3.生物质能源利用---副本

余长军安徽电气工程职业技术学院Whatisbiomassenergy?生物质能（源）生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存起来的能量。即以生物质为载体的能量。是唯一一种可再生的碳源。是太阳能的一种表现形式。CO2+H2O{CH2O}+O2通过光合作用，植物每年转化约2000亿吨的C02中的碳为碳水化合物，并存储了3ⅹ1013GJ的太阳能，相当于目前世界能源消耗量的10倍左右。CO2人类需要的能量生物质的产生和利用循环H2O太阳能C6H12O6燃烧、分解、气化。。。生物质：通过光合作用而直接或间接形成的各种有机体，包括所有的动物、植物和微生物等等。生物质利用：太阳能驱动的碳、氢、氧循环人类最重要的间接利用太阳能的方式太阳能－生物质能－生物能源太阳能燃料酒精生物氢能生物燃气城乡居民生活燃料•生物质能源能是通过绿色植物的光合作用将太阳辐射的能量以一种生物质形式固定下来的能源。是人类最重要的间接利用太阳能方式。生物质能的特点1)可再生性生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生；2)低污染性—洁净性（燃烧过程污染相对低）生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少；生物质灰分含量低于煤3)挥发组分高，易燃，燃烧相对充分；容易气化生物质的大部分挥发组分可在400℃左右释放出，而煤在800℃才释放出30％左右的挥发组分；4)生物质燃料总量十分丰富、广泛分布性。生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。与化石能源的相似性—生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。在世界能源消耗中，生物质能占总能耗的14％，但在发展中国家占40％以上。energyproductsbiofuelsashes(minerals)carbondioxideCO2可再生性生物质资源：永不枯竭的金矿低污染性•理论上不产生GHG，低含量的N，S化合物，可以大量减少NOx，SOx等有毒气体排放，被称为“绿色能源”；利用一万吨秸秆代替燃煤，可以减少CO2排放1.4万t，SO240t，烟尘100t．生物质燃料二氧化碳零排放Biomassvs.fossilfuelsThevitaldifferencebetweenbiomassandfossilfuels:timescaleontheformationandusage；BiomassmaintainsaclosedcarboncyclewithnonetincreaseinatmosphericCO2levels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1730亿吨有机物质碳燃烧的能量。其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。生物质燃料总量十分丰富分布广泛生物质能源分布不受地域的限制，山川大地、茫茫戈壁和浩瀚海洋都有生物质能源的踪迹；缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能。缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；生物能具备下列优点：*可再生性；*低污染性*广泛分布性*生物质燃料总量十分丰富缺点:*含碳量小，能量密度低；重量轻、体积大，给运输带来难度；燃料热值低；*含氧量多。密度小。*有机物的水分偏多(50%～95%)。生物能的优缺点生物质能资源ForestWoodResiduesAgriculturalResiduesEnergyCropsEnergywoodsWaste生物质能来源于生物质。生物质是有机物中除矿物燃料外的所有来源于动物、植物的能再生的物质。世界上生物质能资源种类繁多，主要有：（1）各类废弃生物质资源（2）能源作物/林木（3）非粮粮食类此外，藻类、水生植物和能进行光合作用的微生物等也是可以开发利用的生物质能资源。农业资源•秸秆即农作物茎秆，在农业生产过程中，收获了小麦、玉米、稻谷等农作后，残留不能食用的根、茎、叶等废弃物统称秸秆。AgriculturalResidues下午2时16分16表1几种作物秸秆的化学组成（干重）%秸秆种类秸秆：粮食粗纤维灰分果胶质木质素纤维素半纤维素稻草1：0.63235.613.39－12.5032.0024.00麦秸1：1.36636.76.040.3018.0030.5023.50玉米秸1：2.029.34.660.4522.0034.0037.50秸秆是纤维组分含量很高的农作物残留物，主要包括玉米、水稻、麦、棉花、马铃薯等的秸秆。秸秆的数量农作物秸秆是世界上最为丰富的物质之一，据统计，全世界每年秸秆的产量为29亿多吨，其中小麦秸秆占21%，稻草占19%，大麦秸10%，玉米秸35%，黑麦秸2%，燕麦秸3%，谷草5%，高梁秸5%。减少秸秆焚烧浪费数量巨大：每年仅秸秆约6.5-7亿吨；浪费严重：每年仅秸秆就地焚烧量约达1.5亿吨；污染严重：就地焚烧排放大量的CO，CH4、悬浮颗粒等有害物；影响极大：居民健康、高速公路、民航。林业资源•按照能源利用方式可分为木质生物质能资源和油料生物质能资源两大类。–木质生物质能资源主要包括薪炭林、林业剩余物、灌木林平茬复壮以及经济林修剪、造林苗木截干、城市绿化树和绿篱修剪产生的枝条等。–油料生物质能资源主要包括木本油料树种，其种实可以用来生产生物柴油。①木质生物质能资源②油料生物质能资源•木本油料林的主要树种包括麻风树、黄连木、油桐、乌桕等方省区，在南方和北方地区都有分布。能源植物——以提供能源为目的的植物糖类能源植物：可直接发酵生产燃料乙醇。如甘蔗、甜高梁、甜菜等。淀粉类能源植物：经水解后发酵生产燃料乙醇。如玉米。薯类作物等。纤维素类能源植物：经水解后发酵生产燃料乙醇；也可转化为气体、液体和固体燃料。如速生林木、芒草等。油料类能源植物：提取油脂后生产生物柴油。如油菜、花生等油料作物。烃类能源植物：提取含烃汁液，产生接近石油成分的燃料。按来源分农业废弃物林业废弃物城市生物质废物畜牧业排泄物城市生物质废物主要包括家庭厨余垃圾、餐厨垃圾、城市粪便以及城镇污泥。畜牧业生产过程中产生的粪便和尿液混合物主要指农作物加工剩余物，如谷壳，菜叶等草木类、木材枯枝落叶废料、树皮、锯木等生物质废弃物生物质废弃物指生物质由于失去其原来价值或在一定时空中未能被利用，从而导致被搁置的一种状态。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球总能耗的很大比重。生物质能利用生物质利用形式生物质发电生物质气体燃料固体致密成型燃料生物质液体燃料生物能源燃料乙醇燃料丁醇生物汽油生物柴油………直接燃烧热化学转化（油、气）（高温分解、气化）生物化学转化（沼气、酒精）生物质能利用能源转换过程液态技术（生物乙醇、甲醇和生物柴油）新能源风能太阳能地热能海洋能生物质能利用形式气态技术（生物沼气、垃圾沼气、木质气）固态技术农林废弃物直燃、压缩成型（发电、供热）生物质能利用形式生物质燃料固体生物质燃料（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。其能源密度相当于中等烟煤，热值显著提高，便于储运。固体生物质燃料（2）固体成型燃料气体燃料的优点包括：①既可直接燃烧，又能用来驱动发动机和涡轮机；②能量转化效率比生物质直接燃烧高；③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。气体生物质燃料人畜粪便、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。（2）沼气主要包括燃料乙醇、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。液体生物质燃料乙醇俗称酒精，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。（1）燃料乙醇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37~39MJ/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。液体生物质燃料（2）植物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。液体生物质燃料（3）生物柴油生物质能利用技术（1）直接燃烧（2）生物化学转换技术（3）热化学转换技术催化转化、气化法、热分解法和溶剂提取法生物质（有机物质）+O2CO2+H2O+热量直接燃烧生物质（有机物质）+CO2微生物发酵（厌氧）微生物发酵液体燃料（乙醇）气体燃料（沼气）1、直接燃烧技术注释:用纤维素（C6H10O5）n代表植物枝叶的主要成分（C6H10O5)n+6nO26nCO2+5nH2O点燃缺点:生物质燃烧过程的生物质能的净转化效率在20－40％之间。直接燃烧大致可分四种情况：炉灶燃烧；锅炉燃烧；垃圾焚烧；固型燃料燃烧。生物质能利用—直接燃烧热效率低于20%lossloss生物质能利用—直接燃烧炕：热效率20-30%生物质能利用—直接燃烧—发电☆秸秆直接燃烧发电☆垃圾直接燃烧发电热效率可达90%;生物质能净转化效率～40％世界上最大的生物质能电厂：芬兰生物质能发电生物质发电的基本原理生物质发电是利用生物质直接燃烧或转化为某种燃料后燃烧所产生的热量发电。生物质发电的流程，大致分两个阶段：一般先把各种可利用的生物原料收集起来，通过一定程序的加工处理，转变为可以高效燃烧的燃料；再把燃料送入锅炉中燃烧，产生高温高压蒸汽，驱动汽轮发电机组发出电能。生物质能发电的发电环节与常规火力发电是一样的，所用的设备也没有本质区别。生物质能发电具有如下特点：（1）适于分散建设、就地利用（2）技术基础较好、建设容易（3）碳排放比化石燃料少（4）变废为宝，更加环保生物质发电的