可再生能源发电技术 教学课件 程明 第5章 生物质发电
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✓ 生物质单位质量热值较低，而且一般生物质中水分含 量大而影响了生物质的燃烧和热解特性；
✓ 生物质的分布比较分散，收集运输和预处理的成本较 高；
✓ 可再生性。生物质通过植物的光合作用可以再生，与 风能、太阳能等同属于可再生能源，其资源丰富，可 保证能源的永续利用。
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生物质能转化利用技术
物理法
3
5.1 生物质概述
绿色植物成为地球上最重要的光能转换器和能源之源。 碳水化合物是光能储藏库，生物质是光能循环转化的 载体，此外，煤炭、石油和天然气也是远古时代的绿 色植物在地质作用影响下转化而成的。
生物质：通过太阳的光合作用而形成的各种有机体的 总称，包括所有动植物和微生物。
生物质能（biomass energy）：太阳能以化学能形式 贮存于生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能 量。
燃烧：燃料中的可燃成分与氧发生激烈的氧化反应， 在反应过程中释放出大量热量，并使燃烧产物的温 度升高。
生物质燃烧过程的四个阶段： ➢ 预热和干燥阶段 ➢ 挥发分析出及木炭形成阶段 ➢ 挥发分燃烧阶段 ➢ 固定碳燃烧阶段
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生物质燃烧技术：主要分为层燃、悬浮燃烧和流化 床等三种形式。
层燃过程：炉排和灰渣层预热冷空气，在氧
种类：鼓泡流化床、循环流化床
为了保证流化床内稳定的燃烧，流化床内常加入大 量的惰性床料来蓄存热量，占总床料的90%～98%， 惰性床料有石英砂、石灰石和高铝矾土等。
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悬浮燃烧技术：悬浮燃烧是首先将燃料磨成细粉，然 后用空气流经燃烧器将燃料喷入炉膛，并在炉膛内 进行燃烧。其特点是将燃料投入连续、缓慢转动的 筒体内焚烧直到燃烬，故能够实现燃料与空气的良 好接触和均匀充分的燃烧。西方国家多将该类焚烧 炉用于有毒、有害工业垃圾的处理。
11
生物质燃气炉
12
生物质水暖锅炉
生物质洁燃气化锅炉
13
生物质洁燃锅炉
生物质能转化技术的应用前景： ✓ 高效直接燃烧技术和设备； ✓ 薪材集约化综合开发利用； ✓ 生物质能的液化、气化等新技术开发利用； ✓ 城市生活垃圾的开发利用； ✓ 能源植物的开发。
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我国发展和利用生物质能源的意义 1. 拓宽农业服务领域、增加农民收入 2. 缓解我国能源短缺、保证能源安全 3. 治理有机废弃物污染、保护生态环境 4. 广泛应用生物技术、发展基因工程
化层预热的空气与炽热的木炭相遇发生剧烈的 氧化反应，大量消耗氧气并生成二氧化碳和一 氧化碳，在氧化层末端气体的温度将达到最高； 在还原层，气流中二氧化碳与碳起还原反应， 即CO2+C→2CO，温度越高，速度越快；生物 质投入炉中形成的新燃料层被加热干燥、干馏， 将水汽、挥发分等带离燃料层进入炉膛空间， 挥发分及一氧化碳着火燃烧，形成木炭。
形式：固定炉排、滚动炉排、振动炉排、 往复推动炉排等
生物质
新燃料层 干燥层 干馏层 还原层 氧化层 灰渣层
炉排
空气
层燃过程
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流化床技术：流化床是基于气固流态化的一项技术， 即当气流流过一个固体颗粒的床层时，若其流速达 到使气流流阻压降等于固体颗粒层的重力时，固体 床料被流态化。其适应范围广，能够使用一般燃烧 方式无法燃烧的石煤等劣质燃料、含水率较高的生 物质及混合燃料等，此外，流化床燃烧技术还可以 降低尾气中氮与硫的氧化物等有害气体含量，保护 环境，是一种清洁燃烧技术。
压缩成型
成型燃料
生物质资源
热化学转化 化学转化
直接燃烧 气化 热解
加压液化 酯化
间接液化
热量 可燃气 生物油、 炭、可燃气 生物柴油 生物油
生物油
水解
乙醇
生化转化
发酵
乙醇
沼气技术
沼气
10
生物质能的实用转化技术
生物质压缩成型和固体燃料制取技术 生物质气化技术 生物质热裂解液化制取生物油技术 干湿法厌氧消化制取沼气技术
4
生物质能存在形式
森林能源及其废弃物 农作物及其副产物 禽畜粪便 生活垃圾 水生植物 油料植物
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生物质资源十分丰富：据估计，地球上蕴藏的生物质达18000亿
吨，而植物每年经光合作用合成的生物质干重约有1440亿～1800亿吨。 生物质能源的年产量约为现在世界能源消费总和的10倍。目前生物质 已成为仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，约占全球总能耗的 14％。据预测，到2050年，生物质能用量将占全球燃料直接用量的38 ％，发电量占全球总电量的17％。
我国生物质资源十分丰富，资源 总量不低于30亿吨干物质/年， 相当于10亿多吨油当量，约为 我国目前石油消耗量的3倍。并 且生物质能含硫量极低，仅为 3%，不到煤炭含硫量的1/4。 发展生物质发电，实施煤炭替代， 可显著减少二氧化碳和二氧化硫 排放，产生巨大的环境效益。
注：traditionalrenewable主要为发展中国家的生物质能
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生物质发电技术
由于电能具有清洁、易传输、易使用等优良特性，只 要提供电能，几乎所有的设备都可以满足各自的需要 。因而生物质能除了直接转化成热能供消费外，最终 消费形式还是以转化成电能为主。生物质能的发电主 要有沼气发电、垃圾焚烧发电以及生物质燃料发电等 形式。
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生物质发电技术
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5.2 生物质的燃烧发电技术
图1UNDP关于世界未来能源构成的一种情景
6
汽化炉
生物废料 灰烬
7
光合作用 雨
矿物
Biomass
生物质能具有以下特点： ✓ 生物质利用过程中具有二氧化碳零排放特性；由于生
物质在生长期需要的CO2相当于它排放的CO2的量， 因而生物质能的利用对大气的CO2净排放量近似等于 零，可有效降低温室效应； ✓ 生物质含硫、含氮都较低，灰分含量也较少，燃烧后 SOx、NOx和灰尘排放量都较化石燃料小得多，是一 种清洁的燃料； ✓ 生物质资源分布广、产量大、转化方式多种多样；
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可再生能源发电技术
程明、张建忠、王念春 编著第5章 生物质发电5.1 生物质概述 5.2 生物质的燃烧发电技术 5.3 生物质的气化发电技术 5.4 生物质的生物转化发电技术
✓ 生物质单位质量热值较低，而且一般生物质中水分含 量大而影响了生物质的燃烧和热解特性；
✓ 生物质的分布比较分散，收集运输和预处理的成本较 高；
✓ 可再生性。生物质通过植物的光合作用可以再生，与 风能、太阳能等同属于可再生能源，其资源丰富，可 保证能源的永续利用。
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生物质能转化利用技术
物理法
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5.1 生物质概述
绿色植物成为地球上最重要的光能转换器和能源之源。 碳水化合物是光能储藏库，生物质是光能循环转化的 载体，此外，煤炭、石油和天然气也是远古时代的绿 色植物在地质作用影响下转化而成的。
生物质：通过太阳的光合作用而形成的各种有机体的 总称，包括所有动植物和微生物。
生物质能（biomass energy）：太阳能以化学能形式 贮存于生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能 量。
燃烧：燃料中的可燃成分与氧发生激烈的氧化反应， 在反应过程中释放出大量热量，并使燃烧产物的温 度升高。
生物质燃烧过程的四个阶段： ➢ 预热和干燥阶段 ➢ 挥发分析出及木炭形成阶段 ➢ 挥发分燃烧阶段 ➢ 固定碳燃烧阶段
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生物质燃烧技术：主要分为层燃、悬浮燃烧和流化 床等三种形式。
层燃过程：炉排和灰渣层预热冷空气，在氧
种类：鼓泡流化床、循环流化床
为了保证流化床内稳定的燃烧，流化床内常加入大 量的惰性床料来蓄存热量，占总床料的90%～98%， 惰性床料有石英砂、石灰石和高铝矾土等。
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悬浮燃烧技术：悬浮燃烧是首先将燃料磨成细粉，然 后用空气流经燃烧器将燃料喷入炉膛，并在炉膛内 进行燃烧。其特点是将燃料投入连续、缓慢转动的 筒体内焚烧直到燃烬，故能够实现燃料与空气的良 好接触和均匀充分的燃烧。西方国家多将该类焚烧 炉用于有毒、有害工业垃圾的处理。
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生物质燃气炉
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生物质水暖锅炉
生物质洁燃气化锅炉
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生物质洁燃锅炉
生物质能转化技术的应用前景： ✓ 高效直接燃烧技术和设备； ✓ 薪材集约化综合开发利用； ✓ 生物质能的液化、气化等新技术开发利用； ✓ 城市生活垃圾的开发利用； ✓ 能源植物的开发。
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我国发展和利用生物质能源的意义 1. 拓宽农业服务领域、增加农民收入 2. 缓解我国能源短缺、保证能源安全 3. 治理有机废弃物污染、保护生态环境 4. 广泛应用生物技术、发展基因工程
化层预热的空气与炽热的木炭相遇发生剧烈的 氧化反应，大量消耗氧气并生成二氧化碳和一 氧化碳，在氧化层末端气体的温度将达到最高； 在还原层，气流中二氧化碳与碳起还原反应， 即CO2+C→2CO，温度越高，速度越快；生物 质投入炉中形成的新燃料层被加热干燥、干馏， 将水汽、挥发分等带离燃料层进入炉膛空间， 挥发分及一氧化碳着火燃烧，形成木炭。
形式：固定炉排、滚动炉排、振动炉排、 往复推动炉排等
生物质
新燃料层 干燥层 干馏层 还原层 氧化层 灰渣层
炉排
空气
层燃过程
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流化床技术：流化床是基于气固流态化的一项技术， 即当气流流过一个固体颗粒的床层时，若其流速达 到使气流流阻压降等于固体颗粒层的重力时，固体 床料被流态化。其适应范围广，能够使用一般燃烧 方式无法燃烧的石煤等劣质燃料、含水率较高的生 物质及混合燃料等，此外，流化床燃烧技术还可以 降低尾气中氮与硫的氧化物等有害气体含量，保护 环境，是一种清洁燃烧技术。
压缩成型
成型燃料
生物质资源
热化学转化 化学转化
直接燃烧 气化 热解
加压液化 酯化
间接液化
热量 可燃气 生物油、 炭、可燃气 生物柴油 生物油
生物油
水解
乙醇
生化转化
发酵
乙醇
沼气技术
沼气
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生物质能的实用转化技术
生物质压缩成型和固体燃料制取技术 生物质气化技术 生物质热裂解液化制取生物油技术 干湿法厌氧消化制取沼气技术
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生物质能存在形式
森林能源及其废弃物 农作物及其副产物 禽畜粪便 生活垃圾 水生植物 油料植物
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生物质资源十分丰富：据估计，地球上蕴藏的生物质达18000亿
吨，而植物每年经光合作用合成的生物质干重约有1440亿～1800亿吨。 生物质能源的年产量约为现在世界能源消费总和的10倍。目前生物质 已成为仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，约占全球总能耗的 14％。据预测，到2050年，生物质能用量将占全球燃料直接用量的38 ％，发电量占全球总电量的17％。
我国生物质资源十分丰富，资源 总量不低于30亿吨干物质/年， 相当于10亿多吨油当量，约为 我国目前石油消耗量的3倍。并 且生物质能含硫量极低，仅为 3%，不到煤炭含硫量的1/4。 发展生物质发电，实施煤炭替代， 可显著减少二氧化碳和二氧化硫 排放，产生巨大的环境效益。
注：traditionalrenewable主要为发展中国家的生物质能
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生物质发电技术
由于电能具有清洁、易传输、易使用等优良特性，只 要提供电能，几乎所有的设备都可以满足各自的需要 。因而生物质能除了直接转化成热能供消费外，最终 消费形式还是以转化成电能为主。生物质能的发电主 要有沼气发电、垃圾焚烧发电以及生物质燃料发电等 形式。
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生物质发电技术
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5.2 生物质的燃烧发电技术
图1UNDP关于世界未来能源构成的一种情景
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汽化炉
生物废料 灰烬
7
光合作用 雨
矿物
Biomass
生物质能具有以下特点： ✓ 生物质利用过程中具有二氧化碳零排放特性；由于生
物质在生长期需要的CO2相当于它排放的CO2的量， 因而生物质能的利用对大气的CO2净排放量近似等于 零，可有效降低温室效应； ✓ 生物质含硫、含氮都较低，灰分含量也较少，燃烧后 SOx、NOx和灰尘排放量都较化石燃料小得多，是一 种清洁的燃料； ✓ 生物质资源分布广、产量大、转化方式多种多样；
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可再生能源发电技术
程明、张建忠、王念春 编著第5章 生物质发电5.1 生物质概述 5.2 生物质的燃烧发电技术 5.3 生物质的气化发电技术 5.4 生物质的生物转化发电技术