1、生 物 质 能 的 开 发 与 应 用摘 要 ： 生 物 质 能 既 有 助 于 促 进 能 源 多 样 化 ， 帮 助 我 们 摆 脱 对 传 统 化 石 能 源的 严 重 依 赖 ， 还 能 减 少 温 室 气 体 排 放 ， 缓 解 对 环 境 的 压 力 。 所 以 ， 它 被 视 为替 代 燃 料 之 一 ， 对 于 加 强 能 源 安 全 有 着 积 极 的 意 义 。 利用生物质气化发电技术既可以生产电能同时也使农业和林产工业废弃物得到有效处理，因而不但是有社会经济效益，也减少了处理这些废弃物时造成的环境污染。另外生物质能在未来人们生活中也有不可估量的前景。关 键 字 ： 生 物
2、 质 能 新 能 源 发 电 技 术 前 景1、概念：生物质能（biomass energy ），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。2、类型和应用：类 型 ： 依 据 来 源 的 不 同 ， 可 以 将 适 合 于 能 源 利 用 的 生 物 质 分 为 林 业 资 源 、农 业 资 源 、 生 活 污 水 和 工 业 有 机 废 水 、 城 市 固 体 废 物 和 畜 禽 粪 便 等 五 大 类 。应 用 ： 沼
3、 气 、 压 缩 成 型 固 体 燃 料 、 气 化 生 产 燃 气 、 气 化 发 电 、 生 产 燃 料酒 精 、 热 裂 解 生 产 生 物 柴 油 等 。生 物 质 能 的 利 用 ： 主 要 有 直 接 燃 烧 、 热 化 学 转 换 和 生 物 化 学 转 换 等 3 种途 径 。3、 生 物 质 能 的 利 用 现 状中 国 已 经 开 发 出 多 种 固 定 床 和 流 化 床 气 化 炉 ， 以 秸 秆 、 木 屑 、 稻 壳 、树 枝 为 原 料 生 产 燃 气 。 2006 年 用 于 木 材 和 农 副 产 品 烘 干 的 有 800 多 台 ， 村镇 级 秸 秆 气
4、化 集 中 供 气 系 统 近 600 处 ， 年 生 产 生 物 质 燃 气 2,000 万 立 方 米 。我 国 拥 有 丰 富 的 生 物 质 能 资 源 ， 据 测 算 ， 我 国 理 论 生 物 质 能 资 源 为 50亿 吨 左 右 标 准 煤 ， 是 目 前 中 国 总 能 耗 的 4 倍 左 右 。 在 可 收 集 的 条 件 下 ， 我国 目 前 可 利 用 的 生 物 质 能 资 源 主 要 是 传 统 生 物 质 ， 包 括 农 作 物 秸 秆 、 薪 柴 、禽 畜 粪 便 、 生 活 垃 圾 、 工 业 有 机 废 渣 与 废 水 等 。4、生物质能发电行业国家计划根
5、据 国 家 “十 一 五 ”规 划 纲 要 提 出 的 发 展 目 标 ， 未 来 将 建 设 生 物质 发 电 550 万 千 瓦 装 机 容 量 ， 已 公 布 的 可 再 生 能 源 中 长 期 发 展 规 划 也确 定 了 到 2020 年 生 物 质 发 电 装 机 3000 万 千 瓦 的 发 展 目 标 。 此 外 ， 国 家 已经 决 定 ， 将 安 排 资 金 支 持 可 再 生 能 源 的 技 术 研 发 、 设 备 制 造 及 检 测 认 证 等 产业 服 务 体 系 建 设 。 总 的 说 来 ， 生 物 质 能 发 电 行 业 有 着 广 阔 的 发 展 前 景 。可
6、再生能源发展“十二五”规划明确了“十二五”生物质能源领域的发展目标及具体的产业发展布局，确定的生物质发电及生物燃料规模较“十一五”有大幅度提高。规划提出的“到 2015 年，国内生物质发电装机规模不低于 1300 万千瓦”的目标数字中，具体包括农林生物质发电 800 万千瓦，沼气发电 200 万千瓦，垃圾焚烧发电 300 万千瓦。在黑龙江、吉林和新疆等粮食规模化生产的地区及人均耕地面积较多的地区，建设直燃发电项目；在人口较为密集，人均耕地面积较少的河南、江苏、浙江、安徽、湖南和湖北等地区，重点建设秸秆气化发电/供气项目；在三北地区、重点林区，结合生态建设，利用林业剩余物发电；同时，鼓励在城镇人
7、口规模大的地区，建设垃圾焚烧发电工程。5、 生 物 质 能 发 电生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。工艺 流程生物质热解技术简介按温度，升温速率，固定停留时间（反应时间）和颗粒大小等实验条件可将热解分为炭化（慢热解） ，快速热解和气化。由于液体产物的诸多优点和随之而来的人们对其研究兴趣的日益高涨，对液体产物收率相对较高的快速热解技术的研究和应用越来越受到人们的重视。快速热解过程在几秒或更短的时间内完成。所以，化学反应，传热传质以及相变现象都起重要作用。关键问题是使生物
8、质颗粒只在极短的时间内处于较低温度（此种低温利于生成焦炭） ，然后一直处于热解过程最优温度。要达到此目的的一种方法是使用小生物质颗粒（应用于流化床反应器） ，另一种方法是通过热源直接与生物质颗粒表面接触达到快速传热（这一方法应用于生物质烧蚀热解技术中） 。由众多实验研究得知，较低的加热温度和较长气体停留时间会有利于炭的生成，高温和较长停留时间会增加生物质转化为气体的量，中温和短停留时间对液体产物增加最有利。生物质固体成型燃料与秸秆发电 生物质固体成型燃料主要是指农业或林业生物质的固体成型颗粒，属可再生能源。一般锅炉型式都以引进采用西欧技术，即水冷炉排炉为主，秸秆打捆输送至炉前经撕碎后送入炉内燃
9、烧，或秸秆经破碎后输送入炉内燃烧。根据农林生物质的特点，秸秆存在着收集难、储存难、运输难、防火难四大难题。在已运行的秸秆经破碎后入炉的厂家还遇到了燃料入炉难的问题，使锅炉难以达到额定出力。然而，生物质固体成型燃料可使上述难题迎刃而解。一是收集不再难。 二是储存不再难。 三是运输不再难。 四是防火不再难。五是入炉不再难。 秸秆电站锅炉简介针对秸秆类生物质的特点，在已有的循环流化床锅炉技术基础上，开发出适应秸秆类生物质的循环流化床锅炉，避免或解决了生物质燃烧及换热过程中的积灰和结渣问题，并且能够长期稳定运行。烟气的排放满足国家相关的环保标准，灰渣含碳量低，可以实现飞灰的综合利用。锅炉容量可以含盖
10、75t/h 及以下容量；生物质循环流化床锅炉可以应用于新建项目，也可以在已有电厂和供热系统中，对原有锅炉实行技改来实现。生物质循环流化床气化发电装置1、主要用途生物质循环流化床气化发电装置是利用气化技术，把各种生物质废弃物转换为可燃气体，将这些气体经过除尘除焦处理，再送到气体内燃机进行发电，达到从低品位能源获取高品位能源的目的。该技术应用范围广，灵活性好，根据用户不同需要，发电规模可选择在4004000kW 之间。主要用于处理碾米厂的谷壳，家具厂、人造板厂和造纸厂的木屑、边角料、树皮并为工厂提供电力，还可适用于处理林场及农场的枝桠材、秸杆，以及有大量秸杆、稻草、稻壳的缺电农村地区等。2、 化学
11、工作原理气化炉内的化学过程主要包括燃烧反应、热分解反应和还原反应。生物质原料进入气化炉后，部分与氧气燃烧，提供热分解所需的热量，大部分生物质在缺氧条件下发生热分解反应，析出挥发份和焦碳，挥发份在高温反应区内停留发生二次反应，使焦油进一步裂解为气体，同时气体和焦碳之间，气体和气体之间进一步发生还原反应。最后，气相的焦油和气体携带部分细颗粒焦碳、灰尘进入燃气净化装置，部分焦碳通过惯性除尘器后回流进入气化炉参加反应。气相焦油冷凝，通过水洗除去，净化后的燃气达到内燃机的要求。气化发电原理及工艺流程 1.1 固定床气化炉固定床气化炉可分为下吸式、上吸式横吸式及开心式气化炉种类型。下吸式固定床气化炉的特征
12、是气体和生物质物料混合向下流动。通过高温喉管区（只有下吸式设有喉管区） 。生物质在喉管区发生气化反应，而且焦油也可以木炭床上进行裂解。一般情况下，下吸式固定床气化炉不设炉栅，但如果原料尺寸较小也可设炉栅。此种气化炉结构简单，运行比较可靠，适于较干的大块物料或低灰分大块同少量粗糙颗料的混合物料，其最大处理量是 500kg/h。目前欧洲的一些国家已用于商业运行。上吸式固定床气化炉的特点是气体的流动方向与物料运动方向相反。向下流动的生物质原料被向上流动的热气体烘干、裂解。在气休炉底部，固定碳与空气中的氧气进行不完全燃烧、气化，产生可燃气体。上吸式固定床气化炉的热效率比其它固定床气化炉的高。且对原料要
13、求不很严格。尽管目前没有较大型号，便在原理上其容量不受限制。该种气化炉主要应用在欧洲及东南亚一些国家。横吸式固定床气化炉的特点是空气由侧方向供给，产出气体由侧向流出。气体流横向通过燃烧气化区。它主要用于木炭气化。在南美洲应用广泛并投入商业运行。开心式固定床化炉同下吸式相似，气流同物料一起向下流动。但是由转动炉栅代替了喉管区。主要反应在炉栅上部的燃烧区进行。结构简单而且运行可靠。它是由我国研制的，主要用于稻壳气化，并已投入商业运行多年。1.2 流化床气化炉流化床气化炉具有气、固接触，混合均匀和转换率高的优点，是唯一在恒温床上进行反应的气化炉，反应温度为 700850， ，原料要求相当小的颗粒。其
14、气化反应在流化床内进行，产生的焦油也可在流化床内裂解。流化介质一般选用惰性材料（如砂子） ，由于灰渣的热性质易发生床结渣而丧失流化床功能，因此要控制好运行温度。流化床气化炉分单床气化炉、循环气化炉和双床气化炉。单床气化炉只有一个流化床，气化后生成的气化气直接进入净化系统中；循环流化床的流化速度较高，能使产出气体中带走大量固体，经旋风分离器后使这些固体返回流化床，与单床相比，提高了碳的转化率；双流化床与循环床相似，不同的是第 1级反应器的流化介质被第 2 级反应器加热。在第 1 级反应器中进行裂解反应。第 2 级反应器中进行气化反应，双流化床的碳转化率也很高。1.3 携带床气化炉携带床气化炉是流
15、化床气化炉的一种特例，它不使用惰性材料，提供的气化剂直接吹动生物质原料。该气化炉要求原料破碎成细小颗粒，其运行温度高达成 11001300，产出气体中焦油成分及冷凝物含量很低，碳转化率可达 100%。由于运行温度高易烧结。故选材较难。发电方式 生物质气化发电有 3 种方式。（1）作为蒸汽锅炉的燃料燃烧生产蒸汽带动蒸汽轮机发电。这种方式对气体要求不很严格，直接在锅炉内燃烧气化气。气化气经过旋风分离器除去杂质和灰分即可使用，不需冷却。燃烧器在气体成分和热值有变化时，能够保持稳定的燃烧状态，排放物污染少。（2）在燃气轮机内燃烧带动发电机发电。这种利用方式要求气化压力在1030kg/cm2，气化气也不
16、需冷却，但有灰尘、杂质等污染的问题。（3）在内燃机内燃烧带动发电机发电。这种方式应用广泛，而且效率较高。但该种方式对气体要求严格，气化气必须净化及冷却。有待检验尽管与风电、光电等相比，生物质发电克服了波动性和间歇性的缺点，但还有一个不容忽视的问题就是秸秆资源和运输环节问题。建立秸秆收集网络、保证秸秆资源供应是项目实施过程的一个关键环节。与国外农场式的农作物种植模式完全不同，中国大部分家庭的种植面积很小，土地大都复耕，种植种类变化大。这意味着，收集秸秆的难度较大，而且收集运输过程本身需要消耗大量能量，经济性有待经验。吴效华介绍说，宿迁秸秆直燃发电示范项目已在当地形成了农民贩草户草场秸秆电厂一条完
17、整的产业链，即农民将秸秆销售给贩草户，贩草户将收购的草出售给草厂，草厂经过加工打包，然后运输到电厂销售。 6、应用前景中国是一个农业大国，有丰富的农业废弃资源，生物质气化发电技术日趋完善，具有广阔的应用前景。固定床气化技术以农业、林业废弃物为原料，用于小规模气化发电系统，面积农村、林区及偏远地区，操作方便、简单；流化床气化发电系统适用于大、中规模，可以用农业和林产工业废弃物作原料，面向工业企业，生产的电可供企业自身用电，也可并入电网。另外流化床气化发电技术还可以应用在城市垃圾处理领域。利用生物质气化发电技术既可以生产电能同时也使农业和林产工业废弃物得到有效处理，因而不但是有社会经济效益，也减少
18、了处理这些废弃物时造成的环境污染。而另一方面，生物质能可以应用到每个家庭。 “绿色房子”可以说是生物质能应用前景的又一事列。每天的生活垃圾、粪便等等在 厌 氧 条 件 下 ， 经 过 微生 物 的 发 酵 作 用 而 生 成 的 一 种 可 燃 气 体 。 同 时 利 用 未 来 的 技 术 把 这 种 可 燃气 体 转 化 成 电 能 ， 给 房 子 供 电 。可 以 说 生 物 质 能 利 用 前 景 十 分 广 阔 ， 但 真 正 实 际 应 用 还 取 决 于 生 物 质 的 各 种转 化 利 用 技 术 能 否 突 破 。 目 前 生 物 质 能 利 用 技 术 的 主 要 研 究
19、方 向 为 ：1、 各 种 生 物 质 能 转 换 技 术2、 生活垃圾能源的规模化利用与示范推广3、 生物质热解液化的实用技术4、 沼气和热解气化的集中供气系统相关技术5、 利用热解气来合成甲醇、乙醇也是今后研究的主要方向7、总结随着社会对能源需求的日益增大，作为主要能源来源的化石燃料却迅速减少，因此寻找一种可再生的替代能源已经成为社会普遍关注的焦点。生物质能是一种理想的可再生能源。它的来源广泛，拥有着广袤的前景。然而根据生物质能在中国的现今利用知道我国绝大部分的原材料没用被利用到。而中国作为一个人口众多的农业大国，可以利用的生物质能源材料拥有相当可观的数量，如果加以利用会给我国带来相当可观
20、的财富，人们也会从中获利。而我国政府颁布的“十二五”计划中对生物质能的利用可以说仅仅只是对其利用的皮毛。相信我们这一辈将会在生物质能进一步的开发与利用发挥巨大的作用。参 考 文 献 ：1 生 物 质 发 电 技 术 作 者 ： 杨 勇 平 ， 董 长 青 ， 张 俊 姣 编 著出 版 社 ： 水 利 水 电 出 版 社 2生物质能发电研究报告-中投顾问www.OCN 3尴尬的生物质能“十一五”规划-能源-人民网 2011-4-24政策 给力 生物质能源 “十二五 ”规模化发展可期-重庆晨报官方网站 - 2011-11-15“十一五”期间中国生物质能发电运行潜力及“十二五”投资商机研究报告www.chinairr.org 6 生物能源-2011-2015 年中国生物质能利用产业投资分析及前景预测报. . 2012-3-20
