浙江大学生物系统工程-新能源工程-skc部分+一些必考题目+题型

新能源工程盛奎川部分一、绪论1、生物质能：生物质是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。生物质能是把太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，以生物质为载体。2、生物质原料种类及来源：林业生物质资源、农业生物质能资源、生活污水、工业有机废水、城市固体废物、畜禽粪便3、油类燃料能源作物：油菜、棉籽、麻风树、黄连木、文冠果4、乙醇燃料能源作物（淀粉糖料类）：秸秆、薯类、甘蔗、甘薯、甜高粱（玉米、小麦）5、纤维素类草本能源植物：柳枝稷（C4，美国首选）、芦竹（C3、欧洲首选）、荻（C4）、杂交狼尾草（C4）6、能源草：富含碳氢化合物的禾本科、高大、丛生的纤维素类草本能源植物干物质产量高；抗逆性强，适应性广；生态效益好，利用边际土地；可再生清洁能源；用途广泛边际土地能源草种植技术：不与人争粮，不与粮争地存在的问题：能源草品种单一，抗逆性有待提高；边际土地类型多样，能源草生长习性不同，优质高产高效的规模化种植管理技术需要系统深入的研究；纤维素染料乙醇化转化效率低，生产成本高，离产业化有距离7、生物质能转化利用技术：直接燃烧法、生物转换技术、热化学转换技术【三种主要类型】还包括：生物质压缩成型技术、生物柴油技术二、生物质燃烧1、生物质成分与化学特性：1）化学组成：纤维素、半纤维素、木质素和提取物2）元素组成：C\H\O\N\P\S\KC：以化合碳、固定碳两种形式存在H：碳氢化合物形式存在，燃烧时以挥发气体析出O：增强燃烧，但不放出热量N：一般不反应、高温会生成NOxS：生成SO2;SO3P\K：生物质燃料的特有成分，P2O5和K2O，是草木灰中的PK肥灰分：SiO2；Al2O3；CaO；Fe2O33）组成成分表示方法：干燥基：以完全干燥的燃料为基准，测定计算所得到的各元素组成成分的百分数。Cg【g上标】应用基：按实际进入炉灶的燃料取样分析计算所得到的各组成成分的质量分数Cy【y上标】具体做测试计算时使用分析基：以风干燃料为基准，分析化验计算后所得各元素组成成分的百分数数值（组成成分较稳定）【f上标】【书上内容PPT没有】工业分析法（近似分析法）：水分（W）灰分（A）挥发分（V）固定碳（C）表示燃料的成分4）生物质的热值热值：又称发热量。是指在一定温度下，单位质量的燃料完全燃烧后，在冷却至原有温度时所释放的热量，是衡量燃料品质的重要指标高位热值：QGW生物质完全燃烧释放出的全部热量，包括燃烧时的显热和所含水分的汽化潜热。（燃烧条件为密闭容器中在过剩氧气存在的条件下进行，用水吸收放出的热量，由水温的升高计算生物质的热值）低位热值：QDW大气状况下完全燃烧单位重量的生物质所得到的热量。等于高位热值减去水蒸气的气化潜热后的热量，即实际放出的热量。（水分以气体形式存在）【计算热效率时使用低位热值】2、生物质的物理特性密度：真密度：依据其外观体积与质量所测得的密度堆积密度：堆积密度是把粉尘或者粉料自由填充于某一容器中，在刚填充完成后所测得的单位体积质量。含水率：依据含水率生物质可分为：生材、气干材、烘干材湿基含水率：（相对含水率计算公式分母为烘干前重量）干基含水率：（绝对含水率计算公式分母为烘干后重量）自由水、生物质结合水（3%－5%）灰熔点：高温下熔融状态，形成含有多种组分的灰（气、液、固），在冷表面或炉墙内形成沉积物（积灰、结渣）3、燃烧机理与方式按燃烧特征：表面燃烧、分解燃烧、蒸发燃烧燃烧四阶段：预热和干燥、挥发分析出及木炭形成、挥发分燃烧、固定碳燃烧充分燃烧三条件：一定的温度；合适的空气量及与燃料良好的混合；足够的反应时间和空间温度和气流扩散速度对燃烧的影响：动力燃烧区、扩散燃烧区、过渡燃烧区4、生物质预处理技术（1）农作物秸秆打捆处理、（2）生物质干燥：自然干燥、人工干燥（3）生物质粉碎：为适应连续送料的工作方式；软茎秆采用锤片式粉碎机；硬茎秆采用直刃刀切碎机或采用切碎与粉碎结合的设备5、农村省柴灶教材P141节能原理：减少排烟热损失；减少化学不完全燃烧热损失；减少固体不完全燃烧热损失；减少散热损失；减少灰渣热损失；减少蓄热损失结构：灶门、进风道、灶膛、烟囱、炉箅性能测试：ppt上很乱啊，都没看懂要测什么，但记得老师上课说很重要性能参数：升温速度（起动性能）；蒸发速度（持续加热性能）；回升速度（保温蓄热性能）；热效率（热利用程度）现代省柴灶的热效率为30%-40%热性能曲线：6、生物质燃烧技术发展现状【气流速度发生变化，燃料层有三种状态】1）层燃技术：应用于含水率较高、颗粒尺寸变化较大及灰分含量较高的生物质技术种类：固定床、移动炉排、旋转炉排、振动炉排、下饲式炉排燃烧技术：顺流、叉流、逆流【了解不同方法适用的生物质材料】【1、顺流，燃料与烟气的流动方向相同，适合于较干燥的燃料以及带空气预热器的系统，顺流的方式增加了未燃尽气体的滞留时间以及烟气与燃料层的接触面；2、逆流，燃料与烟气的流动方向相反，适合于含水量较多的燃料，热烟气将与新进入燃烧室的燃料相接触，将热量传递给新燃料，其中水分将迅速地蒸发出来;3、叉流，烟气从炉膛中间流出，综合了顺流和逆流的优点。】下饲式：适用于含灰量较低和颗粒尺寸较小的生物质，广泛应用于中、小系统2）流化床技术：流化床下部装有孔板，称为布风板，布风板上方堆有一定粒度分布的固体燃料层，为燃烧的主要空间3）悬浮燃烧技术7、生物质燃烧发电/热电联产1）聚团问题：生物质原料中的碱金属在流化床床料中在一定高温条件下反应形成低熔点的共晶化合物而引起颗粒聚团，妨碍流化甚至造成流化失败2）两种床料聚团理论（两种都可能发现，取决于燃烧类型、床料性质和燃烧时间）（1）颗粒被覆层包裹，覆层间相互粘接（2）灰中的低温共晶体熔融粘结3）防治炉内聚团对策：寻找合适的惰性床料也可以选择富含抑制聚团烧结元素的床料，提高烧结温度，以保证正常流化；合理的风速和一二次风比，控制燃料份额和合理的床温；及时排除大渣，保证均匀流化。4）防止高温腐蚀的措施（这个也能背的出来？！＝＝完全没有画面感）控制合理的炉膛出口温度选择合适的蒸汽参数过热器材材料选耐腐蚀的不锈钢容易腐蚀区加保护套在管壁采用高温喷涂采用有效吹灰器，加强吹灰三、生物质压缩成型1、优点：便于储存、运输；使用方便、卫生；燃烧效率高；清洁能源，有利于环保2、原理：温度升高至200至300摄氏度，使木质素软化产生黏性，再加以压力使其与纤维素紧密粘结并与相邻生物质颗粒互相胶接使植物变得均匀致密，冷却后固化成型（利用生物质的热化学特性）注：对于木质素含量较低的原料，可掺入少量粘结剂（可选择黏土、淀粉、糖蜜、植物油、造纸黑液），当加入粘结剂后，原料颗粒表面会形成吸附层，颗粒之间产生引力，使生物质例子之间形成连锁结构3、压缩成型影响因素：（1）压力：惯性阶段（松散）、弹性阶段（开始含有粘聚体；在整个压缩过程中，物料对模壁的侧向压力产生摩擦力，通过柱塞的作用力来克服摩擦力）（2）温度：（木质素软化温度70-110熔融温度200-300）－温度既可以加速木质素软化，还可以加速应力松弛（3）模子的几何形状－热压成型，模子直径太大不利于传热和成型，太小又影响生产率（为了减少锥形模具压缩过程的摩擦力和消耗的压缩能－锥度，长度和入口直径是关键参数）（4）压缩方式：开式、闭式（5）含水率：含水率高，影响热量传递，增大物料和模子的摩擦力，还会产生气堵或放炮现象；含水率低则影响木质素软化点，物料内摩擦和抗压强度加大（6）原料的粒度：压缩成型前先切断或粉碎（7）粘结剂的使用：低压成型必须使用粘结剂；高压不需4、压缩成型工艺1）常温成型（不加温处理）：压缩前浸泡。应用于生产纤维板2）热压成型（成型过程中原料在挤压部位被加热，普遍采用）：原料粉碎、干燥、挤压成型、冷却包装；常用螺旋挤压成型机、活塞式成型机加热作用：使木质素软化熔融成为粘结剂；使燃料外表层炭化，使顺利通过磨具不会粘连，减少挤压动力消耗；提供分子结构变化的能量3）预热成型：进入成型机前先预热，达到一定的温度后，使得所含的木质素软化，起到粘结剂的作用，在后续过程中，降低成型部件与原料间的摩擦作用，降低成型所需要的压力，从而大幅度提高成型部件的使用寿命，降低单位产品的能耗（减少摩擦－提高寿命；降低压力－降低能耗）4）炭化成型（热解碳化后挤压成型）：先炭化再加入一定的粘结剂挤压成型（纤维结构在炭化过程中受到破坏，高分子组分热解转化成炭，因而加工物性得到明显的改善，成型部件的机械磨损和挤压过程中的消耗明显降低）为什么炭化成型要加粘结剂？因为炭化后的原料在挤压成型维持既定形状的能力差，储存、运输和使用时易破碎，故要加粘结剂或者加较高的成型压力5、生产流程原料收集；粉碎与干燥；压缩成型；冷却与包装6、压缩成型设备（1）螺旋挤压式（棒状或机制木炭）：突出问题：套筒与螺杆在高温、干摩擦下磨损严重，使用寿命短，单位产品能耗高，成型工作可靠性差。（2）柱塞挤压式（棒状或块状）：柱塞往复运动实现；机械驱动式（成型块）和液压驱动式（允许原料的含水率高达20%左右）（3）压辊式（颗粒状燃料）：可分为平板模造粒机和环板模造粒机。基本工作部件：压辊和压模7、生物质成型燃料特性密度；热值；耐久性（抗变形，抗跌碎，抗滚碎，抗渗水，抗吸湿）吸湿性：受潮吸湿后会出现松散以致于变成粉末状；棒状燃料成型时候温度高，本身含水率低，易从空气中吸水四、厌氧消化与生物燃气1、概述沼气发酵又称厌氧发酵沼气的主要成分是甲烷，其次是CO22、沼气发酵微生物学原理1）两阶段理论：产酸阶段和不产酸（产甲烷）阶段2）三阶段理论：液化阶段：在胞外酶的作用下，固形有机物水解成分子量较小的可溶性物质产酸阶段：可溶性物质在胞内酶的作用下生成各种挥发性脂肪酸，主要是乙酸【有机酸的生成是特点】产甲烷阶段：甲烷菌分解乙酸形成甲烷和二氧化碳（70%），或利用H还原CO2形成CH4（30％）3）产甲烷微生物与不产甲烷微生物相互依存：不产甲烷菌为产甲烷菌提供了生长和生产甲烷的基质，创造了厌氧环境，清除了有毒物质。产甲烷菌为不产甲烷菌生化反应解除反馈抑制。两者共同维持发酵液的适宜酸碱度3、沼气发酵条件1）原料分类；充足营养：CN水无机盐C/N在25-30:1时，产气效果最好2）温度30-60℃之间的产气高峰：37℃与52℃3）PH和有机酸含量（VFA）最适宜6.8-7.4过酸用石灰乳调节过碱用牛、马粪调节，并加水冲淡6.4以下、7.6以上会抑制4）搅拌使温度均一，接触充分；加快发酵速度，提高产气率；破坏浮层便于排气5）添加剂：磷矿粉的效果最佳4、沼气发酵工艺按发酵温度：1）常温发酵：发酵温度随岁气温变化，产量不稳定，转化率低；适用于南方、中低浓度废水处理，农村小型沼气发酵；屠宰场废水处理2）中温发酵：控制在28-38℃，产量稳定，转化率高；适用于大中型供气工程，高浓度有机废水处理3）高温发酵：48-60℃处理时间短，产量高，需要加温和保温；应用高浓度有机废水处理，作物秸秆处理，城市生活垃圾及城市粪便处理按工程目的分：能源生态型和能源环保型干发酵：原料总固体浓度大于20%。采取批量投料。可节约用水，缩小沼气容积5、沼气发酵装置农户小型沼气池水压式沼气池：发酵间和贮气间合为一体三联式沼气池：普通水压式沼气池的基础上把厕所、猪圈或鸡舍与沼气池联合建立在一起，使进料管随时进料。能提高粪便中寄生虫卵的杀灭率大中型沼气发酵装置：发酵罐、贮气罐、脱硫化氢装置、搅拌装置、加温装置大中型沼气工程的基本工艺流程：原料的收集、原料的预处理、消化器、出料的后处理、沼气的净化、储存和输配6、厌氧消化器的种类常规厌氧消化器、全混合式厌氧消化器、塞流式厌氧消化器、污泥滞留型厌氧消化器（包括固体回流式CSTR和升流式厌氧污泥床UASB）内循环（IC）厌氧反应器、升流式固体反应器（USR）7、UASB升流式厌氧污泥床分为3个区：从下而上：污泥床、污泥层、气、液、固三相分离器工作过程PPT里看一下8、补充：搅拌设备：立式搅拌、斜式搅拌、侧装式搅拌9、沼气的净化水的坏处：沼气中的水冷凝会造成管路堵塞——脱水；硫化氢的坏处：腐蚀性很强的气体，会引起管道及仪