能源环境 与 生物质能的应用 生物质气化

生物质气化技术研究盐城工学院—汽车学院高豪杰2015年10月14日1个人简介高豪杰，盐城工学院，汽车工程学院，能源与动力工程系，讲师，博士；2014年毕业于南京工业大学，机械与动力工程学院，化工过程机械专业，硕博连读；主要从事生物质热化学转化，新能源装备技术方面的研究；发表相关 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 6篇，已授权发明专利两项。目录1.研究背景2.我国的能源、环境现状3.开发生物质能源4.生物质资源的特性5.生物质气化技术概况能源需求总量巨大且快速增长，供应能力日趋紧张常规环境污染严重农村和小城镇急需大量清洁、便利的能源服务温室气体排放量巨大而且迅速增加液体燃料短缺，高度依赖进口，能源安全堪忧中国可持续发展面临的五大能源挑战1.研究背景研究背景能源一次能源二次能源新能源常规能源不可再生能源：煤炭、石油天然气可再生能源：水力不可再生能源：核燃料可再生能源:太阳能、生物能、风能地热能、海洋能能源的特征及分类电力、焦炭、煤气、沼气、蒸汽汽油、柴油、重油、氢、激光按其形态特征或转换和利用的层次划分：能源是指可能为人类利用以获取有用能量的各种来源，象太阳能、风力、水力、蒸汽、化石燃料及核能、潮汐能等均可称为能源和清洁型能源。研究背景——《BP世界能源统计2006》全球石油探明储量可供生产40多年，天然气和煤炭则分别可以供应65年和155年我国石油探明储量可供生产15年、天然气仅可供生产30年、煤炭81年世界中国化石燃料，储量有限，不可再生！能源现状煤矿开采造成的地陷化石能源开采过程中的环境问题露天开采形成巨大的人工坑我国的环境现状造成房屋塌陷造成房屋塌陷化石能源输运过程中的环境问题我国的环境现状化石燃料的燃烧造成的大气污染化石能源使用过程中的环境问题我国的环境现状PM2.5超标及雾霾天气化石能源使用过程中的环境问题我国的环境现状特别专题有的人死了,他被埋了；有的人活着,他也被霾了长江源姜根迪如冰川对比1976年8月25日2010年3月15日温室效应我国的环境现状我们应该怎样应对？大幅提高能源利用效率，努力建设节约型社会，我们每个人都应该主动增强危机意识、节约意识与环保意识，充分认识到我国资源短缺危机，了解节能环保对国家及个人的真正意义，真正树立起节能环保意识。积极利用国际资源，提高石油资源储备；大力开发利用可再生能源，实现能源资源利用的可持续发展。相对于传统能源，可再生能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。我国的能源环境现状为什么要大力发展可再生能源化石能源不可再生，迟早要枯竭发展可再生经济可以开辟新的能源供应途径,有效增加能源供应量,有效降低环境污染，降低对化石燃料的依存度；可再生能源对环境生态不产生或很少产生污染，可以实现较低的碳排放甚至是零碳排放；资源分布广泛，资源丰富，可循环利用，适宜就地开发利用。开发生物质能源可再生能源分类可再生能源主要包括太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。生物质能源是可再生能源领域唯一可以转化为液体和气体燃料的能源。生物质能源储量较大，它不仅具有资源再生、技术可靠的特点，而且还具有对环境无害、经济可行、利国利农的发展优势。可储存可运输可变化16开发生物质能源生物质生物质能源特点各种速生的能源林、薪炭林、经济林、用材林、灌木林，木材及森林工业废弃物；农业废弃物,如农作物秸秆、稻壳、玉米芯、蔗渣等；水生植物；油料植物；城市和工业有机废弃物；动物粪便。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。发展生物燃料我国有丰富的资源基础研究表明生物质的可利用资源量能源潜力折标煤4.24亿吨，相当于2010年全国一次能源消费总量（30.8亿吨标煤）的大约1/7；相关土地评估显示，我国现有边际性土地资源量1.6亿公顷，边际性土地种植相应能源植物的产能潜力约为4.95亿吨标煤。废弃物种类年产资源量亿吨实物资源量亿吨可利用率%实物量折标煤亿吨已利用资源量亿吨农作物秸秆7.714.71612.380.08林业剩余物1.821.54840.880.03农产品加工废弃物0.890.80900.440.02畜禽粪便量（规模化养殖场）13.178.37640.353.0城市生活垃圾量（填埋处理）1.580.96600.090.28餐饮废油0.0530.048900.05-工业/生活污水量-503.22-0.040.27棉籽油0.0110.01900.01-各类生物质资源量生物质能源特点生物质资源的特点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，取之不尽、用之不竭，也是唯一一种可再生的碳源；2)低污染性　　生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少；3)广泛分布性　　缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；4)生物质燃料总量十分丰富　　生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。生物质能源特点生物质利用方式分类生物质热解气化生物质能发展历史1839年，世界上第一台上吸式生物质气化炉问世第二次世界大战期间：液体燃料缺乏，揭开生物质能现代利用技术的序幕二战之后：石油供应状况好转，研究开发工作暂时搁置20世纪70年：受到石油危机的影响，各种生物质能利用技术广泛开发，并开始大规模工业应用。生物质热解气化气化:是指通过加热将固体或液体燃料转化为气体燃料的热化学过程。生物质气化:就是利用空气中的氧气或含氧物质作为气化剂，将生物质中的碳转化生成可燃气体的过程。生物质热解气化气化的概念按气化剂分类生物质热解气化BiomassgasificationreactorsFixedbedtechnologyFluidizedbedtechnologyUpdraftgasifierDowndraftgasifierBubblingfluidizedbedCirculatingfluidizedbedAdvantages:simpledesign,goodmaturity.Drawbacks:lowcalorificvaluegaswithahightarandfinescontent.Advantages:highestthroughput,fuelflexible,toleratesmoistureDrawbacks:Complexoperation.Cyclone生物质热解气化从事生物质研究开发的单位概况单位有40多家：清华大学、中国科技大学、浙江大学、中国科学院、山东大学、山东理工大学、华东理工大学、上海理工大学、东北林业大学、哈尔滨工业大学、东南大学、沈阳农业大学、北京工业大学、南京工业大学、首都师范大学、山东、辽宁、河南等省的能源研究所、大连环科院、农业部农工院、农机院、成都沼科所、上海沼科所、杭州沼科所、长沙新技术研究所、湖南省林科院、林化所等单位。中国林业科学研究院林产化学工业研究所生物质热解气化生物质热解气化中科学院广州能源研究所在循环流化床气化发电方面取得了一系列进展，已经建设并运行了多套气化发电系统[21~24]；中国林业科学院林产化学工业研究所在生物质流态化气化技术、内循环锥形流化床富氧气化技术方面取得了成果[25]；中国科技大学进行了生物质等离子体气化[26]、生物质气化合成等技术的研究[27]；浙江大学对双流化床气化技术进行了研究，并开发了中热值气化供气与发电装置[30,31]；华中科技大学进行了流化床的气化研究[32-34]；南京工业大学近年来开始开展生物质气化技术的研究，在大规模的固定床生物质气化发电技术方面取得了进展。华中科技大学开展了高含水率生物质的热解气化研究，并建成了一套中试装置，取得了较好的效果国内进展欧美等发达国家对生物质气化技术的研究十分重视，有许多单位在进行此项技术的研究，并达到了较高的水平。西方发达国家的一些科研单位，如美国国家再生能源实验室[64]、Ariozna大学、Hamburg大学、日本日立制作所、英国Aston大学和川崎重工等单位都致力于高湿生物质热解技术的开发，并取得了良好的成绩；德国鲁奇公司正在进行100MW生物质燃气联合循环(IGCC)的示范工程，成功后将是一种高效的发电系统；美国可再生能源实验室(NREL)和夏威夷大学也在进行IGCC的蔗渣发电系统的研究；荷兰特温特(Twente)大学进行流化床气化器和焦油催化裂解装置的研究，推出了近于实用的无焦油气化系统。生物质热解气化国外进展太阳能生物质气化技术传统方法存在的问题：1）耗能大，外部加热的方式耗化石燃料；内部加热的方法，消耗近40%的生物质原料。2）需要高温高加热速率，耗能强度大3）采用空气作为气化剂，产出燃气中含有大量氮气，稀释了可燃气，使热值降低。生物质热解气化利用太阳能聚光产生的高温驱动热化学反应（或循环），将太阳能和生物质的化学能进行改性和提质，转化为可大规模储运的清洁化学能，或者一氧化碳和氢等基础化工原料，同时实现太阳能的存储和化石燃料的清洁利用生物质热解气化太阳能聚光生物质气化原理生物质热解制油技术发展历程19801990199520002005201020世纪80年代初，加拿大Waterloo大学开始了以提高液体产率为目标的循环流化床研究，为现代快速、闪速裂解提供了基础，被公认为本领域中最广泛深入的研究成果。1990年左右，欧美一些国家开始建设速热解示范性工厂或试验台。1995年左右，目前生物质热解制油主流设备研已经普遍完成研发。之后，随着试验规模的反应装置逐步完善化，欧美示范性和商业化运行的热裂解项目不断开发和建造。2000年左右，中国各科研机构纷纷开始对生物质热解设备的研发。2005年后，国外科研机构开始加大力度研发生物油的深加工技术。近期，中国一些科研机构也开始研发生物油的深加工技术。生物质液化技术在世界上还属于新技术，生产工艺上尚有很多问题有待解决和完善。中国在生物油热解液化设备研究方面明显落后于国外，国内开发的反应器主要以接触式和混合式为主，具有代表性的是流化床式反应器和旋转锥反应器。目前我国热解液化工艺整体上尚有许多需要改进之处。国外对生物油深加工的研究早已展开，但是暂时没有取得突破性进展。中国在生物油深加工方面的研究尚处于起步阶段，研发的机构不多。东北林大、中科大、山东理工对生物油与柴油混合制备乳化油技术进行了研究，但短期内无法取得突破性进展。生物质热解气化31我主要参与研究项目生物质热化学转化技术褐煤的高效清洁转化技术固体废弃物的高温热解制取清洁燃料和化学燃料技术主要研究课题主持完成江苏省普通高校研究生科研创新 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目（褐煤直接热解特性实验研究，项目编号CXZZ13_0431）国家“十二五”科技支撑计划项目以主要研究者参与江苏省环保厅重点课题（高湿污泥高温热解制取高氢燃气实验研究，项目编号2013028）国家863计划项目（基于太阳能和生物质的热电冷联合供能系统，项目编号2008AA05Z207），青海省科技支撑计划项目及江苏省工业支撑计划（BE2013127）2010-2012年在江苏省现代低碳技术研究院实习，期间参与上海世博会低碳技术应用调研（在世博园区调研30天），参与“2010上海世博会低碳技术研究报告”的编写。参与科技部社发司“十二五”科技支撑计划“多能互补耦合供能系统关键技术研究与集成示范”主要参与项目863计划项目，生物质太阳能耦合供能系统（发电+产蒸汽）生物质气化技术原料建立了一套固定床生物质气化炉（Ф1600mm,国内做大直径)，以农业废弃物和木材废物为主要原料，可产出2000Nm3/h的生物质燃气。1140kW热水133t/d1900kW制冷机组33生物质气化技术设计建造国内第一台生物质气燃气锅炉：锅炉可产生3t/h饱和蒸汽（0.8MPa）。生物质气燃气蒸汽锅炉生物质气燃气锅炉系统34生物质气燃烧器生物质气化技术档位空压燃气08.010.0116.017.0225.030.0340.050.0供气量与点火档位之间的关系风机送风量：1000-3000Nm3/h1m3燃气实际空气量：1.1m3过剩空气系数：1.1-1.5尾气组成体积含量（VOL/%）CO27.90CO0.0043O210.32SO20燃烧尾气名称参数蒸汽压力0.7MPa锅炉效率84.81%蒸汽产量3t/h系统产蒸汽测试运行情况测试条件①②③产蒸汽生物质气燃气锅炉系统35生物质气化技术生物质气发电系统建造500kW生物质内燃机发电系统，油、水冷却系统、控制系统、内燃机余热（550℃，3000Nm3/h）锅炉气化发电成本，约为0.2-0.3元/Kw.h,已接近或优于常规发电发电500kW/h，副产蒸汽0.6t/h（0.8MPa）生物质气内燃机发电系统36热管式尾气余热回收锅炉生物质气化技术37废胎轮与生物质共气化3.2生物质热化学切割打孔后的废轮胎生物质废轮胎与生物质共气化装置燃气火焰轮胎气化剩余物气化原料气化炉直径650mm设计温度800℃产气量70~200Nm3/h生物质气化技术38热解污泥原料热解装置照片热解燃气燃烧火焰混合前混合后污泥含水率：80%含水率：40%污泥催化热解制氢38生物质气化技术感谢同学们倾听！Question?