新能源发电技术课件04生物质能.ppt

1、第第4 4讲讲 生物质能及其利用生物质能及其利用新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用2生物质生物质（biomass），），是指是指有机物有机物中除化石燃料外的所有中除化石燃料外的所有来源来源于动物、植物和微生物的物质于动物、植物和微生物的物质。包括动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所包括动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物。有有机物。4.1.1 生物质的概念生物质的概念4.1 生物质能概述生物质能概述新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用3光合作用吸收二氧化碳，将太阳能转化成化学能、生成氧气光合作用吸收二氧化碳，将太

2、阳能转化成化学能、生成氧气并储存有机物，是植物赖以生长的主要物质来源和全部能量并储存有机物，是植物赖以生长的主要物质来源和全部能量来源，也是其他直接或间接依靠植物生存的生物的有机物和来源，也是其他直接或间接依靠植物生存的生物的有机物和能量来源。然后又经过各种化学作用，生成二氧化碳和热能，能量来源。然后又经过各种化学作用，生成二氧化碳和热能，释放到大气中，形成了自然界的碳循环。释放到大气中，形成了自然界的碳循环。动物、植物和微生物等生命体及其排泄或遗留物都含有大量的动物、植物和微生物等生命体及其排泄或遗留物都含有大量的有机物有机物，成为生物质能的，成为生物质能的载体载体。可以说，生物质是太阳能的

3、。可以说，生物质是太阳能的有有机能量库机能量库。生物质是地球上存在生物质是地球上存在最广泛的物质最广泛的物质，而且可以随着生物的繁衍，而且可以随着生物的繁衍生长不断再生。生长不断再生。4.1.1 生物质的概念生物质的概念新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用4光合作用光合作用绿色植物通过叶绿体利用太阳能，把二氧化碳和水合成储存绿色植物通过叶绿体利用太阳能，把二氧化碳和水合成储存能量的有机物，并且释放氧气的过程。其化学表达式为能量的有机物，并且释放氧气的过程。其化学表达式为4.1.1 生物质的概念生物质的概念新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用5获取

4、生物质的途径大体上有两种情况：获取生物质的途径大体上有两种情况：一一有机废弃物的回收利用有机废弃物的回收利用，一一专门培植作为生物质来源的农林作物专门培植作为生物质来源的农林作物。此外，某些光合成微生物也可以形成有用的生物质。此外，某些光合成微生物也可以形成有用的生物质。4.1.2 生物质的来源及特点生物质的来源及特点新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用6（1 1）农林作业和加工的废弃物）农林作业和加工的废弃物农林业生产中，每年都会产生大量的农林业生产中，每年都会产生大量的植物残体和加工废弃物植物残体和加工废弃物。收割农作物时残留在农田内的收割农作物时残留在农田内的秸秆

5、秸秆，农产品加工过程中，农产品加工过程中剩余的剩余的残渣和谷壳残渣和谷壳等，都是很等，都是很常见的生物质来源常见的生物质来源。在温带地区非常普遍的在温带地区非常普遍的小麦和玉米小麦和玉米等农作物，每年可以产生十等农作物，每年可以产生十几亿吨的废弃物。几亿吨的废弃物。热带最主要的农作物热带最主要的农作物甘蔗和水稻甘蔗和水稻，产能量和小麦、玉米大体相，产能量和小麦、玉米大体相当。当。甘蔗渣甘蔗渣常可作为燃料为蔗糖厂提供动力，还可以发电或制常可作为燃料为蔗糖厂提供动力，还可以发电或制取酒精。取酒精。稻壳稻壳在我国和印尼等地都有成功的应用。在我国和印尼等地都有成功的应用。4.1.2 生物质的来源及特点

6、生物质的来源及特点新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用7（1 1）农林作业和加工的废弃物）农林作业和加工的废弃物森林作业森林作业和和林业加工林业加工提供的生物质也很多，许多国家都开始利提供的生物质也很多，许多国家都开始利用这些林业废弃物。用这些林业废弃物。包括包括残枝、树叶残枝、树叶等森林天然废弃物，砍伐、运输和加工过程中等森林天然废弃物，砍伐、运输和加工过程中的的枝丫、锯末、木屑和截头等枝丫、锯末、木屑和截头等森林工业废弃物，以及林业副产森林工业废弃物，以及林业副产品的品的果核果核、果壳果壳等。等。4.1.2 生物质的来源及特点生物质的来源及特点新能源发电技术新能源发

7、电技术生物质能及其利用生物质能及其利用8（2 2）专门培植的农林作物）专门培植的农林作物除了利用农林作物的残余物以外，为集中地获取大量生物质，除了利用农林作物的残余物以外，为集中地获取大量生物质，很多国家还很多国家还专门培植经济价值较高的特种树木或农作物专门培植经济价值较高的特种树木或农作物。常用作生物质能源的常用作生物质能源的林业作物林业作物有：有：白杨、悬铃木、赤杨等白杨、悬铃木、赤杨等薪炭林薪炭林树种，树种，桉树、橡胶树、蓝珊瑚、绿玉树等桉树、橡胶树、蓝珊瑚、绿玉树等能源作物能源作物，葡萄牙草、苜蓿等葡萄牙草、苜蓿等草本植物草本植物。种植树木型能源作物都是尽量选择种植树木型能源作物都是尽

8、量选择退化荒废的土地退化荒废的土地。据报道，国外每公顷林地每年可收获据报道，国外每公顷林地每年可收获30 30 吨以上的能源作物。吨以上的能源作物。4.1.2 生物质的来源及特点生物质的来源及特点新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用9（2 2）专门培植的农林作物）专门培植的农林作物常用作生物质资源的常用作生物质资源的农作物农作物，例如：，例如：可可制造酒精的制造酒精的甜高粱、玉米、甘薯、木薯、芭蕉芋，甜高粱、玉米、甘薯、木薯、芭蕉芋，能能产生糖类的产生糖类的甘蔗、甜菜，甘蔗、甜菜，以及向日葵、油菜、黄豆等以及向日葵、油菜、黄豆等油料作物油料作物。此外，此外，海洋和湖泊海

9、洋和湖泊也提供大量生物质。例如：也提供大量生物质。例如：海洋生的海洋生的马尾藻、巨藻、石莼、海带等；马尾藻、巨藻、石莼、海带等；淡水生的淡水生的布带草、浮萍等；布带草、浮萍等；微藻类的微藻类的螺旋藻、小球藻以及蓝藻、绿藻等。螺旋藻、小球藻以及蓝藻、绿藻等。4.1.2 生物质的来源及特点生物质的来源及特点新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用10生产和生活中，还有很多其它形式的有机废弃物也是生物质的生产和生活中，还有很多其它形式的有机废弃物也是生物质的重要来源。重要来源。（1 1）动物粪便）动物粪便动物粪便是从粮食、农作物秸秆、牧草等动物粪便是从粮食、农作物秸秆、牧草等植物

10、体转化而来植物体转化而来的，的，数量也很大。数量也很大。20152015年中国的畜禽粪便可获得的干物质资源就约有年中国的畜禽粪便可获得的干物质资源就约有4.24.2亿吨。亿吨。动物粪便发酵所释放的气体也是温室气体的主要来源之一。如动物粪便发酵所释放的气体也是温室气体的主要来源之一。如果不很好地处理这些排泄物，还会对水体造成污染。果不很好地处理这些排泄物，还会对水体造成污染。4.1.2 生物质的来源及特点生物质的来源及特点新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用11（2 2）城市垃圾）城市垃圾城市垃圾成分比较复杂，主要包括：城市垃圾成分比较复杂，主要包括：居民生活垃圾，居民生

11、活垃圾，办公、服务业垃圾办公、服务业垃圾，少量少量建筑业垃圾建筑业垃圾和和工业有机废弃物工业有机废弃物等。等。有些发达国家，平均每个家庭每年产生有些发达国家，平均每个家庭每年产生 1 1吨以上的垃圾，含热吨以上的垃圾，含热量约有量约有9090亿焦耳。亿焦耳。4.1.2 生物质的来源及特点生物质的来源及特点新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用12（3 3）有机废水）有机废水包括包括工业有机废水和生活污水工业有机废水和生活污水，往往也含有丰富的有机物。，往往也含有丰富的有机物。工业有机废水工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制

12、药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水。屠宰等行业生产过程中排出的废水。生活污水生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，例如：冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、例如：冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。粪便污水等。4.1.2 生物质的来源及特点生物质的来源及特点新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用13作为一种能源资源，生物质能具有如下特点：作为一种能源资源，生物质能具有如下特点：（1 1）可循环再生）可循环再生生物质能可以随着动植物的生长和繁衍，不断再生，而且生生物质

13、能可以随着动植物的生长和繁衍，不断再生，而且生物质的数量巨大。物质的数量巨大。（2 2）可存储和运输）可存储和运输与其它可再生能源相比，生物质能是与其它可再生能源相比，生物质能是唯一可以直接存储和运唯一可以直接存储和运输的自然资源输的自然资源，便于选择适当的时间和地点使用。，便于选择适当的时间和地点使用。（3 3）资源分散）资源分散能量分散；种类繁杂；分布广泛。能量分散；种类繁杂；分布广泛。（4 4）大多来自废物）大多来自废物除了专门种植的能源作物以外，大多数是废弃之物。除了专门种植的能源作物以外，大多数是废弃之物。4.1.2 生物质的来源及特点生物质的来源及特点新能源发电技术新能源发电技术生

14、物质能及其利用生物质能及其利用14生物质能利用，主要是将生物质生物质能利用，主要是将生物质转变为转变为可直接利用的可直接利用的热能热能、电能电能和和可存储的燃料可存储的燃料（常规的固态、液态或气态）。（常规的固态、液态或气态）。生物质的生物质的组成与化石燃料大体相同组成与化石燃料大体相同，利用方式也类似。常规，利用方式也类似。常规能源的利用技术无需大改，即可应用于生物质能。能源的利用技术无需大改，即可应用于生物质能。但生物质的种类繁多，各但生物质的种类繁多，各有不同的属性和特点有不同的属性和特点，应用方式也，应用方式也趋于多样，可能远比化石燃料的利用更复杂。趋于多样，可能远比化石燃料的利用更复

15、杂。生物质能转化利用的途径，主要包括燃烧、热化学法、生化生物质能转化利用的途径，主要包括燃烧、热化学法、生化法、化学法和物理化学法等，可转化为热量或电力、固体燃法、化学法和物理化学法等，可转化为热量或电力、固体燃料（木炭或成型燃料）、液体燃料（生物柴油、甲醇、乙醇料（木炭或成型燃料）、液体燃料（生物柴油、甲醇、乙醇等）和气体燃料（氢气、生物质燃气和沼气等）。等）和气体燃料（氢气、生物质燃气和沼气等）。4.1.3 生物质能的利用形式生物质能的利用形式新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用154.1.3 生物质能的利用形式生物质能的利用形式新能源发电技术新能源发电技术生物质能

16、及其利用生物质能及其利用164.1.4我国的生物质资源我国的生物质资源我国是一个农业大国。生物质资源十分丰富，理论上生物质我国是一个农业大国。生物质资源十分丰富，理论上生物质能资源达到能资源达到5050亿亿t t左右，根据中国工程院的左右，根据中国工程院的可再生能源发展可再生能源发展战略咨询报告战略咨询报告，我国生物质能源的资源量是水能的，我国生物质能源的资源量是水能的2 2倍和风倍和风能的能的3.53.5倍。目前，每年可开发生物质能源约合倍。目前，每年可开发生物质能源约合1212亿亿t t标准煤标准煤. .我国生物质资源分布情况我国生物质资源分布情况新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利

17、用生物质能及其利用17（1 1）秸秆等农业生物质）秸秆等农业生物质评估结果显示，评估结果显示，20192019年全国主要农作物秸秆理论资源量为年全国主要农作物秸秆理论资源量为10.410.4亿吨，可收集资源量为亿吨，可收集资源量为9.09.0亿吨，利用量为亿吨，利用量为7.27.2亿吨，秸亿吨，秸秆综合利用率为秆综合利用率为80.1%80.1%。农作物秸秆农作物秸秆分布最集中的分布最集中的黑龙江、河北、山东、江苏和四川黑龙江、河北、山东、江苏和四川五省五省，总量占全国的，总量占全国的36%以上。以上。蔗秆和蔗渣蔗秆和蔗渣资源资源广东、广西、云南、海南广东、广西、云南、海南四省总量占到全国四省总

18、量占到全国的的91%以上，以上，豆秆豆秆主要在主要在黑龙江、内蒙、四川、河南、安徽黑龙江、内蒙、四川、河南、安徽五省区，五省区，油料秆油料秆主要集中在主要集中在湖北、四川、安徽、湖南、河南湖北、四川、安徽、湖南、河南五省，五省，棉花秆棉花秆主要分布在主要分布在新疆、山东、江苏、河北新疆、山东、江苏、河北四省区。四省区。秸秆结构秸秆结构稻草稻草麦秸麦秸玉米秸玉米秸棉秆棉秆油料作物油料作物豆类秸秆豆类秸秆薯类秸秆薯类秸秆其他秸秆其他秸秆比例比例/(%) 25.118.332.53.14.43.32.710.5理论资源量理论资源量(104) / t26104190323380032244576343

19、22808109204.1.4我国的生物质资源我国的生物质资源新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用18（2 2）林木生物质）林木生物质我国的薪材年合理开采量约我国的薪材年合理开采量约1.6 1.6 亿吨，目前实际使用量超过亿吨，目前实际使用量超过了了1.8 1.8 亿吨，存在过量砍伐等不合理现象。亿吨，存在过量砍伐等不合理现象。林木生物质林木生物质资源大多分布在我国的主要林区，其中资源大多分布在我国的主要林区，其中西藏、四西藏、四川、云南川、云南三省区的蕴藏量越占全国总量的一半，黑龙江、内三省区的蕴藏量越占全国总量的一半，黑龙江、内蒙古、吉林三省区则占全国总量的蒙古、吉

20、林三省区则占全国总量的27%27%左右，其余依次是陕左右，其余依次是陕西、福建、广西等省区。西、福建、广西等省区。薪炭林薪炭林分布广的省份多为能源不足、经济欠发达或者林业资分布广的省份多为能源不足、经济欠发达或者林业资源较丰富的地区。在许多人口稠密的缺煤地区，薪柴仍是重源较丰富的地区。在许多人口稠密的缺煤地区，薪柴仍是重要的农村能源。内蒙古和云南虽然不缺煤，但是薪柴的应用要的农村能源。内蒙古和云南虽然不缺煤，但是薪柴的应用仍很普遍。仍很普遍。4.1.4我国的生物质资源我国的生物质资源新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用19（3 3）禽畜粪便）禽畜粪便主要来源是主要来源是

21、大牲畜和大型畜禽养殖场大牲畜和大型畜禽养殖场，集约化养殖所产生的，集约化养殖所产生的畜禽粪便就有畜禽粪便就有11.2亿吨左右。亿吨左右。主要分布在主要分布在河南、山东、四川、河北、湖南河南、山东、四川、河北、湖南等养殖业和畜牧等养殖业和畜牧业较为发达的地区，五省共占全国总量的业较为发达的地区，五省共占全国总量的40%40%左右。左右。从构成上看，从构成上看，牛粪牛粪和主要来自于养殖场的和主要来自于养殖场的猪粪各占猪粪各占全部畜禽全部畜禽粪便总量的粪便总量的1/31/3左右。左右。4.1.4我国的生物质资源我国的生物质资源新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用20（4 4）

22、城市垃圾和废水）城市垃圾和废水全国全国工业有机废水工业有机废水排放总量高达排放总量高达2020多亿吨多亿吨，这还不包含乡镇，这还不包含乡镇工业。每年工业。每年城市垃圾城市垃圾产量也不少于产量也不少于1.51.5亿吨亿吨，其中有机物的，其中有机物的含量约为含量约为37.537.5，垃圾的，垃圾的热值为热值为4.18MJ/kg4.18MJ/kg左右。左右。城市垃圾城市垃圾主要分布在主要分布在广东、山东、黑龙江、湖北、江苏广东、山东、黑龙江、湖北、江苏等省，等省，共占全国总量的共占全国总量的36%36%；废水废水主要分布在主要分布在广东、江苏、浙江、山东、河南广东、江苏、浙江、山东、河南等省区，共等

23、省区，共占国总量的占国总量的37%37%。4.1.4我国的生物质资源我国的生物质资源新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用21西南西南、东北东北、河南河南、山东山东等地是生物质能的主要分布区。等地是生物质能的主要分布区。蕴藏量蕴藏量四川、云南、西藏四川、云南、西藏最多，共占全国的最多，共占全国的1/31/3。理论可获得量最大的依次为理论可获得量最大的依次为四川、黑龙江、云南、西藏和内四川、黑龙江、云南、西藏和内蒙古蒙古，接近全国总量的，接近全国总量的40%40%；最小的依次是最小的依次是上海、北京、天津、海南和宁夏上海、北京、天津、海南和宁夏，加在一起不，加在一起不到全国

24、总量的到全国总量的2%2%。不论蕴藏量还是可获得量，不论蕴藏量还是可获得量，四川四川都位居都位居全国第一全国第一；上海、北上海、北京、天津、宁夏和海南都处于全国后五位京、天津、宁夏和海南都处于全国后五位。同时，我国生物质能的分布与常规一次能源有一定程度的互同时，我国生物质能的分布与常规一次能源有一定程度的互补，在一次能源蕴藏量较低的地区往往具有开发利用生物质补，在一次能源蕴藏量较低的地区往往具有开发利用生物质能的巨大潜力。能的巨大潜力。4.1.4我国的生物质资源我国的生物质资源新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用224.2.1 固体生物质燃料固体生物质燃料（1 1）生物

25、质直接燃烧）生物质直接燃烧直接燃烧是直接燃烧是最古老、最广泛最古老、最广泛的生物质利用方式。的生物质利用方式。小知识：小知识：农作物秸秆的平均含硫量只有煤的农作物秸秆的平均含硫量只有煤的1/10。过去，秸。过去，秸秆都被农民在野外白白烧掉，产生的烟雾还污染环境。实际秆都被农民在野外白白烧掉，产生的烟雾还污染环境。实际上，秸秆的热值并不低，上，秸秆的热值并不低，2 吨秸秆燃烧产生的热量与吨秸秆燃烧产生的热量与1 吨标准吨标准煤燃烧产生的热量大致相当。煤燃烧产生的热量大致相当。直接燃烧得到的直接燃烧得到的热量热量，可，可直接利用直接利用，也可进行，也可进行后续转换后续转换（例（例如发电）。应用场合

26、包括炊事、供暖、工业加工、发电及热如发电）。应用场合包括炊事、供暖、工业加工、发电及热电联产等。电联产等。4.2 生物质燃料生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用23（1 1）生物质直接燃烧）生物质直接燃烧直接燃烧的直接燃烧的转换效率转换效率往往往往很低很低，通常，通常不超过不超过20%20%（特殊设计（特殊设计的节柴灶可能达到的节柴灶可能达到30%30%）。）。与煤炭相比，生物质燃料的特点为：与煤炭相比，生物质燃料的特点为：多为碳氢化合物，受热分解后多为碳氢化合物，受热分解后挥发分多挥发分多，包含的能量，包含的能量超过生物质能量的一半（有时占超过生物质能量的一

27、半（有时占3/43/4）；）；含氧量多，含氧量多，易点燃易点燃，而不需太多氧气供应；，而不需太多氧气供应；密度小，容易充分密度小，容易充分烧尽烧尽，灰渣中，灰渣中残留的碳量小残留的碳量小；含碳量少，含碳量少，能量密度低能量密度低，燃烧时间短；，燃烧时间短；松散松散，体积大，体积大，不便运输不便运输。4.2.1 固体生物质燃料固体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用24生物质直接燃烧发电示意图生物质直接燃烧发电示意图4.2.1 固体生物质燃料固体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用25生物质失去挥发分后剩下的木炭，其成分基本上就

28、是碳，能生物质失去挥发分后剩下的木炭，其成分基本上就是碳，能量密度是原始生物质的两倍左右。不过，获得量密度是原始生物质的两倍左右。不过，获得1 吨木炭需要吨木炭需要410 吨木材，如果不能有效地收集挥发分，将有吨木材，如果不能有效地收集挥发分，将有3/4 的能量的能量损失掉。而且制取木炭的过程也会排放大量污染物，是温室损失掉。而且制取木炭的过程也会排放大量污染物，是温室气体的主要来源之一。气体的主要来源之一。4.2.1 固体生物质燃料固体生物质燃料最早用干馏法制取木炭的国家最早用干馏法制取木炭的国家中国中国新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用26（2 2）固体成型燃料）

29、固体成型燃料以木质素为黏合剂，将松散的秸秆、树枝和木屑等农林废弃以木质素为黏合剂，将松散的秸秆、树枝和木屑等农林废弃物物挤压成特定形状的固体燃料挤压成特定形状的固体燃料，可，可提高其能源密度提高其能源密度，改善燃改善燃烧性能烧性能。这种这种物理化学处理物理化学处理方式，称为生物质方式，称为生物质压缩成型压缩成型。压缩成型可以解决天然生物质压缩成型可以解决天然生物质分布散分布散、密度低密度低、松散蓬松松散蓬松造造成的成的储运困难储运困难、使用不便使用不便等问题。等问题。原料主要是锯末、木屑、稻壳、秸秆等，其中含有纤维素、原料主要是锯末、木屑、稻壳、秸秆等，其中含有纤维素、半纤维素和木质素，占植物

30、成分的半纤维素和木质素，占植物成分的2/32/3以上。以上。4.2.1 固体生物质燃料固体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用27一般将松散的原料粉碎到一定细度后，在一定压力、温度和一般将松散的原料粉碎到一定细度后，在一定压力、温度和湿度条件下，挤压成湿度条件下，挤压成棒状棒状、球状球状、颗粒状颗粒状的固体燃料。的固体燃料。其能源密度相当于中等烟煤，热值显著提高，便于储存和运其能源密度相当于中等烟煤，热值显著提高，便于储存和运输，并保持了生物质挥发性高、易着火燃烧、灰分及含硫量输，并保持了生物质挥发性高、易着火燃烧、灰分及含硫量低、燃烧产生污染物较少等优点，是

31、一种低、燃烧产生污染物较少等优点，是一种清洁商业燃料清洁商业燃料。常见设备有常见设备有螺旋挤压式、活塞冲压式和环模滚压式螺旋挤压式、活塞冲压式和环模滚压式等。等。压缩成型工艺有压缩成型工艺有湿压成型湿压成型、热压成型热压成型和和炭化成型炭化成型三种类型。三种类型。（2 2）固体成型燃料）固体成型燃料4.2.1 固体生物质燃料固体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用28生物质固体成型燃料和压缩成型机生物质固体成型燃料和压缩成型机（2 2）固体成型燃料）固体成型燃料4.2.1 固体生物质燃料固体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用

32、29气体燃料的优点包括：气体燃料的优点包括： 既可既可直接燃烧直接燃烧，又能，又能用来驱动用来驱动发动机和涡轮机；发动机和涡轮机； 能量能量转化效率转化效率比生物质直接燃烧比生物质直接燃烧高高； 便于运输便于运输；等等。；等等。（1 1）木煤气）木煤气可燃的生物质在高温条件下经过可燃的生物质在高温条件下经过干燥干燥、干馏热解干馏热解、氧化还原氧化还原等过程后，能产生可燃性混合气体，称为等过程后，能产生可燃性混合气体，称为生物质燃气生物质燃气。主要成分主要成分有有COCO、H2H2、CH4CH4、CmHnCmHn等可燃气体和等可燃气体和CO2CO2、O2O2、N2 N2 等不可燃气体及少量水蒸气

33、。另外，还有由多种碳氧化合物等不可燃气体及少量水蒸气。另外，还有由多种碳氧化合物组成的大量煤焦油。组成的大量煤焦油。生物质气化产生的混合气体成分与生物质气化产生的混合气体成分与“煤气煤气”( (煤经过气化后煤经过气化后产生的可燃混合气体）大致相同，俗称产生的可燃混合气体）大致相同，俗称“木煤气木煤气”。4.2.2 气体生物质燃料气体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用30生物质气化所用的生物质气化所用的原料原料，主要是原木生产及木材加工的残余，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、物、薪柴、农业副产物等，包括板皮、木

34、屑、枝杈、秸秆、稻壳、玉米芯等。稻壳、玉米芯等。不同的生物质气化所产生的混合气体成分可能稍有差异。不同的生物质气化所产生的混合气体成分可能稍有差异。（1）木煤气）木煤气4.2.2 气体生物质燃料气体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用31目前常用的目前常用的生物质燃气发生器生物质燃气发生器，有，有热裂解装置热裂解装置和和气化炉气化炉。热裂解热裂解是指在隔绝空气或空气不足的不完全燃烧条件下，将是指在隔绝空气或空气不足的不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，将生物质大分子中的化学键切断，使其分生物质原料加热，将生物质大分子中的化学键切断，使其分解为分子量较低的解为分

35、子量较低的COCO2 2、H H2 2、CHCH4 4等可燃气体。等可燃气体。气化炉气化炉的工作原理：将生物质原料送入炉内，加一定量燃料的工作原理：将生物质原料送入炉内，加一定量燃料后点燃，同时通过进气口向炉内鼓风，通过一系列氧化还原后点燃，同时通过进气口向炉内鼓风，通过一系列氧化还原反应形成煤气。反应形成煤气。由于空气中含有大量氮气，因此生物煤气中由于空气中含有大量氮气，因此生物煤气中可燃气体所占比可燃气体所占比例较低例较低，热值较低热值较低，一般为，一般为400040005800kJ/m35800kJ/m3。生物质气化的能量转换效率，简单装置约为生物质气化的能量转换效率，简单装置约为40%

36、40%，设计良好，设计良好的复杂气化系统可达的复杂气化系统可达70%70%以上。以上。（1）木煤气）木煤气4.2.2 气体生物质燃料气体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用32人和动物的粪便、农作物的秸秆、谷壳等农林废弃物、有机人和动物的粪便、农作物的秸秆、谷壳等农林废弃物、有机废水等有机物质，在废水等有机物质，在密封装置密封装置中利用中利用特定的微生物特定的微生物分解代谢，分解代谢，能够产生能够产生可燃的混合气体可燃的混合气体。由于这种气体最早是在沼泽中发现的，所以称为由于这种气体最早是在沼泽中发现的，所以称为沼气沼气。沼气的沼气的主要成分主要成分是是甲烷甲

37、烷(CH4)(CH4)，通常体积占通常体积占60%60%70%70%；其次是；其次是COCO2 2，约占，约占25%25%40%40%；其余；其余H H2 2S S、氨、氢和、氨、氢和COCO等气体约占等气体约占5%5%左右。左右。气体生物质燃料气体生物质燃料（2）沼气）沼气新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用33甲烷的发热值很高，达甲烷的发热值很高，达36840kJ/m36840kJ/m3 3，完全燃烧时仅生成，完全燃烧时仅生成CO2CO2和和H2OH2O，并释放热能，是一种清洁燃料。，并释放热能，是一种清洁燃料。混有多种气体的沼气，热值约为混有多种气体的沼气，热值约

38、为202025MJ/m25MJ/m3 3，1m1m3 3 沼气的热沼气的热值相当于值相当于0 0.8kg8kg标准煤标准煤。沼气可以作为燃料，用于生活生产、照明、取暖、发电等，沼气可以作为燃料，用于生活生产、照明、取暖、发电等，沼液、沼渣是优质的有机绿色肥料。沼液、沼渣是优质的有机绿色肥料。利用微生物代谢作用来生产各种产品的工艺过程称为利用微生物代谢作用来生产各种产品的工艺过程称为发酵发酵。沼气发酵沼气发酵又称为又称为厌氧消化厌氧消化，是指有机物质在一定的水分、温，是指有机物质在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同

39、的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体的复杂的生物化学过程。气体的复杂的生物化学过程。（2）沼气）沼气4.2.2 气体生物质燃料气体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用34沼气池必须符合多种条件（沼气池必须符合多种条件（微生物生存、繁殖微生物生存、繁殖）：）：首先首先，沼气池要密闭沼气池要密闭，因为有机物质发酵是厌氧菌活动的结，因为有机物质发酵是厌氧菌活动的结果，因此沼气池要隔绝空气，不透气、不渗水。果，因此沼气池要隔绝空气，不透气、不渗水。其次，沼气池里要维持其次，沼气池里要维持2020

40、4040，因为通常在这种温度下产，因为通常在这种温度下产气率最高。气率最高。第三，沼气池要有充足的养分第三，沼气池要有充足的养分，供给微生物用于生存和繁殖。，供给微生物用于生存和繁殖。在沼气池的发酵原料中，人畜粪便能提供氮元素，农作物的在沼气池的发酵原料中，人畜粪便能提供氮元素，农作物的秸秆等纤维素能提供碳元素。秸秆等纤维素能提供碳元素。第四，发酵原料要含适量水第四，发酵原料要含适量水，一般要求发酵原料中含水，一般要求发酵原料中含水8080左右，过多或过少都对产气不利。左右，过多或过少都对产气不利。第五，沼气池的第五，沼气池的pHpH值一般控制在值一般控制在7 78.58.5。（2）沼气）沼气

41、4.2.2 气体生物质燃料气体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用35中国在农村推广的沼气池多为中国在农村推广的沼气池多为水压式沼气池水压式沼气池，如图所示，第，如图所示，第三世界国家广泛采用，称为中国式沼气池。一般情况下，在三世界国家广泛采用，称为中国式沼气池。一般情况下，在中国南方这样一个池子每年可产出中国南方这样一个池子每年可产出250250300m300m3 3沼气。沼气。（2）沼气）沼气4.2.2 气体生物质燃料气体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用4.2.2 气体生物质燃料气体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技

42、术生物质能及其利用生物质能及其利用据农业部统计，截至据农业部统计，截至20062006年年底，全国农村大约有年年底，全国农村大约有22002200多万多万户农村家庭已经利用上了沼气能源，尤其是在户农村家庭已经利用上了沼气能源，尤其是在西部地区西部地区，发，发展更快。新疆塔城地区就有展更快。新疆塔城地区就有2096020960户农户使用上了沼气。截户农户使用上了沼气。截至至20182018年，农村户用沼气池年，农村户用沼气池53105310万户。万户。4.2.2 气体生物质燃料气体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用38液体生物质燃料主要包括液体生物质燃料主要包

43、括燃料乙醇、植物油、生物柴油燃料乙醇、植物油、生物柴油等，等，都属于优质的清洁能源，可以直接代替柴油、汽油等由石油都属于优质的清洁能源，可以直接代替柴油、汽油等由石油提取的常规液体燃料。提取的常规液体燃料。生成途径有生成途径有热裂解热裂解和和直接液化法直接液化法等。等。热裂解热裂解是指在隔绝空气或空气不足的不完全燃烧条件下，将是指在隔绝空气或空气不足的不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，将生物质大分子中的化学键切断，使之分生物质原料加热，将生物质大分子中的化学键切断，使之分解为分子量较低的可燃物。解为分子量较低的可燃物。固态的生物质经过一系列化学加工过程，转化成液体燃料固态的生物质经过一系列化

44、学加工过程，转化成液体燃料( (主要是汽油、柴油、液化石油气等液体烃类产品，有时也主要是汽油、柴油、液化石油气等液体烃类产品，有时也包括甲醇、乙醇等醇类燃料包括甲醇、乙醇等醇类燃料) )，称为，称为生物质的直接液化生物质的直接液化。与热解相比，直接液化可以生产出物理稳定性和化学稳定性与热解相比，直接液化可以生产出物理稳定性和化学稳定性都更好的液体产品。都更好的液体产品。4.2.2 液体生物质燃料液体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用39乙醇俗称乙醇俗称酒精酒精，通常由淀粉质原料、糖质原料、纤维素原料，通常由淀粉质原料、糖质原料、纤维素原料等经发醇、蒸馏后制成

45、。等经发醇、蒸馏后制成。乙醇乙醇进一步脱水进一步脱水（使其含量（使其含量99.6%99.6%以上）再加上适量的变性以上）再加上适量的变性剂即可制成剂即可制成燃料乙醇燃料乙醇。主要原料：主要原料：淀粉质原料，淀粉质原料，甘薯、土豆、玉米、大米、大麦、高粱等；甘薯、土豆、玉米、大米、大麦、高粱等；糖质原料糖质原料，如甘蔗、甜菜、糖蜜等；，如甘蔗、甜菜、糖蜜等；纤维素原料纤维素原料，例如农作物秸秆、柴草、林木加工残余、工业，例如农作物秸秆、柴草、林木加工残余、工业的纤维素下脚料和某些城市垃圾；及某些的纤维素下脚料和某些城市垃圾；及某些工厂废液工厂废液。用糖质原料生产乙醇比较简单而直接。用淀粉和纤维素

46、需要用糖质原料生产乙醇比较简单而直接。用淀粉和纤维素需要水解糖化加工过程，纤维素的水解最难。水解糖化加工过程，纤维素的水解最难。（1）燃料乙醇）燃料乙醇4.2.2 液体生物质燃料液体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用40每千克每千克乙醇完全燃烧时能产生乙醇完全燃烧时能产生30MJ30MJ左右的热量，是一种优质左右的热量，是一种优质的液体燃料。的液体燃料。燃料乙醇的燃料乙醇的生产成本与汽油和柴油大致相当生产成本与汽油和柴油大致相当，产生的环境污，产生的环境污染却少得多。生物燃料乙醇燃烧排放的染却少得多。生物燃料乙醇燃烧排放的COCO2 2和含硫气体均低于和含硫

47、气体均低于汽油汽油燃料。燃料。排放的排放的COCO2 2和和作为原料的生物质生长所作为原料的生物质生长所吸收的吸收的COCO2 2基本持平基本持平，可减少大气污染及抑制，可减少大气污染及抑制“温室效应温室效应” ” 。经过适当加工，燃料乙醇可以制成经过适当加工，燃料乙醇可以制成乙醇汽油、乙醇柴油、乙乙醇汽油、乙醇柴油、乙醇润滑油醇润滑油等用途广泛的工业燃料。等用途广泛的工业燃料。（1）燃料乙醇）燃料乙醇4.2.2 液体生物质燃料液体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用41俄国俄国是利用植物原料生产乙醇产品是利用植物原料生产乙醇产品最早最早的国家，水解乙醇产的国

48、家，水解乙醇产量己达量己达3535万吨。万吨。巴西巴西是乙醇燃料开发利用是乙醇燃料开发利用最有特色最有特色的国家，早在的国家，早在19311931年就开年就开始将乙醇混入汽油中作为发动机燃料试用，始将乙醇混入汽油中作为发动机燃料试用，19911991年巴西的年巴西的980980万辆汽车中，有近万辆汽车中，有近400400万辆纯用乙醇作燃料，还有很多用万辆纯用乙醇作燃料，还有很多用乙醇和汽油的混合燃料。目前大部分新产汽车均以乙醇为燃乙醇和汽油的混合燃料。目前大部分新产汽车均以乙醇为燃料，乙醇燃料已占巴西料，乙醇燃料已占巴西汽车燃料消费量的汽车燃料消费量的50%50%以上。以上。美国美国汽车用油总

49、量的汽车用油总量的70%70%左右也都左右也都添加乙醇添加乙醇。（1）燃料乙醇）燃料乙醇4.2.2 液体生物质燃料液体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用42世界上最大的生物质燃料乙醇生产系统世界上最大的生物质燃料乙醇生产系统巴西巴西的的PRO-ALCOOL项目，项目，1975 年建成，用年建成，用糖渣糖渣来制取燃料乙醇。截来制取燃料乙醇。截止到止到2000 年，年，25 年内因为减少石油进口而年内因为减少石油进口而节省了节省了400 亿美元亿美元。目前生物。目前生物质油的年产量已超过质油的年产量已超过150亿升，所用的汽油中一般都含有亿升，所用的汽油中一般都

50、含有26%左右的乙醇。左右的乙醇。乙醇生产流程图乙醇生产流程图4.2.2 液体生物质燃料液体生物质燃料新能源发电技术新能源发电技术生物质能及其利用生物质能及其利用43是利用野生或人工种植的含油植物的是利用野生或人工种植的含油植物的果实、叶、茎果实、叶、茎，经经压榨、压榨、提取、萃取提取、萃取和和精炼精炼等处理得到的油料。等处理得到的油料。有些能作食用油，或直接作燃料，有些只能作工业原料。有些能作食用油，或直接作燃料，有些只能作工业原料。发热量一般可达发热量一般可达3739GJ/吨吨，比柴油，比柴油(42GJ/(42GJ/吨吨) )稍小。稍小。单独使用或与柴油混合，单独使用或与柴油混合，植物油都