第6章 生物质能及其利用资料
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一 生物质和生物质能
生物质能
1 生物质的概念
生物质，是指有机物中除化石燃料外所有来源于动、植物和 微生物的物质，
包括动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所 有有机物。
小知识：光合作用
新能源与分布式发电
1
2 生物质的来源
生物质能
获取生物质的途径大体上有两种情况： 一有机废弃物的回收利用， 一专门培植作为生物质来源的农林作物。 此外，某些光合成微生物也可以形成有用的生物质。
－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。
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生物质能
（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。
生物质长期以来为人类提供了最基本的燃料。 在不发达地区，生物质能在能源结构中的比例较高，例如在 非洲有些国家高达60%以上。
在当今世界能源消费结构中，仅次于煤炭、石油和天然气， 被称为“第四能源”。
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5
3 生物质能及其特点
作为一种能源资源，生物质能具有如下特点： （1）可循环再生 （2）可存储和运输 （3）资源分散 （4）大多来自废物
生物质能
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生物质能
4 我国的生物质资源
中国拥有丰富的生物质资源，理论总量有50 亿吨左右。 （1）秸秆等农业生物质 每年农作物秸秆产量达7亿吨，可作为能源的约有3亿吨。此 外，一些大型米厂每年可收集2000万吨左右的稻壳。
（2）林木生物质 林木生物质资源大多分布在我国的主要林区，其中西藏、四 川、云南三省区的蕴藏量越占全国总量的一半。
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。
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生物质能
（1）木煤气 ➢原料多为原木生产及木材加工的残余物、薪柴、农副产物。 不同的生物质气化所产生的混合气体成分可能稍有差异。 ➢目前常用的生物质燃气发生器，有热裂解装置和气化炉。 ➢热裂解是指在隔绝空气或空气不足的不完全燃烧条件下， 将生物质原料加热，将生物质大分子中的化学键切断，使其 分解为分子量较低的CO2、H2、CH4等可燃气体。 ➢气化炉原理：将原料送入炉内，加燃料后点燃，同时通过 进气口向炉内鼓风，通过一系列氧化还原反应形成煤气。 ➢生物煤气中可燃气体所占比例较低，热值较低。
（3）有机废水 工业有机废水和生活污水，往往也含有丰富的有机物。
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生物质能
3 生物质能及其特点
生物质能，指蕴藏在生物质中的能量， 是直接或间接地通过光合作用，把太阳能转化为化学能后固定 和贮藏在生物体内。 每年生成的生物质总量达1400～1800亿吨，所蕴含的生物质能 相当于目前世界耗能总量的10倍左右。
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。
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2 生物质能利用的形式来自生物质能生物质能利用，主要是将生物质转变为可直接利用的热能、 电能和可存储的燃料。
生物质的组成与化石燃料大体相同，利用方式也类似。常规 能源的利用技术无需大改，即可应用于生物质能。
但生物质的种类繁多，各有不同的属性和特点，应用方式也 趋于多样，可能远比化石燃料的利用更复杂。
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2 生物质能利用的形式
生物质能
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三 生物质燃料
生物质能
1 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；
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2.2 其它形式的生物质
生物质能
（1）动物粪便 动物粪便是从植物体转化而来的，富含有机物，数量也很大。 发酵释放大量温室气体；若处理不善，还会对水体造成污染。
（2）城市垃圾 城市垃圾成分比较复杂，居民生活垃圾，办公、服务业垃圾，
部分建筑业垃圾和工业有机废弃物都含有大量有机物。
猜一猜：平均每个家庭每年会产生多少垃圾？
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2.1 农林作物形成的生物质
（1）农林作业和加工的废弃物 例如：农作物的秸秆，残渣和谷壳；
林木的残枝、树叶、锯末、果核、果壳等。
生物质能
（2）专门培植的农林作物 例如：
白杨等薪炭林树种，桉树等能源作物，苜蓿等草本植物。 造酒精的甜高粱，产糖的甘蔗，及向日葵等油料作物。 此外，海洋和湖泊也提供大量生物质。
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生物质能
生物质能的主要分布区在西南、东北、河南、山东等地。
我国生物质能的分布与常规能源有一定程度的互补，在一次 能源蕴藏量较低的地区往往有开发生物质能的巨大潜力。
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二 生物质能利用概述
生物质能
1 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。
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生物质能
（3）禽畜粪便 主要来源是大牲畜和大型畜禽养殖场，集约化养殖所产生的 畜禽粪便就有4亿吨左右。 主要分布在河南、山东、四川、河北等养殖业和畜牧业较为 发达的地区。 （4）城市垃圾和废水 工业有机废水排放量高达20多亿吨(不含乡镇工业)。每年城 市垃圾产量不少于1.5亿吨，有机物的含量约为37.5％。
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（2）固体成型燃料
生物质能
其能源密度相当于中等烟煤，热值显著提高，便于储运。
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2 气体生物质燃料
气体燃料的优点包括： ① 既可直接燃烧，又能用来驱动发动机和涡轮机； ② 能量转化效率比生物质直接燃烧高； ③ 便于运输；等等。
生物质能
（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” 。
生物质能
1 生物质的概念
生物质，是指有机物中除化石燃料外所有来源于动、植物和 微生物的物质，
包括动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所 有有机物。
小知识：光合作用
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2 生物质的来源
生物质能
获取生物质的途径大体上有两种情况： 一有机废弃物的回收利用， 一专门培植作为生物质来源的农林作物。 此外，某些光合成微生物也可以形成有用的生物质。
－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。
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生物质能
（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。
生物质长期以来为人类提供了最基本的燃料。 在不发达地区，生物质能在能源结构中的比例较高，例如在 非洲有些国家高达60%以上。
在当今世界能源消费结构中，仅次于煤炭、石油和天然气， 被称为“第四能源”。
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3 生物质能及其特点
作为一种能源资源，生物质能具有如下特点： （1）可循环再生 （2）可存储和运输 （3）资源分散 （4）大多来自废物
生物质能
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生物质能
4 我国的生物质资源
中国拥有丰富的生物质资源，理论总量有50 亿吨左右。 （1）秸秆等农业生物质 每年农作物秸秆产量达7亿吨，可作为能源的约有3亿吨。此 外，一些大型米厂每年可收集2000万吨左右的稻壳。
（2）林木生物质 林木生物质资源大多分布在我国的主要林区，其中西藏、四 川、云南三省区的蕴藏量越占全国总量的一半。
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。
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生物质能
（1）木煤气 ➢原料多为原木生产及木材加工的残余物、薪柴、农副产物。 不同的生物质气化所产生的混合气体成分可能稍有差异。 ➢目前常用的生物质燃气发生器，有热裂解装置和气化炉。 ➢热裂解是指在隔绝空气或空气不足的不完全燃烧条件下， 将生物质原料加热，将生物质大分子中的化学键切断，使其 分解为分子量较低的CO2、H2、CH4等可燃气体。 ➢气化炉原理：将原料送入炉内，加燃料后点燃，同时通过 进气口向炉内鼓风，通过一系列氧化还原反应形成煤气。 ➢生物煤气中可燃气体所占比例较低，热值较低。
（3）有机废水 工业有机废水和生活污水，往往也含有丰富的有机物。
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3 生物质能及其特点
生物质能，指蕴藏在生物质中的能量， 是直接或间接地通过光合作用，把太阳能转化为化学能后固定 和贮藏在生物体内。 每年生成的生物质总量达1400～1800亿吨，所蕴含的生物质能 相当于目前世界耗能总量的10倍左右。
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。
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2 生物质能利用的形式来自生物质能生物质能利用，主要是将生物质转变为可直接利用的热能、 电能和可存储的燃料。
生物质的组成与化石燃料大体相同，利用方式也类似。常规 能源的利用技术无需大改，即可应用于生物质能。
但生物质的种类繁多，各有不同的属性和特点，应用方式也 趋于多样，可能远比化石燃料的利用更复杂。
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2 生物质能利用的形式
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三 生物质燃料
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1 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；
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2.2 其它形式的生物质
生物质能
（1）动物粪便 动物粪便是从植物体转化而来的，富含有机物，数量也很大。 发酵释放大量温室气体；若处理不善，还会对水体造成污染。
（2）城市垃圾 城市垃圾成分比较复杂，居民生活垃圾，办公、服务业垃圾，
部分建筑业垃圾和工业有机废弃物都含有大量有机物。
猜一猜：平均每个家庭每年会产生多少垃圾？
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2.1 农林作物形成的生物质
（1）农林作业和加工的废弃物 例如：农作物的秸秆，残渣和谷壳；
林木的残枝、树叶、锯末、果核、果壳等。
生物质能
（2）专门培植的农林作物 例如：
白杨等薪炭林树种，桉树等能源作物，苜蓿等草本植物。 造酒精的甜高粱，产糖的甘蔗，及向日葵等油料作物。 此外，海洋和湖泊也提供大量生物质。
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生物质能
生物质能的主要分布区在西南、东北、河南、山东等地。
我国生物质能的分布与常规能源有一定程度的互补，在一次 能源蕴藏量较低的地区往往有开发生物质能的巨大潜力。
新能源与分布式发电
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二 生物质能利用概述
生物质能
1 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。
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生物质能
（3）禽畜粪便 主要来源是大牲畜和大型畜禽养殖场，集约化养殖所产生的 畜禽粪便就有4亿吨左右。 主要分布在河南、山东、四川、河北等养殖业和畜牧业较为 发达的地区。 （4）城市垃圾和废水 工业有机废水排放量高达20多亿吨(不含乡镇工业)。每年城 市垃圾产量不少于1.5亿吨，有机物的含量约为37.5％。
新能源与分布式发电
14
（2）固体成型燃料
生物质能
其能源密度相当于中等烟煤，热值显著提高，便于储运。
新能源与分布式发电
15
2 气体生物质燃料
气体燃料的优点包括： ① 既可直接燃烧，又能用来驱动发动机和涡轮机； ② 能量转化效率比生物质直接燃烧高； ③ 便于运输；等等。
生物质能
（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” 。