱值：v熱解氣體：1015MJ/m3v生物油：2330MJ/kgv生物炭：2030MJ/kg影響熱解產(chǎn)物的質(zhì)量和轉(zhuǎn)化率的因素：影響熱解產(chǎn)物的質(zhì)量和轉(zhuǎn)化率的因素：生物質(zhì)成分和尺寸；熱解溫度；加熱速率；生物質(zhì)在熱解反應(yīng)器中的停留時間。6.3 生物質(zhì)的熱解一般來說，低溫（低于5

29、00）慢速熱解的產(chǎn)物以生物炭為主；中溫（500650 ）快速熱解的產(chǎn)物以生物油為主；高溫（ 7001100 ）閃速熱解產(chǎn)物以熱解氣體為主。生物質(zhì)熱解工藝生物質(zhì)熱解工藝根據(jù)熱解條件和產(chǎn)物的不同，生物質(zhì)熱解工藝可分為：6.3 生物質(zhì)的熱解n燒炭。將新炭材放置在炭窯或燒炭爐中，通入少量空氣進(jìn)行熱分解制取木炭的方法。n干餾。將木材原料放在干餾釜中隔絕空氣進(jìn)行加熱，制取醋酸、甲醇、木焦油、木餾油和木炭的方法。n快速熱解。使生物質(zhì)原料在缺氧的情況下快速加熱，然后將可凝結(jié)熱解產(chǎn)物迅速冷卻為液態(tài)生物原油的熱解方法。生物質(zhì)的熱解過程生物質(zhì)的熱解過程干燥階段干燥階段v在150左右，蒸出物料中的水分。預(yù)熱解階段預(yù)熱

30、解階段v在150300左右，物料化學(xué)組成開始發(fā)生變化，不穩(wěn)定成分（如半纖維素）分解成CO2、CO和少量醋酸等物質(zhì)。固體分解階段固體分解階段v在300600左右，生成醋酸、木焦油和甲醇等液體和CO2、CO、CH4、H2等氣體物質(zhì)。此階段放熱。 燃燒階段燃燒階段vC-H、C-O鍵進(jìn)一步裂解，排出殘留在木炭中的揮發(fā)分。 6.3 生物質(zhì)的熱解6.3 生物質(zhì)的熱解6.3 生物質(zhì)的熱解 生物原油的特性 生物原油的化學(xué)穩(wěn)定性差； 含水量和含氧量都高，燃燒特性不好； 較低的碳?xì)浔认拗屏颂細(xì)浠衔锷桑?不能完全揮發(fā)和難于與碳?xì)淙軇┗烊埽?粘度大； 具有酸性而帶來腐蝕問題 生物原油需要進(jìn)行重整，以改善其物理化學(xué)

31、特性，提高其穩(wěn)定性。 重整的目的是降低含氧量，主要方法有加氫裂解和蒸汽催化裂解。l 生物質(zhì)直接液化是在較高的壓力和有機(jī)溶劑存在的條件下的熱化學(xué)反應(yīng)過程。反應(yīng)物的停留時間常需幾十分鐘，主要產(chǎn)物為碳?xì)浠衔铮ㄒ夯停﹍ 生物質(zhì)的主體是高分子的聚合物，而石油的主體是低分子的化合物；生物質(zhì)的氫元素遠(yuǎn)低于石油，而氧元素遠(yuǎn)高于石油；生物質(zhì)中有較多的雜質(zhì)，在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化或燃燒后以灰渣的形式殘留下來。l 將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料需要加氫、裂解、脫灰等過程。6.4 生物質(zhì)直接液化生物質(zhì)直接液化工藝流程生物質(zhì)直接液化工藝流程與熱解液化相比，直接液化條件相對柔和。 和熱解油一樣，直接液化產(chǎn)品需經(jīng)過精制加工后方可使用6.

32、4 生物質(zhì)的直接液化沼氣是多種微生物在厭氧條件下對有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行分解代謝的產(chǎn)物。其主要成分是甲烷（約60%）和二氧化碳（約35%），還有少量的水蒸氣、硫化氫、一氧化碳、氫氣、氮氣等其他氣體。6.5 生物質(zhì)制沼氣 沼氣是由多種厭氧微生物混合作用產(chǎn)生發(fā)酵而產(chǎn)生的。在這些厭氧微生物中，按微生物的作用不同，可分為纖維素分解菌、脂肪分解菌和果膠分解菌等。在發(fā)酵過程中，這些微生物相互協(xié)調(diào)、分工合作，完成沼氣發(fā)酵過程。 沼氣發(fā)酵產(chǎn)生的物質(zhì)主要有三種：一是沼氣沼氣，以甲烷和CO2為主，其中甲烷含量在5570，是一種清潔能源；二是消消化液（沼液）化液（沼液），含可溶性N、P、K，是優(yōu)質(zhì)肥料；三是消化污消化污泥（沼

33、渣）泥（沼渣），主要成分是菌體、難分解的有機(jī)殘渣和無機(jī)物，是一種優(yōu)良有機(jī)肥，具有土壤改良功效，沼氣的生成物有很高的應(yīng)用價值。 沼氣的產(chǎn)生原理沼氣的產(chǎn)生原理6.5 生物質(zhì)制沼氣沼氣原料沼氣原料 利用植物的秸桿、枝葉、雜草和動物糞便等生物質(zhì)在厭氧條件下，經(jīng)過細(xì)菌發(fā)酵制取沼氣。生物質(zhì)生物質(zhì)細(xì)菌絕氧分解細(xì)菌絕氧分解沼氣沼氣（6060甲烷，甲烷，30304040COCO2 2）大棚大棚沼氣發(fā)電機(jī)沼氣發(fā)電機(jī)6.5 生物質(zhì)制沼氣沼氣微生物自身耗能少沼氣微生物自身耗能少沼氣發(fā)酵能夠處理高濃度的有機(jī)廢物沼氣發(fā)酵能夠處理高濃度的有機(jī)廢物 沼氣發(fā)酵能處理的廢物種類多沼氣發(fā)酵能處理的廢物種類多 沼氣發(fā)酵受溫度影響較大

34、沼氣發(fā)酵受溫度影響較大 沼氣發(fā)酵的四大特點沼氣發(fā)酵的四大特點 下圖為我國農(nóng)村推廣使用的水壓式沼氣池的結(jié)構(gòu)。正常情況下，這種家用沼氣池在中國南方可年產(chǎn)沼氣250300m3，提供一個農(nóng)戶810個月的生活燃料。 水壓式沼氣池結(jié)構(gòu)圖水壓式沼氣池結(jié)構(gòu)圖 1進(jìn)料口 20壓水位 3輸出閥門 4蓋板 5溢流口 6貯留室 7水壓箱 8滲井 9發(fā)酵室 10貯氣室6.6 生物質(zhì)制乙醇催化酶糖糖發(fā)酵生物質(zhì)生物質(zhì)乙醇乙醇用含糖類、淀粉(C6H10O5)n較多的農(nóng)作物（如玉米、高粱）為原料，通過水解、發(fā)酵制乙醇。酶（C6H10O5)n + nH2OnC6H12O6C6H12O62C2H5OH+2CO2酶1 1、糖類：、糖類：甘蔗、甜菜等糖類生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成乙醇甘蔗、甜菜等糖類生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成乙醇相對容易，但原料成本高（相對容易，但原料成本高（ 60%60%價格價格 ）。）。2 2、淀粉類：、淀粉類：淀粉類生物質(zhì)（玉米、高粱、木薯）淀粉類生物質(zhì)（玉米、高粱、木薯）需要先水解成糖類。需要先水解成糖類。3 3、木質(zhì)纖維類：、木質(zhì)纖維類：木材、草等預(yù)處理更復(fù)雜，需木材、草等預(yù)處理更復(fù)雜，需要經(jīng)過幾種酸的水解才能變成糖。要經(jīng)過幾種酸的水解才能變成糖。原原 料料6.6 生物質(zhì)制乙醇陳化糧 作為燃料乙醇生產(chǎn)原料