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1、第五章 生物质能发电技术-进退维谷的新能源一、定义与范畴 生物质能源能是通过绿色植物的光合作用将太阳辐射 的能量以一种生物质形式固定下来的能源。是人类最 重要的间接利用太阳能方式。 包括：木材、农作物（秸杆、稻草、麦杆、豆杆、棉 花杆、谷壳等）、杂草、藻类、有机废弃物等。 海洋生物质不在讨论之内。二、生物质能源特点储量大，地球上每年生物质能总量 约 1400-1800亿吨(干重），相当于 目前每年总能耗的十倍； 理论上不产生GHG，低含量的N，S化 合物，可以大量减少NOx，SOx等有毒 气体排放，被称为“绿色石油”； 兼容性最好，同时是唯一的可储存 和运输的可再生能源。CO2以及SOx、NO
2、x减少排放效果 每利用一万吨椐杆 代替燃煤，可以减 少CO2排放.4万t ，SO2 40t，烟尘 100t 三、生物质能源经济性分析 生物质能源利用的经济性直接同生物质转化利用的过 程相关。 生物质转化利用的过程主要有： 1 生物质气化; 2 生物质氢气、合成气，甲醇，热电联产； 3 生物质乙醇； 4 生物质油.4、 生物质能转化的能源形式 1、直接燃料；2、酒精；3、甲醇； 4、沼气；5、垃圾焚烧；6、其他热裂解产品；生物质汽化供热个例分析200户规模集中供气系统初始投资和年运行费用费用类别估计值/万元所占比例%初始投资 其中 土地费土建费机组设备以及安装气柜管网及附件其他39.81 0.8
3、4 6.4 11.3 12 7.62 1.65100 1.8 14.4 25.4 27.0 17.1 3.7年运行费用2.93平均用户投资0.233燃气价格（元/m3）0.211$/GJ5.00生物质汽化发电-规模与发电机选择生物质 Direct Combustion内燃机电能生物质IGCC燃气轮机电能生物质蒸汽轮机蒸汽轮机电能IGCC=10-15=-5=-规模200KW200KW规模1MW1MW规模生物质发电主要技术障碍之一-燃气除焦技术电机要求焦油含量：0.02-0.05g/m3；H215% 汽化后焦油含量：2-50g/m3； 除焦技术： 1 燃气高温过滤； 2 水洗除焦； 3 静电除焦；
4、 4 热裂解法,温度过高，产生NOx; 5 催化裂解法，最理想，技术不成熟。生物质甲醇、氢气以及发电工艺过程生物质能源与现有化石能源比较4、 生物质能转化的能源形式 1、直接燃料；2、酒精；3、甲醇； 4、沼气；5、垃圾焚烧；6、其他热裂解产品；1、生物质气化基本原理一、生物质的干燥 二、裂解反应 三、还原反应 四、氧化反应二、生物质气原理图： 湿料气体干燥层 100250热分解层 300 500 800还原层 900 氧化层 1200H2O（蒸汽）木（CH1.4O 0.6） 可燃气体（CO，H2，CH4 CO2等）+液体（包括 焦油和水蒸气）+炭C+CO22CO C+H2OH2+COC+O2
5、CO2 2C+O22CO 灰空气以上吸式气化炉为例2、生物质气化技术分类：生物质气化不使用气化介质干馏气化使用介质气化空气气化氧气气化水蒸气气化水蒸气-氧气混合气化氢气气化固体炭 木焦油 木醋液 气化气四种气化方式产生的气体组成3、生物质气化燃气的特性1）生物质燃气成分和热值 目前应用最多、技术成熟的是空气气化，其产出的气体中氮气 含量高因此气体热值偏低。2）生物质燃气的理化特性和燃烧特性 与工业燃气比，燃气中氮气含量高、热值较低、燃烧所需的理 论空气量较少、爆炸极限高4、 生物质气化设备：生物质气化炉固定床气化炉流化床气化炉单流化床气化炉循环硫化床气化炉双流化床气化炉携带床气化炉上吸式气化炉
6、开心式气化炉横吸式气化炉下吸式气化炉根据气流方向按气化炉结构 和气化过程工作安全、稳定几种气化形式对气化发电系统性能的影响5、 生物质气化发电方式锅炉蒸汽轮机内燃机燃气轮机生物质气化炉净化系统发电机发电机发电机传统模式6、生物质循环硫化床气化发电装置主要由进料机构，燃气发生装置，燃气净化装置，燃气发电机 组、控制装置及废水处理设备六部分组成，其流程如图所示。7、生物质气合成化学品甲醇生物质原料预处理气化炉冷却器转换器调节器CO2转换器压缩器合成器甲醇生物质中热值气化合成甲醇技术工艺流程图美國沼氣的經濟效益案例資料來源經濟部能源研究基金會評估個案 Cases農場 Darrel Smith Ran
7、ch飼育場 Kaplan Industries Feedlot酪農場 Marindal Dairy廢棄生質 Discarded biomass7萬隻雞之糞便 Liquid &solid excreta from 70,000 head of chicken1萬頭牛之尿糞 Liquid &solid excreta from 10,000 head of cows340頭牛之尿糞 Liquid &solid excreta from 340 head of cows 消化槽體積 Digester570 立方米 570 m31200 立方米 1200 m3370 立方米 370 m3系統費用 Sy
8、stem expense148,000 美元 US$ 148,0001,250,000 美元 US$ 1,250,000125,000 美元 US$ 125,000沼氣發電 Utilization on Power Generation帶動 80 kW發電機 Generate 80 kW generators帶動 485 kW內燃機 Fuel 485 kW Combustion engines帶動 47 kW發電機 Generate 47 kW generators 回收年限 Year of Return3年 3 years2.2年 2.2 years4.8年 4.8 years國家別 Cou
9、ntry系統別 System數量(個) No. of digester established中國大陸 Mainland China農村家用沼氣地 Household biogas pools in rural areas7,880,000拉丁美洲 Latin America沼氣生產系統 Biogas production system3953印度 India牛糞廢棄消化沼氣槽 Anaerobic digester for cow excreta50,000南韓 South Korea人畜廢棄物沼氣利用系統 Biogas utilization system for human and ani
10、mal excreta25,000開發中國家沼氣生產系統興建數量資料來源經濟部能源研究基金會各國研究重點-I國別 Country研究機構 Research institution研究重點 Research focus加拿大 Canada國家研究委員會 National research Commission第二代厭氣消化系統技術 2nd-generation anaerobic digestion technologyAlberta大學 中美洲工業及技術研究院 Institute of Industry and Technology in Central America利用咖啡渣液產生沼氣 B
11、iogas production technology using coffee dregs印度 India印度農業研究所 Institute of Agriculture Development in India牛糞厭氣消化技術 Anaerobic digestion technology for pig excreta甘地鄉村工業研究所 Rural Industrial Commission in India 沼氣氣體研究站 Station for Biogas Research各國研究重點-II國別 Country研究機構 Research institution研究重點 Researc
12、h focus 菲律賓 Philippines國家科技院、馬亞農場 National institute of Technology、 Maya Ranch豬糞尿厭氣消化技術 Anaerobic digestion technology for pig excreta台灣 Taiwan台灣省畜產試驗所 Taiwan Livestock Research Institute豬糞尿厭氣消化技術 Anaerobic digestion technology for pig excreta工研院能資所工研院化工所 Chemical Union Lab開發厭氣消化之材料 (紅泥塑膠帶) The deve
13、lopment of materials for anaerobic digester工研院能資所 ERL,ITRI沼氣純化技術 Biogas purification technology各國廢棄物處理機制研究機構 Research institution研究重點 Research focus加拿大國家研究委員會 National Research Commission, Canada第二代工業廢棄物處理法 Second recycling technique for industrial waste processing美國 U.S.A垃圾掩埋場能源回收計劃 Energy recyclin
14、g program for landfills台灣工研院能資所 ERL,ITRI家畜廢物高溫發酵處理技術 High-temperature fermentation technique for processing livestock waste果菜廢棄物前處理技術 Pre-processing technique for fruit and vegetable waste國別 Country研究機構 Research institution研究重點 Research focus中國China四川農業機械研究所 Institute of Agricultural Engineering, Si
15、chuan研究沼氣當作引擎燃燒之特性開發 Study the combustion characteristics as engine fuel上海內燃機研究所 Institute of Combustion Engines,Shanghai發展沼氣引擎 Develop biogas engines成都沼氣研究所 Institute of Biogas, Chengdu研究廢熱回收系統 Study heat recycling system 北京公共事務研究所 Institute of public Affairs, Beijing發展改良型沼氣燃燒器及沼氣燈 Develop upgraded
16、 biogas incinerator and biogas lamp天津大學 University of Tianjin發展改良型沼氣燃燒器及低溫紅外線穀 物乾燥機Develop upgraded biogas incinerator and low-temperature infrared grain dryer 太陽能及沼氣研究所 Institute of solar Biogas Energy開發孵蛋器Develop chicken incubators 我国沼气使用情况沼氣發電 流程圖沼气的产生：沼气发生原理：以单糖（C6H12O6）为基质的发酵过程：破 袋一次選別一次破碎二次選別二次破碎成 形冷 卻說 明排出物磁力選別器去除鐵類物質粗破碎兼破袋乾 燥比重差、風選、渦電流選別器， 分選非鐵份、玻璃、陶器等消石灰添加，除臭、抑制酸性物質小而均勻，易於造粒擠壓成形為錠型固態衍生燃料旋轉
