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1、环境保护与新能源第7次课生物能研究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
2、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
3、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
4、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二、生物质能转换技术1、直接燃烧和发电2、化学转换技术3、生物转换技术三、生物质技术的研究与推广2、发展方向1、现状美国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
5、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。巴西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
6、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。欧洲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
7、、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；印度年产薪柴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
8、、食品、木材加工等生产过程中。第二节第二节 秸秆、薪柴与省柴灶秸秆、薪柴与省柴灶1、秸秆与薪柴2、省柴灶3、压缩成型技术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第三节第三节 生物质气化及热解生物质气化及热解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。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
9、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用途7009001200450左右1003001、煤气发生炉的工作过程2、煤气发生炉的种类下吸式煤气发生炉上吸式煤气发生炉平吸式煤气发生炉原料来源广泛，价廉易取。气化所用的原料主要是原木生产及木材
10、加工的残余物、薪柴、农业副产物等，包括板皮、木屑、枝杈、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。3、生物质原料与煤原料比较下吸式煤气发生炉上吸式煤气发生炉第四节 沼气的制取及应用概述沼气的组成及物理性质沼气发酵的基本过程一、概 述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
11、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，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，
12、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，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
13、。经济效益经济效益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。二、沼气的组成及物理性质甲烷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，应进行脱硫处理三、沼气发酵的基本过程（1
14、）沼气微生物自身耗能少（2）沼气发酵能处理高浓度的有机废物（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第五节 生物质能发电技术一、甲醇发电技术概述：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
15、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.二、城市垃圾发电技术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垃圾电站图3、垃圾发电
16、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：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14595
17、20016kJ/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
18、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、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。三、沼气发电技术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。2 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电系统工艺流程图沼气发电系统工艺流程图沼
19、气发动机发电机废热回收装置气源处理四、生物质气化发电技术 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第六节 生物质能的工程应用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一、沼气利用技术二、燃料乙醇燃料乙醇：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
20、好，清洁油路 （3）燃烧充分，减少积炭 （4）亲水性强，使用不当会分层发展概述发展概述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2001年4月8日建成投产生产燃料
21、乙醇的工厂，其生产能力达到20万t年。2001年3月，上海交通大学上海交通大学汽车研究中心与广西广西壮族自治区委员会签定了以广西山区特产的木薯木薯为原料生产燃料乙醇的合作协议。目前中国已经实现在黑龙江、吉林、辽宁和河南四省全境范围内推广使用车用乙醇汽油的目标。据了解，目前吉林省车用乙醇汽油市场覆盖率已接近90%，2004年乙醇汽油销售接近80万吨；辽宁、黑龙江和河南三省也按省政府批准的实施方案积极稳妥推进，省内市场覆盖率平均达到80%以上。三、生物柴油生物柴油：生物柴油：含油植物、动物油脂以及废食用油，利用热裂解技术生产的可替代普通石化柴油的再生性柴油燃料。世界上一般使用的生物柴油是B20，含
22、意是用20%的生物柴油加上80%的石油柴油。特性特性：(1)发热量与普通柴油相近 (2)润滑性能优于石油柴油；(3)开口闪点高达160（石油柴油为4555）,更安全 (4)生物柴油含氧量高于石油柴油，燃烧更完全；(5)生产成本更低，生产单位能量的生物柴油所消耗的能量只是石油柴油的25。四、秸秆能源利用计划秸秆气化 秸秆致密成型五、能源作物培育计划以制酒精为目的的一年生或多年生作物，如玉米、甘蔗、甜高粱、甘薯、木薯等；以生产燃料油（如生物柴油、烃类物质）为目的的植物，如油菜、绿玉树等；用于直接燃烧的植物；可供厌氧发酵的藻类或其他植物。燃烧后比矿物能源对环境污染少，是一种低硫燃料，而且不增加二氧化碳的排放量，比核能使用安全，比风能、地热使用广泛 人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢