生物质能工程复习大纲1.docx

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生物质能工程复习大纲1

《生物质能工程》复习提纲

1、什么是生物质能源？

2、什么是新能源？

3、什么是可再生能源？

4、什么是常规能源？

5、生物质能是可再生的。

虽然生物质能是人类应用很久的一种古老的能源，但在能源分类中将其划为新能源。

6、生物质：

广义上讲，生物质是各种生命体产生或构成生命体的有机质的总称；

7、生物质所蕴含的能量称为生物质能。

8、XX百科：

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。

而所谓生物质能（BiomassEnergy），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。

它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。

生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。

9、

10、生物质原料类型

（1）按分布分：

水生和陆生生物，及其代谢产物；

（2）按原料化学性质分：

糖类、淀粉、纤维素、脂类、烃类；

（3）按原料来源分：

农业生产废弃物、薪柴、农林加工废弃物、人畜粪污、工业有机废弃物、能源植物。

11、生物质资源的特点

（1）环境污染小；（灰分、N、S含量低，C闭合循环。

）

（2）生物质能蕴藏量巨大、分布广；

（3）可再生；

（4）能量密度低；

（5）重量轻、体积大，运输不便；

（6）易受风雨雪火等外界因素影响，贮存不便；

12、生物质的化学组成

糖类和淀粉主要由葡萄糖单糖或多糖组成。

农作物秸秆的主要化学元素组成：

C：

40~46%；H：

5~6%；O：

43~50%；N：

0.6~1.1%

S：

0.1~0.2%；灰分：

3~5%；P：

1.5~2.5%；

K：

11~20%；

薪柴的化学元素组成：

C：

49.5%；H：

6.5%；O：

43%；N：

1%；灰分：

﹤1%

此外，生物质中还含有一定量的水分以及Si、Ca、Fe、Al等矿物元素。

13、生物质燃料的热值

高位热值：

1kg生物质完全燃烧所放出的热量；

气化潜热：

水分在燃烧过程中变为蒸汽（燃料中H燃烧时也生成水蒸汽），吸收的热量；

低位热值：

高位热值－气化潜热

计算生物质发热量，一般取低位热值。

14、农作物资源估算是在农作物产量的基础上，以草谷比计算。

15、薪柴资源量估算

（1）森林才伐木和木材加工剩余物，可用作燃料量按原木产量1/3估算；

（2）薪炭林、用材林、防护林、灌木林等按林地面积统计放柴量；

（3）四旁树（田、路、村、河）的剪枝，按树木株数统计；

16、人畜粪便资源

以人口数、畜禽存栏数、年平均排泄量为基础进行估算；并考虑成幼系数

按类型（如湿地、岭坡、山间、草原等）及产量进行叠加统计。

17、纤维素类生物质资源

纤维素类生物质资源主要由：

纤维素、半纤维素、木质素构成；

植物细胞壁中的纤维素和木质素通过共价键连接成网络结构，纤维素束镶嵌在其中。

18、农作物秸秆（万吨）

秸秆焚烧：

效率低、环境污染、浪费资源、影响交通；

19、禽畜粪污

我国主要禽畜粪污源为猪、牛、鸡。

2000年全国畜禽粪便可获得资源实物量为3.2亿吨。

河北、山东、河南、四川等地资源量最多。

近年来，畜禽养殖业逐步向规模化、集约化发展。

全国60%以上的养殖场粪污未经处理直接排放，造成水体、土壤、空气等严重污染，畜禽养殖粪污污染已成为我国第一大污染源！

养殖粪污一般用作肥料，仅西藏、青海、宁夏、内蒙古等地将其风干，作为燃料使用。

采用“厌氧+好氧”技术进行处理，是目前粪污处理的发展方向。

20、城市有机垃圾

2001年我国生活垃圾清运量1.18亿吨，按年增长10%左右计算，至2010年，将达到2.3亿吨。

城市生活垃圾的处理途径：

堆肥、填埋、焚烧、厌氧发酵、发电、养蚯蚓。

21、工业有机废弃物

分为工业有机固废和有机废水两类。

主要来自木材加工、造纸、制糖、粮食加工等，包括木屑、树皮、蔗渣、谷壳等。

22、糖类原料资源

主要用来生产燃料乙醇

研究及应用最多的为甘蔗。

（巴西，美国）

我国甘蔗主要分布在云南、广西、广东，占全国产量90%以上。

甜菜、糖蜜废水也是重要资源。

23、植物，其化学能来源于太阳能——取之不尽、用之不竭，环保可再生。

24、能源植物的内容

通常包括：

速生薪炭林、含糖或淀粉类植物、产油植物，可供发酵或产油的藻类及其他植物等。

广义上讲：

光和效率高、生物量大，直接用于提供能源为目的的植物。

25、按植物中主要物质化学类别分：

（1）糖类能源植物；

（2）淀粉类能源植物；

（3）纤维素类能源植物；

（4）油料能源植物；

（5）烃类能源植物；（续随子、绿玉树等）

26、光合作用

光合作用的初产物为葡萄糖，生物质是初产物及其各类衍生物的总称，包括：

糖类、淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、脂肪等；

（1）光合作用机理

6CO2+3H2O+太阳能→→C6H6O5+O2→→n（C6H6O5）（生物质）

（2）生物质能原理用则是其逆过程：

n（C6H6O5）（生物质）→→→CO2+H2O+能量

（3）光合效率

最终净光能利用效率不到5%！

27、能源植物的品种改良技术

（1）杂交育种；

（2）物力诱变育种；

离子注入诱变；太空育种；物力高压育种；

（3）化学诱变育种；

（4）细胞工程；

（5）基因工程；

28、重要能源植物

（1）甜高粱；

（2）能源甘蔗；

（3）油料植物

草本油料：

大豆、油菜、花生、棉籽、向日葵、芝麻；

木本：

油棕榈、黄连木、油桐、麻风树（小桐子）、桉树、光皮树、油茶、橄榄等；

产油藻类。

（4）石油植物

桉树、大戟科乔木、苏木科油楠属、霍霍巴、马尾松、苦配巴、香槐、黄鼠草等；

（5）草本植物

芒属作物。

（芒草）

29、薪炭林

（1）薪炭林的类型

a、短轮期平茬采薪型（纯薪型）；3~5年一个轮伐周期；

b、柴薪型；用材树（1/5）与薪柴树（4/5）混种；

c、薪草型；林业与畜牧业相结合；

d、薪材经济型；生产燃料同时兼收果、核、种子、叶等；如山杏，沙棘等；

e、头木育新型；路、河、沟、塘边种植萌生力强的乔木，每4~5年砍伐一次，获薪柴及木材；如桉树、刺槐、铁刀木等；

（2）发展薪炭林的途径

a、人工营造；b、封山育林；c、改造残次林；d、退耕还林；

30、生物质燃料的特点：

（1）含碳量较少；

（2）含氢量稍多；

（3）含氧量多；（4）密度小。

31、生物质燃料的燃烧过程

强烈的放热化学反应；

燃料、热量和空气供给；

连锁反应过程。

生物质的燃烧过程可以分作：

预热与干燥、挥发分析出燃烧及木炭形成、木炭（固定碳）燃烧等阶段；

C的燃烧，根据O2量的不同，会产生下列2种反应：

C+O2==CO2+408.86kJ

2C+O2==2CO+246.45kJ

当温度较高（超过700℃）时，生成的CO向外扩散，遇O2再燃烧：

2CO+O2==2CO2+570.87kJ

水煤气（生物质气化）反应：

C+2H2O==CO2+2H2C+2H2O==CO+H2C+2H2==CH4

32、产生火焰的燃烧分为两个阶段：

挥发分析出燃烧和固定碳燃烧，前者约占燃烧时间10%，后者占90%；

生物质燃料在燃烧过程种的特点：

（1）温度较低时挥发分分解即非常活跃，空气供应不足易造成黑烟或黄烟；

（2）焦炭燃烧时，强通风会造成黑絮，降低燃烧效率；

（3）焦炭燃烧受到灰分包裹，易有残碳遗留。

（4）燃烧过程空气供给量变化较大，在炉灶中不易解决。

高密度的压缩成型生物质燃料，由于其压缩密实，限制了挥发分逸出速度，加之空气流通有一定的通道而且比较均匀，燃烧过程较为稳定，可以改善燃烧状态。

33、炕连灶的综合热效率

旧式柴灶的热效率一般只有12%左右；

炕连灶的综合热效率一般为45%左右。

34、省柴灶与节柴炉

（1）省柴灶

a、设有灶箅与灰室；

b、设有可关的灶门；

c、燃料离锅底近，吊火高度小（12~16cm）；

d、有拦火圈与回烟道；

e、增加灶体保温措施。

（2）节柴炉

通过增加二次进风道，增设附炉膛等措施，炉子效率。

35、旧式炕的改进

一是改变炕洞的形式，让烟气在炕洞中迂回流动；

二是尽可能减少支撑炕面的炕洞中砖的数量。

36、架空炕

37、节能地炕

热效率65%~70%。

38、锅炉燃用的生物质燃料

林业采伐的枝杈、不能成材的树木、木材加工和造纸厂废弃物、稻壳、蔗渣、农作物秸秆等。

39、燃用生物质锅炉的应用

（1）奥地利Arbesthal集中供热系统；

（2）巴西的锅炉燃用生物质发电；

（3）美国宾夕法尼亚州Viking木材发电厂。

40、什么是沼气？

41、沼气的发展历史？

42、沼气的来源有什么？

有什么用途？

有机物在厌氧和其他适宜条件下，经沼气发酵微生物分解代谢，产生以CH4和CO2为主的混合气体，称为沼气。

沼气发酵是一个由多种类群细菌参与完成的，通过分解有机物并产生以CH4和CO2为主要产物的，复杂的微生物学过程。

热利用、光利用、肥料利用、生防制剂利用。

（综合利用）

43、19世纪人们就知道沼气的产生是一个微生物学过程；

1965年美国微生物学家Hungate教授创立了严格厌氧微生物培养技术，人们逐步开始认识到沼气发酵的本质（微生物学原理）：

沼气发酵过程由多个生理类群的微生物在无氧条件下共同参与完成，是微生物为适应缺氧环境，利用不同类群的不同分解作用，构成完整的生化反应系列，逐步将有机质降解，最终形成甲烷、氢气和二氧化碳，即沼气。

44、沼气的理化性质

混合气体，无色，略有臭味，主要成分见表4-1，其中CH4占总体积50%~70%，CO2占25%~45%，除此之外还有少量的H2、N2、H2S、O2、CO、NH3等。

45、厌氧沼气发酵的主要反应历程

（1）两阶段学说：

1936年由Barker首次提出，简要描述了沼气的发酵过程，该理论认为沼气发酵可分为两个阶段，即产酸阶段和产甲烷阶段；

（2）三阶段理论和四阶段理论

1979年，Bryant等人提出，将沼气发酵过程分成由三大代谢类群微生物引起的三阶段理论，即水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段；

与Bryant等人提出三阶段理论同时，Zeikus等人提出了沼气发酵四阶段理论，该理论在三阶段理论的基础上增加了耗氢产乙酸过程，即由耗氢产乙酸菌把H2和CO2转化为乙酸（CH3COOH），形成了：

水解阶段、发酵（或酸化）阶段、产乙酸阶段、产甲烷阶段；

46、沼气发酵的微生物类群

（1）发酵性细菌

水解纤维素、蛋白质、脂类为可溶性糖类、肽、氨基酸和脂肪酸等。

水解菌（大多为厌氧菌，也有兼性菌）：

梭状芽孢杆菌、拟杆菌、丁酸菌、嗜热双歧杆菌、产气梭状芽孢杆菌、产琥珀酸梭状菌、北京丙酸杆菌和产氢螺旋体等。

（2）产氢产乙酸菌

将上述分解物（主要为有机酸）进一步分解为乙酸、H2和CO2

（3）耗氢产乙酸菌

将H2和CO2合成为乙酸，以及代谢糖类产生乙酸。

（4）产甲烷菌

甲烷形成是由一群生理上高度专化的细菌——产甲烷菌所引起的。

产甲烷菌是厌氧消化过程中所形成的食物链中的最后一组成员。

将乙酸和H2/CO2转化为沼气。

47、沼气发酵工艺条件

（1）严格厌氧环境

（2）发酵温度（8℃~65℃），发酵温度对沼气发酵产气效率的影响如下图：

，其中

常温：

15~30℃

中温：

35℃左右

高温：

55℃左右

（3）发酵原料

粪便、秸秆等农业有机废弃物及酒糟、糖渣、高浓度有机肥水等工业有机废弃物。

基本概念：

TS、VS、灰分。

（4）料液浓度（以TS浓度计算）

6%~12%，南方偏低、北方偏高，夏