生物质能发电

null第三章 生物质能发电第三章 生物质能发电3.1 生物质能概述 3.1 生物质能概述 生物质能分为固体生物质、木炭、城市固体废弃物、生物液态燃料和沼气等，其直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固体燃料、液体燃料和气体燃料。 3.1.1 生物质的种类 主要分类主要分类（1）城市垃圾 包括工业、生活和商业垃圾，全球每年排放约100亿吨。 （2）有机废水 包括工业废水和生活污水，全球每年排放约4500亿吨。null（3）粪便类 包括牲畜、家禽、人的粪便等，全球每年排放数百亿吨以上。 null（4）林业生物质 包括薪柴、枝丫、树皮、树根、落叶、木屑、刨花等。 （5）农业废弃物 包括秸秆、果壳、果核、玉米芯、甜菜渣、甘蔗渣等。 null（6）水生植物 包括藻类、海草、浮萍、水葫芦、芦苇、水风信子等。 （7）能源植物 包括生长迅速，轮伐期短的乔木、灌木和草本植物，如棉籽、芝麻、花生、大豆等。油楠 3.1 生物质能概述 优点—— （1）清洁性 （2）充足性 （3）可再循环 （4）可储存和运输 （5）易燃性 （6）开发转化技术容易 （7）与农林业关系紧密 3.1.2 生物质能的特点 3.1 生物质能概述 null缺点—— （1）体积密度和能量密度低 （2）生物质供应和价格不稳定 （3）生物质组成性质差异大 （4）水分含量 （5）灰成分 3.1.2 生物质能的特点 null生物质能的特点与混合燃烧Combustion 燃烧Production and harvesting 生产和收获Transport 运输Distributio 分配Primary energy 一次能源Final energy 最终能源3.1.3 我国的生物质资源以及开发生物质能的意义 3.1.3 我国的生物质资源以及开发生物质能的意义 1. 我国具有发展生物质能源的良好条件，原产料来源丰富——农作物秸秆年产6亿吨，畜禽粪便年产21．5亿吨，农产品加工业如稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣等副产品的年产量超过l亿吨、边际土地4.2亿公顷，同时还包括各种荒地、荒草地、盐碱地、沼泽地等。 2.发展生物质能源有利于减少环境污染，促进我国环境友好型社会建设。 3. 生物质能源的开发利用，还可以治理有机废弃物污染；能源植物的种植还能起到防风同沙和有利于水上保持的作用。发展生物质能源对于促进农民增收，促进我国农村经济社会发展，有着重要的现实意义。 3.1.4 生物质能利用技术 3.1.4 生物质能利用技术 生物质能的研究开发，主要有物理转换、化学转换、生物转换3大类。涉及到气化、液化、热解、固化和直接燃烧等技术。 null生物质能转换技术及产品null生物质能的综合利用3.1.5 我国生物质能应用研究技术展望 3.1.5 我国生物质能应用研究技术展望 （1）高效直接燃烧技术和设备的开发 （2）生物质气化和发电的应用 （3）能源植物的开发 （4）生物质液化技术的运用3.2 生物质能的物理转换利用 3.2 生物质能的物理转换利用 生物质物理转换主要指生物质固化成型，即将生物质粉碎至一定粒度，不添加黏结剂，在高压条件下，挤压成一定形状。其黏结力主要靠挤压过程中产生的热量，使得生物质中的木质素产生塑化黏结。生物质固化解决了生物质形状各异、堆积密度小且松散、运输和储存不方便的问题，提高了生物质的使用效率。 3.2.1 生物质压缩成型技术 1. 生物质压缩成型工艺流程 按成型物的形状主要分为三大类：圆柱块状成型、棒状成型和颗粒状成型技术。3.2.1 生物质压缩成型技术 生物质压缩成型工艺流程图null国内生产的生物质成型机一般为螺旋挤压式，生产能力多在100～200kg/h之间，电机功率7.5～18kW，电加热功率2～4kW，生产的成型燃料多为棒状。 生物质压缩成型燃料（棒状）生物质成型燃料的特点生物质成型燃料的特点 热性能优于木材，与中质混煤相当，而且燃烧特性明显改善，点火容易，火力持久，黑烟少，炉膛温度高，便于运输和储存，使用方便、卫生，是清洁能源，有利于环保。可作为生物质气化炉、高效燃烧炉和小型锅炉的燃料。 生物质成型技术推广应用存在的问题 生物质成型技术推广应用存在的问题 （1）机组可靠性较差，易损件使用寿命短，维修和更换不便，导致设备不能连续生产，只能断续小量生产，影响了产量和效益。 （2）生产能力偏低，单位产品能耗过大。 （3）对原料的粒度和含水率要求较高，必须配套成具有粉碎、烘干、输送等功能的生产线，才能较完善的解决这一问题。 （4）成型燃料的包装和燃烧设备不配套，制约了商品化生产和成型燃料的推广应用。尤其是适合农户使用的燃烧方式及其装置急需解决。（5）成型设备适应范围小， 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 标准不统一。 （6）产品价格要高于化石能源，大多数人对生物质颗粒产品具有高能、环保、使用方便的特性认识不够，更谈不上应用。因此，需要政府对生物质颗粒产品进行大力宣传及推广。 3.2.2 生物质型煤 3.2.2 生物质型煤 1. 生物质型煤的简介 生物质型煤是指破碎成一定粒度和干燥到一定程度的煤及可燃生物质，按一定比例混合，加入少量固硫剂，利用生物质中的木质素、纤维素、半纤维素等与煤黏结性的差异经压制而成。 null2. 生产工艺流程生物质型煤生产工艺流程null生物质型煤的产品样图null3. 生物质型煤的特点 （1）低污染，环保 （2）改善了着火特性 （3）提高了经济性 （4）配套工艺和设备齐全 （5）市场需求量大——我国目前有40～50万台工业锅炉，每年需燃用原煤4亿吨。 （6）可实现集中生产null4. 生物质型煤面临的问题 （1）运输、储存费用较高 （2）成型机压力低 （3）生物质型煤的燃烧特性理论不完善null5. 生物质型煤技术发展方向 （1）大力开发低成本、高固硫率和防潮抗水型适用于工业炉窑燃用的生物质型煤。 （2）研究开发廉价、易推广的黏结剂，提高生物质型煤的抗水性；根据生物质具体性能对其进行生物化学预处理以适当提高其黏结能力；开发具有高固硫性能的复合固硫剂。 （3）通过应用人工智能、神经网络等先进技术对多种煤配比及生物质配比的调整和配方的优化设计，将生物质型煤的灰分、水分、挥发分、发热量、燃料比、粒径大小、反应活性、焦渣特征、热变形特性等调整到有利于燃烧的最佳值和大幅度降低生产成本，简化生产工艺。 （4）改进和提高现有的生物质型煤成型技术及设备，实现整体技术和配套技术的规范化。3.3 生物质能的生物化学转换利用 3.3 生物质能的生物化学转换利用 生物化学转换技术是指利用原料的生物化学作用和微生物的新陈代谢作用生产气化燃料和液化燃料。它能够将利用生物质能对环境的破坏作用降低到最低程度，因而在当今世界对环保要求日益严格的情况下具有较好的发展前景。该技术主要包括利用生物质厌氧发酵生成沼气和在微生物作用下生成乙醇等能源产品。3.3.1 沼气技术3.3.1 沼气技术1. 沼气 沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。 沼气由50％～80％甲烷（CH4）、20％～40％二氧化碳（CO2）、0％～5％氮气（N2）、小于1％的氢气（H2）、小于0.4％的氧气（O2）与0.1％～3％硫化氢（H2S）等气体组成。由于沼气含有少量硫化氢，所以略带臭味。 1m3沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7kg无烟煤提供的热量。与其它燃气相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料。 null2. 沼气发酵 沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合气体（沼气）的过程。 图3-11 沼气发酵过程沼气发酵的基本工艺流程沼气发酵的基本工艺流程一个完整的大中型沼气发酵 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ，无论其规模大小，都包括了如下的工艺流程：原料（废水）的收集、预处理、消化器（沼气池）、出料的后处理和沼气的净化与储存等。 图3-12 沼气工艺流程图null3.沼气技术的利用情况 1955年新的沼气发酵工艺流程──高速率厌氧消化工艺产生。它突破了传统的工艺流程，使单位池容积产气量（即产气率）在中温下由每天1m3容积产生0.7～1.5m3沼气，提高到4～8m3沼气，滞留时间由15天或更长的时间缩短到几天甚至几个小时。 null美国一牧场兴建了一座工厂，主体是一个宽30米、长213米的密封池组成的甲烷发酵结构，它的任务是把牧场厩肥和其他有机废物，由微生物转变成甲烷、二氧化碳和干燥肥料。这座工厂每天可处理1650吨厩肥，每日可为牧场提供11.3万立方米的甲烷，足够1万户家庭使用。目前美国已拥有24处利用微生物发酵的能量转化工程。null 中国是研究开发沼气技术最早的国家，也是当今世界沼气技术比较先进的国家之一。沼气池总数已达到1000多万个。 沼气的优点沼气的优点修建一个平均每人1～1.5平方米的沼气池，就可以基本解决一年四季的燃柴和照明问题；人、畜的粪便以及各种作物秸秆、杂草等，通过发酵后，既产生了沼气，还可作为肥料，而且由于腐熟程度高使肥效更高，粪便等沼气原料经过发酵后，绝大部分寄生虫卵被杀死，可以改善农村卫生条件，减少疾病的传染。 沼气在中国的广大农村，这些特点就更为显著了沼气在中国的广大农村，这些特点就更为显著了首先，沼气能源在中国农村分布广泛，潜力很大，凡是有生物的地方都有可能获得制取沼气的原料，所以沼气是一种取之不尽、用之不竭的再生能源。其次，可以就地取材，节省开支。 null兴办一个小型沼气动力站和发电站，设备和技术都比较简单，管理和维修也很方便，大多数农村都能办到。 据调查对比，小型沼气电站每千瓦投资只要400元左右，仅为小型水力电站的1/2～1/3，比风力、潮汐和太阳能发电低得多。小型沼气电站的建设周期短，只要几个月时间就能投产使用，基本上不受自然条件变化的影响。采用沼气与柴油混合燃烧，还可以节省17％的柴油。 沼气发电技术沼气发电技术 沼气燃烧发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将沼气用于发电机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。沼气发电具有高效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且廉价的分布式能源，是有效利用沼气的一种重要方式。 null禽畜粪便加农作物下料的沼气发电供热工程null沼气发电工艺流程图null沼气发电机组null大型沼气发电能环工程效果图null某公司生产的户用小型沼气发电机组前景与展望前景与展望 预计到2015年，处理工业有机废水的大中型沼气工程达2500座，形成年生产沼气能力40亿立方米，相当于343万吨标准煤，年处理工业有机废水37500万立方米。农业废弃物沼气工程到2015年累计建成近4100个，形成年生产沼气能力4.5亿立方米，相当于58万吨标准煤，年处理粪便量1.23亿吨，从而解决全国集约化养殖场的污染治理问题，使粪便得到资源化利用。 3.4 生物质能的热化学转换利用 3.4 生物质能的热化学转换利用 热化学转化技术与产物的相互关系3.4.1生物质直接燃烧技术及应用 3.4.1生物质直接燃烧技术及应用 生物质直接燃烧是生物质能最早被利用的传统方法，就是在不进行化学转化的情况下，将生物质直接作为燃料燃烧转换成能量的过程。燃烧过程所产生的能量主要用于发电或者供热。生物质直接用于燃料时，其可燃部分主要是纤维素、半纤维素、木质素。按质量计算，纤维素占生物质的40％～50％，半纤维素占生物质的20％～40％，木质素占生物质的10％～25％。1. 生物质燃烧的特点1. 生物质燃烧的特点（1）产量稳定 它是一种年产量极大且较稳定的可再生资源。 （2）低污染 含硫、氮量低，燃烧后硫氧化物和氮氧化物排放量低。此外，生物质灰份量少，充分燃烧后，烟尘量不多。 （3）CO2零排放 生物质在生成过程中会吸收大量CO2。因此大量生产、使用生物质能可以减少CO2净排放量，有助于减轻温室效应。燃烧过程的特点 燃烧过程的特点 （1）生物质水分含量较多，燃烧需要较高的干燥温度和较长的干燥时间，产生的烟气体积较大，排烟热损失较高； （2）生物质燃料的密度小，结构比较松散，迎风面积大，容易被吹起，悬浮燃烧的比例较大； （3）由于生物质发热量低，炉内温度场偏低，组织稳定的燃烧比较困难； （4）由于生物质挥发分含量高，燃料着火温度较低，一般在250℃～350℃温度下挥发分就大量析出并开始剧烈燃烧，此时若空气供应量不足，将会增大燃料的不完全燃烧损失； （5）挥发分析出燃尽后，受到灰烬包裹和空气渗透困难的影响，焦炭颗粒燃烧速度缓慢、燃尽困难，如不采取适当的必要措施，将会导致灰烬中残留较多的余碳，增大机械不完全燃烧损失。 （6）生物质尤其是农作物秸秆原料来源呈现很强的季节性，而且来源地分散，这给生物质的规模化、工业化利用造成了很大的困难2. 生物质直接燃烧的主要技术2. 生物质直接燃烧的主要技术（1）炉灶燃烧技术省柴灶灶体示意图与外观图null户用生物质半气化炉灶外观图（2）生物质现代化燃烧技术（2）生物质现代化燃烧技术当生物质燃烧系统的功率大于100kW时，一般采用现代化的燃烧技术，而组织燃烧常常是在锅炉中进行的。 锅炉燃烧采用先进的燃烧技术，把生物质作为锅炉的燃料以提高生物质的利用效率，适用于相对集中、大规模利用的生物质资源。 主要优点是效率高，并且可实现工业化生产。 主要缺点是投资大，而且不适于分散的小规模利用，生物质必须相对比较集中才能采用该技术。 null生物质燃烧系统null生物质现代化燃烧技术层燃技术 层燃技术 生物质锅炉典型的炉排形式示意图null秸秆打捆null以打捆秸秆为燃料的生物质锅炉null下饲式生物质锅炉②流化床燃烧技术 ②流化床燃烧技术 流化床燃烧技术作为一种新型清洁高效燃烧技术。流态化燃烧具有传热传质性能好、燃烧效率高、有害气体排放少、热容量大等一系列的优点，很适合燃烧水分大、热值低的生物质燃料。 null鼓泡流化床结构示意图null循环流化床锅炉的工作原理null流化床——当空气自下而上地穿过固体颗粒随意填充状态的料层，而气流速度达到或超过颗粒的临界流化速度时，料层中颗粒呈上下翻腾，并有部分颗粒被气流夹带出料层的状态。 null流化床锅炉燃用生物质燃料也存在一些缺点：锅炉体形大，成本高；生物质燃料的燃用需要经过一系列的预处理（例如生物质原料的烘干、粉碎等）；飞灰含碳量高于炉灰的含碳量，并且随着生物质挥发分的大量析出，焦炭的燃尽较为困难；生物质燃料蓄热能力小，必须采用床料来保证炉内温度水平，造成炉膛磨损严重 ，也影响了灰渣的综合利用。③悬浮燃烧技术 ③悬浮燃烧技术 采用悬浮燃烧技术的生物质水管锅炉3. 生物质直接燃烧发电3. 生物质直接燃烧发电生物质直接燃烧是指生物质原料送入适合的锅炉内燃烧，生产蒸汽，产生的蒸汽膨胀做功，从而带动发电机发电。 （1）生物质直燃发电的基本原理（1）生物质直燃发电的基本原理直接燃烧发电是指把生物质原料送入适合生物质燃烧的特定蒸汽锅炉中，生物质与过量的空气在锅炉中燃烧，产生高温高压蒸汽，驱动蒸汽轮机，带动发电机发电，实现了生物质的高效清洁利用。（2）生物质直燃发电技术应用的意义（2）生物质直燃发电技术应用的意义有效利用农作物秸秆,大大降低了这些废弃物的排放，能变废为 ; 我国的边远地区，生物质资源丰富，且多属于缺电、少电地区，利用生物质直燃发电技术可以就地取材，生产出电能和热能满足当地取暖和用电的需要。 生物质能发电技术之所以具有广阔的市场前景，其优势在于可再生能源中，生物质能以实物形式存在，具有可储存、可运输、资源分布广、环境影响小、可持续利用等特点 （3）生物质直燃发电的工艺流程（3）生物质直燃发电的工艺流程生物质直燃发电生产过程（4）生物质直燃发电国内外的进展及前景（4）生物质直燃发电国内外的进展及前景美国的生物质直接燃烧发电占可再生能源发电量的70％ ; 德国拥有140多个区域热电联产的生物质电厂，同时有近80个此类电厂在规划设计或建设阶段。 奥地利成功地建立了燃烧木材剩余物的区域供电站的计划，生物质能在总能耗中的比例由原来的3％增到目前的25％，已拥有装机容量为1～2MW的区域供热站90座; 北欧的瑞典是生物质发电发展和应用都最为广泛的国家之一，有完善和广泛的集中供热系统，80％的城市是利用生物质能供热电站供热。 我国的情况我国的情况我国生物质发电始于2005年，在国家政策的支持下发展非常迅速。到2004年底，我国生物质发电装机容量约为2000MW。在生物质直燃发电项目上，国家发展改革委和地方发展改革委2008年总计核准了39个生物质直燃发电项目，合计装机容量为1284MW，投资预计为100.3亿元，截止到2008年底，已投产154MW。null2006年12月1日，我国第一个国家级生物质直燃发电示范项目国能单县生物质发电项目竣工投产，开创了国内直燃发电的先河。该项目引进丹麦生物质发电技术，主要燃料是棉秸，辅以果木树枝条，装机容量为25MW，2007年发电量达到了2.29亿kW·h，达到了世界先进水平。 目前我国已经建成的大型秸秆发电厂项目还有国能威县25MW秸秆发电厂、国能成安25MW秸秆发电厂、国能高唐秸秆发电厂、国能垦利25MW秸秆发电厂。到2007年底，我国已建成投产超过15个直燃发电工程，在建30多个null我国生物质直燃发电厂分布图3.4.2 生物质气化技术及应用 3.4.2 生物质气化技术及应用 生物质气化是指固态生物质原料在高温下部分氧化的转化过程。该过程直接向生物质通气化剂（空气、氧气或水蒸气），生物质在缺氧的条件下转变为小分子可燃气体。所用气化剂不同，得到的气体燃料也不同。 发展简史发展简史生物质热解气化技术最早出现于18世纪末期，首次商业化应用可以追溯到1833年，当时以木炭作为原料，经过气化器生产可燃气，驱动内燃机。 第二次世界大战期间，生物质气化技术达到顶峰。 20世纪70年代世界能源危机后，发达国家为减少环境污染，提高能源利用效率，解决矿物能源短缺提供新的替代技术，又重新开始重视开发生物质气化技术和相应的装置。 在1992年召开的世界第15次能源大会上，确定生物质气化利用作为优先开发的新能源技术之一。1. 生物质气化的基本原理1. 生物质气化的基本原理所谓气化是指将固体或液体燃料转化为气体燃料的热化学过程。为了提供反应的热力学条件，气化过程需要供给空气或氧气，使原料发生部分燃烧。尽可能将能量保留在反应后得到的可燃气中，气化后的产物是含H2、CO及低分子CmHn等可燃性气体。 气化过程气化过程（1）干燥过程 生物质原料进入气化器后，首先被干燥。在被加热到100℃以上时，原料中的水分首先蒸发，产物为干原料和水蒸气。 （2）热解过程 温度升高到300℃以上时开始发生热解反应。热解是高分子有机物在高温下吸热所发生的不可逆裂解反应。大分子碳氢化合物析出生物质中的挥发物，只剩下残余的木炭。热解反应析出挥发分主要包括水蒸气、H2、CO、CH4、焦油及其他碳氢化合物。气化过程气化过程（3）氧化过程 热解的剩余物木炭与被引入的空气发生反应，同时释放大量的热以支持生物质干燥、热解及后续的还原反应进行，氧化反应速率较快，温度可达1000～1200℃，其他挥发分参与反应后进一步降解。 （4）还原过程 没有氧气存在，氧化层中的燃烧产物及水蒸气与还原层中木炭发生还原反应，生成氢气和一氧化碳等。这些气体和挥发分组成了可燃气体，完成了固体生物质向气体燃料的转化过程。还原反应是吸热反应，温度将会降低到700～900℃。各过程涉及的主要化学反应如下 ：各过程涉及的主要化学反应如下 ：C+O2→CO2 2C+CO2→2CO C+H2O→CO+H2 CO+H2O→CO2+H2 C+2H2→CH42. 生物质气化技术分类2. 生物质气化技术分类生物质气化技术的分类有很多，可以从不同的角度对其进行分类。 生物质气化技术的分类3. 生物质气化设备3. 生物质气化设备生物质气化炉的分类（1）生物质固定床气化炉（1）生物质固定床气化炉上吸式及下吸式固定床生物质气化炉工作原理示意图null横吸式固定床气化炉工作原理示意图（2）流化床生物质气化炉（2）流化床生物质气化炉鼓泡流化床气化炉 循环流化床气化炉null双流化床气化炉4.其他生物质气化技术4.其他生物质气化技术高温空气气化反应流程图null多级循环流化床立管5. 生物质燃气的性质、用途及净化5. 生物质燃气的性质、用途及净化生物质燃气主要由可燃气体（H2、CO、CH4、CmHn、H2S）和不可燃成分CO2以及水蒸气组成。与固体生物质相比，易于运输和存储，提高了燃料的品质。燃气特性取决于原料性质、气化剂种类、气化炉形式及运行方式等因素，其热值在5～15MJ/m3之间。 生物质燃气的用途主要分为以下几个方面。 ①提供热量 ②作为燃料 ③集中供气 ④气化发电 ⑤化工原料气。粗燃气的净化处理粗燃气的净化处理主要清除气体中的焦油和灰分，使之达到国家燃气质量标准。 粗燃气中的杂质一般分为固体杂质和液体杂质两大类。固体杂质中包括灰分和细小的炭颗粒，液体杂质则包括焦油和水分。 净化系统由三个环节组成：气体降温、水净化处理、焦油分离。 6.生物质气化技术的应用6.生物质气化技术的应用（1）生物质燃气直接燃烧 生物质燃气直接燃烧应用的一个主要方面是气化供热。生物质气化供热是指生物质经过气化炉气化后，生成的生物质燃气送入下一级燃烧器中燃烧，为终端用户提供热能。 生物质气化供热工艺流程null区域供热厂工艺流程null气化炉干燥木材及农副产品示意图null（2）集中供气技术生物质气化集中供气系统null生物质气化集中供气系统的工艺流程7.生物质气化发电技术7.生物质气化发电技术（1）气化发电原理——将经处理的（符合不同气化炉的要求）生物质原料经气化过程转化为可燃气体（气化气），气化气经冷却及净化系统，除去灰分、固体颗粒、焦油及冷凝物，然后利用净化的气体燃烧后推动发电设备（通常采用蒸汽轮机、燃气轮机及内燃机）进行发电。 生物质气化发电的方式（2）气化发电技术的分类（2）气化发电技术的分类各种生物质气化发电技术的比较（3）气化发电技术的特点（3）气化发电技术的特点①灵活性 这一技术的灵活性能很好地满足生物质分散利用的特点。 ②较好的洁净性 ③经济性（4）典型的气化发电工艺（4）典型的气化发电工艺①生物质整体气化联合循环（B/IGCC） 生物质整体气化联合循环工艺流程null瑞典Varnamo生物质IGCC示范项目流程②整体气化热空气循环（IGHAT） ②整体气化热空气循环（IGHAT） 整体气化热空气循环流程3.4.3 生物质热解技术及应用 3.4.3 生物质热解技术及应用 生物质热解（又称裂解或热裂解）是指生物质在隔绝空气或通入少量空气的条件下热降解为液体生物油、可燃气体和固体生物质炭三个组成部分的过程。生物质热解技术的优点生物质热解技术的优点　　 生物质热解技术能够以较低的成本和连续化生产工艺将常规方法难以处理的低能量密度的生物质转化为高能量密度的气、液、固产品，减少了生物质的体积，便于储存和运输，同时还能从生物油中提取高附加值的化学品。生物质中含硫含氮量均较低，同常规能源相比，减少了空气中SO2和NOx排放。 生物质利用过程中所放出的CO2同生物质形成过程中所吸收的CO2相平衡，没有额外增加大气中的CO2含量。生物油还是一种环境友好的燃料，生物油经过改性和处理后，可直接用于汽轮机，被视为21世纪的绿色燃料。1. 生物质热解原理1. 生物质热解原理生物质主要由纤维素、半纤维素、木质素组成，空间上呈网状结构。生物质的热解行为可以归结为纤维素、半纤维素、木质素三种主要组分的热解。然而，这三种主要成分的热解并不是同时发生的。半纤维素是木材中最不稳定的组分，在498～598K时分解，比纤维素更易热分解，其热解机制也相同。纤维素在325K时开始热分解，随着温度的升高降解逐步加剧，到623～643K时降解为低分子碎片，主要反应式为：（C6H10O5）n → nC6H10O5 C6H10O5 → H2O+2CH3—CO—CHO CH3—CO—CHO +2H2 → CH3—CO—CH2OH CH3—CO—CH2OH + H2 → CH3—CHOH—CH3 +H2O2. 热解过程2. 热解过程①干燥阶段 温度为120～150℃，热解速度非常缓慢，主要是木材所含水分依靠外部供给的热量蒸发。 ②预炭化阶段 温度为150～275℃，热分解反应比较明显，木材的化学组分开始发生变化，其中不稳定组分（如半纤维素）分解生成CO2、 CO和少量醋酸等物质。 前两个阶段需要外界提供热量以确保温度上升，为吸热反应阶段。 ③炭化阶段 温度为275～450℃，木材急剧地热分解，产生大量的分解产物，这一阶段放出大量反应热，为放热反应阶段。 ④煅烧阶段 温度为450～500℃，依靠外部供给热量进行木炭的煅烧，排除残留在木炭中挥发物质，提高木炭中固定碳含量。3. 热解产物3. 热解产物生物质热解可以得到固体、液体和气体三类初产物，具体组成和性质与热解的方法和反应参数有关。 以木材干馏为例，主要是： ①固体 生物质热解时残留的固体产物为木炭。木炭疏松多孔，是制造活性炭、二硫化碳的原料。 ②气体 干馏得到的可燃气主要成分为CO2、CO、CH4、C2H4和H2，其产量和组成情况因温度不同和加热速度不同而异。 ③液体 从木材干馏设备中得到液体产物为粗木醋酸。粗木醋酸是棕黑色液体，除含有大量水分外，还含有200种以上的有机物。其中一些化合物包括饱和酸、不饱和酸、醇酸、杂环酸、饱和醇、不饱和醇、酮类、醛类、酯类、酚类、内酯、芳香化合物、杂环化合物及胶类等。 3.5 生物质能发电现状及前景 3.5 生物质能发电现状及前景 世界生物质发电起源于20世纪70年代，当时，世界性的石油危机爆发后，丹麦开始积极开发清洁的可再生能源，大力推行秸秆等生物质发电。自1990年以来，生物质发电在欧美许多国家开始大发展。 null为推动生物质发电技术的发展，2003年以来，国家先后核准批复了河北晋州、山东单县和江苏如东3个秸秆发电示范项目，颁布了《可再生能源法》，并实施了生物质发电优惠上网电价等有关配套政策，从而使生物质发电，特别是秸秆发电迅速发展。 null最近几年来，国家电网公司、五大发电集团等大型国有、民营以及外资企业纷纷投资参与中国生物质发电产业的建设运营。截至2007年底，国家和各省发改委已核准项目87个，总装机规模220万千瓦。 根据国家“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。湖南省首家生物质电厂并网发电湖南省首家生物质电厂并网发电2009年7月，湖南省首家以农林废弃物——棉花秆、树枝、树皮、谷壳等秸秆为原料发电的澧县生物质发电厂正式并网发电。该项目从选址、立项、建设、点火、调试到正式并网发电，仅用了15个月时间。项目合作伙伴、欧洲最大的咨询工程机构丹麦COWI公司专家称赞这一建设速度不仅创造同行业的“中国之最”，同时在世界同行业也鲜见。null澧县生物质发电厂由民营企业湖南理昂再生能源电力有限公司投资4亿元建设，项目总规模为三炉二机（处理能力为3×450吨/日，装机容量为2×15MW），这次并网发电的是该项目的一期工程15MW。澧县生物质发电厂年设计发电总量为2亿度，可满足40万居民基本生活用电。该项目的投运，将大大减少堆弃废弃物所产生的二氧化碳和甲烷，从原材料收集、破碎、物流上下游可提供就业岗位2000人，促进湖南省能源结构调整，实现经济和社会效益双赢。 null澧县生物质电厂年消耗秸杆、稻壳约40万吨，而澧县及周边50－80公里范围内，每年产生约200万吨稻壳、棉杆、油杆、树皮等生物质资源及农林废弃物，如果废弃物不处理，自然焚烧，会产生大气污染，影响环境；如果在田间自然腐烂，会产生甲烷，1吨甲烷相当于21吨二氧化碳。 利用其发电，每年为农民增加收入达9000万元。 国能生物：中国生物质发电的先行者国能生物：中国生物质发电的先行者国能生物发电集团有限公司(简称“国能生物”) 在短短5年间，发展成为全球最大的生物质发电投资、建设、运营一体化的专业化公司，共建设了35家生物质发电厂，总计向社会输入绿色电力79.4亿度、减少二氧化碳排放620万吨、为农村提供了约6万个就业岗位，使农民从秸秆销售中获得额外收入达32亿元。 null全球最先进的生物质能发电技术掌握在丹麦百安纳(Bioener)公司手里。为了引进生物质燃烧发电技术，填补中国国内此项技术的空白，他在当时中国驻丹麦特命全权大使甄建国的帮助下，一次次游说百安纳的股东们。null3.6 我国生物质发电产业现状 （如果不加大政策扶持，电厂难以为继） 目前我家生物质能发电的上网电价每千瓦时比火电高两角钱 但是，我国的扶植力度与欧美国家比还是有差距。欧洲一些国家除了电价，在税收上的扶持力度更大。 欧洲一些国家原料不仅不付钱，而且由于秸秆是按照垃圾处理，还要征收垃圾处理费。 null 我国与国外情况不同： 一方面要通过发电避免农民焚烧秸秆 引起污染等社会问题； 另一方面又要通过发电扶助农民。null此外，在生物质发电项目布局上国家也应该更科学规划，有序建设，避免一哄而上。如果布局太密集，势必会加大秸秆的收购和运输半径，而且还会导致原料价格上升，企业的效益就会受到更大的影响。 3.7 我国生物质发电产业政策3.7 我国生物质发电产业政策2010年7月23日，国家下发了《国家发改委关于完善农林生物质发电价格政策的通知》，将全国农林生物质发电执行的上网电价，统一调高为每千瓦时0.75元。 随后，2010年8月，国家发改委下发《关于生物质发电项目建设管理的通知》（下简称《通知》），提出要合理规划生物质能发电厂，集中力量把已建项目运行好、管理好。null对此前生物发电行业存在的扎堆上马、区域投资过热、布局不合理、重复建设、资源浪费和效益低下等问题，《通知》明确规定：原则上，生物质发电厂应布置在粮食主产区秸秆丰富的地区，且每个县或者100公里半径范围内不得重复布置生物质发电厂。 　null此外，《通知》还对生物质电站的建设场址和规模做出了规定：生物质电站建设规模一般安装2台机组，装机容量应与资源量匹配，考虑到生物质燃料的运输半径，一般不超过3万千瓦。 生物质汽化发电-规模与发电机选择生物质汽化发电-规模与发电机选择生物质 Direct Combustion内燃机电能生物质IGCC燃气轮机电能生物质蒸汽轮机电能IGCCη=10-15％η=30-35％η=35-45％规模<200KW200KW<规模<1MW1MW<规模生物质发电主要技术障碍之一 ---燃气除焦技术生物质发电主要技术障碍之一 ---燃气除焦技术电机要求焦油含量：0.02-0.05g/m3；H2<15% 而汽化后焦油含量：2-50g/m3； 除焦技术： 1 燃气高温过滤； 2 水洗除焦； 3 静电除焦； 4 热裂解法,温度过高，产生NOx; 5 催化裂解法，最理想，技术不成熟。