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1、生物质能利用工程生物质能利用工程 第一节第一节 生物质能概述生物质能概述 一、生物质能概述一、生物质能概述 生物质：由光合作用而产生的各种有机体，包括所有动物 、植物、微生物，以及由这些生命体排泄和代谢的所有有 机物质。是地球上存在最广泛的物质。 生物质能：蕴藏在生物质中的能量。是把太阳能转化为化 学能后固定和贮藏在生物体内的能量。它是一种唯一可再 生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。 从根本上说，生物质能来源于太 阳能，是取之不尽的可再生能源 和最有希望的“绿色能源”。 1、生物质能概念 能量转换过程 太阳能 绿色植物草食动物肉食动物 残枝败叶等遗体及粪便等遗体及粪便等 微生物 呼
2、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（沼气和能源型 作物） 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 准备蔬菜和水果后的剩余物 所有的剩饭菜（肉
3、、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 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
4、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：简单的直接燃烧 19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：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年代后：各种生物质能 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
5、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、生物质能转换技术二、生物质能转换技术 1 1、直接燃烧和发电、直接燃烧和发电 2 2、化学转换技术、化学转换技术 3 3、生物转换技术、生物转换技术 三、生物质技术的研究与推广三、生物质技术的研究与推广 2 2、发展方向、发展方向 1 1、现状、现状 美国美国 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
6、 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，
7、已用桉树作原料兴建了一座25MW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
8、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、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
9、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、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 1、秸秆与薪柴、秸秆与薪柴 2 2、省柴灶、省柴灶 3 3、压缩成型技术、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 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
10、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
11、热值气体（70%）合成燃料 表4-6 不同气化过程的产物及用途 700900 1200 450左右 100300 1 1、煤气发生炉的工作过程、煤气发生炉的工作过程 2 2、煤气发生炉的种类、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
12、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 3、生物质原料与煤原料比较、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 第四节第四节 沼气的制取及应用沼气的制取及应用 概述 沼气的组成及物理性质 沼气发酵的基本过程 一、概一、概 述述 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
13、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，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
14、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。 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
15、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三、沼气发酵的基本过程 （1）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 第五节第五节 生物质能发电技术生物质能发电技术 一、甲醇发电技术一、甲醇发电技术 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
