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1、生物质能源工程精品文档第一章绪论1、生物质（biomass）的概念：自然界中有生命的、可以生长的各种有机物质，以及由这些生命体所派生、排泄和代谢出来的各种有机物质。2、植物生物质的元素组成：主要由纤维素、半纤维素和木质素三大组分构成。植物生物质主要由C、H、O、N、S这5种元素组成。(它们的含量约为：碳50%、氢6%、氧43%、氮1%)3、纤维素、半纤维素和木质素的定义：纤维素是由D-吡喃式葡萄糖基通过1, 4-苷键联结而成的均一的线状高分子化合物。半纤维素是由两种或两种以上单糖基（葡萄糖基、木糖基、甘露糖基、半乳糖基、阿拉伯糖基等）组成的非均一聚糖，并且分子中往往带有数量不等的支链。木质素是
2、由苯基丙烷结构单元（即C6-C3单元）通过醚键、碳-碳键连接而成的具有三维空间结构的芳香族高分子化合物。 4、生物质中水分的种类 游离水：在植物生物质的细胞腔或孔隙中的水分，一般为多层吸附水或毛细管水。结合水：在植物生物质中与纤维素的羟基形成氢键结合的水。热解水：生物质中的有机质在热解过程中生成的水。5、生物质的灰分：生物质的灰分是生物质中所有可燃物质完全燃烧以及生物质中的矿物质在一定温度下发生一系列分解、化合等反应后剩下的残渣，主要由CaO、K2O、Na2O、MgO、SiO2、Fe2O3、P2O3等组成。6、生物质挥发分：生物质在隔绝空气的条件下加热到一定温度，并在该温度下停留一定时间，其有
3、机物质受热分解析出的气态产物，即为挥发分，包括饱和的和不饱和的芳香族碳氢化合物，以及生物质中结晶水分解后蒸发的水蒸汽等。析出挥发分后余下的固体残余物称为焦碳或半焦。7、生物质中的固定碳：生物质出去“水分”“灰分”“挥发分”后的残留物。8、生物质能的利用转化技术：物理化学法、热化学法、生物化学法。9、生物质的特点：1. 资源丰富2. 品种多样3. 用途广泛4. 可再生5. 低污染10、 生物质能的定义：生物学角度：生物质能是直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能的形式固定和储藏在生物体内的能量。能源角度：利用生物质原料生产的一种可再生清洁能源。11、生物质能的特点：（1）丰富；
4、（2）洁净；（3）产量大；（4）可再生（5）易燃，挥发组分高，炭活性高（6）二氧化碳“零”排放，降低温室效应第二章生物质压缩成型技术1、生物质压缩成型技术的概念：在一定温度和压力作用下，利用木质素充当粘合剂，将松散的秸杆、树枝和木屑等农林生物质压缩成棒状、块状或颗粒状的成型燃料2、生物质成型燃料特点：成型燃料具有体积小、密度大、储运方便、使用方便卫生、燃烧持续稳定、燃烧效率高、燃烧后灰渣及烟气中污染物含量小。3、生物质压缩成型的黏结机制：（1）固体颗粒桥接或架桥（2）非自由移动黏结剂作用的黏结力（3）自由移动液体的表面张力和毛细压力（4）粒子间的分子吸引力或静电引力（5）固体粒子间的充填或嵌合
5、4、生物质压缩成型的颗粒特性：（1）流动性（2）充填性（3）压缩性5、生物质压缩成型的2个阶段：第一阶段：在压缩初期，较低的压力传递至生物质颗粒中，使原先松散堆积的固体颗粒排列结构开始改变，生物质内部空隙率减小。第二阶段：当压力逐渐增大时，生物质大颗粒在压力作用下破裂，变成更加细小的粒子，并发生变形或塑性流动，粒子开始充填空隙，粒子间更加紧密地接触而互相啮合，一部分残余应力储存于成型块内部，使粒子间结合更牢固。6、生物质压缩成型的电势特性、吸附层、扩散层：固体颗粒与液体接触，在固体颗粒表面会发生电荷的优先吸附现象，使固体表面带电荷，而与固体表面接触的液体会形成相反电荷的扩散层，构成双电层结构。
6、吸附层随固体而运动；扩散层不随固体运动而运动，当液体流动时它是一个可流动层。扩散双电层的正电荷等于固体表面的负电荷。7、生物质压缩成型的化学成分变化：（1）木质素100时开始软化， 160时开始熔融，形成胶体物质。在压缩成型过程中，木质素在温度和压力的共同作用下发挥黏结剂功能，黏附和聚合生物质颗粒，提高成型物的结合强度和耐久性。（2）半纤维素由复合聚糖组成，起黏结剂的作用。（3）水在压力作用下，与果胶质或糖类混合形成胶体，起黏结剂作用。降低木质素玻璃化转变温度，使生物质能在更低温度下压缩成型。（3）有机抽出物成分树脂、蜡、腐殖质等也是黏结剂，但对温度和压力比较敏感。在适宜的温度和压力下，在压缩
7、成型过程中也能发挥有效的黏结作用。（4）纤维素由纤维素分子形成微纤丝，在成型块中类似于混凝土中的“钢筋”作用，成为提高成型块强度的“骨架”。8、生物质压缩成型的影响因素：1. 生物质原料种类2. 生物质原料含水率3. 生物质原料粒度4. 成型压力5. 成型温度9、生物质压缩成型技术种类：1. 常温压缩成型2. 热压成型3. 炭化成型11、生物质压缩成型生产的一般工艺流程：生物质原料的收集、粉碎、干燥、压缩成型、成型燃料切断、冷却和除烟尘待主要环节。1）生物质原料收集：（1）加工厂的服务半径 （2）农户供给加工厂原料的形式 （3）秸杆等原料在田间经风吹、日晒、自然风干的程度 2）生物质原料粉碎：
8、对于颗粒成型燃料，一般需要将90%的原料粉碎至直径2mm以下。 3）生物质原料干燥：通过干燥使原料的含水率符合成型要求的范围内。与热压成型机配套使用的干燥机有回转圆筒式干燥机、立式气流干燥机二种： 4）压缩成型：生物质压缩成型一般分为螺杆挤压式、活塞挤压式（或冲压式）和压辊成型机等。 5）成型燃料的切断：棒状成型燃料的切断有二种方式： （1）设计一个旋转刀片切断机，将运到冷却传送带上的生物质棒状燃料切割成整 齐匀称的长度，其断面平整光滑。 （2）让挤出的棒状燃料触碰到平滑而倾斜的阻碍物，靠弯曲应力使其断裂，其长度均称，但断面不光滑。收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 6）成型过程的冷却与除烟
9、尘： 7） 典型生物质压缩成型生产流程：12生物质压缩成型设备种类：螺杆挤压式、活塞挤压式（或冲压式）和压辊成型机等。13.生物质成型燃料的物理特性：（1）形状和密度 松弛密度：生物质成型燃料出模后，由于弹性变形和应力松弛，其压缩密度逐渐减小，一定时间后密度趋于稳定，此时成型燃料的密度又称为松弛密度生物质成型燃料的耐久性反应了成型块的黏结性能，它是由成型块的压缩条件和松弛密度决定的。耐久性作为表示成型块品质的一个重要特性，主要体现在成型块的不同使用性能和储藏性能方面。耐久性可细分为抗变形性、抗跌碎性、抗滚碎性、抗渗水性、抗吸湿性。14、生物质成型燃料的燃烧特性：生物质成型燃料是经过高压形成的燃
10、料，其密度远大于原生生物质，其结构和组织特性决定了挥发分的逸出速率和传热速率都大大降低。点火温度升高，点火性能变差，但比型煤的点火性能要好，仍为生物质的点火特性。燃烧速度适中，挥发分燃烧所需要的氧与外界扩散的氧匹配较好，燃烧稳定、完全，减小了能量及热损失。生物质成型燃料由于密度大、燃烧热效率高，燃烧时更接近于固体燃料的燃烧方式“颗粒燃烧模式”，其性能优于薪材和秸杆，具有中值煤的特性。第三章生物质热裂解技术1、生物质热裂解的概念：生物质热裂解是指生物质在完全缺氧或有限氧供给条件下利用热量切断生物质大分子中碳氢化合物的化学键，使之转化为小分子物质，最终生成生物油、可燃气体和木炭的过程。2、生物质热
11、裂解反应机理：（1）从生物质组成成分分析 生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组成物以及一些可溶于极性或非极性溶剂的抽提物组成。半纤维素分解温度： 225350 纤维素分解温度：325375 木质素分解温度： 250500 半纤维素和纤维素热裂解主要产生挥发性物质，木质素主要分解为炭。（2）从物质、能量的传递分析首先，热量被传递到颗粒表面，并由表面传递到颗粒内部，热裂解过程由外至内逐层进行。生物质颗粒被加热的部分迅速分解生成炭和挥发分。其中，挥发分由可凝性气体和不凝性气体组成，可凝性气体经快速冷凝得到生物油。即一次裂解反应生成生物质炭、一次生物油、不凝性气体。在多孔生物质颗粒内部，挥发
12、分还将进一步裂解，形成不凝性气体和热稳定的二次生物油。同时，当挥发分离开生物质颗粒时，还将穿越周围的气相组分，进一步裂解，称为二次裂解反应，生成二次生物油和不凝性气体。与慢速热裂解相比，快速热裂解的传热过程发生在极短的原料停留时间内，强烈的热效应使原料迅速地裂解，不再出现中间产物，直接产生热裂解产物。另外，热裂解产物的迅速淬冷使其来不及降解成小分子的不凝性气体，从而最大限度地增加了液态生物油的产量。（3）从反应进程分析（1）干燥阶段（120150 ）（2）预热裂解阶段（150275 ）（3）固体分解阶段（275475 ）（4）煅烧阶段（450500 ）3、生物质热裂解反应动力学：求活化能和频率
13、因子 具体看PPT4、生物质热裂解过程影响因素：1. 温度2. 固体和气相滞留期3. 生物质原料特性4. 压力5. 升温速率5、生物质热裂解液化技术的工艺流程：物料的干燥、粉碎、热裂解、产物炭和灰的分离、气态生物油的冷却、生物油的收集6、典型生物质热裂解液化装置的结构：7、生物油的组成：生物质热裂解产物主要由生物油、不凝性气体和木炭组成。生物油是含氧量极高的复杂有机混合物，几乎包括所有种类的含氧有机化合物，如醚、酯、醛、酮、酚、醇、有机酸等。每种生物油中，苯酚、蒽、萘、菲、有机酸的含量较大。8、生物油的典型特性：9、生物油的精制：（1）生物油加氢处理（2）沸石催化转化（3）生物油乳化（4）生物
14、油催化裂解（5）生物油水蒸汽催化重整（6）生物油的酯化（7）生物油的分子蒸馏（8）生物油的气化第四章生物质气化技术1、生物质气化：以生物质为原料，以氧气（游离氧、结合氧）、空气、水蒸汽、水蒸汽/氧气混合气、氢气为气化剂，在高温不完全燃烧条件下，使生物中相对分子量较高的有机碳氢化合物发生链裂解并与气化剂发生复杂的热化学反应而产生相对分子质量较轻的一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体的过程。2、气化与燃烧的区别：气化过程：提供充足的空气或氧气，原料充分燃烧；目的是直接获取热量；燃烧产物为二氧化碳和水等不可再燃烧的烟气。 燃烧过程：只提供热化学反应所需的那部分氧气；尽可能将能量保留在反应后得到的可燃气体中
15、；气化产物为一氧化碳、氢气和甲烷等低分子烃类可燃气体。3、固定床下吸式气化炉、固定床上吸式气化炉、单流化床气化炉、循环流化床气化炉：工作过程、优缺点：固定床下吸式气化炉的工作过程生物质原料从顶部加入，然后依靠重力逐渐由顶部移动到底部；空气从上部进入，向下经过各反应层，燃气由反应层下部吸出；灰渣从底部排出。由于原料移动方向与气体流动方向相同，所以也叫顺流式气化。刚进入气化炉的原料遇到下方上升的热气流，首先脱除水分；下移过程中当温度升高到200250左右时发生热解并析出挥发分；挥发分随之与空气一起向下流动，当进入氧化区时，挥发分和一部分生物质焦炭与空气中的氧气发生不完全氧化反应，并使炉内局部温度迅速升至1000以上；在氧气耗尽后的还原区，剩余焦炭与气体中的二氧化碳和水蒸气发生还原反应而生成一氧化碳、氢气和甲烷等可燃气体；最后，这些混合气体由气化炉下部引出炉
