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1、物理性污染控制物理性污染控制主编主编 陈杰瑢陈杰瑢1第六章第六章 热污染及其控制热污染及其控制2第六章第六章o第一节第一节 概述概述o第二节第二节 水体热污染水体热污染o第三节第三节 热岛效应热岛效应o第四节第四节 温室效应温室效应o第五节第五节 热污染评价与标准热污染评价与标准o第六节第六节 热污染控制技术热污染控制技术3第一节第一节 概述概述4环境热学环境热学环境物理学环境物理学分支分支 热环境热环境 研究研究影影响响 人类活动人类活动 人体健康人体健康 影影响响热环境又称环境热特性，热环境又称环境热特性， 是提供给人类生产、生是提供给人类生产、生 活及生命活动的生存空活及生命活动的生存空
2、 间的温度环境。间的温度环境。 自自然然环环 境境 城城市市环环境境建建筑筑环环境境5表表 6-1 6-1 热环境的分类热环境的分类名名 称称热热 源源特特 征征自然自然热环境热环境主要热源是主要热源是太阳太阳 l热特性取决于环境接收太阳辐射的情况；热特性取决于环境接收太阳辐射的情况；l与环境中大气同地表间的热交换有关；与环境中大气同地表间的热交换有关；l受气象条件的影响受气象条件的影响人工人工热环境热环境房屋、火炉、房屋、火炉、机械、化学机械、化学等设施等设施l人类为防御、缓和外界环境剧烈的热特性人类为防御、缓和外界环境剧烈的热特性变化而创造的更适于生存的热环境；变化而创造的更适于生存的热环
3、境；l人类的各种生产、生活和生命活动都是在人类的各种生产、生活和生命活动都是在人工热环境中进行的人工热环境中进行的6n定义定义：地球大气圈外层空间垂直于太阳：地球大气圈外层空间垂直于太阳光线束的单位面积上单位时间内接受的光线束的单位面积上单位时间内接受的太阳辐射能量的大小太阳辐射能量的大小n数值数值：约为：约为8.158.15J J。n n太阳辐射通量太阳辐射通量（或称太阳常数）（或称太阳常数）：图图6-1 6-1 太阳辐射通量分配状况图太阳辐射通量分配状况图 7表表6-2 6-2 大气中主要物质吸收辐射能量的波长范围大气中主要物质吸收辐射能量的波长范围物质种类物质种类 吸收能量的波长范围吸收
4、能量的波长范围 / / m m N N2 2, O, O2 2, NO, NO 0.1 0.1短波短波距地距地100km, 100km, 对紫外线完全吸收对紫外线完全吸收O O2 2 0.24 351 30 31 32 322 28 29 30 303 26 27 28 284 25 26 27 27v人体的能量代谢等级可通过测量获得；人体的能量代谢等级可通过测量获得；v没有能量代谢数据时，也可根据劳动强度将其划分为相应的没有能量代谢数据时，也可根据劳动强度将其划分为相应的5 5个等级，即休息、低代谢率、中代谢率、高代谢率和极高代个等级，即休息、低代谢率、中代谢率、高代谢率和极高代谢率（表谢率
5、（表6-156-15）。）。 66 级级 别别平均能量代谢率平均能量代谢率M示示 例例W/m2 kcal/（minm2）kJ/ （minm2）0休息休息650.9303.892休息休息1低代低代谢率谢率651300.9301.8593.8927.778坐姿：轻手工作业坐姿：轻手工作业(书写、打字、绘画、缝纫、薄记、书写、打字、绘画、缝纫、薄记、记帐记帐),手和臂劳动手和臂劳动(小修理工具、材料的检验、组装小修理工具、材料的检验、组装或分类或分类), 臂和腿劳动臂和腿劳动(正常情况驾驶车辆脚踏开关正常情况驾驶车辆脚踏开关或踏脚或踏脚)立姿：钻孔立姿：钻孔(小型小型), 碾磨机碾磨机(小件小件),
6、绕线圈绕线圈, 小功率工具加小功率工具加工工, 闲步闲步(速度速度3.5km/h)2中代中代谢率谢率1302001.8592.8627.77811.974手和臂持续动作手和臂持续动作(敲钉子或填充敲钉子或填充), 臂和腿的工作臂和腿的工作(卡车、卡车、拖拉机或建筑设备等非运输操作拖拉机或建筑设备等非运输操作), 臂和躯干工作臂和躯干工作(风动风动工具操作工具操作, 拖拉机装配、粉刷、间断搬运中等重物、除拖拉机装配、粉刷、间断搬运中等重物、除草、锄田、摘水果和蔬菜草、锄田、摘水果和蔬菜), 推或拉轻型独轮或双轮小车推或拉轻型独轮或双轮小车(速度速度3.55.5km/h), 锻造锻造3高代高代谢率
7、谢率2002602.8623.72111.97415.565臂和躯干负荷工作臂和躯干负荷工作, 搬重物、铲、锤锻、锯刨或凿硬木搬重物、铲、锤锻、锯刨或凿硬木, 割草、挖掘、以割草、挖掘、以5.57 km/h速度行走速度行走, 推或拉重型独轮推或拉重型独轮或双轮车或双轮车, 清砂、安装混凝土板块清砂、安装混凝土板块4极高极高代谢率代谢率2603.72115.565快到极限节律的极强活动快到极限节律的极强活动, 劈砍工作劈砍工作, 大强度的挖掘大强度的挖掘, 爬爬梯、小步急行、奔跑、行走速度超过梯、小步急行、奔跑、行走速度超过7km/h表表6-15 能量代谢率分级能量代谢率分级67l温湿指数（温湿
8、指数（THI）l 计算式计算式l 根据根据THITHI进行的热环境评价（表进行的热环境评价（表6-166-16） 2.2.干干- -湿湿- -黑球温度黑球温度相对湿度，相对湿度，% %表表6-16 6-16 温湿指数温湿指数 (THI)(THI)的评价标准的评价标准 范围范围 / 感觉程度感觉程度范围范围 / 感觉程度感觉程度28.0炎热炎热17.024.9舒适舒适27.028.0热热15.016.9凉凉25.026.9暖暖15.0冷冷（6-46-4）（6-56-5）68l是平均辐射温度和空气温度关于各自对应的是平均辐射温度和空气温度关于各自对应的换热系数的加权平均值。换热系数的加权平均值。l
9、计算式计算式3.3.操作温度操作温度（OT）平均辐射温度（舱室墙壁温度）；平均辐射温度（舱室墙壁温度）；热辐射系数；热辐射系数；热对流系数。热对流系数。 （6-66-6）69l丹麦工业大学丹麦工业大学P.O. Fanger等（等（1972）：）：lISO-7730标准标准室中热环境室中热环境PMV与与PPD指标的指标的 确定及热舒适条件的确定确定及热舒适条件的确定中提出；中提出；l 计算式计算式l根据根据PMVPMV进行的热环境评价（表进行的热环境评价（表6-176-17）4.4.预测平均热反应指标预测平均热反应指标（PMV）人体的总产热量人体的总产热量表表6-17 6-17 PMV指标对热环
10、境的判断指标对热环境的判断很热很热热热温暖温暖适中适中凉凉冷冷很冷很冷感觉感觉3210-1-2-3PMVPMV（6-76-7）70l中国，叶海（中国，叶海（2004）：）：l表示显热散热占总产热量的比值；表示显热散热占总产热量的比值；l可以用于普通热环境的客观评价；可以用于普通热环境的客观评价；l也可以作为也可以作为PMVPMV的一种简易计算方法的一种简易计算方法；l计算式计算式l根据根据HBHB进行的热环境评价（表进行的热环境评价（表6-186-18）5.5.热平衡数热平衡数（HB）服装的基本热阻服装的基本热阻（6-86-8）715.5.热平衡数热平衡数（HB）表表6-18 HB的热感觉等级
11、的热感觉等级HB热感觉热感觉PMVHB热感觉热感觉PMV0.91稍凉稍凉10.55微暖微暖0.380.83略凉略凉0.690.46略暖略暖0.690.75微凉微凉0.830.38稍暖稍暖10.65热中性热中性0vHB包含了影响热舒适的包含了影响热舒适的5个基本参数：空气温度、平均辐个基本参数：空气温度、平均辐射温度、风速、活动量和服装热阻；射温度、风速、活动量和服装热阻；v可用于对热环境进行客观评价，其值在可用于对热环境进行客观评价，其值在01之间，值越高之间，值越高表示环境给人的热感觉越凉爽。表示环境给人的热感觉越凉爽。 72第六节第六节 热污染控制技术热污染控制技术73（一）热泵（一）热泵
12、节能技术节能技术与设备与设备（二）热管（二）热管（三）隔热材料（三）隔热材料（四）空冷技术（四）空冷技术74（一）热泵（一）热泵v热泵：热泵：将热由低温位传输到高温位的装置。将热由低温位传输到高温位的装置。v热泵技术：热泵技术：一种高效、节能、环保技术；一种高效、节能、环保技术；v热泵设备的开发利用始于热泵设备的开发利用始于2020世纪世纪20203030年代；年代；v7070年代能源危机的出现，使热泵技术得以迅速年代能源危机的出现，使热泵技术得以迅速发展。发展。v工作原理工作原理：卡诺循环（图卡诺循环（图6-106-10）利用机械能、热能等外利用机械能、热能等外部能量，通过传热工质部能量，通
13、过传热工质把低温热源中无法被利把低温热源中无法被利用的潜热和废热，通过用的潜热和废热，通过热泵机组集中后再传递热泵机组集中后再传递给要加热的物质。给要加热的物质。图图6-10典型压缩式热泵的工作原理典型压缩式热泵的工作原理75（一）热泵（一）热泵v热泵用途热泵用途：住宅取暖，提高生活热水，食品干燥住宅取暖，提高生活热水，食品干燥加工、木材和种子干燥，工业锅炉的蒸汽加热等。加工、木材和种子干燥，工业锅炉的蒸汽加热等。 v热泵的热量来源热泵的热量来源：空气、水、地热和太阳能。空气、水、地热和太阳能。v以各种废水、废气为热源的余热回收型热泵不仅节能，以各种废水、废气为热源的余热回收型热泵不仅节能，同
14、时直接减少人为热的排放，减轻环境热污染。同时直接减少人为热的排放，减轻环境热污染。v采用热泵与直接电加热相比，可节电采用热泵与直接电加热相比，可节电80%80%以上。以上。v对于对于100100以下的热量，采用热泵比锅炉供热可节约燃以下的热量，采用热泵比锅炉供热可节约燃料料50%50%。 v热泵在北美和欧洲的应用最广热泵在北美和欧洲的应用最广（表（表6-196-19）表表6-19欧洲一些国家热泵机组的应用欧洲一些国家热泵机组的应用95% 95% 85%85%15%15%30 00030 000法国法国法国法国91% 91% 55%55%5%5%40%40%67 00067 000瑞士瑞士瑞士瑞
15、士90%90% 16%16%12%12%72%72%370 000370 000瑞典瑞典瑞典瑞典43% 43% 29 50029 500荷兰荷兰荷兰荷兰63% 63% 17%17%11%11%72%72%100 000100 000德国德国德国德国空气源空气源空气源空气源水源水源水源水源地热源地热源地热源地热源用于住宅供暖用于住宅供暖用于住宅供暖用于住宅供暖热泵类型热泵类型热泵类型热泵类型20002000年总量年总量年总量年总量国家国家国家国家76（一）热泵（一）热泵图图6-11莫斯科市乌赫托斯基生活小区电莫斯科市乌赫托斯基生活小区电-热热-冷三联供系统能源及功率分配冷三联供系统能源及功率分配
16、整个系统的能量都来自当地的整个系统的能量都来自当地的“二次能源二次能源”，不需消耗任何化石燃料。，不需消耗任何化石燃料。城市污水城市污水地下干管地下干管天然气的压力由天然气的压力由2MP减至减至0.30.6MPa77v美国美国Los Alamos国家实验室的国家实验室的G.M.Grover于于1963年发明了热管。年发明了热管。（二）热管（二）热管v热管：热管：利用密闭管内工质的蒸发和冷凝进利用密闭管内工质的蒸发和冷凝进行传热的装置。行传热的装置。v热管的结构：热管的结构：由管壳、吸液芯（毛细多孔由管壳、吸液芯（毛细多孔材料构成）和工质（传递热能的液体）三材料构成）和工质（传递热能的液体）三部
17、分组成。部分组成。 v工作原理：工作原理：图图6-126-12图图6-12热管的工作原理热管的工作原理热管一端为蒸发端，另一端为冷凝端。热管一端为蒸发端，另一端为冷凝端。当一端受热时，毛细管中的液体迅速当一端受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并释放出热量，重新凝结成外一端，并释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细作用液体，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发段。如此循环不止，即可将流回蒸发段。如此循环不止，即可将分散的热量集中起来分散的热量集中起来。 78（二）热管（二）热管v优点：优点：与热泵相比，热管不需从外部输入能
18、量，与热泵相比，热管不需从外部输入能量，具有极高的导热性、良好的等温性，而且热传具有极高的导热性、良好的等温性，而且热传输量大，可以远距离传热。输量大，可以远距离传热。v应用：应用：广泛用于余热回收，主要用作空气预热广泛用于余热回收，主要用作空气预热器、工业锅炉和利用废热加热生活用水，在太器、工业锅炉和利用废热加热生活用水，在太阳能集热器、地热温室等方面都取得了很好的阳能集热器、地热温室等方面都取得了很好的效益。效益。79隔热隔热材料材料1 1隔热材料的种类隔热材料的种类 2 2隔热材料的基本性能隔热材料的基本性能 （4 4）低温工程隔热技术低温工程隔热技术（1 1）矿井巷道隔热技术）矿井巷道
19、隔热技术（3 3）建筑工程隔热技术）建筑工程隔热技术 （2 2）工业炉窑隔热技术）工业炉窑隔热技术（三）隔热材料（三）隔热材料80 (1)(1)多孔纤维质隔热材料多孔纤维质隔热材料 1 1隔热材料的种类隔热材料的种类 隔热材料按内部隔热材料按内部组织和构造分类组织和构造分类 (2)(2)多孔质颗粒类隔热材料多孔质颗粒类隔热材料 (3)(3)发泡类隔热材料发泡类隔热材料 81 (1)(1)多孔纤维质材料多孔纤维质材料 o由无机纤维制成的单一纤维毡或纤维布或者几由无机纤维制成的单一纤维毡或纤维布或者几种纤维复合而成的毡布。种纤维复合而成的毡布。o常见的有超细玻璃棉、石棉、矿岩棉等。常见的有超细玻璃
20、棉、石棉、矿岩棉等。 (2)(2)多孔质颗粒类材料多孔质颗粒类材料 n常见的有膨胀蛭石、膨胀珍珠岩等材料。常见的有膨胀蛭石、膨胀珍珠岩等材料。 82o常见的有三类：常见的有三类：l无机类无机类: :泡沫玻璃、泡沫水泥等；泡沫玻璃、泡沫水泥等；l有机类有机类: :聚氯脂泡沫、聚乙烯泡沫、酚醛聚氯脂泡沫、聚乙烯泡沫、酚醛泡沫及聚胺酯泡沫等；泡沫及聚胺酯泡沫等；l混合型混合型: :由空心玻璃微球或陶瓷微球与树由空心玻璃微球或陶瓷微球与树脂复合热压而成的闭孔泡沫材料。脂复合热压而成的闭孔泡沫材料。(3)(3)发泡类隔热材料发泡类隔热材料 832 2隔热材料的基本性能隔热材料的基本性能 o不同领域中隔热
21、材料的选择及隔热技术的应用也各不相同。不同领域中隔热材料的选择及隔热技术的应用也各不相同。v热导率：热导率：v隔热材料最基本的指标；隔热材料最基本的指标；v衡量隔热效果的主要参数；衡量隔热效果的主要参数；v通常热导率越低越好通常热导率越低越好v空心微珠导热率仅空心微珠导热率仅0.080.080.1W/0.1W/（m mK K），），隔热性能极好。隔热性能极好。v密度（表观密度和压缩密度）：密度（表观密度和压缩密度）：v隔热材料的密度一般都比较小；隔热材料的密度一般都比较小；v密度过高会增加隔热层重量。密度过高会增加隔热层重量。v强度：强度：v隔热材料需具备一定的强度；隔热材料需具备一定的强度；
22、v强度太低易导致变形强度太低易导致变形v其他：耐热性其他：耐热性、防水性防水性、耐火性耐火性、抗腐蚀性抗腐蚀性和和施工方便性施工方便性等。等。842 2隔热材料的基本性能隔热材料的基本性能 o不同领域中隔热材料的选择及隔热技术的应用也各不相同。不同领域中隔热材料的选择及隔热技术的应用也各不相同。v（1 1）矿井巷道隔热技术）矿井巷道隔热技术v矿井巷道隔热材料要求导热系数和密度小，具有矿井巷道隔热材料要求导热系数和密度小，具有 一定的强度和防水性能。一定的强度和防水性能。v一般导热率低于一般导热率低于0.23W/（mK）时，才能起到较时，才能起到较 高的隔热作用。高的隔热作用。v巷道隔热材料的组
23、成：表巷道隔热材料的组成：表6-206-20v胶凝材料：隔热材料的强度组成；集料：改善隔热性能；胶凝材料：隔热材料的强度组成；集料：改善隔热性能；v外掺料：用于减少水泥用量；外加剂：提高隔热材料的各项性能。外掺料：用于减少水泥用量；外加剂：提高隔热材料的各项性能。自来水自来水自来水自来水增强剂、发泡剂增强剂、发泡剂增强剂、发泡剂增强剂、发泡剂减水剂、防水剂减水剂、防水剂减水剂、防水剂减水剂、防水剂粉煤灰粉煤灰粉煤灰粉煤灰硅灰石、膨胀珍珠岩硅灰石、膨胀珍珠岩硅灰石、膨胀珍珠岩硅灰石、膨胀珍珠岩水泥、生石灰水泥、生石灰水泥、生石灰水泥、生石灰水水水水外加料外加料外加料外加料外掺料外掺料外掺料外掺料
24、集料集料集料集料胶凝材料胶凝材料胶凝材料胶凝材料表表6-20 6-20 巷道隔热材料的组成巷道隔热材料的组成v（2 2）工业炉窑隔热技术）工业炉窑隔热技术v炉衬结构使用的隔热材料须耐高温炉衬结构使用的隔热材料须耐高温（2000）。v轻质碳砖隔热技术性能：表轻质碳砖隔热技术性能：表6-216-21v不同隔热材料优化组合，分区段匹配使用。不同隔热材料优化组合，分区段匹配使用。180018001.51.520.020.01.21.235.035.093.093.06.06.0TKQ-2TKQ-216002000160020001.51.522.522.51.251.2530.030.084.084.
25、015.015.0TKQ-1TKQ-1使用温度使用温度使用温度使用温度/ / 导热系数导热系数导热系数导热系数/ W/mK/ W/mK抗压强度抗压强度抗压强度抗压强度/ MPa/ MPa体积密度体积密度体积密度体积密度/ / g g g g cmcm-3-3气孔率气孔率气孔率气孔率/ %/ %固定碳固定碳固定碳固定碳/ %/ %灰分灰分灰分灰分/ %/ %性能指标性能指标性能指标性能指标种类种类种类种类表表6-21轻质炭砖技术性能指标轻质炭砖技术性能指标自来水自来水自来水自来水增强剂、发泡剂增强剂、发泡剂增强剂、发泡剂增强剂、发泡剂减水剂、防水剂减水剂、防水剂减水剂、防水剂减水剂、防水剂粉煤灰
26、粉煤灰粉煤灰粉煤灰硅灰石、膨胀珍珠岩硅灰石、膨胀珍珠岩硅灰石、膨胀珍珠岩硅灰石、膨胀珍珠岩水泥、生石灰水泥、生石灰水泥、生石灰水泥、生石灰水水水水外加料外加料外加料外加料外掺料外掺料外掺料外掺料集料集料集料集料胶凝材料胶凝材料胶凝材料胶凝材料表表6-20 6-20 巷道隔热材料的组成巷道隔热材料的组成v（3 3）建筑工程隔热技术）建筑工程隔热技术v v各建筑部位常用的隔热材料：各建筑部位常用的隔热材料：表表6-22 6-22 。分类分类围护结构使用部位围护结构使用部位内墙保温隔热材料内墙保温隔热材料外墙保温隔热材料外墙保温隔热材料材料的状态及工艺材料的状态及工艺板块状保温隔热材料板块状保温隔热
27、材料浆体保温隔热材料浆体保温隔热材料v（4 4）低温工程隔热技术）低温工程隔热技术v隔热材料的蓄热系数越大，冷却降温速度越慢。隔热材料的蓄热系数越大，冷却降温速度越慢。v速冻间选择蓄热系数小的材料做隔热内层，有利于提高降速冻间选择蓄热系数小的材料做隔热内层，有利于提高降 温速度、减少冷负荷、节省投资和运行费用。温速度、减少冷负荷、节省投资和运行费用。v冷藏间则应选用蓄热系数较大的隔热材料，以减少库内壁冷藏间则应选用蓄热系数较大的隔热材料，以减少库内壁 表面的温度波动，保持库内温度稳定，节省动力消耗。表面的温度波动，保持库内温度稳定，节省动力消耗。85（四）空冷技术（四）空冷技术优点：优点：显著
28、节约水资源；显著节约水资源；有助于控制水体热污染。有助于控制水体热污染。缺点：缺点：耗电量大；耗电量大；增加燃料消耗。增加燃料消耗。适用：能源丰富、水源短缺的地区。适用：能源丰富、水源短缺的地区。 86生物能生物能技术技术（三）生物质气化技术（三）生物质气化技术（四）生物质燃料酒精（四）生物质燃料酒精（五）生物质热裂解液化技术（五）生物质热裂解液化技术（一）生物能的特点及开发现状（一）生物能的特点及开发现状（二）生物质压缩成型技术（二）生物质压缩成型技术87（一）生物能的特点及开发现状（一）生物能的特点及开发现状 动物动物 生物质生物质植物植物排泄物排泄物有机有机废水废水有机有机垃圾垃圾88p
29、以生物质为载体的能量以生物质为载体的能量p是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式。形式。生物能生物能 p载体是以实物形式存在的有机物；载体是以实物形式存在的有机物；p是唯一一种能够贮存和运输的可再生资源；是唯一一种能够贮存和运输的可再生资源；p可减少可减少COCO2 2、SOSO2 2和和NONOx x等污染物的排放量；等污染物的排放量；p分布最广，开发和利用对常规能源具有很大的分布最广，开发和利用对常规能源具有很大的 替代潜力。替代潜力。特点特点 （一）生物能的特点及开发现状（一）生物能的特点及开发现状89p 建立以沼气为中心的农村新能源；建
30、立以沼气为中心的农村新能源；p 建立建立“能量林场能量林场”、“能量农场能量农场”和和 “海洋能量农场海洋能量农场”，以植物为能源发电，常，以植物为能源发电，常 用能源植物或作物有绿玉树、续随子等；用能源植物或作物有绿玉树、续随子等；p 种植甘蔗、木薯、海草、玉米、甜菜、种植甘蔗、木薯、海草、玉米、甜菜、 甜高粱等，发展食品工业的同时，用残渣甜高粱等，发展食品工业的同时，用残渣 制造酒精来代替石油。制造酒精来代替石油。开发现状开发现状 （一）生物能的特点及开发现状（一）生物能的特点及开发现状90（二）生物质压缩成型技术（二）生物质压缩成型技术o成型生物质燃料的优点成型生物质燃料的优点（表（表6
31、-236-23）n大气污染物、固体排放量少，锅炉腐蚀程度小、节大气污染物、固体排放量少，锅炉腐蚀程度小、节能、成本低。能、成本低。表表6-230.5t锅炉采用不同燃料的耗能情况锅炉采用不同燃料的耗能情况41.441.418 63618 63616.516.54004003232成型燃料成型燃料成型燃料成型燃料30.430.4209302093020204004004040煤煤煤煤30.730.718 40618 40622.522.54004004040刨花、木屑刨花、木屑刨花、木屑刨花、木屑热效率热效率热效率热效率/%/%热值热值热值热值/%/%耗能耗能耗能耗能/ /（ kJkgkJkg-1
32、-1 ）水量水量水量水量/kg/kg升温时间升温时间升温时间升温时间/min/min项项项项 目目目目燃料燃料燃料燃料91（二）生物质压缩成型技术（二）生物质压缩成型技术o图图6-13 6-13 生物质压缩成型工艺流程生物质压缩成型工艺流程92（三）生物质气化技术（三）生物质气化技术v生物质气化生物质气化 v在一定热力条件下，使生物质的碳氢化合物转在一定热力条件下，使生物质的碳氢化合物转化为含一氧化碳和氢气等可燃气体的过程。化为含一氧化碳和氢气等可燃气体的过程。 v工艺系统：工艺系统：图图6-146-14 图图6-14 6-14 燃气发生的工艺系统燃气发生的工艺系统1-1-加料器；加料器；2-
33、2-气化器；气化器；3-3-净化器；净化器；4-4-燃气输送机燃气输送机 n生物质经气化后排出生物质经气化后排出的粗燃气中常含有一些的粗燃气中常含有一些杂质，直接进入供气系杂质，直接进入供气系统会影响设施和管网的统会影响设施和管网的运行，须进行净化。运行，须进行净化。n燃气输送机燃气输送机：控制系统运行和控制系统运行和启停，提供使燃启停，提供使燃气流动的压力。气流动的压力。 93（三）生物质气化技术（三）生物质气化技术v生物质气化的优势生物质气化的优势v我国生物质集中供气系统投资与天然气基本相我国生物质集中供气系统投资与天然气基本相 当，但环境效益和社会效益高得多，更具应用前景。当，但环境效益
34、和社会效益高得多，更具应用前景。v生物质气化后可用于发电，综合发电成本已接近生物质气化后可用于发电，综合发电成本已接近 典型常规能源的发电水平。典型常规能源的发电水平。v系统技术灵活，环境污染少。系统技术灵活，环境污染少。v目前，中型气化发电系统已经成熟。目前，中型气化发电系统已经成熟。94p含木质素的生物质废弃物。含木质素的生物质废弃物。 主要原料主要原料 p与汽油比，燃烧酒精释放的有害气体少得多，与汽油比，燃烧酒精释放的有害气体少得多，COCO2 2净排放量也很少。净排放量也很少。p作为汽油添加剂，掺入作为汽油添加剂，掺入10%10%15%15%酒精可使汽油酒精可使汽油燃烧更完全，减少燃烧
35、更完全，减少COCO的排放。的排放。p生产工艺原理比较简单，生产工艺原理比较简单， 优点优点 （四）生物质燃料酒精（四）生物质燃料酒精95o常用工艺：常用工艺：酸水解、酶水解和发酵酸水解、酶水解和发酵 （四）生物质燃料酒精（四）生物质燃料酒精图图6-15 SSCF6-15 SSCF酶水解工艺流程酶水解工艺流程p该工艺生产酒精成本仅该工艺生产酒精成本仅0.40.4美元美元/ /升，改进后可进一步降低。升，改进后可进一步降低。96p生物质在完全缺氧或有限供氧条件下，生物质在完全缺氧或有限供氧条件下，热降解为热降解为液体生物油液体生物油、可燃气体可燃气体和和固固体生物质炭体生物质炭三个组成部分的过程
36、。三个组成部分的过程。p控制热裂解条件（主要是控制热裂解条件（主要是反应温度反应温度、升温速率升温速率等）可得到不同的热裂解产品。等）可得到不同的热裂解产品。生物质热裂解生物质热裂解 （五）生物质热裂解液化技术（五）生物质热裂解液化技术97p在在中温中温（500500600600）、）、高加热速率高加热速率（104104105/s105/s）和）和极短气体停留时间极短气体停留时间（约（约2s2s）的）的条件下，将生物质直接裂解，产物快速冷却，条件下，将生物质直接裂解，产物快速冷却，使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体之前冷凝，得到高产率之前冷凝，得到高产
37、率（70%70%80%80%）生物质生物质液体油的过程。液体油的过程。p缺点缺点：对设备及反应条件要求比较苛刻：对设备及反应条件要求比较苛刻p优点优点：产品油易存储和运输。：产品油易存储和运输。生物质热裂解液化生物质热裂解液化 （五）生物质热裂解液化技术（五）生物质热裂解液化技术98（五）生物质热裂解液化技术（五）生物质热裂解液化技术n引流床液化工艺引流床液化工艺: :（图（图6-166-16） l物料干燥粉碎物料干燥粉碎l在重力作用下在重力作用下进入反应器下进入反应器下部的混合室部的混合室l与吹入的气体与吹入的气体充分混合。充分混合。 l丙烷和空气燃烧产生的高丙烷和空气燃烧产生的高温气体与木
38、屑混合向上流动温气体与木屑混合向上流动经过反应器，发生裂解反应经过反应器，发生裂解反应l生成混合物：不可冷凝气生成混合物：不可冷凝气体、水蒸气、生物油和木炭。体、水蒸气、生物油和木炭。l旋风分离器旋风分离器分离掉大部分分离掉大部分炭颗粒炭颗粒 l剩余气体进入水喷式冷凝器中剩余气体进入水喷式冷凝器中快速冷凝；快速冷凝；l随后再进入空气冷凝器中冷凝随后再进入空气冷凝器中冷凝l冷凝产物由水箱和接收器收集冷凝产物由水箱和接收器收集l气体经去雾器气体经去雾器燃烧排放。燃烧排放。l生物油产率生物油产率60%60%l未分离提纯的生物油是高度氧未分离提纯的生物油是高度氧化的有机物，具热不稳定性，温化的有机物，具热不稳定性，温度高于度高于185185195195就会分解。就会分解。 99v二氧化碳二氧化碳v最主要的温室气体。最主要的温室气体。v在特殊催化体系下，可与其他化学原料发生化学在特殊催化体系下，可与其他化学原料发生化学 反应，固定为高分子材料。反应，固定为高分子材料。vCOCO2 2固定技术的关键固定技术的关键v利用适当的利用适当的催化体系催化体系, ,使惰性使惰性COCO2 2活化。活化。vCOCO2 2活化方法活化方法：生物活化、配位活化、光化学辐射：生物活化、配位活化、光化学辐射 活化、电化学还原活化、热解活化、化学还原活化。活化、电化学还原活化、热解活化、化学还原活化。 100
