生物质固化气化讲义.doc

秸秆生物质能利用概述生物质能是唯一一种可固定碳的可再生能源，它来自于生物质。

地球上丰富的植物是太阳能和化学能的天然仓库，不管是人工栽培，还是自然繁殖，人们把这种数量巨大丰富的可再生资源称为生物质”。

生物质能的载体——生物质是以实物的形式存在的，相对比风能、水能、太阳能和潮汐能等，生物质能是惟一可存储和运输的可再生能源。

生物质的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，就可以应用于生物质能。

但生物质的种类繁多，分别具有不同特点和属性，利用技术远比化石燃料复杂与多样，除了常规能源的利用技术以外，还有其独特的利用技术。

据有关专家估计，地球上煤的贮藏量可使用220年，石油可使用40年，天然气可使用60年，排除对环境的影响，不管数据准确性如何，有限的资源就不是可持续发展的。

生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。

煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。

生物质能是可再生能源，通常包括以下几个方面：一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；六是动物粪便。

在世界能耗中，生物质能约占14％，在不发达地区占60％以上。

全世界约25亿人的生活能源的90％以上是生物质能。

生物质能的优点是燃烧容易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积大而不易运输。

直接燃烧生物质的热效率仅为10％一30％。

目前，世界农作物秸秆年产量超过20亿t。

我国作为农业大国，秸秆资源十分丰富，而且逐年递增。

目前我国的秸秆产出量已超过7亿吨，折合成标煤约为3 .5亿吨，相当于7个神东煤田，全部利用可以减排8 .5亿吨二氧化碳，相当于2007年全国二氧化碳排放量的1/8。

随着国家明确提出到2015年秸秆综合利用率在80%的行动目标，我国秸秆资源化驶入快车道。

以“秸秆能源”为代表的生物质能利用，在大力发展低碳经济的背景下，进入人们的视野。

一直致力于生物质能研究的中国农业大学石元春院士认为，以秸秆为原料的现代能源是一个新兴产业。

在当今发展清洁能源应对全球气候变暖的大形势下，秸秆迎来了一个发展现代能源产业的重大机遇。

据他介绍，根据最新资料和有关专家预测，我国秸秆目前的用途是：还田15%，饲料16%，工业原料3%，薪柴50%和露地焚烧16%。

也就是说，目前秸秆中的66%，约6.7亿吨是用于能源的，具有替代2.4亿吨标煤和减排5.8亿吨二氧化碳的能力。

石元春说，秸秆还田、秸秆饲料、工业原料和薪柴的利用属于传统产业提升，而以秸秆为原料的现代能源是一个新兴产业。

据了解，秸秆能源在欧洲发展已经有30多年，特别是北欧的丹麦和瑞典，秸秆发电和颗粒燃料的技术成熟度和商业化程度最高。

截至2007年底，中国核准的生物质直燃发电项目约百个，装机容量2500兆瓦，建成投交并网发电的项目总装机容量400兆瓦以上。

截至2008年底，中国国能生物质发电集团已有10个30兆瓦和7个12兆瓦的生物质电站正在运营，其中单县电站装机容量30兆瓦，年发电2 .2亿千瓦时，可替代8 .7万吨标煤的燃煤，减排18万吨二氧化碳，农民年新增收入6000万元和获得1000多个工作岗位。

秸秆直燃发电的技术和设备已经可以全部自主与国产。

石元春算了笔账，如将一亿吨露地燃烧的秸秆用于发电，可建500个25MW 的小型电站，相当于一个“三峡”的发电量，年替代4350万吨标煤和减排9000万吨二氧化碳。

我过秸秆资源过剩的主要表现在阶段性过剩、结构性过剩和地区性过剩。

阶段性过剩时指在某一特定时期，相对于秸秆利用不充分（需求总量不足）所表现出来的秸秆生产总量的过剩。

结构性过剩是指在相对于秸秆利用不充分所表现出来的生产总量过剩的表象下，以某种或某几种秸秆过剩为主，而其他秸秆仍然短缺或供需基本平衡的秸秆供需格局。

目前主要表现为麦秸和玉米秸。

地区性过剩是指全国秸秆资源总体过剩的大背景下，部分地区秸秆明显过剩，而其他地区秸秆仍然短缺或供需基本平衡的供需格局。

目前，长江中下游区、华南区、东北区、西北干旱区时我国秸秆过剩相对较多的地区。

秸秆资源虽然是可生的，但从如下两个方面看，我国秸秆资源同时又是有限的。

首先，农村能源消费中，相互间可替代性最强的是秸秆和薪柴。

在现实农村的角度出发，考虑全部用秸秆替代薪柴，将使我国的秸秆燃用量达到5亿吨以上，相当于2005年的我国秸秆可收集利用量的3∕4.其次，如果把农村居民对肉蛋奶蛋消费量将增长60%，奶类消费量将增长1倍。

那么，肉牛和牛羊，也仅能使我国肉类产量提高30%，所以，我国现有秸秆资源相对于未来畜牧业的发展需求来说，不是太多而是太少了。

与发达国家相比，我国秸秆综合利用还存在着水平较粗放、利用范围比较狭隘、秸秆综合利用的政策尚不完善、焚烧、废弃和流失还十分严重等问题，造成秸秆资源的浪费。

焚烧秸秆不仅会严重污染大气环境，干扰人们的日常生活，增加交通事故发生率，同时还可能造成森林火灾等灾害。

更为重要的是，焚烧秸秆会对农田生态系统造成严重危害，主要表现在：①降低土壤肥力，致使土地贫瘠化。

②蒸发土壤水分，破坏耕地墒情。

③烧死大量的土壤微生物，致使农田板结化。

④破坏农田生物群落，减少生物多样性。

⑤秸秆焚烧虽可消灭部分病虫害，但也可能使某些病虫害更加严重。

随着全球石化能源日益紧张，以秸秆为代表的生物质能必将有着广阔的发展前景。

当前这些秸秆气化、压块、发电等利用技术，各有所长，为秸秆利用作出了重要贡献。

但是目前在实际应用和推广上都或多或少存在一定的问题。

如秸秆气化，目前的气化技术仅利用了秸秆气一项，经济效益不显著，而且气化后产生大量有机化合物和焦油，既未收集，也未处理，直接排放，污染了灶具、污染了环境。

而秸秆压块，虽然在大规模应用秸秆上较好地解决了运输与储存问题，但是目前秸秆粉碎、加压成型的能耗较大，每吨产品消耗能源费用约在200元-300元，因此在经济上有一定问题。

除了技术问题，秸秆本身运输难、经济性差，加之农忙时节劳动力缺乏，储存场地少，收集、运输等经济实用的技术装备不足，导致秸秆的收储运体系建设滞后，也是影响秸秆能源化发展的因素之一。

另外，一些地方对秸秆综合利用认识不到位，政策不配套，资源和产业优势没有得到发挥。

如何利用生物质能、怎样提高生物质燃料的燃烧效率、减少浪费是当前世界各国都在进行的研究课题。

总体来讲我国秸秆资源的利用中存在的主要问题在于：1）观念落后，我国对秸秆资源的利用有相当的历史, 但由于长期以来小农经济的影响, 秸秆的利用一直停留在传统的方式上, 没有把它纳入“资源”的行列。

2）技术水平落后，综合利用和转化效率低下，由于经济体制、技术水平差异、利用与研究脱节等问题，秸秆资源的开发与利用在区域上出现不平衡；秸秆资源虽然丰富, 但极其分散；中国秸秆综合利用技术研发水平落后，企业技术水平低，资源转化和有效利用率低，没有形成较好的技术基础和产业化的氛围。

植物的光合作用是燃烧反应的逆过程，而燃烧反应是人类获取和使用能源的主要方式，如果这两个过程能相互匹配，形成完整循环，生物质能源将取之不尽，用之不竭。

图1是这一利用过程的示意图：图1 植物的光合作用利用过程据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2000亿吨，含能量达3 ×1021J，每年通过光合作用储存在植物的枝、茎、叶中的太阳能相当于全世界每年耗能量的10倍。

其中仅仅1%被用作能源，但它已为全世界提供了14%的能源，成为人类赖以生存的主要能源。

光合作用的过程如下：大气中的CO2和地面上的水经植物光合作用形成生物质的碳水化合物有机体。

在生物质燃烧利用过程中，大气中的氧气和生物质相互作用生成CO2、H2O和大量的能量。

这个过程是循环的，生物质可视为取之不尽的可再生能源。

其利用过程中没有增加大气中C2O的含量，从而实现了C2O零排放，有效的缓解“温室效应”。

生物质分布的极为分散，形态各异，能量密度低，给收集、运输、存储和利用带来了一定的困难，必须采取一定的预处理措施或转换技术。

在目前情况下与化石能源相比，明显缺乏足够的竞争力，并且限制了它大规模的应用。

有些生物质含水率较高，在热利用过程中需预先进行干燥处理，耗费了额外的能源。

另外，生物质的供应具有季节性和周期性，增加了存储的空间与成本。

生物质转化技术多种多种，可分为直接燃烧技术、物化转换技术、生化转换技术和植物油利用技术四大类，各类技术又包含了不同的子技术。

各种技术的分类和子技术可见图2：图2 生物质能源技术框图（1）直接燃烧技术直接燃烧大致可分炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾焚烧和固体燃料燃烧四种情况。

炉灶燃烧是最原始的利用方法，一般适用于农村或山区分散独立的家庭用户，它投资最省，但是效率最低。

锅炉燃烧采用了现代化的锅炉技术，适用于大规模利用生物质，它最主要的优点是效率高，并且可实现工业化生产；缺点是投资高、而且不适于分散小规模使用。

垃圾焚烧也是采用锅炉技术处理垃圾，但是由于垃圾品味低，腐蚀性强，所以它要求技术高，投资更大，从能量利用的角度，它也必须规模大才比较合理。

固型燃料燃烧是把生物质固化成型后再采用传统的燃煤设备燃用，主要优点是所采用的热力设备是传统的定型产品，不必经过特殊的设计或处理；主要缺点是运行成本高，所以它比较适合企业对原有设备进行技术改造时，在不重复投资前提下，以生物质代替煤，以达到节能的目的，或应用于对污染要求特别严格的场所，如饭店烧烤等。

（2）物化转换技术物化转换技术包括三方面，一是干馏技术；二是气化制生物质燃气；三是热解制生物质油。

干馏技术主要目的是同时生产生物质炭和燃气，它可以把能量密度低的生物质转化为热值较高的固定炭或气，炭和燃气可分别用于不同用途。

优点是设备简单，可以生物产炭和多种化工产品，缺点是利用率较低，而且适用性较小，一般只适用于木质生物质的特殊利用。

生物质热解气化是把生物质转化为可燃气的技术，根据技术路线的不同，可以是低热值气，也可以是中热值气。

它的主要优点是生物质转化为可燃气后，利用效率较高，而且用途广泛，如可以用作生活煤气，也可以用于烧锅炉或直接发电。

主要缺点是系统复杂，而且由于生成的燃气不便于储存和运输，必须有专门的用户或配套的利用设施。

热解制油是通过热化学方法把生物质转化为液体燃料的技术，它的主要优点是可以把生物质制成油品燃料，作为石油产品替代品，用途和附加值大大提高，主要缺点是技术复杂，目前的成本仍然太高。

（3）生化转换技术生化转换技术主要是以厌氧消化和特种酶技术为主。

沼气发酵是有机物质(为碳水化合物、脂肪、蛋白质等)在一定温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下，经过沼气菌群发酵(消化)生成沼气、消化液和消化污泥(沉渣)。