7生物质能绿色低碳资源化高值利用技术研究应用与发展2

“第八届工业锅炉节能减排国际论坛”暨“首届工业锅炉企业发展论坛”生物质能绿色低碳资源化高值利用技术研究、应用与发展华中科技大学陈汉平中国上海2019.11煤燃烧国家重点实验室副主任新能源科学与工程系主任国家能源生物燃气高效制备及综合利用技术研发(实验)中心副主任陈汉平博士教授博导Add:1037LuoyuRd.,Wuhan,Hubei,China,430074湖北武汉珞喻路1037号Tel:+86-27-87559358,87542417/4779-8305Fax:[phone]Mobile:[phone]Email:[e-mail]主要内容1.项目背景2.技术现状3.技术创新4.研究基础5.工程示范6.问题探讨高效清洁综合利用是发展方向3生物质能生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式光合作用绿色过程绿色能源总量巨大环境友好唯一性兼容性据估计，地球生物质总量1400~1800亿吨/年，相当于目前世界总能耗的10倍目前，我国生物质资源可转换为能源的潜力约5亿吨标准煤，今后可达10亿吨标准煤与化石燃料相比，生物质的硫、氮含量低，利用过程中污染物排放少，CO2净排放量近似为零唯一可再生、可替代化石能源转化成气态、液态和固态燃料以及其它化工原料或产品的碳资源其利用技术和利用方式与传统的化石燃料具有很好的兼容性重要的可再生能源，预计到本世纪中叶，将替代50%以上的化石能源生物质能固体燃料液体燃料供热发电气体燃料多联产生物质生物质利用主要方式----能源化6热化学法燃烧气化热解生物化学法热量/电力燃气/合成气炭/气/油厌氧生物燃气水解生物乙醇生物质酶解生物柴油化学法酯化生物柴油合成醇、醚物理法压缩成型燃料生物质能利用技术及途径秸秆综合利用亟需新途径生物质我国生物质总量巨大、综合利用意义重大农业秸秆约7亿吨，可能源化利用约3亿吨秸秆代煤、代气治雾霾9主要内容1.项目背景高效清洁综合利用是发展方向2.技术现状3.技术创新4.研究基础5.工程示范6.问题探讨10生物质联产联供日益受到重视项目20062010202020302050现有生物质能源资源5.05.05.05.05.0已利用量2.22.01.81.51.0可利用量2.83.03.23.54.0新增生物质能资源0.00.32.34.75.8农林等有机废弃物增加0.21.43.04.0能源林业和能源农业种植0.10.40.70.8边际土地开发利用种植0.00.51.01.0合计5.05.37.39.710.8实际可利用量2.83.35.58.29.8我国生物质能源远期可开发量约10亿吨标准煤发展目标生物质发电总装机容量生物质固体成型燃料液体燃料年产量2020年3000万千瓦5000万吨1200万吨2010年550万千瓦100万吨320万吨2005年200万千瓦107万吨可再生能源中长期发展规划（生物质能）国家政策层面大力支持生物质能项目专栏1全国生物质能利用现状利用方式利用规模年产量折标煤数量单位数量单位万吨/年1.生物质发电1030万千瓦520亿千瓦时15202.户用沼气4380万户190亿立方米13203.大型沼气工程10万处4.生物质成型燃料800万吨4005.生物燃料乙醇210万吨1806.生物柴油80万吨120总计3540生物质能发展“十三五”规划国家政策层面大力支持生物质能项目生物质能发展“十三五”规划专栏2“十三五”生物质能发展目标利用方式利用规模年产量替代化石能源数量单位数量单位万吨/年1.生物质发电1500万千瓦900亿千瓦时26602.生物天然气80亿立方米9603.生物质成型燃料3000万吨15004.生物液体燃料600万吨680生物燃料乙醇400万吨380生物柴油200万吨300总计5800国家政策层面大力支持生物质能项目原料收集成型生产燃料利用规模收集分散收集能源作物热压成型冷压成型炭化成型活塞冲压式辊模挤压式螺旋挤压式成型技术成型方法收集方式工业锅炉民用炉具燃烧发电热水锅炉蒸汽锅炉炉排炉流化床锅炉水冷震动式锅炉炊事炉、取暖炉分类燃烧设备生物质成型燃料两台40t/h生物质成型燃料(BMF)专用低压蒸汽锅炉，代替六台燃油锅炉为造纸工业提供能源，该项目每年可减少二氧化碳排放量6-10万吨生物质成型燃料替代重油节能减排项目该项目由蓝焰公司2017年建设，总投资1.6亿元。引进吸收世界最先进的供热设备设计制造商丹麦JUSTSEN公司生物质供热技术，其排放达到国家环保标准，且热效率高达93%，可实现全自动运行。项目达产后年供热量30余万蒸吨，用户包括康师傅22万蒸吨、可口可乐5万蒸吨、加多宝5万蒸吨、维维豆奶3万蒸吨等。年利润近2000万元，9年收回投资；年替代标煤9.1万吨，年减排二氧化碳21.3万吨，能源环境及社会效益显著。生物质成型燃料工业园供热项目生物质燃烧发电第一个直燃电厂山东2007年11月容量:25MW原料:玉米秸秆2019年上半年，生物质发电新增装机214万千瓦，累计装机达到1995万千瓦，同比增长22.1%；生物质发电量529亿千瓦时，同比增长21.3%，继续保持稳步增长势头。130t/h循环流化床锅炉中温中压--高温高压流化床燃烧120t/h循环流化床锅炉高温超高压65-75t/h循环流化床锅炉中温中压--高温高压220t/h循环流化床锅炉高温高压最大的生物质发电厂生物质与煤混燃发电山东，2005年12月容量:140MW,混燃比例≤20%秸秆用量:14.4t/h磨煤机生物质热电联产广西武锅蒸发量:152t/h,蒸汽参数:542℃,3,82MPa小规模生物质型煤锅炉供热额定容量:35t/h热效率:90%,蒸汽温度:224℃,压力:2.5MPa生物质直接燃烧发电生物质直接气化发电生物质直接与煤混烧发电生物质气化与煤混燃发电生物质发电技术主流生物质发电技术2223生物质发电技术-直燃发电受热面沾污、腐蚀发电热效率低（~30%）烟气SO2、NOx浓度50~180mg/Nm3原料供应、设备运行的稳定性24生物质发电技术-气化发电焦油、粉尘，二次污染发电热效率低（≤28%）规模受限制（≤6MW）25生物质发电技术-气化混燃发电生物质在循环流化床气化炉中完成高效气化，产生燃气经过净化系统除尘后，以热燃气的方式直接送入大型燃煤电站锅炉，与煤粉进行混烧，利用原有发电系统实现高效发电。国家相关部委局发文支持耦合发电国家相关部委局发文支持耦合发电在《可再生能源电价附加资金补助目录更正表（可再生能源发电项目）》中特别强调，暂停对第五批目录中“国电长源荆门掇刀秸秆、稻壳气化工业示范10.8MW生物质发电工程”进行补贴拨付补贴政策的调整有其必然性，虽有影响，但耦合发电的趋势没有问题，一定会应用发展起来的!峰回路转，挑战再现原料成本高、产品单一，经济性差技术经济可行、环境友好的绿色利用模式生物质能利用技术现状现状：广泛重视；成型、燃烧等技术得到应用发展利用过程粗放、低效，“非绿色”生物质热解气热解油热解炭热解多联产是实现高值化利用的有效途径生物质全组分利用，热解产物定向调控，面向生物炼制主要内容1.项目背景高效清洁综合利用是发展方向2.技术现状生物质联产联供日益受到重视3.技术创新4.研究基础5.工程示范6.问题探讨31核心关键技术取得突破性进展流化床气化混燃发电现有技术的问题流化床气化系统安全运行问题燃料适应性问题设计运行参数问题系统放大问题对燃煤锅炉的影响问题32技术放大：明晰过程机理完善理论计算掌握核心技术丰富项目经验生物质气化混燃发电技术难点及创新过程机理核心技术理论计算项目经验实验室规模中试规模商业推广33给料与出渣，稳定可靠，气密安全炉体及布风，结构优化，降阻节能分离与返料，高效低阻，稳定可控……34生物质气化气热值较低，混燃会导致锅炉效率降低提高燃气热值有利于增加锅炉效率热解气热值高，富含碳氢化合物，提高锅炉效率的同时有利于再燃脱硝生物质气化混燃发电技术难点及创新46810121494.7694.8094.8494.8894.92燃煤锅炉气化气热解气锅炉效率(%)热值(MJ/Nm3)35生物质热解副产品——生物炭：热值高、孔隙结构发达，可用作优质燃料或改性为活性炭、电极材料等提高生物质综合利用效率和耦合发电经济效益协同提升生物燃气和生物炭品质生物质气化混燃发电技术难点及创新36自主研发的生物质热解炭、气、油多联产技术作为国家“秸秆气化清洁能源利用工程”、“清洁能源城市”等建设的主推技术之一，已在全国建设30多处示范点生物质气化混燃发电技术难点及创新生物质气化混燃发电核心技术常规循环流化床生物质气化混燃发电技术（导热油换热）37料仓鼓风机引风机气化炉星型阀一级给料机二级给料机除尘器煤粉锅炉排灰下料斗灰渣风室预燃室流化密封返料器热解炉热解炭形成一整套高效、低耗、清洁的生物质气化耦合热解混燃发电核心技术！生物质气化耦合热解混燃发电新技术替代换热设备提高燃气热值提升产品价值主要内容1.项目背景高效清洁综合利用是发展方向2.技术现状生物质耦合发电日益受到重视3.技术创新核心关键技术取得突破性进展4.研究基础5.工程示范6.问题探讨39热化学转化利用研究成果丰硕生物质热解多联产•生物质热解多联产：采用热解方法，通过各种调控手段，使得生物油中的各种高附加值成分或相关平台化合物得到最大化富集，为进一步精炼提供原料，同时生产高品位的焦炭和燃气，满足进一步加工为高附加值产品的需求酚左旋葡萄糖羟基乙醛甲烷水一氧化碳二氧化碳芳香化合物氢生物质热解产品热解产物的高值化•生物油是复杂含氧有机化合物的混合物，含有机物达数百种，其中很多组分具有很高的附加值，如左旋葡聚糖、左旋葡萄糖酮、羟基乙醛、糠醛、酚类等•生物油的高值化利用就是要使生物油中的这些高附加值成分得到最大化的富集生物油与焦炭的同时高值化利用•焦炭高值化利用（如活性炭、吸附剂和农业炭等）的前提是具有良好的物理化学特性•热解气通过改质提升，稳碳富氢，有效成分原料过程机理产品生物质预处理热解条件热解气热解油热解炭常规干燥烘焙脱氧酸洗/水洗（脱灰）离子注入……温度加热速率反应时间外加能量场引入催化……目标产物定向调控机制过程机理与产物调控机制率先提出了生物质热解多联产和目标产物控制的思路与方法？200℃350℃500℃650℃800℃LHVMJ/m3391112乙酸左旋葡萄糖5甲基糠醛环戊烯酮H2OCO2COCH4C2H4愈创木酚联苯萘蒽C2H6C2H2H2~40%产率~22MJ/kg~80%含碳量~10m2/g~34%产率~28MJ/kg~90%含碳量~100m2/g~31%产率~31MJ/kg~95%含碳量~220m2/g~28%产率~32MJ/kg~98%含碳量~20m2/g苾苯并芘邻甲酚羟基丙酮苯酚糠醇低聚糖苯并呋喃乙烯基萘BioresourceTechnology2012,114,691-69743主要学术成果在国际权威期刊上发表生物质研究SCI论文200余篇，SCI他引5000余次、篇均他引29次、H指数27。其中10余篇持续入选ESI数据库高被引论文，单篇最高他引2000余次，多篇论文入选热点论文，1篇被选为封面文章。出版教材和专著10余部，发明专利50余件。Zhang,X,Zhang,S,Yang,H,Feng,Y,Chen,Y,Wang,X,Chen,H