第28卷增刊長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)VoL 28, Sup2007F7A-Journal of Changchun University of Techonology (Natural Science Edition)淺論生物質(zhì)能源和生物質(zhì)能發(fā)電田曉東,張典,陸軍(吉林省能源研究所,吉林長春130012)摘要:討論了生物質(zhì)能的特點以及可開發(fā)性。特別生物質(zhì)氣化發(fā)電,靈活機動性較強,便于使用。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)能;可再生;氣化發(fā)電中圖分類號:TK6文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1006-2939(2007)S1-0008-04Biological energy resources and biologicalenergy power generationTiAN Xiao-dong, ZHANG Dian, LU Jun(ilin Province Energy Research Institute, Changchun 130012, China)Abstract: The features and developability of the biological material energy is discussed here. Thegasification power generation of biological material is easy to be realized.Key words: biological material energy; renewable, gasification power generation.1淺論生物質(zhì)能源據(jù)計算,全球每年由光合作用產(chǎn)生而儲存于各種植物體中的碳多達2×101t,含能量多達1生物質(zhì)能源3×101kJ,可開發(fā)的能量大約相當(dāng)于目前全世界生物質(zhì)是生物質(zhì)能的載體,是由光合作用固總能耗的10倍。我國生物質(zhì)能資源相當(dāng)豐富,理定在各種有機體中的太陽能。論生物質(zhì)能資源約有50×10t標(biāo)準(zhǔn)煤,是我國目生物質(zhì)能是太陽能的一種自然轉(zhuǎn)換形式,其前總能耗的4倍。分布之廣、儲量之大是其它任何能源所不能比擬生物質(zhì)能是可再生能源中的一個分支,國際的,它的突出特點是可以年復(fù)一年地再生,是取之能源署能源統(tǒng)計資料中顯示,在2000年的世界不盡用之不竭的。次能源供應(yīng)總量中,可再生能源的供應(yīng)量占總供生物質(zhì)能是地球植被在太陽輻射能的作用應(yīng)量13.8%這其中可燃性可再生能源(生物質(zhì)下吸收空氣中的二氧化碳(CO2)和土壤中的水能)占其中11.0%的份額其余28%的份額由水(H2O),最終合成碳水化合物(CH2O),轉(zhuǎn)化為化能地?zé)崮?、太陽?直接利用的)風(fēng)能潮汐能構(gòu)學(xué)能而固定下來的一種自然資源。用化學(xué)方程式成。表示為;2000年世界一次能源供應(yīng)總量構(gòu)成如圖1所示。CO2+H2OCH2O+O2↑全球可再生能源發(fā)展展望如圖2所示。中國煤化工收日期:200706-25基金項目:國家振興東北老工業(yè)基地基金資助項目CNMHG作者簡介:田曉東(1940一),男滿族,遼寧奉城人,吉林省能源研究所高級上框那,安員甲新漢廈開物開發(fā)利用技術(shù)研究,E-mail:jlzd2008@163.com.增刊田曉東,等:淺論生物質(zhì)能源和生物質(zhì)能發(fā)電燒有較大提高。氣化技術(shù)形式多樣,目前主要有1.1%核能其它05%潮沙能沼氣發(fā)酵技術(shù)和熱解氣化技術(shù)沼氣發(fā)酵技術(shù)是利用有機廢棄物(如作物秸石汕可再生可燃性太陽能稈、糞便、有機廢水)轉(zhuǎn)化為氣體燃料,從而降解掉地?zé)崮艽罅康挠袡C質(zhì)。生物質(zhì)熱解氣化技術(shù),是將生物質(zhì)原料加熱,23.5%逸出揮發(fā)物,并在高溫下熱解。熱解后的產(chǎn)物與圖12000年世界一次能源供應(yīng)總量構(gòu)成氣化介質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)并燃燒,放出熱量用于維1800郾|可再生能源持原料干燥、裂解和還原反應(yīng),最終生成了含有s可燃性叮再生能源CO、H2、CH4、N2和CnH。的混合氣體。14000其它可再生能源生物質(zhì)液化技術(shù)又分生物質(zhì)水解發(fā)酵制取乙可再作能源的比例一醇技術(shù)、生物質(zhì)裂解液化技術(shù)和生物質(zhì)直接液化技術(shù)。生物質(zhì)致密成型也是一種利用技術(shù),尤其是生物質(zhì)致密顆粒成型用于取暖替代煤和柴油,具有國際市場。年份我國的生物質(zhì)資源非常豐富,但是生物質(zhì)轉(zhuǎn)圖2全球可再生能源發(fā)展展望化利用還是剛剛起步。1.2開發(fā)利用生物質(zhì)能源的戰(zhàn)略意義1.4生物質(zhì)利用現(xiàn)狀及問題用現(xiàn)代高新技術(shù)開發(fā)利用生物質(zhì)能,解決人目前,我國的生物質(zhì)能利用方式和轉(zhuǎn)換技術(shù)類面臨的經(jīng)濟增長和環(huán)境保護的雙重壓力對于不算最先進。除部分經(jīng)濟能源充裕地區(qū)大面積推建立可持續(xù)發(fā)展的能源體系,促進社會經(jīng)濟發(fā)展廣普及沼氣池和節(jié)柴灶外,大部分農(nóng)村地區(qū)還是和生態(tài)環(huán)境改善具有戰(zhàn)略意義。延用傳統(tǒng)的生活用能方式,對秸稈、鋸屑等農(nóng)林廢在面臨礦產(chǎn)資源枯竭的背景下,全世界都在棄物未經(jīng)過加工直接燃燒。其轉(zhuǎn)換效率僅為謀求以循環(huán)經(jīng)濟、生態(tài)經(jīng)濟為指導(dǎo)堅持可持續(xù)發(fā)10%~15%而且不方便,不衛(wèi)生,生態(tài)環(huán)境效益展戰(zhàn)略。從保護人類自然資源和生態(tài)環(huán)境出發(fā),差,生物質(zhì)能占我國農(nóng)村能源消費總量的61%充分有效利用可再生的、巨大的生物質(zhì)資源。靠近商品能源產(chǎn)區(qū)的地區(qū),化石能源(煤、天然氣發(fā)展和利用生物質(zhì)能源會有利解決“三農(nóng)”問等)成為主要的生活燃料從而使這些地區(qū)大量的題;有利保證國家能源安全;有利改善生態(tài)環(huán)境。農(nóng)作物秸稈成為廢棄物被堆積田頭、路旁或付之13生物質(zhì)能源利用炬。而商品能源貧乏地區(qū),秸稈、茅草和畜類均隨著石油資源的日益枯竭及石油化工制品對作為燃料被燒掉。由于燃燒技術(shù)落后,造成生物環(huán)境污染的加劇,尋求石油替代品,開發(fā)新能、新質(zhì)能利用失控水土流失嚴(yán)重、土地沙化糧食產(chǎn)材料的任務(wù)迫在眉睫。利用豐富、巨大,可再生、量劇減、生態(tài)環(huán)境惡性循環(huán),可生物降解生物質(zhì)原料,利用物理、化學(xué)和生物發(fā)我國的糧食產(chǎn)量居世界第一,每年產(chǎn)生約酵的方法獲取燃料及新型材料日益受到關(guān)注7×10t的農(nóng)作物秸稈。隨著農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和農(nóng)生物質(zhì)能是地球上最普遍的一種可再生、數(shù)民生活水平提高,秸稈傳統(tǒng)的利用方式正在發(fā)生量巨大,僅次于煤、石油、天然氣而名列第4位的變化。農(nóng)民用秸稈作燃料和肥料的越來越少,秸能源。桿利用率只占總量5%左右,大部分地區(qū)把秸稈目前生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換方法有3種:生物質(zhì)氣化、一燒了之,由此造成機場停飛高速公路關(guān)閉、火生物質(zhì)固化和生物質(zhì)液化,其中應(yīng)用較多的主要災(zāi)事故頻頻發(fā)生等嚴(yán)重不良后果,影響和干擾了是生物質(zhì)氣化。經(jīng)濟V中國煤化工來越突出的環(huán)生物質(zhì)氣化技術(shù)是目前生物質(zhì)能利用技術(shù)研境污CNMHG體和公眾的極究的熱點。氣化技術(shù)改變了生物質(zhì)原料的形態(tài),大關(guān)注∝是一門題,四永有關(guān)部門圍繞秸使其利用方便而且能量轉(zhuǎn)換效率比固態(tài)直接燃稈禁燒和綜合利用相繼開展了大量的工作,使秸長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第28卷稈禁燒和綜合利用協(xié)調(diào)發(fā)展;采取得力措施監(jiān)督2.0kW·h;沼氣發(fā)電機組由專業(yè)供應(yīng)廠商生產(chǎn);秸稈禁燒工作開展;并且因地制宜多渠道搞好秸沼氣來自污水處理或大型畜禽養(yǎng)殖場處理畜禽糞稈綜合利用。污的大型沼氣綜合利用工程生物質(zhì)氣化發(fā)電的另一個分支是將生物質(zhì)在2生物質(zhì)能發(fā)電氣化爐內(nèi)轉(zhuǎn)換成可燃氣體,將可燃氣體供給內(nèi)燃2.1生物質(zhì)能發(fā)電機或是燃氣輪機,帶動發(fā)電裝置對外提供動力。生物質(zhì)能是一種清潔的可再生能源,自古以2.2生物質(zhì)氣化發(fā)電工作原理來被人類加以利用。目前生物質(zhì)能占世界總能以生物質(zhì)燃氣發(fā)電為例。生物質(zhì)氣化發(fā)電技的13%。隨著世界范圍內(nèi)工業(yè)飛速發(fā)展,能源危術(shù)的基本原理是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃氣,再利用機和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重,世界各國已經(jīng)認(rèn)識可燃氣推動燃氣發(fā)電設(shè)備進行發(fā)電。它既能解決到開發(fā)清潔可再生能源的必要,尤其是生物質(zhì)能生物質(zhì)難于燃用而且分布分散的缺點,又可以充發(fā)電利用。分發(fā)揮燃氣發(fā)電技術(shù)設(shè)備緊湊、而且污染少的優(yōu)生物質(zhì)能發(fā)電可分為生物質(zhì)氣化發(fā)電,生物點,所以,氣化發(fā)電是生物質(zhì)最有效、最潔凈的利質(zhì)固化發(fā)電和生物質(zhì)直燃發(fā)電。用方法之2.1.1生物質(zhì)固化發(fā)電氣化發(fā)電過程包括3個方面:一是生物質(zhì)氣由于生物質(zhì)是分散低熱值的特點,例如農(nóng)作化把固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料;二是氣體凈化,物秸稈,由于分散分布,大量需求時,必須將其就氣化出來的燃氣都含有一定的雜質(zhì)包括灰分焦地致密成型(或稱其固化)后,在運輸半徑合理的炭和焦油等,需經(jīng)過凈化系統(tǒng)把雜質(zhì)除去,以保證情況下,每次多運輸,以便盡可能降低發(fā)電成本;燃氣發(fā)電設(shè)備的正常運行;三是燃氣發(fā)電,利用燃將生物質(zhì)固化成型代替煤炭直接燃燒產(chǎn)生熱和水氣輪機或燃氣內(nèi)燃機進行發(fā)電,有的工藝為了提蒸氣進行火力發(fā)電。高發(fā)電效率,發(fā)電過程可以增加余熱鍋爐和蒸汽2.1.2生物質(zhì)直燃發(fā)電輪機。生物質(zhì)直燃發(fā)電是針對生物質(zhì)資源比較集中生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)是生物質(zhì)利用中有別于的區(qū)域例如谷米加工廠的谷殼(以稻殼為主)木其它利用技術(shù)的一種獨特方式,它具有3個方面料加工廠的鋸屑和枝丫柴等,只要生產(chǎn)正常進行,的特點:一是技術(shù)有充分的靈活性,由于生物質(zhì)氣谷殼和木屑、枝丫柴將是源源不斷地供應(yīng),進行生化發(fā)電可以采用內(nèi)燃機,也可以釆用燃氣輪機,甚物質(zhì)直燃發(fā)電要從原料供應(yīng)上是否可行而決定取至結(jié)合余熱鍋爐和蒸汽發(fā)電系統(tǒng),所以生物質(zhì)氣舍化發(fā)電可以根據(jù)規(guī)模的大小選用合適的發(fā)電設(shè)不論是生物質(zhì)致密成型發(fā)電或是生物質(zhì)直燃備保證在任何規(guī)模下都有合理的發(fā)電效率。這發(fā)電,都是生物質(zhì)代替煤炭直接燃燒產(chǎn)生熱和水一技術(shù)的靈活性能很好地滿足生物質(zhì)分散利用的蒸氣進行火力發(fā)電特點。二是具有較好的潔凈性,生物質(zhì)本身屬可2.1.3生物質(zhì)氣化發(fā)電再生能源,可以有效地減少CO2、SO2等有害氣體生物質(zhì)氣化發(fā)電是將生物質(zhì)首先轉(zhuǎn)化成生物的排放。而氣化過程一般溫度較低(大約在700質(zhì)氣,用生物質(zhì)氣供給內(nèi)燃機或是燃氣輪機帶動~900℃),NO的生成量很少,所以能有效控制發(fā)電裝置對外提供動力NO2的排放。三是經(jīng)濟性,生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)氣來自生物質(zhì)的氣化、裂解或生物厭的靈活性,可以保證該技術(shù)在小規(guī)模下有較好的氧發(fā)酵過程,它包括H2、CH、CO、CO2和其它多經(jīng)濟性,同時,燃氣發(fā)電過程簡單,設(shè)備緊湊,也使元混合氣體。生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)比其它可再生能源發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)氣化發(fā)電包括沼氣發(fā)電。投資更小。總的來說,生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)是所沼氣來自畜禽糞污或是含有機物的工業(yè)廢水有可再生能源技術(shù)中最經(jīng)濟的發(fā)電技術(shù)綜合發(fā)經(jīng)過厭氧發(fā)酵獲得以CH4和CO2為主體的混合電成中國煤化工電水平氣體。CH4含量多少決定沼氣熱值的高低,對沼氣發(fā)電效率是有一定影響的,以CH4成分占機構(gòu)CNMHG裝置主要由進料顯、和化凌置、燃氣發(fā)電機60%比例的沼氣為例,1m2沼氣可發(fā)電1.5~組控制裝置及廢水處理設(shè)備6部分組成。增刊田曉東,等:淺論生物質(zhì)能源和生物質(zhì)能發(fā)電2.3生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的分類2.4發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的支持政策從氣化形式上分類,生物質(zhì)氣化過程可以分生物質(zhì)能是可再生能源的重要組成部分。國為固定床氣化和流化床氣化兩大類。固定床氣化家高度重視和支持可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前包括上吸式氣化、下吸式氣化和開心層下式氣化相繼出臺了《中華人民共和國可再生能源法》《可3種,這3種形式的氣化發(fā)電系統(tǒng)都有代表性的再生能源發(fā)電有關(guān)管理規(guī)定》、《可再生能源發(fā)電產(chǎn)品。流化床氣化包括鼓泡床氣化、循環(huán)流化床價格和費用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》、《清潔發(fā)展機制氣化及雙流化床氣化3種,這3種氣化發(fā)電工藝項目運行管理暫行辦法》以及《1996~2010年新目前都在研究,其中研究和應(yīng)用最多的是循環(huán)流能源和可再生能源發(fā)展綱要》等,這些政策法規(guī)和化床氣化發(fā)電系統(tǒng)。另外,國際上為了實現(xiàn)更大規(guī)劃的出臺,為促進我國可再生能源事業(yè)的發(fā)展規(guī)模的氣化發(fā)電方式,提高氣化發(fā)電效率,正在積提供了宏觀政策和法律保障,標(biāo)志我國可再生能極開發(fā)高壓流化床氣化發(fā)電工藝源將進入快速發(fā)展時期,就可再生能源的價格、稅從燃氣發(fā)電過程上分類,氣化發(fā)電可分為內(nèi)收、強制性市場配額和并網(wǎng)接人等有關(guān)問題制定燃機發(fā)電系統(tǒng)燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)及燃氣蒸汽聯(lián)配套法規(guī),以保證這部分法規(guī)的具體性、明確性和合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。內(nèi)燃機發(fā)電系統(tǒng)以簡單的燃氣可操作性氣油兩用,它的特點是設(shè)備緊湊系統(tǒng)簡單技術(shù)3結(jié)論與建議較成熟、可靠;燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)采用低熱值燃氣生物質(zhì)能是可再生能源的主要組成部分,開輪機,燃氣需增壓,否則發(fā)電系統(tǒng)效率較低,由于發(fā)利用生物質(zhì)能源潛力巨大。在國家相關(guān)政策的燃氣輪機對燃氣質(zhì)量要求高,并且需有較高的自扶持下,要因地制宜、綜合開發(fā),這是將來能源產(chǎn)動化控制水平和燃氣輪機改造技術(shù),所以,一般單業(yè)發(fā)展的途徑之一,尤其是發(fā)展生物質(zhì)氣化發(fā)電獨采用燃氣輪機的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)較少。燃技術(shù),前景廣闊。氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)是在內(nèi)燃機、燃氣輪發(fā)電的基礎(chǔ)上,增加余熱蒸汽的聯(lián)合循環(huán),該種參考文獻統(tǒng)可以有效地提高發(fā)電效率。一般來說,燃氣蒸[1]邱凌生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀與固化技術(shù)應(yīng)用前景汽聯(lián)合循環(huán)生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)采用的是燃氣輪[].實用能源,1993,(3):21-22.機發(fā)電設(shè)備而且最好的氣化方式是高壓氣化構(gòu)[2袁她婷全球及我國能源供應(yīng)中的可再生能源[J成的系統(tǒng)稱為生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)(B/可再生能源,2003,112(6):42-43.IGCC)。它的一般系統(tǒng)效率可以達40%以上,是[3]孫永明中國生物質(zhì)能源與生物質(zhì)利用現(xiàn)狀與展望[].可再生能源2006126(2):78.目前發(fā)達國家重點研究的內(nèi)容。[4]吳創(chuàng)之氣化發(fā)電的工作原理及工藝流程[].可再小型生物質(zhì)氣化發(fā)電是將分散的低熱值生物生能源,2003,107(1):41-42質(zhì)能通過緊湊而又機動靈活的設(shè)施轉(zhuǎn)換成電能[5]陳甲斌我國可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景研究[可對外提供動力和炊事燃氣。再生能源,2003109(3):10-11中國煤化工CNMHG