生物质能发电技术与装备

生物质能发电技术与装备序言能源是国民经济重要的基础产业，是人类生产和生活必需的基本物质保障。

目前，能源供应主要依靠煤炭、石油和天然气等化石能源，化石能源资源的有限性和化石能源开发利用过程中引起的环境问题，对经济和社会的可持续发展产生了严重的制约。

我国已成为能源生产和消费大国，在全国建设小康社会的进程中，如何改善能源结构，保障能源安全，减少环境污染，促进经济和社会的可持续发展，是我国面临的一个重大战略问题。

生物质是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，每年净光合作用产生的生物质约1700亿吨，其能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的1%。

这些未加以利用的生物质，为完成自然界的碳循环，其绝大部分由自然腐节将能量和碳素释放，放回自然界中。

另一方面，由于过度消费化石燃料，过快、过早地消耗了这些有限的资源，释放出大量的多余能量和碳素，打破了自然界的能量和碳平衡，更加剧了环境和全球气候恶化。

通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭、石油和天然气等燃料生产电力，从而减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。

目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物智能利用技术，以达到保护矿产资源，保障国家能源安全，实现CO2减排，保持国家经济可持续发展的目的。

一、生物质生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。

二、生物质能生物质能（biomass energy ），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。

生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。

目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。

生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。

有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。

地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。

地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，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%。

三、生物质能的分类依据来源的不同，可以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、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。

林业资源林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。

农业资源农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物)；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等）；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。

能源植物泛指各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。

污水废水生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。

工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。

固体废物城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。

其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。

畜禽粪便畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质（主要是粮食、农作物秸秆和牧草等）的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。

沼气沼气就是由生物质能转换的一种可燃气体，通常可以供农家用来烧饭、照明。

四、生物质能的特点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,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用；低污染性生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；广泛分布性缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；总量十分丰富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。

广泛应用性生物质能源可以以沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、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。

五、生物质能利用现状生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。

生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。

当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶，推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施，被国家列为农村新能源建设的重点任务之一。

生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。

生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。

沼气转化是有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气。

乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。

2006年底全国已经建设农村户用沼气池1870万口，生活污水净化沼气池14万处，畜禽养殖场和工业废水沼气工程2,000多处，年产沼气约90亿立方米，为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。

中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。

2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处，年生产生物质燃气2,000万立方米。

六、生物质能发电技术一、技术原理1、生物质燃烧发电原理生物质燃烧发电是将生物质与过量的空气在锅炉中燃烧，产生的热烟气和锅炉的热交换部件换热, 产生的高温高压蒸汽在燃气轮机中膨胀做功发出电能。

在生物质燃烧发电过程中, 一般要将原料进行处理再进行燃烧以提高燃烧效率。

例如, 燃烧秸秆发电时, 秸秆入炉有多种方式: 可以将秸秆打包后输送入炉; 也可以将秸秆粉碎造粒( 压块) 后入炉或与其他的燃料混合后一起入炉。

生物质燃烧发电的技术已基本成熟, 已进入推广应用阶段, 这种技术大规模下效率较高, 单位投资也较合理, 但它要求生物质集中, 数量巨大。

2、生物质气化发电原理经处理的（以符合不同气化炉的要求）生物质原料，由进料系统送进气化炉内。

由于有限地提供氧气，生物质在气化炉内不完全燃烧，发生气化反应，生成可燃气体─—气化气。

气化气一般与物料进行热交换以加热生物质原料，然后经过冷却及净化系统。

在该过程中，灰分、固体颗料、焦油及冷凝物被除去，净化后的气体即可用于发电，通常采用蒸汽轮机、燃气轮机及内燃机。

因此,生物质气化是在高温下部分氧化的转化过程。

该过程是直接向生物质通气化剂（空气、氧气或水蒸汽），使之在缺氧的条件下转变为小分子可燃气体的过程。

生物质气化发电有3种方式。

（1）作为蒸汽锅炉的燃料燃烧生产蒸汽带动蒸汽轮机发电。

这种方式对气体要求不很严格，直接在锅炉内燃烧气化气。

气化气经过旋风分离器除去杂质和灰分即可使用，不需冷却。

燃烧器在气体成分和热值有变化时，能够保持稳定的燃烧状态，排放物污染少。

（2）在燃气轮机内燃烧带动发电机发电。

这种利用方式要求气化压力在10~30kg/cm2，气化气也不需冷却，但有灰尘、杂质等污染的问题。

（3）在内燃机内燃烧带动发电机发电。

这种方式应用广泛，而且效率较高。

但该种方式对气体要求严格，气化气必须净化及冷却。

3、生物质厌氧消化发电原理厌氧消化：在隔绝氧气的密闭反应器中，采用天然菌团将生物质分解，产生甲烷，用于发电包括：湿式连续多级发酵系统、干式单级发酵系统。

4、生物质直接燃烧技术与生物质气化技术的比较生物质直接用来燃烧简化了环节和设备，减少了投资，但利用率还比较低，利用的范围还不是很广。

由于中国生物质分布分散，成为大规模利用生物质直接燃烧技术发电较大障碍。

然而秸秆类生物质因为含有较多的K、Cl等无机物质，在燃烧过程中很容易出现严重的积灰、结渣、聚团和受热面腐蚀等碱金属问题，碱金属问题是秸秆大规模燃烧利用面临的严峻挑战，这些还需要进一步研究解决问题的方法。

生物质气化技术能够一定程度上缓解中国对气体燃料的需求，生物质被气化后利用的途径也得到相应的扩展，提高了利用效率。

七、生物质能发电装备1、燃烧发电装备生物质在适合生物质燃烧的特定锅炉中直接燃烧，产生蒸汽驱动汽轮发电机发电。

包括生物质锅炉直接燃烧发电和生物质一煤混合燃烧发电。

生物质发电装备中锅炉是关键设备，世界上生物质燃烧发电发达的几个国家目前均使用的是振动炉排锅炉，技术较为成熟，热效率也很高，达到9l％以上。

炉排炉的核心部件是炉排，通过可移动、可调节的炉排控制生物质在炉中的移动，并使炉排炉的一次空气量可调节，达到调节燃烧进程的目的。

炉排冷却方式、炉排材质方面的改进也大大提高了炉排的使用寿命。

2、气化发电装备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。

气化发电工艺包括3个过程，一是生物质气化，把固体生物质转化为气体燃料；二是气体净化，气化出来的燃气都带有一定的杂质，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。

气化炉类型分为固定床气化炉和流化床气化炉。

（1）固定床气化炉固定床气化炉中气化反应在一个相对静止的床层中进行，依次完成干燥、热解、氧化和还原反应过程，将生物质原料转变成可燃气体。

根据气流方向的不同，固定床气化器又分为上吸式气化器和下吸式气化器。

上吸式气化炉，原料从上部加入，然后依靠重力向下移动；空气从下部进入，向上经过各反应层，燃气从上部排出。

原料移动方向与气流方向相反，又称逆流式气化器。