2011新能源发电技术5_生物质能发电技术

NorthChinaElectricPowerUniversity2020/2/15李广凯Email:[e-mail]新能源发电技术第5章电力工程系DepartmentofElectricalEngineeringNorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering2目录第5章生物质能发电技术5.1概述5.2生物质能的转化与发电技术5.3生物质热裂解发电技术5.4生物质能利用现状5.5生物质能发电前景预测NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering35.1概述NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering45.1.1生物质能概念和含量(1)生物质能生物质能：所有来源于植物、动物和微生物的除矿物燃料外的可再生的物质。生物质能根本上来源于植物的光合作用的太阳能生物质能源储量地球表面积5.1亿km2,陆地面积1.49亿km2,海洋面积3.61亿km2陆地植物每年可以固定的太阳能1.97×1021焦，海洋植物每年可以固定9.2×1020焦，相当于1730t有机物质碳燃烧的能量。NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering55.1.1生物质能资源类别(1)农作物类产生淀粉和酒精的薯类玉米等，产生糖类的甘蔗甜菜等林作物类速生林种、草木类和森林工业废弃物水生藻类海洋的巨藻、海带等；淡水生的布带草、浮萍等；微藻、蓝藻等可以提炼石油的植物类橡胶树、桉树、葡萄牙草等农作物废弃物（秸秆和谷壳等）、林业废弃物、畜牧业废弃物和城市垃圾等光合微生物（硫细菌和非硫细菌等）NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering65.2生物质能的转化与发电技术NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering75.2.0引言(1)生物质能源的利用最早利用，自从人类会使用火，主要以薪柴形式煤炭、石油、水利、天然气、核能等逐渐代替生物质能源发电特点需要首先转化要有足够储量装机容量一般较小主要就地利用是可再生能源，污染小NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering85.2.1生物质能转化技术(1)生物质转化的能源形式直接燃料：效率低20%-30%绿色“石油燃料”-酒精：生产乙醇汽油甲醇：效率高，排放少沼气：主要成分为甲烷,高效气体燃料,适合农村垃圾燃烧供能生物质气化生产可燃气体及热裂解产品-可燃性气体、生物油、炭等主要成分有CO,H2,CH4,CmHm等可燃气体和不可然的CO2,O2,N2等生物质气化产生的混合气体俗称-木煤气，其成分与煤、石油经过气化后产生可燃混合气体－煤气接近NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering95.2.1生物质能转化技术(2)生物质能的转化技术主要有干馏、热解法和生物、化学发酵法等固体生物质燃料制取技术生物质干馏制取木炭技术：可以用于蒸汽机、炼钢等生物质挤压成型为固体燃料技术：制成密度高的炭棒NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering105.2.1生物质能转化技术(3)生物质能的转化技术酒精（液体生物质）制取技术瑞典、挪威等北欧国家：森林资源丰富巴西、古巴等国：生产甘蔗新西兰：利用甜菜、松树等美国：利用玉米生产酒精中国：利用北方的甜高梁和南方的木薯生产酒精澳大利亚、日本和印度也在进行研究开发NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering115.2.1生物质能转化技术(4)生物质能的转化技术生物质气化技术生物质气化炉常压生成可燃性气体•气化炉工作过程：氧化层、还原层、热解层和干燥层•气化炉一般分为流化床、移动床和固定床三种•固定床可分为上吸式、下吸式和平吸式3种生物质热裂解技术•产生的液体为棕黑色的热裂解油、又称生物油和生物原油NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering125.2.1生物质能转化技术(5)生物质能的转化技术沼气的制作－生物质化学厌氧消化技术厌氧发酵机理•不同的微生物发酵过程的共同作用•微生物有纤维素分解菌、脂肪分解菌和产甲烷细菌•沼气发酵是纤维素发酵、果胶发酵、氢气发酵和甲烷发酵的混合过程•可以分为3个过程：水解液化过程、产酸过程和生产甲烷过程•发酵工艺的关键：严格的厌氧环境、菌种及其数量的确定和发酵温度NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering135.2.1生物质能转化技术(6)生物质能的转化技术沼气的制作－生物质化学厌氧消化技术沼气池制作技术•分为城镇工业化发酵装置和农村家用沼气装置•城镇工业化发酵装置分为：单级发酵池、二级高效发酵池和三级化粪池高效发酵池•农村家用沼气池包括:水压式沼气池、浮动罩式沼气池和塑料薄膜气袋式沼气池•水压式沼气池一年可以提供250－300m3沼气NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering145.2.1生物质能转化技术(7)生物质能的转化技术生物质能源的“生物转化”技术能高效产生能源的生物的培育技术“石油植物”的培植•有些植物可以迅速把太阳能转化为烃类•烃类是石油的主要成分，这种植物产生的烃类成为绿色石油，其植物称为石油树或石油草•石油植物如：美国的三角叶杨、黑槐、桉树，巴西的三叶橡胶树，加拿大的两年伐杨树，菲律宾的银合欢树等•高光效植物（光合作用效率高于5%o）,如甘蔗、玉米、甜菜等NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering155.2.1生物质能转化技术(8)生物质能的转化技术生物质能源的“生物转化”技术能发电与回收石油的藻类•藻类，自从30亿年前生活于地球•能光合作用释放氧气•能制糖、固氮，放氧，还能发电•藻类还可以回收石油NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering165.2.2生物质能发电技术(1)甲醇发电站甲醇是一种碳氢化合物，CH3OH,无色澄清易挥发液体，能溶于水、醇和醚，易燃、有麻醉作用已经有甲醇－气化水蒸气反应－氢气－发电但是因为会产生比较多的甲醛而需要进一步研究NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering175.2.2生物质能发电技术(2)城市垃圾发电技术城市垃圾处理的新方向，发酵－沼气－发电概况德国：至20世纪80年代建立16座垃圾发电站法国：巴黎的垃圾发电站可以供给巴黎用电量的20%美国：垃圾发电量5000万kWh加拿大：建下水道淤泥生产碳氢化合物日本：垃圾发电装机容量12000kW,日处理垃圾1200t中国：菏泽、石家庄等有垃圾发电，目前仍有在建的垃圾发电的关键技术－垃圾焚烧处理厂的设计关键1：垃圾焚烧炉的设计、制造和管理。德国、法国比较先进，水冷壁焚烧炉蒸汽直接发电关键2：垃圾质量管理关键3：焚烧炉温度和蒸汽产量的控制NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering185.2.2生物质能发电技术(3)生物质燃气（木煤气）发电技术关键技术是气化炉和热裂解技术生物质燃气发电系统主要包括：气化炉、冷却过滤装置、煤气发动机、发电机等4部分气化炉：与前同冷却过滤装置木煤气从气化炉引出后过滤，一次粗虑两次细虑煤气发动机：汽油机或柴油机改装而来发电机NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering195.2.2生物质能发电技术(4)沼气发电技术概述已有近百年的历史，家用沼气池更早2000年底已经有764万多个农村沼气池主要分为纯沼气发电站和沼气柴油混烧发电站按照规模分：小型50kW以下，中型50-500kW,大型500kW以上沼气发电系统组成消化池、汽水分离器、脱硫化氰及二氧化碳塔、储气柜、稳压箱、发电机组、废热回收装置和控制输配电系统等流程：消化池产生沼气－汽水分离器、脱硫化氰及脱二氧化碳塔净化－进入储气柜－经稳压箱进入发电机组NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering205.2.2生物质能发电技术(5)沼气发电技术沼气发电系统组成沼气发动机：与通用的柴油发动机同•沼气有较高的压缩比，易燃和较高的热值发电机废热回收装置气源处理NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering215.3生物质热裂解发电技术NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering225.3.1生物质热裂解工艺分类(1)生物质热裂解慢速热裂解、快速热裂解和反应性热裂解慢速热裂解分为碳化热裂解和常规热裂解650oC时主要为液体产物，更高温度时裂解为气体使用可与生物质原料发生反应的活活泼气体的生物质热裂解叫反应性热裂解使用氢气的叫加氢热裂解使用甲烷的叫甲烷热裂解NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering235.3.2生物质热裂解机理(1)生物质热裂解半纤维素主要在225-335oC分解纤维素主要在325-375oC分解木质素主要在250-500oC分解纤维素的分解(200-280oC)脱水纤维素+水（经一些有序的竞争反应）炭+水+CO+CO2等(280-340oC吸热)焦油（主要为左葡萄聚糖）添加少量无机物可以使反应产生显著的影响NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering245.3.3影响生物质热裂解过程及其产物组成的主要因素(1)主要有化学因素和物理因素两方面温度对反应的影响纤维素半纤维素和木质素在不同温度下软化分解不同的温度有不同的碳、液体和气体产生升温速度和滞留期的影响高升温速率使碳含量减少闪速热裂解可以使碳含量减到最少，油增多生物质颗粒尺寸、形状的影响颗粒尺寸有决定性影响压力的影响：尚不太清楚NorthChinaElec