生物质能源利用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,余 长 军,安徽电气工程职业技术学院,生物质能源利用,What is biomass energy?,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。,CO,2,+H,2,O,CH,2,O+O,2,通过光合作用，植物每年转化约,2000,亿吨的,C0,2,中的碳为碳水化合物，并存储了,310,13,GJ,的太阳能，相当于目前世界能源消耗量的10倍左右。,CO,2,人类需要的能量,生物质的产生和利用循环,H,2,O,太阳能,C,6,H,12,O,6,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。,energy,products,biofuels,ashes(minerals),carbon dioxide,CO,2,可再生性,Biomass,vs,.fossil fuels,The vital difference between biomass and fossil fuels:,t,ime scale on the formation and usage；,Biomass maintains a closed carbon cycle with no net increase in atmospheric CO,2,levels,生物质能源储量,地球表面积,5.1,亿,km,2,陆地面积,1.49,亿,km,2,海洋面积,3.61,亿,km,2,。,陆地植物每年可以固定的太阳能,1.97,10,21,焦,，海洋植物每年可以固定,9.210,20,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,Forest Wood Residues,Agricultural Residues,Energy Crops,Energy woods,Waste,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。,Agricultural Residues,6:19 AM,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,1：0.632,35.6,13.39,12.50,32.00,24.00,麦秸,1：1.366,36.7,6.04,0.30,18.00,30.50,23.50,玉米秸,1：2.0,29.3,4.66,0.45,22.00,34.00,37.50,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,，,CH,4,、,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。,木质生物质能资源,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：,既可,直接燃烧,，又能,用来驱动,发动机和涡轮机；,能量,转化效率,比生物质直接燃烧,高,；,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CO,2,和H,2,O，并释放热能，是一种清洁燃料。,1m,3,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,3739MJ/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）+O,2,CO,2,+H,2,O+热量,直接燃烧,生物质（有机物质）+CO,2,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（C,6,H,10,O,5,）,n,代表植物枝叶的主要成分,（C,6,H,10,O,5,),n,+6n O,2,6n CO,2,+5n H,2,O,点燃,缺点:,生物质燃烧过程的生物质能的净转化效率在2040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%,loss,loss,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,生物质发电的特点,发展生物质能发电，也有一些问题,需要注意,：,（1）转化设备必须安全可靠。,（2）能源作物需要占用大量土地,生物质发电,起源于1970s,年代。,1988,年,，,诞生世界上,第一座秸秆生物燃烧发电厂,。,1992,年，,英国第一家,利用动物,粪便,的电厂建成。,生物质发电的发展状况,2000年，欧盟15国,电力的,1.5%,来自生物质能。,生物质发电产业保持持续稳定的增长，主要集中在发达国家，但,印度、巴西,和,东南亚,等发展中国家也积极研发或者引进技术建设生物质直燃发电项目。,2004,年,，世界生物质发电,装机已达3900万千瓦,，是风电、光电、地热等可再生能源发电量的总和。,2020年，西方工业国家15%的电力将来自生物质发电。,作为农业大国，我国对生物质能发电也极为重视。,2003年以来，国家先后核准了若干,秸秆发电示范项目,。截至,2007,年底，国家和各省发改委已核准生物质发电项目87 个，总装机规模220万千瓦。可再生能源中长期发展规划确定的发展目标，,到2020年生物质发电装机3000万千瓦。,生物质发电的发展状况,最新发布的可再生能源“十二五”规划中明确表示，2015年我国生物质发电装机达到1300万千瓦，其中农林生物质发电800万千瓦、沼气发电200万千瓦、垃圾焚烧发电300万千瓦，分别为2010年装机量的4.0、2.5和6.0倍,原料收集、运输体系,生物质能利用,直接燃烧,秸秆发电,分布分散、收集运输成本高,农业现代化程度低，农业废弃物规模化供应困难,即使在农业非常集中的地区，,河南、江苏只有,280,吨,/km,2,，,大部分地区平均在,100,吨,/km,2,左右；,按,10,公里的半径测算，按,30%,利用率，一般农业地区可获得原料,5-7,万吨；,10,公里以内可以用农用车运输，运费在,25,元,/,吨左右，而,10,公里以上一般需要专用运输工具，运输费达,50,元,/,吨。,典型秸秆燃烧发电流程,生物质能利用,直接燃烧,秸秆发电,生物质能利用,直接燃烧,秸秆发电,生物质直燃锅炉上料系统,成捆上料，燃料包直接入炉模式,适合与以软秸杆为主要燃料，可以掺烧部分硬质生物质,草捆（500kg）提供一定的入炉燃料缓存,成捆上料，炉前破碎后入炉的模式,多种燃料,分散破碎,散料转运,配备料仓,构成类似传统的燃煤电厂模式，国外生物质电厂（非秸秆燃料）和我国大多数生物质直燃电厂采用该模式。,完成破碎预处理后的燃料经过料仓入炉的模式,典型给料系统,室内料棚,去铁器,破碎机,炉前仓,锅炉,料坑,3,4,A,转运层皮带,上料皮带,仓底输送机组,生活垃圾严重污染环境,生物质能利用,直接燃烧,垃圾发电,两个首都的差距？两个国家的差距！,垃圾处理对比,垃圾围城,-,北京,的垃圾场分布,填埋场垃圾堆积成山、造成严重环境污染,生活垃圾焚烧后，质量只有焚烧前的10%，体积最多只有1/4。,西方发达国家大都建有垃圾发电厂，美国在20世纪80年代兴建了90座垃圾焚烧厂，90年代又建了近400座发电厂，垃圾焚烧率达40；日本垃圾电站有131座。,目前全球有垃圾电站近1000座，预计未来三年内，将超过3000座。,生物质能利用,直接燃烧,垃圾发电,生物质能利用,直接燃烧,垃圾发电,垃圾焚烧发电工艺流程,称重,垃圾库,生活垃圾,焚烧炉,锅炉,急冷塔,滤袋,引风机,烟囱,烟气达标排放,汽轮机,发电机,电能输出,反应剂,冷渣机,磁选机,飞灰,沉积灰,高温灰,残渣,填埋,灰渣建材,金属综合利用,热能输出,渗滤液处理,纳管排放,回收利用,制造建材,熔融玻璃化,水,石灰,垃圾焚烧处理发电厂工艺流程,制浆机,SDA,垃圾收集到垃圾电厂处理,垃圾收集,垃圾地磅房称重,垃圾卸料平台,垃圾卸到垃圾池,1、垃圾倒入垃圾池发酵3-7天，垃圾中的水分蒸发及渗出，含水分降低利于燃烧，渗滤液收集到渗滤液池内，送到渗滤液处理站进行处理达标排放。2、垃圾池设计为全封闭式负压式垃圾池，负压保持：A、一次风进口设计安装在垃圾池内，当锅炉运行时所需要的风量来自于垃圾池。B、设计安装一套除臭设备，锅炉停运时开启除臭设备运行，将垃圾池中气体抽出经过除臭系统处理后，经过烟囱排入大气，确定保证垃圾池异味泄漏。,垃圾吊操作人员进行投料,垃圾进过充分发酵后，投料时充分搅拌均匀后，投入锅炉料斗进行焚烧处理。,垃圾焚烧过程,垃圾焚烧炉,流化床焚烧炉,工作原理：,炉体是由多孔分布板组成，在炉膛内加入大量的石英砂，将石英砂加热到600以上，并在炉底鼓入200以上的热风，使热砂沸腾起来，再投入垃圾。垃圾同热砂一起沸腾，垃圾很快被干燥、着火、燃烧。未燃尽的垃圾比重较轻，继续沸腾燃烧，燃尽的垃圾比重较大，落到炉底，经过水冷后，用分选设备将粗渣、细渣送到厂外，少量的中等炉渣和石英砂通过提升设备送回到炉中继续使用。,机械炉排焚烧炉,可动框架,固定框架,末端炉排片,刮 板,可动炉排片,固定炉排片,侧面炉排片,侧面密封,炉排框架,轴承,油圧,缸,车轮,轨道,垃圾焚烧处理系统,飞灰固化设备系统,焚烧烟气处理系统的飞灰送入储仓后，由螺旋输送机送至计量罐，计量后放入制砖搅拌机内，在加入计量的螯合剂、水泥、水进行搅拌均匀，送入制砖成型机压制成砖，最后制成水泥砖后在养护间进行养护。养护过程中水分大量蒸发，然后再由专用运砖车运至指定地点填埋，至此完成整个飞灰稳定化固化处理过程。,垃圾渗滤液处理,污水处理站,污水处理后达标排放,垃圾渗滤液处理工艺系统图,垃圾渗滤液处理部分设备,无机有害气体,CO,碳的不完全燃烧产生。垃圾与空气混合良好时，维持炉体内适当的燃烧温度、可降低或减少其产生,PVC塑料、漂白纸张,特氟龙,Teflon,聚氟薄膜,HF,HCl,SO,x,NO,X,硫化铁,含硫化物,燃烧区氧含量和温度有关,PVC=聚氯乙烯,重金属,焚烧过程产生的灰渣(包括炉渣和飞灰)一般为无机物质，它们主要是金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐、硫酸盐，磷酸盐以及硅酸盐,有机污染物,二恶英(PCDDs或TCDDs)多氯代二苯并-对-二恶英,呋喃(PCDFs),多环芳香烃化合物(PAHs,),2004年 乌克兰总统尤先科二恶英中毒事件,二恶英中毒前后的照片、血液中二恶英的含量是正常值的1000倍,二恶英,