生物质能源及其利用

林宗虎院士生物质能源及其利用1.生物质能源的类别及资源2.生物质能源的利用技术和发展近况3.生物质固体燃料的燃料特性4.燃用生物质锅炉的种类和结构Contents5.结论生物质能源的类别及资源1生物质是植物赖以生长的主要物质，由叶绿体经光合作用将二氧化碳和水合成，所以生物质能来源于太阳能，是可再生能源。6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2叶绿体太阳能生物质类别：木材及林业废弃物、农作物及其废弃物、水生藻类、油料植物、城市及工业有机废弃物、动物粪便。资源储量：全球植物可固定的太阳能每年为950亿吨碳，约为全球能耗（65亿吨碳）的14倍。我国单是农林废弃物，能源作物和能源林的年产潜力就达9亿吨标煤。制成成型的固体生物质燃料：用于燃烧发电（颗粒燃料、棒状燃料和梱状燃料），我国2012年100万吨，装机容量550万KW，2020年5000万吨，装机容量3000万KW。制乙醇燃料：代替汽油，我国已建4个用粮食生产乙醇的工厂，2006年销售160万吨，现执行发展非粮食生物乙醇计划，预计从非粮食作物和秸秆、林业肥料和能源植物纤维素原料中具有年产相当于2.7亿吨石油的潜力。制甲醇：成本较高，燃烧后生成大量有害甲醛，对其发展存在不同观点生物质能源的利用技术和发展近况2生物质能源的利用技术和发展近况2制生物质裂解油制取生物柴油：以各种油脂为原料在催化剂（甲、乙醇）作用下酯化再分离成生物柴油和副产品甘油。除利用废油外应大力发展油料林木（油桐、油茶、黄连木等）及水生油料植物（微藻等）。预计未来油料林木产油生产生物柴油潜力可达1000万吨/年。藻类制备生物柴油河北新奥集团已试成功。生物质能源的利用技术和发展近况2制造沼气：生物质在一定温度、湿度下，隔绝空气后经厌氧微生物发酵生成，我国现有3050多万户农村用户，可节省天然气120亿m3/年。北京德青源鸡场已建成2000kw鸡粪沼气发电厂。内蒙蒙牛集团已建成日发电30000度的牛粪发电厂。制造生物质气体燃料：生物质通过气化炉中热化学裂解气化生成气体燃料，除水分、杂质后其成分与天然气相似，可用于交通发动机，发电或民用燃料种类工业分析成分%元素组成%豆秸5.103.1374.6517.125.8144.790.115.852.8616.3316157稻草4.9713.8665.1116.065.0638.320.110.630.14611.2813980玉米秸4.875.9371.4517.755.4542.170.120.742.6013.8015550麦秸4.398.9067.3619.355.3141.280.180.650.3320.4015374牛粪6.4632.4048.7212.525.4632.070.221.411.713.8411627烟煤8.8521.3738.4831.303.8157.420.460.93----24300无烟煤8.0019.027.8565.132.6465.650.510.99----24430K2OfWfAfVfHfCfSfNfPfCfGD热值CfGDKJ/kg生物质固体燃料的燃料特性3表1生物质燃料和煤的工业分析成分、元素组成和低位发热量生物质固体燃料的燃料特性3生物质燃料特点：挥发分多可达70%-80%（在250-350℃全析出）焦炭难燃尽，含硫量少；未经预处理含水量达（25%-55%），处理后一般小于10%；含碳量少，秸秆类的低位发热量14-16MJ/kg约为标煤（29.3MJ/kg）的一半。部分生物质燃料与煤的工业分析成分、元素组成和发热量,见表1燃用生物质锅炉的种类和结构4可分为民用炉灶、直接燃烧锅炉和混合燃烧锅炉，主要采用层燃炉和流化床炉。民用炉灶(一般热效率10%～15%,节能炉灶30%左右）图1催化柴炉燃用生物质锅炉的种类和结构4图2芬兰皂石蓄热式壁炉图3颗粒燃烧炉燃用生物质锅炉的种类和结构4往复炉排炉图4倾斜往复炉排炉阶梯往复式炉排结构图燃用生物质锅炉的种类和结构4图5水平往复炉排炉燃用生物质锅炉的种类和结构4振动炉排炉图6抛煤机振动炉排炉燃用生物质锅炉的种类和结构4图7英国秸秆振动炉排发电厂1－稻杆处理2－传送带3－切料4－进料机5－振动装置6－预热空气7－燃烧炉8－高压蒸汽9－涡轮机10－发电机11－冷凝器12－给水装置13－排渣14－袋式过滤器15－灰烬16－鼓风机下饲式炉燃用生物质锅炉的种类和结构4图8下饲式炉燃用生物质锅炉的种类和结构4链条炉图975t/h炉排型秸秆锅炉燃用生物质锅炉的种类和结构4流化床锅炉图10稻壳流化床锅炉图11秸秆流化床锅炉燃用生物质锅炉的种类和结构4锅炉类型产地主要参数燃生物质流化床锅炉美国爱达华能源公司锅炉出力为4.5-50t·h-1，锅炉热功率36-67MW大型燃废木循环流化床发电锅炉美国CE公司锅炉出力为100t·h-1，蒸汽压力为8.7MPa高倍率循环流化床炉丹麦奥斯龙公司将干草与煤按照6：4的比例送入炉内燃烧，锅炉出力为100t·h-1，热功率达80MW秸秆水冷振动炉排炉丹麦BWE公司锅炉热功率2.5-35MW燃稻壳流化床锅炉中国无锡华光锅炉厂锅炉出力35t·h-1秸秆层燃锅炉中国无锡华光锅炉厂锅炉出力75t·h-1秸秆层燃+悬浮层燃燃烧链条炉中国上海四方锅炉厂锅炉出力75t·h-1，采用层燃+悬浮燃烧方式秸秆水冷振动炉排炉中国济南锅炉厂锅炉出力45-130t·h-1秸秆循环流化床锅炉中国南通锅炉厂锅炉出力75t·h-1秸秆水冷振动炉排炉中国东方工业锅炉公司锅炉出力75t·h-1表2生物质锅炉发展现状燃用生物质锅炉的种类和结构4燃用垃圾锅炉和燃用黑液锅炉图12燃用垃圾锅炉图13黑液锅炉1－供干燥用烟气出口2－乏汽燃烧器3－木质素燃烧器4－重油燃烧器5－其它废物燃烧器6－空气预热器7－省煤器8－锅筒燃用生物质锅炉的种类和结构4混合燃烧技术可分为直接混合燃烧和并联混合燃烧两类图15并联混合燃烧图14直接混和燃烧结论5生物质能源储量在全球和我国十分丰富，是一种重要的可持续发展再生能源。1我国成型固体生物质燃料到2020年按规划将达5000万吨/年，当前重点发展致密固化成型技术和高效直燃技术。2在生物质液体燃料乙醇制备方面，应在不与粮食争地的原则下，大力发展非粮原料生产基地和解决纤维素原料制乙醇的关键技术问题。3在生物柴油方面，应结合退耕还林政策，大量种植油料林木和重点支持规模化培育和发展国际研发热点藻类是石油生产技术。4结论5当前生物质燃料总体上价格高于化石燃料，虽然我国已制定生物质发电上网电价等优惠补贴政策。但仍需进一步完善，以推动我国生物质能源的发展和利用。7将固体生物质直接燃烧发电是一种重要生物质能源利用方法。应根据生物质燃料特性确定锅炉形式和燃烧方法。根据已有经验采用直接混合燃烧方式时，生物质掺烧比（热值比）一般低于10%，以免影响锅炉正常运行，采用并联混合燃烧方式则生物质掺烧比可达80%以上。6因地制宜加快发展大量农业废弃生物质等低劣生物质原料的生物燃气（沼气）生产并可将沼渣、沼液用作优质农肥以便在发展新能源同时获得显著环境生态效益。5