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1、生活中的新能源生活中的新能源生物质能生物质能生物质能概况生物质能概况及开发技术现状与展望及开发技术现状与展望参考书目参考书目n生物质能源概论生物质能源概论，左然等编著，机械工业出版社；，左然等编著，机械工业出版社；n生物燃料工程技术进展与分析生物燃料工程技术进展与分析，肖钢编著，武汉大，肖钢编著，武汉大学出版社；学出版社；n生物质能学生物质能学，程备久等编，化学工业出版社；，程备久等编，化学工业出版社；n中国至中国至20502050年生物质资源科技发展路线图年生物质资源科技发展路线图，中国科，中国科学院生物质资源领域战略研究组，科学出版社；学院生物质资源领域战略研究组，科学出版社；n生物质的开
2、发与利用生物质的开发与利用，刘明华编著，化学工业出版，刘明华编著，化学工业出版社。社。2024/2/32024/2/32 2n生物质能概述生物质能概述n生物质能的来源生物质能的来源n生物能能的发展生物能能的发展n我国生物质能的发展路线我国生物质能的发展路线n生物质能的利用方式生物质能的利用方式n生物质能成员介绍生物质能成员介绍n生物质能展望生物质能展望2024/2/32024/2/33 32024/2/32024/2/34 4生物质是指由光合作用而产生的生物质是指由光合作用而产生的有机体。有机体。生物能是太阳能以化学能形式贮生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一存在生物中的一
3、种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作接或间接地来源于植物的光合作用。用。1.1.生物质能概念及特点生物质能概念及特点n在各种可再生能源中，生物质能是独特的，它贮存的是在各种可再生能源中，生物质能是独特的，它贮存的是太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的太阳能，更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。生物质能与太阳能、风能、水固态、液态和气态燃料。生物质能与太阳能、风能、水能和潮汐能相比是唯一可存储和运输的可再生能源。生能和潮汐能相比是唯一可存储和运输的可再生能源。生物质的组成与常规的化石燃料相似，它的
4、利用方式也与物质的组成与常规的化石燃料相似，它的利用方式也与化石燃料类似。但生物质的种类繁多，分别具有不同特化石燃料类似。但生物质的种类繁多，分别具有不同特点和属性，利用技术远比化石燃料复杂与多样。点和属性，利用技术远比化石燃料复杂与多样。2024/2/32024/2/35 52024/2/32024/2/36 6自然界中碳的循环主要有以下几种途径自然界中碳的循环主要有以下几种途径1、CO2_作用作用_物物_作用作用CO2光合光合有机有机植物呼吸植物呼吸2、CO2_作用作用_物物_吸收吸收体内氧化体内氧化CO2光合光合有机有机动物动物3、CO2_作用作用_物物动植物尸体动植物尸体微生物分解微生
5、物分解CO2光合光合有机有机4、CO2_作用作用_物物动植物残体动植物残体地下地下漫长反应漫长反应煤、煤、石油、天然气石油、天然气燃烧燃烧CO2光合光合有机有机2024/2/32024/2/37 72024/2/32024/2/38 8n据估计地球上每年植物光合作用固定的据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达碳达2x102x101111t t，含能量达，含能量达3x103x102121J J。n因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的耗能量的1010倍。倍。2024/2/32024/2/
6、39 9生物质储量巨大生物质储量巨大n生物质能一直是人类赖以生存的重要能源生物质能一直是人类赖以生存的重要能源之一。之一。n生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，在整个能源系统占有重要地第四大能源，在整个能源系统占有重要地位。位。n在世界能源消耗中，生物质能占总能耗的在世界能源消耗中，生物质能占总能耗的1414，但在发展中国家占，但在发展中国家占4040以上。以上。2024/2/32024/2/31010生物质资源的特点生物质资源的特点n时空无限性时空无限性n可再生性和减少二氧化碳排放的特性可再生性和减少二氧化碳排放的特性n洁净性洁净性n低能源品味
7、性低能源品味性n分散性分散性2024/2/32024/2/311 11n柴薪、秸杆柴薪、秸杆n牲畜粪便牲畜粪便n制糖作物制糖作物n水生植物水生植物n城市垃圾城市垃圾2024/2/32024/2/312122 2、生物质能的来源、生物质能的来源n柴薪柴薪 至今仍是许多发展中国家的重要能至今仍是许多发展中国家的重要能源。但由于柴薪的需求导致林地日减，源。但由于柴薪的需求导致林地日减，应适当规划与广泛植林。应适当规划与广泛植林。2024/2/32024/2/31313牲畜粪便牲畜粪便 牲畜的粪便，经干燥可直接燃烧供应热能。若将粪牲畜的粪便，经干燥可直接燃烧供应热能。若将粪便经过厌氧处理，可产生甲烷和
8、肥料。便经过厌氧处理，可产生甲烷和肥料。制糖作物制糖作物制糖作物可直接发酵，转变为乙醇。制糖作物可直接发酵，转变为乙醇。水生植物水生植物同柴薪一样，水生植物也可转化成燃料。同柴薪一样，水生植物也可转化成燃料。2024/2/32024/2/31414n城市垃圾城市垃圾 主要成分包括：纸屑（占主要成分包括：纸屑（占4040）、纺织废料（占）、纺织废料（占20%20%）和废弃食物）和废弃食物（占（占20%20%）等。将城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是经过热分解处）等。将城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是经过热分解处理制成燃料使用。理制成燃料使用。n城市污水城市污水 一般城市污水约含有一般城市污水约含有
9、0.020.020.030.03的固体与的固体与99%99%以上的水分，下水以上的水分，下水道污泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。道污泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。2024/2/32024/2/31515各类生物质燃料的热值各类生物质燃料的热值 2024/2/32024/2/31616生物质生物质热值（热值（MJ/kgMJ/kg）生物质生物质热值（热值（MJ/kgMJ/kg）纤维素纤维素17.517.5粪粪 便便13.413.4木木 炭炭1222.41222.4甲甲 醇醇22.422.4草草 类类18.718.7乙乙 醇醇29.429.4藻藻 类类10.010.0生物烃油生物烃油3642364
10、2城市垃圾城市垃圾12.712.7生物质能的特点生物质能的特点n可再生性可再生性n低污染性低污染性n广泛分布性广泛分布性n生物质燃料总量十分丰富生物质燃料总量十分丰富2024/2/32024/2/317173.3.生物质能源的发展生物质能源的发展3.13.1第一代生物燃料第一代生物燃料-多元化发展多元化发展 现阶段全球生物燃料中主要是第一代生物燃料在起主导作用。相现阶段全球生物燃料中主要是第一代生物燃料在起主导作用。相比先进的植物纤维燃料和藻类燃料，第一代生物燃料技术成熟，比先进的植物纤维燃料和藻类燃料，第一代生物燃料技术成熟，能够形态多样化，包括电力、固体燃料、液体燃料以及气体燃料能够形态多
11、样化，包括电力、固体燃料、液体燃料以及气体燃料等多种优质能源。等多种优质能源。美国重视玉米乙醇，巴西选择甘蔗乙醇，德国推崇生物柴油。美国重视玉米乙醇，巴西选择甘蔗乙醇，德国推崇生物柴油。20132013年世界生物燃料产量达到年世界生物燃料产量达到6534.86534.8万吨油当量，相比万吨油当量，相比20122012年增年增长了长了6.1%6.1%。2024/2/32024/2/318182024/2/32024/2/31919固体生物燃料固体生物燃料1.1.生物质直燃发电：秸秆发电厂生物质直燃发电：秸秆发电厂2.2.成型燃料成型燃料 ：是指松散、性状不规则的生物：是指松散、性状不规则的生物质
12、（农林废弃物、剩余物等）经收集、干质（农林废弃物、剩余物等）经收集、干燥和粉碎处理后，在一定温度和压力下通燥和粉碎处理后，在一定温度和压力下通过专门的成型设备挤压成规则的、致密的过专门的成型设备挤压成规则的、致密的棒状、块状或颗粒状的燃料。棒状、块状或颗粒状的燃料。2024/2/32024/2/32020液体生物燃料液体生物燃料燃料乙醇燃料乙醇原料：玉米、小麦、木薯、甘薯、甘蔗、甜菜等原料：玉米、小麦、木薯、甘薯、甘蔗、甜菜等2024/2/32024/2/32121淀粉质原料发酵制乙醇流程图淀粉质原料发酵制乙醇流程图糖质原料发酵制乙醇流程图糖质原料发酵制乙醇流程图2024/2/32024/2/
13、3222220132013年全球主要国家的燃料乙醇产量及年全球主要国家的燃料乙醇产量及份额（单位：百万美制加仑）份额（单位：百万美制加仑）20132013年美国燃料乙醇出口情况年美国燃料乙醇出口情况（单位：百万美制加仑）（单位：百万美制加仑）2024/2/32024/2/32323清洗清洗压榨压榨蔗汁蔗汁提取提取酒糟酒糟糖厂糖厂自用自用热电联产发电热电联产发电蔗渣蔗渣蔗渣蔗渣/蔗叶蔗叶水解水解发酵发酵蒸馏蒸馏含水含水乙醇乙醇蔗汁处理蔗汁处理并入并入电网电网还田还田糖糖糖蜜糖蜜还田还田巴西甘蔗工业（糖巴西甘蔗工业（糖/乙醇乙醇/发电）生产工艺发电）生产工艺生物柴油生物柴油是一种以植物果实的油脂、
14、动物油脂或餐饮废油等为原料制成的可是一种以植物果实的油脂、动物油脂或餐饮废油等为原料制成的可代替石化柴油的液体燃料。植物包括：油菜籽、大豆、棕榈树、麻代替石化柴油的液体燃料。植物包括：油菜籽、大豆、棕榈树、麻风树等。风树等。2024/2/32024/2/324242024/2/32024/2/32525气体生物燃料气体生物燃料沼气沼气2024/2/32024/2/326263.23.2第二代生物燃料第二代生物燃料-植物纤维燃料植物纤维燃料植物纤维原料：植物纤维原料：农业残余物、林业残余物、专门栽培的能源植物等。农业残余物、林业残余物、专门栽培的能源植物等。布什在布什在20062006年的国情咨
15、文中指出，要特别资助用创新技术生年的国情咨文中指出，要特别资助用创新技术生产乙醇，不仅是玉米乙醇，而且是用木屑、秸秆、柳枝稷等产乙醇，不仅是玉米乙醇，而且是用木屑、秸秆、柳枝稷等生产纤维乙醇；要在生产纤维乙醇；要在6 6年内实现纤维素乙醇的商业化，并具年内实现纤维素乙醇的商业化，并具有经济竞争性。奥巴马政府有经济竞争性。奥巴马政府20092009年表示，未来年表示，未来3 3年将从年将从美美国复苏和再投资法案国复苏和再投资法案预算资金中拿出预算资金中拿出7.8657.865亿美元资助生亿美元资助生物燃料研究和商业化项目。物燃料研究和商业化项目。2024/2/32024/2/32727植物纤维原
16、料加工转化植物纤维原料加工转化生物转化路径生物转化路径2024/2/32024/2/32828植物纤维原料生产乙醇路线植物纤维原料生产乙醇路线2024/2/32024/2/32929热化学转化路径热化学转化路径n热化学转化主要有气化和热解两种途径，产生不同的中间产物，热化学转化主要有气化和热解两种途径，产生不同的中间产物，包括合成气（主要是包括合成气（主要是H2H2和和COCO，来自气化工艺）、生物油（来自热，来自气化工艺）、生物油（来自热解工艺的液体产品）、生物炭（来自热解的固体产品）以及富含解工艺的液体产品）、生物炭（来自热解的固体产品）以及富含甲烷、乙烷或氢气的混合可燃气体。甲烷、乙烷或
17、氢气的混合可燃气体。第三代生物燃料第三代生物燃料-藻类能源藻类能源 进入进入2121世纪，伴随国际石油价格的一路上涨以及全世纪，伴随国际石油价格的一路上涨以及全球气候变暖与球气候变暖与CO2CO2减排压力的陡增，各国政府认识到藻类减排压力的陡增，各国政府认识到藻类能源这匹能源这匹“黑马黑马”在缓解全球性人口、能源、环境、粮在缓解全球性人口、能源、环境、粮食危机上的巨大潜力和独特优势，纷纷加大对藻类能源食危机上的巨大潜力和独特优势，纷纷加大对藻类能源的研究投入。主要包括微藻（单细胞真核生物）、蓝藻的研究投入。主要包括微藻（单细胞真核生物）、蓝藻（蓝细菌）和大型藻（目前主要用在食品领域）。（蓝细菌
18、）和大型藻（目前主要用在食品领域）。2024/2/32024/2/33131不同生物质原料的油脂产率不同生物质原料的油脂产率2024/2/32024/2/33232藻类能源技术链藻类能源技术链2024/2/32024/2/333334.4.对生物质能源的质疑对生物质能源的质疑4.14.1粮食安全问题粮食安全问题2024/2/32024/2/334344.24.2能效大于能效大于1 1还是小于还是小于1 12024/2/32024/2/33535装置标煤消耗（千克/吨乙醇）能量产出投入比肇东三期6051.51:1肇东三期（不干燥DDGS）5231.75:1木薯燃料乙醇3962.26:1木薯燃料乙
19、醇*（技术改造后）3402.67:1中粮集团有限公司燃料乙醇厂的能量产出投入比中粮集团有限公司燃料乙醇厂的能量产出投入比4.34.3增排还是减排增排还是减排2024/2/32024/2/336365.5.我国生物质资源的科技路线我国生物质资源的科技路线战略路径战略路径1 1：光合作用机理与提高作物及能源植物光能利用效率。：光合作用机理与提高作物及能源植物光能利用效率。1.1.解析光合作用机理；解析光合作用机理；2.2.提高作物（包括能源植物）光合作用的光能利用效率；提高作物（包括能源植物）光合作用的光能利用效率；3.3.新型高光效油脂作物的种质创新和利用；新型高光效油脂作物的种质创新和利用；4
20、.4.微藻光合产氢微藻光合产氢5.5.光合作用太阳光电池。光合作用太阳光电池。2024/2/32024/2/33737战略路径战略路径2 2：生物质能源与能源植物：生物质能源与能源植物1.1.建立资源库；建立资源库；2.2.研究能源植物转能和储能机制，利用生物手段培育抗性能源植物研究能源植物转能和储能机制，利用生物手段培育抗性能源植物新种质、新品种；新种质、新品种；3.3.优化生物质产能生产体系；优化生物质产能生产体系；4.4.实现大规模商业化应用生物质能源。实现大规模商业化应用生物质能源。2024/2/32024/2/33838战略路径战略路径3 3：微生物资源发掘利用：微生物资源发掘利用n
21、1.1.纤维素产乙醇；纤维素产乙醇；n2.2.生物光解产氢；生物光解产氢；n3.3.环境修复；环境修复；n4.4.碳循环和碳固定；碳循环和碳固定；n5.5.农业废弃物的高效转化；农业废弃物的高效转化；n6.6.化学原料替代型生物质基原料技术工艺；化学原料替代型生物质基原料技术工艺；n7.7.循环利用及产业链结构体系循环利用及产业链结构体系n8.8.功能微生物的组学分析和代谢网络模拟功能微生物的组学分析和代谢网络模拟n9.9.合成生物学与系统生物技术体系合成生物学与系统生物技术体系2024/2/32024/2/33939战略路径战略路径4 4：战略微生物资源的发掘和可持续利用：战略微生物资源的发
22、掘和可持续利用n1.1.生物资源储量评估、资源发掘；生物资源储量评估、资源发掘；n2.2.生物资源的基因组保育、功能基因发掘与功能成分辨识及育种生物资源的基因组保育、功能基因发掘与功能成分辨识及育种改良改良n3.3.生物多样性的形成等和种质创新生物多样性的形成等和种质创新n4.4.若干重大生命科学问题的进化基因组学与资源可持续利用。若干重大生命科学问题的进化基因组学与资源可持续利用。n5.5.协同进化及对生物多样性维持机制与生物资源永续利用协同进化及对生物多样性维持机制与生物资源永续利用2024/2/32024/2/34040战略路径战略路径5：基因组与生物质基因资源：基因组与生物质基因资源n
23、1.生物基因资源自然变异的发掘及利用；生物基因资源自然变异的发掘及利用；n2.分子机器的机理及技术集成分子机器的机理及技术集成n3.生物燃料分子设计生物燃料分子设计n4.系统生物学理论及应用技术系统生物学理论及应用技术n战略路径战略路径6：生物质资源的特殊利用：生物质资源的特殊利用-放生科学与技术放生科学与技术2024/2/32024/2/34141光合作用机理与提高作物及能源植物光能利用效率光合作用机理与提高作物及能源植物光能利用效率2024/2/32024/2/34242n生物质能源和能源植物生物质能源和能源植物2024/2/32024/2/343432024/2/32024/2/3444
24、42024/2/32024/2/345452024/2/32024/2/346462024/2/32024/2/34747微生物资源发掘与利用微生物资源发掘与利用2024/2/32024/2/34848基因组与生物质基因资源基因组与生物质基因资源2024/2/32024/2/349492024/2/32024/2/350502024/2/32024/2/351512024/2/32024/2/35252生物质能的利用技术大体上分：生物质能的利用技术大体上分：n直接燃烧技术直接燃烧技术n热化学转化热化学转化n生化转化技术生化转化技术各类技术又包含了不同的子技术。各类技术又包含了不同的子技术。20
25、24/2/32024/2/353536 6、生物能的利用技术、生物能的利用技术2024/2/32024/2/35454直接燃烧技术直接燃烧技术热化学转化热化学转化生化转化技术生化转化技术2024/2/32024/2/355552024/2/32024/2/35656直接燃烧技术直接燃烧技术直接燃烧大致可分四种情况：直接燃烧大致可分四种情况：炉灶燃烧；炉灶燃烧；锅炉燃烧；锅炉燃烧；垃圾焚烧；垃圾焚烧；固型燃料燃烧。固型燃料燃烧。直接燃烧技术直接燃烧技术 是生物质能最简单又应用最广的利用方式。是生物质能最简单又应用最广的利用方式。1996 1996年中国从薪柴、秸秆直接燃烧获得的能量，相当年中国从
26、薪柴、秸秆直接燃烧获得的能量，相当于于2.22.2亿吨标准煤，约占全国能源消耗总量的亿吨标准煤，约占全国能源消耗总量的14%14%，占农，占农村地区能源消耗量的村地区能源消耗量的34%34%，占农村生活用能的，占农村生活用能的59%59%。2024/2/32024/2/35757u生物质燃料和传统的固体燃料煤相比主要有以下差别：生物质燃料和传统的固体燃料煤相比主要有以下差别：(1)(1)含碳量少。生物质燃料的含碳量最高不会超过含碳量少。生物质燃料的含碳量最高不会超过50%50%，燃烧的时间短，燃烧的时间短，而且能量密度比较低。而且能量密度比较低。(2)(2)含挥发分多。生物质燃料中的碳，多数和
27、氢结合成较低分子量的含挥发分多。生物质燃料中的碳，多数和氢结合成较低分子量的碳氢化合物，遇到一定温度后热分解析出挥发物，挥发分里所含碳氢化合物，遇到一定温度后热分解析出挥发物，挥发分里所含能量占其所有能量的一半以上。能量占其所有能量的一半以上。(3)(3)含氧量多。生物质燃料的含氧量明显多于煤炭，使得生物质容易含氧量多。生物质燃料的含氧量明显多于煤炭，使得生物质容易点燃，且不需要太多的氧气供应。点燃，且不需要太多的氧气供应。(4)(4)密度小。生物质燃料的密度小，比较容易烧尽密度小。生物质燃料的密度小，比较容易烧尽,但对燃料的运输不但对燃料的运输不利。利。2024/2/32024/2/3585
28、8n炉灶燃烧炉灶燃烧n最原始的利用方法，但一般适用于农村或山区最原始的利用方法，但一般适用于农村或山区分散独立的家庭用炉；分散独立的家庭用炉；n它的投资最省，但效率最低，燃烧效率在它的投资最省，但效率最低，燃烧效率在15-15-20%20%左右。左右。2024/2/32024/2/35959u燃烧生物质锅炉与燃煤锅炉没有本质上的差别，只是在设计锅炉燃烧生物质锅炉与燃煤锅炉没有本质上的差别，只是在设计锅炉时需考虑到，与煤相比，一般生物质具有热值小、密度小；钾含时需考虑到，与煤相比，一般生物质具有热值小、密度小；钾含量多，挥发分多的特点。量多，挥发分多的特点。u 燃用生物质锅炉的几个著名的示例：燃
29、用生物质锅炉的几个著名的示例：1.1.奥地利奥地利ArbesthalArbesthal集中供热系统集中供热系统 2.2.巴西的锅炉燃用生物质发电巴西的锅炉燃用生物质发电 3.3.美国宾夕法尼亚州美国宾夕法尼亚州VikingViking木材发电厂木材发电厂2024/2/32024/2/36060u生物质的燃烧主要是两个阶段，即挥发分的燃烧和焦炭的燃生物质的燃烧主要是两个阶段，即挥发分的燃烧和焦炭的燃烧，前者燃烧较快，约占燃烧时间的烧，前者燃烧较快，约占燃烧时间的10%10%，后者则占，后者则占90%90%的时的时间。生物质燃烧还有其特点：间。生物质燃烧还有其特点：(1)(1)生物质燃料的密度小，
30、挥发份高。在生物质燃料的密度小，挥发份高。在250250时热分解开时热分解开始，在始，在325325时就已经十分活跃了。时就已经十分活跃了。350350时挥发份可以析出时挥发份可以析出80%80%。挥发份析出的时间很短，如果空气给的不合适，挥发。挥发份析出的时间很短，如果空气给的不合适，挥发份有可能燃烧不完全就被排出，产生黑烟，甚至是浓黄色烟。份有可能燃烧不完全就被排出，产生黑烟，甚至是浓黄色烟。2024/2/32024/2/36161(2)(2)挥发份逐渐析出和燃烬后，燃料的剩余物为疏松的焦挥发份逐渐析出和燃烬后，燃料的剩余物为疏松的焦炭，气流运动会将一部分炭粒裹入烟道，形成黑絮，所炭，气流
31、运动会将一部分炭粒裹入烟道，形成黑絮，所以通风过强会降低燃烧效率。以通风过强会降低燃烧效率。(3)(3)挥发份烧完，固定碳燃烧受到灰分包裹空气较难挥发份烧完，固定碳燃烧受到灰分包裹空气较难渗透的影响，易有残炭遗留。此时要加强空气的流动加渗透的影响，易有残炭遗留。此时要加强空气的流动加强其渗透能力，使固定碳尽量的燃烬。强其渗透能力，使固定碳尽量的燃烬。2024/2/32024/2/36262锅炉燃烧锅炉燃烧采用了现代化的锅炉技术，适用于大规模利用生物质；采用了现代化的锅炉技术，适用于大规模利用生物质；它的主要优点是效率高，并且可实现工业化生产。它的主要优点是效率高，并且可实现工业化生产。2024
32、/2/32024/2/36363n垃圾焚烧垃圾焚烧n采用锅炉技术处理垃圾，但由于垃圾的品位低，腐蚀性采用锅炉技术处理垃圾，但由于垃圾的品位低，腐蚀性强，所以它要求技术更高，投资更大，从能量利用的角强，所以它要求技术更高，投资更大，从能量利用的角度，它也必须规模较大才比较合理。度，它也必须规模较大才比较合理。2024/2/32024/2/36464Grayling Biomass Grayling Biomass StationStationu农业废弃物的燃烧与煤燃烧最大区别在于，它有四分之三农业废弃物的燃烧与煤燃烧最大区别在于，它有四分之三的能量在挥发份中，而煤的挥发份只含有不到一半的能量。的
33、能量在挥发份中，而煤的挥发份只含有不到一半的能量。所以设计燃烧器的时候，要使挥发份充分的燃烧以获所以设计燃烧器的时候，要使挥发份充分的燃烧以获得更多的能量。得更多的能量。u 在许多欧洲国家，城市废弃物的燃烧为供暖、发电等在许多欧洲国家，城市废弃物的燃烧为供暖、发电等提供了大量的能量。在西欧一些国家，垃圾焚烧占了垃圾提供了大量的能量。在西欧一些国家，垃圾焚烧占了垃圾处理的处理的30-60%30-60%。世界上利用垃圾发电的装机容量大概是。世界上利用垃圾发电的装机容量大概是3 3百百万千瓦，有一半左右是在欧洲。万千瓦，有一半左右是在欧洲。但垃圾燃烧有空气污染问题但垃圾燃烧有空气污染问题,迫于公众的
34、压力，迫于公众的压力，9090年年代以后，垃圾焚烧发展得不到更多的支持。但是相比垃圾代以后，垃圾焚烧发展得不到更多的支持。但是相比垃圾填埋，垃圾焚烧在短期内还是一个不错的垃圾处理方式。填埋，垃圾焚烧在短期内还是一个不错的垃圾处理方式。2024/2/32024/2/36565n固型燃料燃烧固型燃料燃烧n把生物质固化成型后再采用传统的燃煤设备燃用。把生物质固化成型后再采用传统的燃煤设备燃用。n优点：所采用的热力设备是传统的定型产品，不必优点：所采用的热力设备是传统的定型产品，不必经过特殊的设计或处理。经过特殊的设计或处理。n缺点：运行成本高。缺点：运行成本高。n比较适合企业对原有设备进行技术改造时
35、，在不重比较适合企业对原有设备进行技术改造时，在不重复投资前提下，以生物质代替煤，以达到节能的目复投资前提下，以生物质代替煤，以达到节能的目的，的，n有时应用于对污染要求特别严格的场所，如饭店烧有时应用于对污染要求特别严格的场所，如饭店烧烤等。烤等。2024/2/32024/2/36666生物质压缩成型燃料技术生物质压缩成型燃料技术u 为避免出现生物质燃料在直接燃烧时存在挥发分逸出过快、为避免出现生物质燃料在直接燃烧时存在挥发分逸出过快、空气供给难以控制等问题空气供给难以控制等问题 ，将分布散、形体轻、储运困难、使用，将分布散、形体轻、储运困难、使用不便的纤维素生物质，经压缩成型和炭化工艺，加
36、工成燃料，能不便的纤维素生物质，经压缩成型和炭化工艺，加工成燃料，能提高燃料的热值，改善燃烧性能，这种技术称为生物质压缩成型提高燃料的热值，改善燃烧性能，这种技术称为生物质压缩成型技术。技术。u 生物质压缩成型燃料可广泛应用于各种类型的家庭取暖炉、生物质压缩成型燃料可广泛应用于各种类型的家庭取暖炉、小型热水锅炉、热风炉，也可用于小型发电设施，是我国充分利小型热水锅炉、热风炉，也可用于小型发电设施，是我国充分利用秸秆等生物质资源替代煤炭的重要途径，具有良好的发展前景。用秸秆等生物质资源替代煤炭的重要途径，具有良好的发展前景。2024/2/32024/2/36767 生物质压缩成型原理生物质压缩成
37、型原理u 生物质压缩成型所用的原料主要有：锯末、木屑、生物质压缩成型所用的原料主要有：锯末、木屑、稻壳、秸秆等。这些原料的结构通常都比较疏松，密度较稻壳、秸秆等。这些原料的结构通常都比较疏松，密度较小，在受到一定的外部压力后，原料颗粒先后经历重新排小，在受到一定的外部压力后，原料颗粒先后经历重新排列位置关系、颗粒机械变形和塑性流变等阶段，体积大幅列位置关系、颗粒机械变形和塑性流变等阶段，体积大幅度减小，密度显著增大。度减小，密度显著增大。u 在水分存在时，用较小的作用即可使纤维素形成一定在水分存在时，用较小的作用即可使纤维素形成一定的形状；当含水率在的形状；当含水率在10%10%左右时，需施较
38、大的压力才能使左右时，需施较大的压力才能使其成型，但成型后结构牢固。其成型，但成型后结构牢固。u 对于木质素等粘弹性组分较高的原料对于木质素等粘弹性组分较高的原料,其成型温度需其成型温度需达到木质素的软化点；对于木质素含量较低的原料达到木质素的软化点；对于木质素含量较低的原料,需加需加入少量的粘结剂。入少量的粘结剂。2024/2/32024/2/36868压缩成型工艺类型压缩成型工艺类型 u 根据主要工艺特征的差别，可划分为湿压成型、热压成型和根据主要工艺特征的差别，可划分为湿压成型、热压成型和炭化成型三种基本类型。炭化成型三种基本类型。2024/2/32024/2/36969生物质压缩成型工
39、艺流程生物质压缩成型工艺流程 2024/2/32024/2/37070n热化学转换技术热化学转换技术n包括三方面：包括三方面：一是干馏技术；一是干馏技术；二是气化制生物质燃气；二是气化制生物质燃气；三是热解制生物质油。三是热解制生物质油。2024/2/32024/2/37171n干馏技术干馏技术n主要目的是同时生产生物质碳和燃气，它可以把能量主要目的是同时生产生物质碳和燃气，它可以把能量密度低的生物质转化为热值较高的固定碳或气，碳和密度低的生物质转化为热值较高的固定碳或气，碳和燃气可分别用于不同用途。燃气可分别用于不同用途。n优点是设备简单，可以生物产碳和多种化工产品优点是设备简单，可以生物产
40、碳和多种化工产品n缺点是利用率较低，而且适用性较小，一般只适用于缺点是利用率较低，而且适用性较小，一般只适用于木质生物质的特殊利用。木质生物质的特殊利用。2024/2/32024/2/37272 厌氧消化制取气体燃料厌氧消化制取气体燃料u 制取气体燃料是利用生物质能的较好方法。制取气体燃料是利用生物质能的较好方法。2024/2/32024/2/37373 固体废弃物的厌氧消化固体废弃物的厌氧消化 u 通过厌氧发酵将为畜禽、秸秆、农业有机废弃物、农通过厌氧发酵将为畜禽、秸秆、农业有机废弃物、农副产品加工的有机废水、工业废水、城市污水和垃圾、水副产品加工的有机废水、工业废水、城市污水和垃圾、水生植
41、物和藻类等有机物质转化成气体燃料如沼气，是一种生植物和藻类等有机物质转化成气体燃料如沼气，是一种利用生物质制取清洁能源的有效途径，同时又能使废物得利用生物质制取清洁能源的有效途径，同时又能使废物得到有效处理，有利于农业生态建设和环境保护。到有效处理，有利于农业生态建设和环境保护。u 厌氧消化的过程很复杂。简单来说，就是细菌将其中厌氧消化的过程很复杂。简单来说，就是细菌将其中的有机物转化为糖和各种各样的酸，这些酸分解就可以产的有机物转化为糖和各种各样的酸，这些酸分解就可以产生可燃气体，剩下的东西取决于一开始的进料和反应的条生可燃气体，剩下的东西取决于一开始的进料和反应的条件。细菌在分解垃圾的时候
42、就会放出热量，但是在比较寒件。细菌在分解垃圾的时候就会放出热量，但是在比较寒冷的气候条件下，这些热量要用来维持至少冷的气候条件下，这些热量要用来维持至少3535的反应温的反应温度。度。2024/2/32024/2/37474n生物质热解气化生物质热解气化n把生物质转化为可燃气的技术，根据技术路线把生物质转化为可燃气的技术，根据技术路线的不同，可以是低热值气，也可以是中热值气。的不同，可以是低热值气，也可以是中热值气。n主要优点：生物质转化为可燃气后，利用效率主要优点：生物质转化为可燃气后，利用效率较高，而且用途广泛，如可以用作生活煤气，较高，而且用途广泛，如可以用作生活煤气，也可以用于烧锅炉或
43、直接发电。也可以用于烧锅炉或直接发电。n主要缺点：系统复杂，而且由于生成的燃气不主要缺点：系统复杂，而且由于生成的燃气不便于储存和运输，必须有专门的用户或配套的便于储存和运输，必须有专门的用户或配套的利用设施。利用设施。2024/2/32024/2/375752024/2/32024/2/37676由生物质获取液体和气体燃料的生产过程由生物质获取液体和气体燃料的生产过程2024/2/32024/2/37777生物质气化发电原理图生物质气化发电原理图2024/2/32024/2/37878生物质电力（木屑生物质电力（木屑）生物质汽化发电设备生物质汽化发电设备 生物质气化技术生物质气化技术u 生物
44、质气化是生物质热化学转换的一种技术，基生物质气化是生物质热化学转换的一种技术，基本原理是在不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，本原理是在不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，使较高分子量的有机碳氢化合物链裂解，变成较低分使较高分子量的有机碳氢化合物链裂解，变成较低分子量的一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。子量的一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。在转换过程中要加气化剂，如空气、氧气或水蒸在转换过程中要加气化剂，如空气、氧气或水蒸汽，其产品主要指可燃性气体与氮气等的混合气体。汽，其产品主要指可燃性气体与氮气等的混合气体。u 气化器的设计各种各样，基本原理一样：热蒸汽、气化器的设计各种各样，基本原理一样：
45、热蒸汽、氧气与固体燃料一起反应，过程一开始，挥发份释放氧气与固体燃料一起反应，过程一开始，挥发份释放出来，留下了木炭，这两种物质和热蒸汽、氧气互相出来，留下了木炭，这两种物质和热蒸汽、氧气互相反应，最后生成了反应，最后生成了“发生炉煤气发生炉煤气”，接下来将有用的、，接下来将有用的、干净的气体分离出来使用干净的气体分离出来使用。2024/2/32024/2/37979 生物质气化的原料和应用途径生物质气化的原料和应用途径 u 生物质气化所用原料主要是原木生产及木材加生物质气化所用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、木工的残余物、薪柴、农业副产物等，包括板皮、木屑
46、、枝杈、秸秆、稻壳、玉米芯等，原料来源广泛，屑、枝杈、秸秆、稻壳、玉米芯等，原料来源广泛，价廉易取。价廉易取。u 生物质气化产出的可燃气热值，主要随气化剂生物质气化产出的可燃气热值，主要随气化剂的种类和气化炉的类型不同而有较大差异。气化剂的种类和气化炉的类型不同而有较大差异。气化剂是空气的，在固定床和单流化床气化炉中生成的燃是空气的，在固定床和单流化床气化炉中生成的燃气的热值属低热值燃气，采用氧气或水蒸汽乃至氢气的热值属低热值燃气，采用氧气或水蒸汽乃至氢气作为气化剂可产出中热值乃至高热值。气作为气化剂可产出中热值乃至高热值。u 生物质燃气的主要用途有：供民用炊事和取暖；生物质燃气的主要用途有：
47、供民用炊事和取暖；烘干谷物、木材、果品、炒茶等；发电；区域供热；烘干谷物、木材、果品、炒茶等；发电；区域供热；工业企业用蒸汽等。工业企业用蒸汽等。2024/2/32024/2/38080 生物质气化的基本热化学反应生物质气化的基本热化学反应 上流动的气化炉（上流式）的工作机理上流动的气化炉（上流式）的工作机理 2024/2/32024/2/38181图5-5 生物质气化机理 1.1.氧化层（燃烧层）氧气在这里烧完，氧化层（燃烧层）氧气在这里烧完，生成大量二氧化碳，同时，有一部分由于生成大量二氧化碳，同时，有一部分由于氧气（空气）的供应量不足，便生成一氧氧气（空气）的供应量不足，便生成一氧化碳，
48、放出一部分热量化碳，放出一部分热量 2.2.还原层，已没有氧气存在，二氧化还原层，已没有氧气存在，二氧化碳及水在这里还原成一氧化碳和氢气，碳及水在这里还原成一氧化碳和氢气，进行吸热反应。进行吸热反应。3.3.热分解层（干馏层）燃料中挥发物热分解层（干馏层）燃料中挥发物进行蒸馏，温度保持在进行蒸馏，温度保持在450450左右。蒸左右。蒸馏出的挥发物混入燃气中。馏出的挥发物混入燃气中。4.4.干燥层，燃料中的水分蒸发，吸收干燥层，燃料中的水分蒸发，吸收热量热量 不同气化炉气化炉特点及应用不同气化炉气化炉特点及应用u 固定床气化炉结构简单，投资少，运行可靠，操作比较容易，固定床气化炉结构简单，投资少
49、，运行可靠，操作比较容易，对原料种类和粒度要求不高，铡碎的物料自上而下加入炉内。对原料种类和粒度要求不高，铡碎的物料自上而下加入炉内。固定床气化炉有以下几种类型：固定床气化炉有以下几种类型：1 1、下流式固定床、下流式固定床2 2、上流式固、上流式固定床定床3 3、横流式固定床、横流式固定床4 4、开心式固定床气化炉、开心式固定床气化炉 2024/2/32024/2/38282下流式固定床气化炉 上流式固定床气化炉 流化床气化炉流化床气化炉 2024/2/32024/2/38383流化床气化技术的主要特点为：流化床气化技术的主要特点为：(1)(1)原料须粉碎后加入炉内，在炉内原料须粉碎后加入炉
50、内，在炉内是是“沸腾沸腾”状燃烧。状燃烧。(2)(2)气化过程中物料、气化剂充分混气化过程中物料、气化剂充分混合，温度场均匀，传热强烈、气化强合，温度场均匀，传热强烈、气化强度大，产气率高，适于中、小规模生度大，产气率高，适于中、小规模生产。产。(3)(3)焦油在反应过程中能裂解成小分焦油在反应过程中能裂解成小分子量气体，燃气中含焦油量小，出炉子量气体，燃气中含焦油量小，出炉温度高，含灰量较大。温度高，含灰量较大。(4)(4)单位产气设备成本低。单位产气设备成本低。生物质气化生产中的主要问题生物质气化生产中的主要问题 u将生物质气化产出的可燃性气体供燃用或用其发电，将生物质气化产出的可燃性气体