完整版大工14春《新能源发电》11.docx

1、完整版大工14春新能源发电11新能源发电辅导资料十一主 题：第七章 生物质能及其利用（第1-3节）学习时间：2014年6月9日6月15日内 容：我们这周主要学习生物质能及其利用（第1-3节）一、学习要求了解生物质的概念和资源情况，理解其特点和重要性；掌握生物质燃料的类型并了解其生成方式； 掌握生物质能发电的原理和主要方式。二、主要内容第一节 生物质和生物质能（一）生物质的概念生物质，是指有机物中除化石燃料外所有来源于动、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有有机物。（二） 生物质的来源获取生物质的途径大体上有两种情况：一是有机废弃物的回收利用，一是专门培植作

2、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。1、 农林作物形成的生物质1）农林作业和加工的废弃物例如：农作物的秸秆，残渣和谷壳；林木的残枝、树叶、锯末、果核、果壳等。2）专门培植的农林作物例如：白杨等薪炭林树种，桉树等能源作物，苜蓿等草本植物。造酒精的甜高粱，产糖的甘蔗，及向日葵等油料作物。此外，海洋和湖泊也提供大量生物质。2、其它形式的生物质（1）动物粪便动物粪便是从植物体转化而来的，富含有机物，数量也很大。发酵释放大量温室气体；若处理不善，还会对水体造成污染。（2）城市垃圾城市垃圾成分比较复杂，居民生活垃圾，办公、服务业垃圾，部分建筑业垃圾和工业有机废弃物都含有大

3、量有机物。（3）有机废水工业有机废水和生活污水，往往也含有丰富的有机物。（三） 生物质能及其特点生物质能，指蕴藏在生物质中的能量，是直接或间接地通过光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内。每年生成的生物质总量达14001800亿吨，所蕴含的生物质能相当于目前世界耗能总量的10倍左右。生物质长期以来为人类提供了最基本的燃料。在不发达地区，生物质能在能源结构中的比例较高，例如在非洲有些国家高达60%以上。在当今世界能源消费结构中，仅次于煤炭、石油和天然气，被称为“第四能源”。作为一种能源资源，生物质能具有如下特点：（1）可循环再生（2）可存储和运输（3）资源分散（4）大多来自废物（四

4、） 我国的生物质资源中国拥有丰富的生物质资源，理论总量有50 亿吨左右。1、秸秆等农业生物质每年农作物秸秆产量达7亿吨，可作为能源的约有3亿吨。此外，一些大型米厂每年可收集2000万吨左右的稻壳。2、林木生物质林木生物质资源大多分布在我国的主要林区，其中西藏、四川、云南三省区的蕴藏量越占全国总量的一半。3、禽畜粪便主要来源是大牲畜和大型畜禽养殖场，集约化养殖所产生的畜禽粪便就有4亿吨左右。主要分布在河南、山东、四川、河北等养殖业和畜牧业较为发达的地区。4、城市垃圾和废水工业有机废水排放量高达20多亿吨(不含乡镇工业)。每年城市垃圾产量不少于1.5亿吨，有机物的含量约为37.5。生物质能的主要分

5、布区在西南、东北、河南、山东等地。我国生物质能的分布与常规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有开发生物质能的巨大潜力。第二节 生物质能利用概述（一）生物质能利用的历史自原始农业社会，秸秆和薪柴就一直是主要的燃料，这就是传统生物质能，有时统称薪炭。1860年，薪炭在世界能源消耗中所占比例仍高达73.8%。随着化石燃料的大量开发利用，薪炭能源的比例逐渐下降。1973年能源危机的爆发及矿物能源的严重污染，使可再生能源，得到了国际上的广泛重视和发展。更为广泛的生物质来源，更多的生物质能利用方式，逐渐被人类发现并普及应用。专家估计，到21世纪中叶采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全

6、球总能耗的很大比重。（二）生物质能利用的形式生物质能利用，主要是将生物质转变为可直接利用的热能、电能和可存储的燃料。生物质的组成与化石燃料大体相同，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。但生物质的种类繁多，各有不同的属性和特点，应用方式也趋于多样，可能远比化石燃料的利用更复杂。第三节 生物质燃料（一） 固体生物质燃料1、生物质直接燃烧直接燃烧是最古老、最广泛的生物质利用方式。得到的热量，可直接利用，也可进行后续转换（如发电）。不过，直接燃烧的转换效率往往很低。与煤炭相比，生物质燃料的特点为：碳氢化合物受热分解挥发分多，释放的能量过半；含氧量多，易点燃，而不需太多氧气供

7、应；密度小，容易充分烧尽，灰渣中残留的碳量小；含碳量少，能量密度低，燃烧时间短；松散，体积大，不便运输。2、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物挤压成特定形状的固体燃料，即压缩成型。压缩成型可以解决天然生物质分布散、密度低、松散蓬松造成的储运困难、使用不便等问题。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，占植物成分的2/3以上。一般将原料粉碎到一定细度后，在一定压力、温度和湿度条件下，挤压成棒状、球状、颗粒状的固体燃料。生物质固体成型燃料如下图所示：其能源密度相当于中等烟煤，热值显著提高，便于储运。（二） 气体生物质燃料气体燃料的优点包

8、括： 既可直接燃烧，又能用来驱动发动机和涡轮机； 能量转化效率比生物质直接燃烧高； 便于运输；等等。1、木煤气可燃的生物质在高温条件下经过干燥、干馏热解、氧化还原等过程后，能产生可燃性混合气体，称为生物质燃气，俗称“木煤气” 。主要成分有CO、H2、CH4、CmHn等可燃气体和CO2、O2、N2 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。原料多为原木生产及木材加工的残余物、薪柴、农副产物。不同的生物质气化所产生的混合气体成分可能稍有差异。目前常用的生物质燃气发生器，有热裂解装置和气化炉。热裂解是指在隔绝空气或空气不足的不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，将生物质大分

9、子中的化学键切断，使其分解为分子量较低的CO2、H2、CH4等可燃气体。气化炉原理：将原料送入炉内，加燃料后点燃，同时通过进气口向炉内鼓风，通过一系列氧化还原反应形成煤气。生物煤气中可燃气体所占比例较低，热值较低。2、沼气人畜粪便、农林废弃物、有机废水等，在密封装置中利用特定微生物分解代谢，能产生可燃的混合气体，称为沼气。主要成分是甲烷(CH4)，通常体积占60%70%。甲烷的发热值很高，完全燃烧时仅生成CO2和H2O，并释放热能，是一种清洁燃料。1m3 沼气的含热量相当于0.8kg标准煤。利用微生物代谢作用来生产产品的工艺过程称为发酵。沼气发酵又称为厌氧消化，有机物质在一定的水分、温度和厌氧

10、条件下，通过多种微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体。沼气池必须符合多种条件（微生物生存、繁殖）：沼气池要密闭。维持2040。要有充足的养分。发酵原料要含适量水。pH值一般控制在78.5。中国农村推广的沼气池多为水压式沼气池。截至2006年底，全国农村约有2200多万户农村家庭已经利用上了沼气能源。尤其是在西部地区，发展更快。沼气发酵技术对工厂废水、城市生活垃圾、农业废弃物等有非常好的处理效果，有积极的环保意义。主要包括燃料乙醇、植物油、生物柴油等，都可以直接代替柴油、汽油等由常规液体燃料。生成途径有热裂解 (已介绍)和直接液化法等。固态生物质经一系列化学加工过程，转化成液体燃

11、料，称为生物质的直接液化。直接液化得到的产品，物理稳定性和化学稳定性都更好。（三） 液体生物质燃料1、燃料乙醇乙醇俗称酒精，进一步脱水（含量高于99.6%）再加适量的变性剂即可制成燃料乙醇。主要原料：淀粉质原料，甘薯、土豆等；糖质原料，如甜菜等；纤维素原料，例如农作物秸秆、林木加工残余等。每千克乙醇完全燃烧时能产生30MJ左右的热量，是一种优质的液体燃料。燃料乙醇的生产成本与汽油和柴油大致相当，产生的环境污染却少得多。经过适当加工，还可再制成乙醇汽油等用途广泛的工业燃料。世界之最：利用植物原料生产乙醇产品最早的国家（俄）。乙醇燃料开发利用最有特色的国家（巴西） 。美国汽车用油添加乙醇的也很高。

12、2、植物油利用含油植物的果实、叶、茎，经压榨、提取、萃取和精炼等处理得到的油料。发热量一般可达3739MJ/kg，比柴油稍小。单独使用或与柴油混合，植物油都可在柴油机里直接燃烧。不过直接燃烧会在汽缸中留下未烧完的碳。3、生物柴油来自生物质的原料油经一系列加工处理制成的液体燃料。原料包括植物油脂、动物油酯、废弃食用油等。生产主要以化学法为主，即原料油与甲醇或乙醇在酸、碱或生物酶等催化剂作用下进行酯交换反应。性质与常规柴油相近，是汽油、柴油的优质代用燃料。也可按一定比例与柴油混合使用。三、习题（一） 填空题获取生物质的途径大体上有两种情况：一是_，一是_。答案：有机废弃物的回收利用、专门培植作为生物质来源的农林作物。（二）选择题作为一种能源资源，生物质能的特点包括（ ）。A. 资源集中 B. 可存储和运输 C. 循环再生 D. 大多来自废物答案：B、C、D（三）简答题简述与煤炭相比，生物质燃料的特点。答案：1、氢化合物受热分解挥发分多，释放的能量过半；2、含氧量多，易点燃，而不需太多氧气供应；3、密度小，容易充分烧尽，灰渣中残留的碳量小；4、含碳量少，能量密度低，燃烧时间短；5、松散，体积大，不便运输。