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1、,生物质气化技术研究,盐城工学院汽车学院 高豪杰 2015年10月14日,1,个人简介 高豪杰，盐城工学院，汽车工程学院，能源与动 力工程系，讲师，博士； 2014年毕业于南京工业大学，机械与动力工程学院，化工过程机械专业，硕博连读； 主要从事生物质热化学转化，新能源装备技术方面的研究；发表相关论文6篇，已授权发明专利两项。,目录,1. 研究背景 2. 我国的能源、环境现状 3. 开发生物质能源 4. 生物质资源的特性 5. 生物质气化技术概况,能源需求总量巨大且快速增长，供应能力日趋紧张,常规环境污染严重,农村和小城镇急需大量清洁、便利的能源服务,温室气体排放量巨大而且迅速增加,液体燃料短缺
2、，高度依赖进口，能源安全堪忧,中国可持续发展面临的五大能源挑战,1. 研究背景,研究背景,能 源,一次能源,二次能源,新能源,常规能源,不可再生能源：煤炭、石油 天然气,可再生能源：水力,不可再生能源：核燃料,可再生能源:太阳能、生物能、风能 地热能、海洋能,能源的特征及分类,电力、焦炭、煤气、沼气、蒸汽 汽油、柴油、重油、氢、激光,按其形态特征或转换和利用的层次划分：,能源是指可能为人类利用以获取有用能量的各种来源，象太阳能、风力、水力、蒸汽、化石燃料及核能、潮汐能等均可称为能源和清洁型能源。,研究背景,BP世界能源统计2006,全球石油探明储量可供生产40多年，天然气和煤炭则分别可以供应6
3、5年和155年 我国石油探明储量可供生产15年、天然气仅可供生产30年、煤炭81年,世界,中国,化石燃料，储量有限，不可再生！,能源现状,煤矿开采造成的地陷,化石能源开采过程中的环境问题,露天开采形成巨大的人工坑,我国的环境现状,造成房屋塌陷,造成房屋塌陷,化石能源输运过程中的环境问题,我国的环境现状,化石燃料的燃烧造成的大气污染,化石能源使用过程中的环境问题,我国的环境现状,PM2.5超标及雾霾天气,化石能源使用过程中的环境问题,我国的环境现状,特别专题,有的人死了,他被埋了；有的人活着,他也被霾了,长江源 姜根迪如冰川对比,1976年 8月25日,2010年 3月15日,温室效应,我国的环
4、境现状,我们应该怎样应对？,大幅提高能源利用效率，努力建设节约型社会，我们每个人都应该主动增强危机意识、节约意识与环保意识，充分认识到我国资源短缺危机，了解节能环保对国家及个人的真正意义，真正树立起节能环保意识。 积极利用国际资源，提高石油资源储备； 大力开发利用可再生能源，实现能源资源利用的可持续发展。相对于传统能源，可再生能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界 严重的环境污染问题和资源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。,我国的能源环境现状,为什么要大力发展可再生能源,化石能源不可再生，迟早要枯竭 发展可再生经济可以开辟新的能源供应途径,有效增加能源供应量, 有效降低环境污
5、染，降低对化石燃料的依存度； 可再生能源对环境生态不产生或很少产生污染，可以实现较低的碳排放甚至是零碳排放； 资源分布广泛，资源丰富，可循环利用，适宜就地开发利用。,开发生物质能源,可再生能源分类,风能,海洋能,太阳能,可再生能源主要包括太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。,水能,生物质能,生物质能源是可再生能源领域唯一可以转化为液体和气体燃料的能源。生物质能源储量较大，它不仅具有资源再生、技术可靠的特点，而且还具有对环境无害、经济可行、利国利农的发展优势。,可储存,可运输,可变化,16,开发生物质能源,生物质,生物质能源特
6、点,各种速生的能源林、薪炭林、经济林、用材林、灌木林，木材及森林工业废弃物； 农业废弃物,如农作物秸秆、稻壳、玉米芯、蔗渣等； 水生植物； 油料植物； 城市和工业有机废弃物； 动物粪便。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。,我国有丰富的生物质资源,发展生物燃料我国有丰富的资源基础 研究表明生物质的可利用资源量能源潜力折标煤4.24亿吨，相当于2010年全国一次能源消费总量（30.8亿吨标煤）的大约1/7； 相关土地评估显示，我国现有边际性土地资源量1.6亿公顷，边际性土地种植相应能源植物的产能潜力约为4.95亿吨标煤。,各类生物质资源量,生物质能源特点,生物质资源的特点,1)
7、可再生性 生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生，取之不尽、用之不竭，也是唯一一种可再生的碳源； 2) 低污染性 生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少； 3) 广泛分布性 缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能； 4) 生物质燃料总量十分丰富 生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。,生物质能源特点,生物质利用方式分类,生物质热解气化,生物质能发展历史,1839年，世界上第一台上吸式生物质气化炉问世 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：石油供应状况好转，研究开发工作暂时搁置 20世纪70年：受到石油危
8、机的影响，各种生物质能利用技术广泛开发，并开始大规模工业应用。,生物质热解气化,气化:是指通过加热将固体或液体燃料转化为气体燃料的热化学过程。 生物质气化:就是利用空气中的氧气或含氧物质作为气化剂，将生物质中的碳转化生成可燃气体的过程。,生物质热解气化,气化的概念,按气化剂分类,生物质热解气化,Biomass gasification reactors,Cyclone,生物质热解气化,从事生物质研究开发的单位概况 单位有40多家：清华大学、中国科技大学、浙江大学、中国科学院、山东大学、山东理工大学、华东理工大学、上海理工大学、东北林业大学、哈尔滨工业大学、东南大学、沈阳农业大学、北京工业大学、
9、南京工业大学、首都师范大学、山东、辽宁、河南等省的能源研究所、大连环科院、农业部农工院、农机院、成都沼科所、上海沼科所、杭州沼科所、长沙新技术研究所、湖南省林科院、林化所等单位。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,生物质热解气化,生物质热解气化,中科学院广州能源研究所在循环流化床气化发电方面取得了一系列进展，已经建设并运行了多套气化发电系统2124； 中国林业科学院林产化学工业研究所在生物质流态化气化技术、内循环锥形流化床富氧气化技术方面取得了成果25； 中国科技大学进行了生物质等离子体气化26、生物质气化合成等技术的研究27； 浙江大学对双流化床气化技术进行了研究，并开发了中热值气化供气
10、与发电装置30,31；华中科技大学进行了流化床的气化研究32-34； 南京工业大学近年来开始开展生物质气化技术的研究，在大规模的固定床生物质气化发电技术方面取得了进展。 华中科技大学开展了高含水率生物质的热解气化研究，并建成了一套中试装置，取得了较好的效果,国内进展,欧美等发达国家对生物质气化技术的研究十分重视，有许多单位在进行此项技术的研究，并达到了较高的水平。 西方发达国家的一些科研单位，如美国国家再生能源实验室64、Ariozna大学、Hamburg大学、日本日立制作所、英国Aston大学和川崎重工等单位都致力于高湿生物质热解技术的开发，并取得了良好的成绩； 德国鲁奇公司正在进行100M
11、W生物质燃气联合循环(IGCC)的示范工程，成功后将是一种高效的发电系统； 美国可再生能源实验室(NREL)和夏威夷大学也在进行IGCC的蔗渣发电系统的研究； 荷兰特温特(Twente)大学进行流化床气化器和焦油催化裂解装置的研究，推出了近于实用的无焦油气化系统。,生物质热解气化,国外进展,太阳能生物质气化技术,传统方法存在的问题： 1）耗能大，外部加热的方式耗化石燃料；内部加热的方法，消耗近40%的生物质原料。2）需要高温高加热速率，耗能强度大 3）采用空气作为气化剂，产出燃气中含有大量氮气，稀释了可燃气，使热值降低。,生物质热解气化,利用太阳能聚光产生的高温驱动热化学反应（或循环），将太阳
12、能和生物质的化学能进行改性和提质，转化为可大规模储运的清洁化学能，或者一氧化碳和氢等基础化工原料，同时实现太阳能的存储和化石燃料的清洁利用,生物质热解气化,太阳能聚光生物质气化原理,生物质热解制油技术发展历程,20世纪80年代初，加拿大Waterloo大学开始了以提高液体产率为目标的循环流化床研究，为现代快速、闪速裂解提供了基础，被公认为本领域中最广泛深入的研究成果。,1990年左右，欧美一些国家开始建设速热解示范性工厂或试验台。,1995年左右，目前生物质热解制油主流设备研已经普遍完成研发。之后，随着试验规模的反应装置逐步完善化，欧美示范性和商业化运行的热裂解项目不断开发和建造。,2000年
13、左右，中国各科研机构纷纷开始对生物质热解设备的研发。,2005年后，国外科研机构开始加大力度研发生物油的深加工技术。,近期，中国一些科研机构也开始研发生物油的深加工技术。,生物质液化技术在世界上还属于新技术，生产工艺上尚有很多问题有待解决和完善。 中国在生物油热解液化设备研究方面明显落后于国外，国内开发的反应器主要以接触式和混合式为主，具有代表性的是流化床式反应器和旋转锥反应器。目前我国热解液化工艺整体上尚有许多需要改进之处。 国外对生物油深加工的研究早已展开，但是暂时没有取得突破性进展。 中国在生物油深加工方面的研究尚处于起步阶段，研发的机构不多。东北林大、中科大、山东理工对生物油与柴油混合
14、制备乳化油技术进行了研究，但短期内无法取得突破性进展。,生物质热解气化,31,我主要参与研究项目,生物质热化学转化技术 褐煤的高效清洁转化技术 固体废弃物的高温热解制取清洁燃料和化学燃料技术,主要研究课题,主持完成江苏省普通高校研究生科研创新计划项目（褐煤直接热解特性实验研究，项目编号CXZZ13_0431） 国家“十二五”科技支撑计划项目 以主要研究者参与江苏省环保厅重点课题（高湿污泥高温热解制取高氢燃气实验研究，项目编号2013028） 国家863计划项目（基于太阳能和生物质的热电冷联合供能系统，项目编号2008AA05Z207），青海省科技支撑计划项目及江苏省工业支撑计划（BE20131
15、27） 2010-2012年在江苏省现代低碳技术研究院实习，期间参与上海世博会低碳技术应用调研（在世博园区调研30天），参与“2010上海世博会低碳技术研究报告”的编写。 参与科技部社发司“十二五”科技支撑计划“多能互补耦合供能系统关键技术研究与集成示范”,主要参与项目,863计划项目，生物质太阳能耦合供能系统（发电+产蒸汽）,生物质气化技术,原料,建立了一套固定床生物质气化炉（1600mm, 国内做大直径)，以农业废弃物和木材废物为主要原料，可产出2000 Nm3/h的生物质燃气。,蒸汽管道,太阳能 蒸汽系统,蒸汽管道,内燃机组,燃气锅炉,风机、泵等用电,游泳池,溴化锂,学生宿舍,尾气余热锅
16、炉,生物质燃气,分汽缸,1140kW,热水133t/d,1900kW,制冷机组 33,生物质气化技术,设计建造国内第一台生物质气燃气锅炉：锅炉可产生3t/h饱和蒸汽（0.8MPa）。,生物质气燃气蒸汽锅炉,生物质气燃气锅炉系统,34,生物质气燃烧器,生物质气化技术,供气量与点火档位之间的关系,风机送风量：1000-3000 Nm3 /h 1 m3 燃气实际空气量： 1.1m3 过剩空气系数：1.1-1.5,燃烧尾气,系统产蒸汽,测试运行情况,测试条件,产蒸汽,生物质气燃气锅炉系统,35,生物质气化技术,生物质气发电系统,建造500 kW生物质内燃机发电系统，油、水冷却系统、控制系统、内燃机余热（550 ，3000 Nm3/h）锅炉 气化发电成本，约为0.2-0.3元/Kw.h,已接近或优于常规发电 发电500 kW/h，副产蒸汽0.6 t/h（0.8 MPa）,生物质气内燃机发电系统,36,热管式尾气余热回收锅炉,生物质气化技术,37,废胎轮与生物质共气化,3.2 生物质热化学,
