《可再生能源发电技术 程明第5章 生物质发电》由会员分享，可在线阅读，更多相关《可再生能源发电技术 程明第5章 生物质发电（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、可再生能源发电技术,程明、张建忠、王念春 编著,2,第5章 生物质发电,5.1 生物质概述 5.2 生物质的燃烧发电技术 5.3 生物质的气化发电技术 5.4 生物质的生物转化发电技术,3,5.1 生物质概述,绿色植物成为地球上最重要的光能转换器和能源之源。碳水化合物是光能储藏库，生物质是光能循环转化的载体，此外，煤炭、石油和天然气也是远古时代的绿色植物在地质作用影响下转化而成的。 生物质：通过太阳的光合作用而形成的各种有机体的总称，包括所有动植物和微生物。 生物质能（biomass energy）：太阳能以化学能形式贮存于生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。,4,生物质能存在形式 森
2、林能源及其废弃物 农作物及其副产物 禽畜粪便 生活垃圾 水生植物 油料植物,5,生物质资源十分丰富：据估计，地球上蕴藏的生物质达18000亿吨，而植物每年经光合作用合成的生物质干重约有1440亿1800亿吨。生物质能源的年产量约为现在世界能源消费总和的10倍。目前生物质已成为仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，约占全球总能耗的14。据预测，到2050年，生物质能用量将占全球燃料直接用量的38，发电量占全球总电量的17。,注：traditionalrenewable主要为发展中国家的生物质能 图1UNDP关于世界未来能源构成的一种情景,我国生物质资源十分丰富，资源总量不低于30亿吨干物质/年，
3、相当于10亿多吨油当量，约为我国目前石油消耗量的3倍。并且生物质能含硫量极低，仅为3%，不到煤炭含硫量的1/4。发展生物质发电，实施煤炭替代，可显著减少二氧化碳和二氧化硫排放，产生巨大的环境效益。,6,Biomass,汽化炉,生物废料,雨,矿物,灰烬,光合作用,7,生物质能具有以下特点： 生物质利用过程中具有二氧化碳零排放特性；由于生物质在生长期需要的CO2相当于它排放的CO2的量，因而生物质能的利用对大气的CO2净排放量近似等于零，可有效降低温室效应； 生物质含硫、含氮都较低，灰分含量也较少，燃烧后SOx、NOx和灰尘排放量都较化石燃料小得多，是一种清洁的燃料； 生物质资源分布广、产量大、转
4、化方式多种多样；,8,生物质单位质量热值较低，而且一般生物质中水分含量大而影响了生物质的燃烧和热解特性； 生物质的分布比较分散，收集运输和预处理的成本较高； 可再生性。生物质通过植物的光合作用可以再生，与风能、太阳能等同属于可再生能源，其资源丰富，可保证能源的永续利用。,9,生物质能转化利用技术,10,生物质能的实用转化技术 生物质压缩成型和固体燃料制取技术 生物质气化技术 生物质热裂解液化制取生物油技术 干湿法厌氧消化制取沼气技术,11,生物质水暖锅炉,生物质燃气炉,12,生物质洁燃锅炉,生物质洁燃气化锅炉,13,生物质能转化技术的应用前景： 高效直接燃烧技术和设备； 薪材集约化综合开发利用
5、； 生物质能的液化、气化等新技术开发利用； 城市生活垃圾的开发利用； 能源植物的开发。,14,我国发展和利用生物质能源的意义 拓宽农业服务领域、增加农民收入 缓解我国能源短缺、保证能源安全 治理有机废弃物污染、保护生态环境 广泛应用生物技术、发展基因工程,15,生物质发电技术,由于电能具有清洁、易传输、易使用等优良特性，只要提供电能，几乎所有的设备都可以满足各自的需要。因而生物质能除了直接转化成热能供消费外，最终消费形式还是以转化成电能为主。生物质能的发电主要有沼气发电、垃圾焚烧发电以及生物质燃料发电等形式。,16,生物质发电技术,17,5.2 生物质的燃烧发电技术,燃烧：燃料中的可燃成分与氧
6、发生激烈的氧化反应，在反应过程中释放出大量热量，并使燃烧产物的温度升高。,生物质燃烧过程的四个阶段： 预热和干燥阶段 挥发分析出及木炭形成阶段 挥发分燃烧阶段 固定碳燃烧阶段,18,生物质燃烧技术：主要分为层燃、悬浮燃烧和流化床等三种形式。,层燃过程,层燃过程：炉排和灰渣层预热冷空气，在氧化层预热的空气与炽热的木炭相遇发生剧烈的氧化反应，大量消耗氧气并生成二氧化碳和一氧化碳，在氧化层末端气体的温度将达到最高；在还原层，气流中二氧化碳与碳起还原反应，即CO2+C2CO，温度越高，速度越快；生物质投入炉中形成的新燃料层被加热干燥、干馏，将水汽、挥发分等带离燃料层进入炉膛空间，挥发分及一氧化碳着火燃
7、烧，形成木炭。 形式：固定炉排、滚动炉排、振动炉排、往复推动炉排等,19,流化床技术：流化床是基于气固流态化的一项技术，即当气流流过一个固体颗粒的床层时，若其流速达到使气流流阻压降等于固体颗粒层的重力时，固体床料被流态化。其适应范围广，能够使用一般燃烧方式无法燃烧的石煤等劣质燃料、含水率较高的生物质及混合燃料等，此外，流化床燃烧技术还可以降低尾气中氮与硫的氧化物等有害气体含量，保护环境，是一种清洁燃烧技术。 种类：鼓泡流化床、循环流化床,为了保证流化床内稳定的燃烧，流化床内常加入大量的惰性床料来蓄存热量，占总床料的90%98%，惰性床料有石英砂、石灰石和高铝矾土等。,20,悬浮燃烧技术：悬浮燃
8、烧是首先将燃料磨成细粉，然后用空气流经燃烧器将燃料喷入炉膛，并在炉膛内进行燃烧。其特点是将燃料投入连续、缓慢转动的筒体内焚烧直到燃烬，故能够实现燃料与空气的良好接触和均匀充分的燃烧。西方国家多将该类焚烧炉用于有毒、有害工业垃圾的处理。,生物质燃烧热发电主要有生物质直燃发电、生物质与煤混燃发电、城市废弃物焚烧发电三种,21,生物质直燃发电,生物质直接燃烧发电技术类似于传统的燃煤技术，现在已经基本达到成熟阶段。在发达国家，目前生物质燃烧发电方式占可再生能源（不含水电）发电量的70%左右。自2004年以来，秸秆发电技术开始在我国推广和普及，目前，在我国江苏、山东、河北等地建有多个生物质秸秆发电厂。,
9、22,生物质直燃发电,Amer Power Plant, Holland,23,生物质与煤混燃发电,受燃料的来源、运输和储存等问题限制，纯生物质燃烧发电技术基本用于小型生物质发电厂，生物质与煤混合燃烧发电则充分利用了现有技术和设备，在现阶段是一种低成本、低风险可再生能源利用方式，可用于大型生物质发电厂。,生物质混燃发电方式的比较,24,目前我国对垃圾的处理手段主要集中在填埋和焚烧两种方式。,填埋是大量消纳城市生活垃圾的有效方法，所谓直接填埋法是将垃圾填入已预备好的坑中盖上压实，使其发生生物、物理、化学变化，分解有机物，达到减量化和无害化的目的。 焚烧法是将垃圾置于高温炉中，使其中可燃成分充分氧
10、化的一种方法，产生的热量用于发电和供暖。随着中国“十一五”规划对发展新能源，提倡环保型循环经济的进一步重视，国家对垃圾发电产业的政策扶持会继续加强。,25,城市废弃物焚烧发电,利用焚烧炉对城市废弃物中可燃物质进行焚烧处理，通过高温焚烧后消除城市废弃物中大量的有害物质，达到无害化、减量化的目的，同时利用回收到的热能进行供热、供电，达到资源化利用。 随着中国城市建设的发展和社会进步，城市废弃物的构成已发生了质的变化，有机物含量开始高于无机物含量。废弃物组成正由多灰、多水、低热值向较少灰、较高热值的方向发展，给中国城市废弃物的焚烧处理奠定了基础。 焚烧处理是目前国际使用较为普遍的城市废弃物处理方法之
11、一。,26,城市废弃物焚烧发电的典型工艺流程,城市废弃物低位发热值一般在33448360 kJ/kg范围内，垃圾低位发热值大于5000 kJ/kg时燃烧效果较好。问题：尾气中含严重致癌物质二恶英。环保组织反对垃圾焚烧，鼓励循环利用减少垃圾的产生。,焚烧炉： 炉排炉、转炉、流化床,27,大型城市废弃物焚烧发电厂,28,垃圾焚烧集散控制系统,29,垃圾焚烧发电的效益 （1）资源化 垃圾焚烧后热量用于发电，做到废物综合利用。据有关统计资料称，截至2005年，我国城市垃圾清运量已达11013 t/a，若按平均低位热值2900 kJ/kg，相当于1.4107 t标煤。如其中有1/4用于焚烧发电，年发电量
12、可达60亿度，相当于安装了1200 MW火电机组的发电量。,30,（2）无害化 垃圾焚烧发电可实现垃圾无害化，因为垃圾在高温(1000左右)下焚烧，可进行无菌和分解有害物质，且尾气经净化处理达标后排放，较彻底地无害化。 （3）减量化 垃圾焚烧后的残渣，只有原来容积的10%30，从而延长了填埋场的使用寿命，缓解了土地资源的紧张状态。因此，兴建垃圾电厂十分有利于城市的环境保护，尤其是对土地资源和水资源的保护，实现可持续发展。,31,生物质燃烧的污染排放与控制,生物质燃烧主要污染物及其对环境的影响,32,5.3 生物质的气化发电技术,生物质的气化技术,生物质气化是以生物质为原料，以氧气（空气或者富氧
13、、纯氧）、水蒸气或氢气等作为气化剂，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。生物质气化时产生的生物质燃气，主要有效成份为CO、H2和CH4等。,生物质气化的过程： 干燥 热解析出挥发物(水蒸气/CO2/CO/H2/CH4/C2H4)，生成木炭、焦油 焦油二次裂解生成木炭和小分子气体 木炭、气态产物的氧化反应木炭燃烧生成CO2，释放出大量热量 木炭、气态产物的还原反应CO2和水蒸气缺氧条件下还原生成CO、H2、CH4等可燃气，需吸热。,33,生物质气化工艺,根据所处气体的环境，生物质气化可分为空气气化、富氧气化、水蒸气气化和热解气化,34,生物质气化反应设备,固定床气化
14、炉 生物质原料发生气化反应是在相对静止的床层中进行，其结构紧凑，易于操作并具有较高热效率。,下吸式气化炉,上吸式气化炉,35,流化床气化炉,鼓泡流化床气化炉,循环流化床气化炉,流化床气化炉在吹入的气化剂作用下，原料颗粒、惰性床料、气化剂充分接触，受热均匀，在炉内呈“沸腾”状态，气化反应速度快，产气率高。,36,双循环流化床气化炉,两个反应炉之间的热量传递是通过气化反应炉中的循环砂粒来完成。气化反应炉的床料由燃烧反应炉加热，利用循环砂粒间接加热的高加热速率和较短的驻留时间，有效地减少了类似焦油物质的形成。,37,固定床气化炉与流化床气化炉适用范围,固定床气化对原料适应性强，原料不用预处理，设备结
15、构简单，但发电成本高，适合于小型、间歇性运行的气化发电系统。 流化床运行稳定，气化气化强度大，适于生物质气化发电系统的工业应用，但是原料需要预处理。,生物质气体净化 特点：高温除尘，焦油 焦油的处理较为复杂，分为湿法（水洗）、干法和催化裂解法,38,生物质气化发电技术按燃气发电方式可分为内燃机发电系统、燃气轮机发电系统及燃气蒸汽联合循环发电系统。,生物质气化发电,1-煤气发生炉；2-煤气冷却过滤装置；3-煤气发动机；4-发电机；5-配电盘；6-离心过滤器；7-灰粉收集器；8-底座；9-燃料输送带；10-生物质燃料,39,生物质燃气蒸汽联合循环发电工艺流程,40,不同规模生物质气化发电技术的比较
16、,41,城市固体废弃物气化熔融技术,垃圾焚烧对大气环境造成二次污染。新一代的废物处理技术城市固体废弃物气化熔融技术是结合生物质热解气化技术和高温熔融技术，提出并发展起来的，发展潜力巨大。目前该技术应用主要集中在西欧、美国、日本等发达国家和地区。,气化熔融技术是先将废弃物送入气化炉，在400700的还原性气氛下废弃物中的有机物迅速热解或者气化，产生可燃气体，大部分金属在还原性气氛中不会被氧化，可以随底渣排出，经过磁选或重力分离后可进一步回收利用。分选后的底渣中含二恶英和重金属都很少，可以直接填埋。气化炉中生成的可燃气体进入燃烧熔融炉，在较低的过量空气系数下完全燃烧，使含碳灰渣在13501400条件下熔融，成为玻璃态物质，二恶英完全分解、重金属被固化到熔渣中，高温烟气经过余热锅炉和烟气净化处理系统后排出。,42,城市固态废弃物气化熔融系统示意图,分类： 高炉型气化熔融系统、流化床气化熔融系统和回转窑气化熔融系统,43,5.4 生物质生物转化发电技术,沼气发电 沼气是一种微生
