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0新能源发电技术课程报告生物质能发电1生物质发电的前景展望我国是一个农业大国，有着丰富的生物质资源，每年产生10亿多t的生物质废弃物，发展生物质能有巨大的潜力，大力发展生物质气化发电技术对于解决当前电力供应不足、增加农民收入以及减少环境污染等方面具有十分重要的意义。我国应根据不同区域生物质资源的特点，因地制宜地建立合理规模的生物质发电系统，同时政府给予优惠的政策支持和资金扶持，促进生物质气化发电企业的可持续发展。在我国，从1987年起开始生物质能发电技术研究。1998年，1MW谷壳气化发电示范工程建成投入运行。1999年，1MW木屑气化发电示范工程建成投入运行。2000年，6MW秸秆气化发电示范工程建成投入运行，为我国更好地利用生物质能源奠定了良好基础。为推动生物质能发电技术的发展，2003年以来，国家先后批准了河北晋州、山东单县、江苏如东和湖南岳阳等多个秸秆发电示范项目。截至2005年底，我国已发展户用沼气池1800多万户，建成大型畜禽养殖场沼气工程和工业有机废水沼气工程约1500处，沼气年利用量达到约80亿立方米，全国生物质发电总装机容量约200万千瓦，其中蔗渣发电约170万千瓦，垃圾发电约20万千瓦，其余为稻壳等农林废弃物气化发电和沼气发电等。2生物质能资源的类型及特点生物质能（biomassenergy），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。从广义上讲，生物质是植物通过光合作用生成的有机物，它的能量最初来源于太阳能。生物质能资源在地球上分布极为广泛。2.1.1生物质能资源的类型按原料的化学性质分，生物质能资源主要为糖类、淀粉和木质纤维素物质，按原料来源则主要包括如下几类：农业生产废弃物，主要为农作物秸秆；薪柴、枝杈柴和柴草；农林加工废弃物，木屑、谷壳和果壳；人畜便和生活有机垃圾等；工业有面废弃物，有机废水和废渣等；能源植物，包括所有可作为能源用途的农1作物、林木和水生植物资源等。其中，各类农林、工业和生活有机废弃物是目前生物质能利用的主要原料，主要提供纤维素类原料。能源植物距离成为真正的生2物质能资源还比较遥远，是今后生物质能资源发展的主要方向。依据是否能大规模代替常规化石能源,而将其分为传统生物质能和现代生物质能。传统生物质能主要包括农村生活用能：薪柴、秸秆、稻草、稻壳及其他农业生产的废弃物和畜禽粪便等；现代生物质能是可以大规模应用的生物质能,包括现代林业生产的废弃物、甘蔗渣和城市固体废物等。依据来源的不同,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、城市固体废物及畜禽粪便等五大类。2.1.2生物质能资源的特点从化学的角度上看，生物质的组成是C-H-O化合物。它与常规的矿物燃料，如石油、煤等是同类，所以生物质的特性和利用方式与矿物燃料有很大的相似性，但是生物质有其矿物能源无法比拟的优势。主要包括：1）生物质能蕴藏量巨大，生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质;海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。2）生物质能源具有多功能性，兼容性最好，既是可再生能源，也能生产出上千种的化工产品，是太阳能、风能、水能等可再生能源不可比拟的，同时也是唯一可存储和运输的可再生能源。这给对其加工转换与连续使用带来一定的方便。3）生物质能因其主要成分为碳水化合物，在生产及使用过程中与环境友好性又胜煤炭、石油等化石能源一筹。而且是对资源进行的循环利用，将有机物转化成燃料，可减少对环境的污染，如垃圾燃料。产生的二氧化碳又可被等量生长的植物光合作用所吸收，这就是人们常说的实现二氧化碳”零”排放，这对减少大气中的二氧化碳含量从而降低”温室效应”极为有利。4）生物质含硫量和灰分都比煤低，因此生物质利用过程中NOx的排放较少，明显减少空气污染和酸雨现象，这也是开发利用生物质能的主要优势之一。5）普遍性、易取性，几乎不分国家地区，它到处存在。而且廉价易取生产，过程极为简单，应用技术上的难题较少。6）对生物质能的利用是农业生产的一部分，可以发展农村经济，增加农民收入，促进农业的工业化中小城镇建设，富余劳动力转移以及缩小工农和城乡差别。产燃料酒精、热裂解生产生物柴油等形式存在，应用在国民经济的各个领域。生物质能源也有其弱点：1)生物质能的加工转化刚刚起步，规模小，技术不成熟，加之原料分散等3因素使其成本居高不下。其质量轻，体积大，给运输带来一定难度。并且风、雨、雪、火等外界因素，对它的保存带来不利条件。2）由于技术上不完善，生物质能的热值及热效率低，直接燃烧生物质的热效率仅为10%-20%，是低效而不经济的。3）从质量密度的角度来看，作为燃料与矿物能源相比不具优势，它是能量密度较低的低品位能源，有机物的水分偏多(50%～95%)，如下表图2.1中一些常见生物质燃料工业分析与低位热值：4）缺乏适合栽种植物的土地，且单位土地面积的有机物能量偏低。5）生物质能发展也可能对生物多样性产生影响。如果用生产生物质能的作物替代自然覆盖，如森林和湿地，因品种较为单一，生态系统的功能将削弱，生物多样性将降低。此外，生物质能的利用对水土流失、土壤肥力变化和水污染等生态环境问题都有重要影响。3生物质能发电技术3.1生物质能转化利用技术体系相比较与其它可再生能源，生物质能是唯一可存储和运输的可再生能。生物质组织结构与常规的化石燃料相似，它的利用方式与化石燃料类似。常规能源的利用技术无需做大的改动，就可以应用于生物持能。但生物质的的种类繁多，分别具有琐事的特点和属性，其转化利用技术远比化石燃料复杂的多。具体而言，生物质能转化利用技术主要包括燃烧、热化学法、生化法，化学法和物理化学法等等。如下图所示：生物质资源热化学法燃烧生物化学法化学法物理化学法热量或者电力气化热解直接液化水解、发酵沼气技术间接液化酯化压缩成型生物质燃气木炭或生物原油液化油乙醇沼气甲醇、醚生物柴油成型燃料生物质资源热化学法燃烧生物化学法化学法物理化学法热量或者电力气化热解直接液化水解、发酵沼气技术间接液化酯化压缩成型生物质燃气木炭或生物原油液化油乙醇沼气甲醇、醚生物柴油成型燃料生物质能的转化利用技术43.1.1生物质燃烧技术生物质燃烧技术是人类对能源最早利用的一种方式。生物质燃烧后所产生的能源有多种用途，如可应用于炊事、室取暖、工业过程、区域供热，发电及热电联产等。3.1.2热化学法热化学法包括热解、气化和直接液化。热化学法就是将温度加热到600℃以上，在缺氧的条件下对有机质进行“干馏”这类热解产物与以煤热解十分相似，固体产物为焦炭类似物，气体产物为“炉煤气”类似物，一部分固体物质，再进入裂解炉(鲁奇法)进行固体物质的裂解或进入二次燃烧室燃烧，炉温可达900℃以上。这样固体全部转化为气体燃料。将这些可燃气体供给内燃机或燃气轮机，带动发电装置对外提供动力，下图即为生物质热化学转换：热化学转化技术燃烧气化热解直接液化热量生物质燃气木炭生物油热化学转化技术燃烧气化热解直接液化热量生物质燃气木炭生物油生物质热化学转换3.2生物质能发电技术的基本原理生物质燃烧技术是人类对能源最早利用的一种方式。生物质燃烧后所产生的能源有多种用途，如可应用于炊事、室取暖、工业过程、区域供热，发电及热电联产等。在诸多的生物质利用技术中，生物质发电技术是最具发展潜力的利用技术之5一。因为该技术的终端产品电的利用范围较广，而且可以充分利用现存电网设施，部分地区还可以实现分布式发电，从而满足我国巨大的电力需求。生物质发电技术包括两大类：生物质燃烧发电技术和生物质气化发电技术。生物质燃烧发电是通过生物质原料的直接燃烧得到的能量带动相应的汽轮机等设施发电；生物质气化发电技术则是在将生物质原料转化得到的可燃气体的基础上再通过内燃机等设备转化为电力的。二者的相同之处在于均是以生物质为原料进行发电的，不同之处在于前者没有氯化过程，后者则是在气化基础上的转化。1、生物质燃烧发电技术一般生物质直接燃烧发电的过程包括：生物质与过量空气在锅炉中燃烧，产生的热烟气和锅炉的热交换部件换热，产生出的高温高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做功发出电能根据不同的技术路线，分为气轮机、蒸气机和斯特林发动机等。生物质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锅炉中直接燃烧，产生蒸汽，带动蒸汽轮机及发电机发电。已开发应用的生物质锅炉种类较多。如木材锅炉、甘蔗渣锅炉、稻壳锅炉、秸秆锅炉等。其适用于生物质资源比较集中的区域，如谷米加工厂、木料加工厂等附近。因为只要工厂正常生产，谷壳、锯屑和柴枝等就可源源不断地供应电提供了物料保障。按照生物质燃烧方式可分为固定床燃烧或流化床燃烧等。固定床燃烧对生物质原料的预处理要求较低，生物质经过简单处理甚至无须处理就可投入炉排炉内燃烧。流化床燃烧要求将大块的生物质原料预先粉碎至易于流化的粒度。其燃烧效率和强度都比固定床高。该技术在我国应用较少，因为它要求生物质资源集中，数量巨大。如果大规模收集或运输生物质。将提高原料成本。因此该技术比较适于现代化大农场或大型加工厂的废物处理。按照生物质燃烧技术还可分为层燃方式、流化床方式和悬浮燃烧方式等三种形式。层燃方式依据燃料与烟气流动的方向不同，可将炉排燃烧技术分为三类，即顺流、逆流、叉流三种。采用层燃技术开发生物质能，锅炉结构简单、操作方便、投资与运行费用都相对较低。由于锅炉的炉排面积较大，炉排速度可以调整，并且炉膛容积有足够的悬浮空间，能延长生物质在炉内燃烧的停留时间，有利于生物质燃料的完全燃烧。但生物质燃烧的挥发分析出速度很快，燃烧室需要补充大量的空气，如不及时将燃烧与空气充分混合，会造成空气供给量不足，难以保证生物质燃料的充分燃烧，从而影响锅炉的燃烧效率。流化床方式流化床是基于气固流态化的一项技术。流化床燃烧技术燃料适应范围广，能够使用一般燃烧方式无法燃烧的石煤和煤矸石等劣质燃料、含水率较高的生物质及混合燃料等；此外，流化床燃烧技术可以降低尾气中氮与硫的氧6化物等有害气体含量，保护环境，是一种清洁燃烧技术，得到了广泛地应用。阳光凯迪电厂目前全部应用的是循环流化床燃烧技术。悬浮燃烧方式生物质悬浮燃烧技术与煤粉燃烧技术类似。在悬浮燃烧中，生物质需要进行预处理，颗粒尺寸要求小于2mm，含水率不能超过15%。需要将生物质粉碎至细粉，然后将生物质与空气混合后一起喷入燃烧室内，呈悬浮燃烧状态，由于涡流的存在，有利于气固混合。通过采用精确的燃烧温度控制技术，悬浮燃烧系统可以再较低的过量空气条件下高效运行，采用生物质颗粒中碱金属的影响，高燃烧强度会导致炉墙表面温度较高，致使结焦现象时有发生。2、生物质气化发电技术生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化为可燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。它既能解决生物质难于燃用而又分布分散的缺点，又可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑而污染少的优点，所以是生物质能最有效最洁净的利用方法之一。生物质气化发电技术是生物质通过热化学转化为气体燃料，再将净化后的气体燃料直接送入锅炉、内燃发电机、燃气机的燃烧室中燃烧来发电或生产燃料电池。气化发电过程主要包括三个方面，一是生物质气化，在气化炉中把固体生物质转化为气体燃料；二是气体净化，气化出来的燃气都含有一定的杂质，包括灰分、焦炭和焦油等，需经过净化系统把杂质除去，以保证燃气发电设备的正常运行；三是燃气发电，利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电，有的工艺为了提高发电效率，发电过程可以增加余热锅炉和蒸汽轮机。如图所示：生物质气化发电工艺流程内燃机发电系统以简单的燃气内燃机组为主，可单独燃用低热值燃气，也可以燃气、油两用，它的特点是设备紧凑，系统简单、技术较成熟、可靠；燃气轮机发