生物质能源的开发与利用

应用能源技术2007年第11期(总第119期)生物质能源的开发与利用李守伟李巍2(1平顶山市瑞平煤电有限公司,平顶山汝州,467535;2.海洋石油工程殷份有限公司,塘沽天津,300451)摘要:根据当前的能源状况,详细介绍了生物质能源的特点以及生物质能源的开发和利用情况,阐逑了开发生物质能源的重要性,生物质能源是最有潜力的可再生资源,着重论述了生物质能源应用技术及其前景。关键词:能源;特点;应用;前景中图分类号:TK6文献标识码:B文章编号:1009-3230(200711-0040-03Exploiting and Using of Biology Quality EnergyLI Shou-wei. LI Wei2(1. Ruiping Electric and Coal Co Ltd, Pingdingshan, Ruzhou, 467535;2. offshore Oil Engineering Co Ltd, Tanggu, Tianjin, 300451)Abstract: Based on present energy source condition, the article introduces the character of biology qualityenergy and the exploiting and using of biology quality energy. This article diseusses the importance of en-vironment effects of fossil energy sources and exploits and uses regeneration energy sources. Biology qualityenergy is the most potential regeneration energy source. The article discusses stressfully the technology andapplication of biology energyKey words: Energy sources; Application i Feature; Foreground0前言化学能后固定和储藏在生物质内的能量。生物质步入2世纪,人类正面临着经济增长和环境能源具有以下特点:保护的双重压力,能源的保护、开发与利用已是非1.1生物质产量极大常重要。自20世纪70年代大规模开采以来,煤、生物质能源是世界的第四大能源,根据生物石油和天然气等化石原料在能源消费结构中占有学家估算,地球陆地每年生产100-1250亿t干较大比重。地球上蕴藏的煤可开采200年,石油生物质;海洋年生产50亿t干生物质。生物质可开采30~40年而天然气按储采比只能用60能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量以解決能源问题迫在眉睫。生物质燃料是光合作当丰富,数量庞大,形式繁多,薪材资源量为13用产生的有机可燃物质的总称,其来源丰富,是唯吨标准煤加上粪便、城市垃圾等资源总量估计可存储和运输的可再生能源在人类未来的能可达65亿t标准煤。随着农林业的发展特别源系统中也将占有重要地位。是探薪林的推广,生物质资源还将越来越多。1生物质能源的特点1.2可再生性生物质能源来源于生物质主要是直接或间生物质属可再生资源,生物质能通过植物的接地通过绿色植物的光合作用把太阳能转化为光合作用可以再生。与风能、太阳能等同属可再生能收稿日期:2007-10-15修订稿日期的科中国煤化工质符合可持续作奢简介:李守伟(1980~),勇本科,助理年1.3CNMHG从哈尔滨工业大学热能与动力工直从事循环流化床的运行和检修生物质的硫含量很低,有的生物质甚至不含平电厂从事锅炉运行专工工作硫氮含量也很低,所以燃烧过程中的SOx、NOx7年第11期(总第119期)应用能源技术较少,可以起到减排CO2的作用。因为传统的矿代替煤以达到节能的目的,或应用于对污染要求物燃料在燃烧过程中,排放出CO2气体在大气特别严格的场所如饭店烧烤等。层中不断积累工业化前期大气中CO2浓度按体22热化学过程积比在空气中占0.028%,到1980年已增加到热化学过程是将生物质转换成更有价值或更0.034%,预计到下世纪初将提高到0.06%。温方便的产品,可分为气化热解液化。所谓气化是室气体在大气中的浓度不断增加导致气候变暖,指将固体或液体燃料转化为气体燃料的热化学过而生物质既是低碳燃料又由于其生产过程中吸程。在这个过程中在气化装置里游离氧或结合收CO成为温室气体。因此,随着国际社会对温氧与燃料中的碳进行热化学反应,生成可燃气体。室气体减排联合行动付诸实施大力开发生物质燃料的气化和燃料的燃烧是不可分割的固体燃能源资源对于改善我国以化石燃料为主的能源料气化过程的基础是碳的燃烧,这是因为①碳是结构特别是为农村地区供清洁方便能源具有十大多数固体燃料中有机物质的主要组成部分;②分重要的意义。碳的燃烧是反应过程中一个最大的阶段,因此,这生物质作为燃料时,由于它在生长时所需二个阶段决定整个燃烧气化过程:③碳的燃烧是热氧化碳的量与排放量相当因面对大气的二氧化的主要来源反应过程的其他各个阶段进行的质碳净排放量近似于零可有效地减轻温室效应。量取决于碳燃烧阶段中放热的状况。此外,生物质燃烧后的残渣只占原材料的1%热解是指在中温(5℃左右),高加热速率2%,并且可以做肥料,滅少了环境污染。(可达1000℃/s)和极短的气体停留时间(约2)的2生物质能源的开发利用条件下生物质发生的热降解反应,生成的气体经2.1直接燃烧技术快速冷却后可获得液体生物油。所得的油品基本直接燃烧是把生物质转换成能量所通用的基上不含硫氮和金属成分是一种绿色燃料。生产本过程如各种规模的工业过程空间加热、煮饭过程在常压和中温下进行其优点是工艺简单成及家庭供暖等。大致可分炉灶燃烧、炕连灶及地本低装置容易小型化产品便于运输存储。炕燃烧技术锅炉燃烧垃圾焚烧和成型燃料燃烧2.3生物化学过程五种情况。生物化学过程是利用生物化学作用或微生物炉灶燃烧是最原始的利用方法,一般适用于的新陈代谢作用生产气体或液体燃料如沼气、氢农村或山区分散独立的家庭用炉,它的投资最省,气和生物乙醇。沼气是有机物质在厌氧环境中,在一定的温灶及地炕燃烧技术较炉灶燃烧效事有所提高,可度、湿度酸碱度的条件下,通过微生物发酵作用,达30%,也是目前北方农村常用的技术。199年产生的一种可燃气体。由于这种气体最初是在沼农村地区直接烧掉的秸秆和薪柴为4.25亿吨折泽、湖泊池塘中发现的,所以人们叫它沼气。沿2亿多吨标煤占农村生活能耗的60%农村总能气含有多种气体主要成分是甲烷(CH)。沼气耗的32%。细菌分解有机物,产生沼气的过程,叫沼气发酵。锅炉燃烧采用了现代化的锅炉技术,适用于根据沼气发酵过程中各类细菌的作用沼气细菌大规模利用生物质它的主要优点是效率高并且可以分为两大类。第一类细萬叫做分解菌它的可实现工业化生产。主要缺点是投资高而且不作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二适于分散的小规模利用,生物质必须相对比较集氧化碳(CO)等。它们当中有专门分解纤维素中才能采用本技术;垃圾焚烧也是采用锅炉技术蹬叫纤维分解菌;有专门分解蛋白质的,叫蛋白处理垃圾,但由于垃圾的品位低腐蚀性强所以分解菌;有专门分解脂肪的,叫脂肪分解菌;第二它要求技术更高投资更大。从能量利用的角度类细菌叫含甲烷细菌通常叫甲烷菌它的作用是来讲,它也必须规模较大才比较合理;成型燃料燃把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。烧是把生物质固化成型后再釆用传统的燃煤设备因此有就比工厂里生产燃用,主要优点是所采用的热力设备是传统的定-种产中国煤化工菌将便秸型产品,不必经过特殊的设计或处理,主要缺点是秆、杂CNMH品结构运行成本高所以它比较适合企业对原有设备进简单的化合巷;再就是在甲烷细菌的作用下将简行技术改造时在不重复投资的前提下,以生物质单的化合物加工成产品——即生成甲烷。产生的42应用能源技术200年第1期(总第119期)甲烷在很大程度上能解决农村能源短缺问题专发展家们认为,世纪沼气在农村仍将成为主要能源31发展生物质能源就造一个“绿色大庆全球生物质能的储量为18000亿吨,相当于在20世纪7年代在生物制氢研究领域,人640亿吨石油。我国生物质能源至少有相当于7们以碳水化合物为供氢体,利用纯的光合细菌或个大庆的能源产出量。发展生物质能源有效利厌氧细菌制备氢气,并先后用一些微生物载体或用部分生物质能源至少能够形成一个“绿色大包埋剂细菌固定化的一系列反应器系统进行了庆”,有效地缓解能源短缺的压力。利用荒地南研究。直到20世纪90年后期,人们直接以厌氧方草地盐碱地等发展生物质能不会与人争粮、活性污泥作为天然产气微生物,以碳水化合物为与粮争地。目前我国利用以陈化粮高梁、甘蔗、供氢体,通过厌氧发酵成功制备出生物氢气,因而甘薯生产燃料酒精的技术已基本成熟在石油价使生物制取成本大大降低。与传统的物理化学方格45美元以上时,能够做到不需要国家补贴,只法相比生物制氢具有节能可再生和不消耗矿物要在税收政策上给予支持就能进行规模化生产。资源等许多突出的优点在氢生产及其应用技术我国生物柴油生产工艺也已取得重大突破生产研究开发中的地位也越来越显著,世界上许多国成本明显下降有望在近期实现产业化而国外燃家都投入了大量的人力物力对生物制氢技术进行料酒精生物柴油已经进入产业化阶段。在当前开发研究石油价格高位运行我国石油资源短缺的形势下,醇类燃料也越来越受到重视生物质制取乙发展生物质能已经是一个战略的选择。醇的方法一般是发酵法其原料有三类:-是含糖3.2大力推进生物质能源发电作物或副产品,如甘薯、甜菜、甜高粱、甜蜜等;二首先,生物质能发电在可再生能源发电中电是含淀粉物质如玉米、高梁、小麦、红薯、马铃薯电等间歇性发电要好得多可以作为小水电风等;三是纤维素原料,如木材木屑和谷秸杆等。电、太阳能发电的补充能源,具有很高的经济价巴西是世界上用发酵法生产乙醇最多的国家,其值;其次,在全面建设小康社会的目标下,农村能主要原料是甘蔗源结构由传统生物质能利用为主向现代化方向转24生物质颗粒燃料燃烧拓性化,生物质能发电是这种转化的重要途径;第三,(1)着火温度低。生物质燃料挥发纷比例丰富的生物质能资源亟待有效开发利用加工增般都较高,通常可达%-8%,且热解释放挥值,以促进经济发展。发分的温度较低(约250-30℃),因而采用生33在流化床锅炉上的应用前轰物质燃料可以大大降低燃烧的点火温度。(1)生物质颗粒燃料热值接近劣质煤,流化床(2)燃料粒度均匀且粒度可调配风容易,炭锅炉无需大的政动即可燃用。粒结构疏松,燃尽率高燃烧后炉渣含炭率一般低(2)采用流化床燃烧,通过控制炉温及床料能于2%。够有效解决生物质燃烧的结焦问题。(3)挥发分含量高释放速度快,因此其燃烧(3)燃尽率髙,能够取得较高的燃烧效率。速度快,且需要较大的二次风比例(4)燃烧速度快燃烧负荷高于燃煤。4)颗粒燃料密度接近烟煤的密度。能量密(5)生物质颗粒燃料粒度及密度均可在其生度与劣质煤相当可直接作为煤炭替代燃料使用。产中调整能够较好保证其流化性能。(5)灰熔点较低,易结焦,一般在70℃~(6)具有明显的环保效益。800℃即出现烧结现象。参考文献3·生物质能源的前景[1]黄宝圣,我国植物生物质能源开发展望[门太阳能,生物质能源是一个巨大的太阳能仓库,是重2003年第1期,2]张纪庄生物质能利用方式的分析比较[]新能源要的“绿色能源”之一,可以讲开发利用植物生物及工艺,200质能源就是开发利用太阳能。植物生物质能源3]论牛物经济作用的十大作用与趋势[!]科可以再生取之不尽,取之不竭。因此,根据我国中国煤化工国情和当今国际社会“新思维新料学新技术”的CNMH与展型]发展态势发展植物生物质为原料的绿色能源转[s]王革华,我国生物质利用技术展望]农业工程学化技术符合本世纪发展的主题——社会可持续