生物質(zhì)能利用技術(shù)比較與分析

科技信息O科教前沿SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION2008年第22期生物質(zhì)能利用技術(shù)比較與分析郭培軍(濱州市技術(shù)學(xué)院山東濱州256603)【擴要】分析生物質(zhì)能在能源系統中的重要地位,指出開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能在我國尤其是在農村地區實(shí)現可持續發(fā)展戰略的童要意義。在對國內外生物質(zhì)能技術(shù)現狀進(jìn)行分析、比較的基瑞上,晨望生物質(zhì)能技術(shù)的發(fā)展方向?！娟P(guān)鍵詞】生物質(zhì)能;比較;分析1引盲為能源用途。薪柴的來(lái)源主要為林業(yè)采伐、育林修剪和薪炭林。一項調隨著(zhù)世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展,人類(lèi)正面臨著(zhù)發(fā)展與環(huán)境的雙重壓查表明:我國年均薪柴產(chǎn)量約為1.27億噸折合標準煤074億噸;禽力。經(jīng)濟社會(huì )的發(fā)展要以能源為重要動(dòng)力經(jīng)濟發(fā)展越快,能源消耗越畜糞便資源量約1.3億噸標準煤;城市垃圾生產(chǎn)量約12億噸左右,并多,尤其是化石燃料消費的增加。這就有兩個(gè)突出問(wèn)題擺在我們面前:以每年8%-10%的速度增。據估算,我國可開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)能資源總量一是化石能源面臨枯竭;二是造成的環(huán)境污染日益嚴重約7億噸標準煤國。按消費量推算,世界石油資源在今后50年到80年間將最終消耗綜上所述,一方面化石能源日益減少,面臨枯竭。隨著(zhù)我國經(jīng)濟的盡。到2059年,也就是世界上第一口油井開(kāi)鉆二百周年之際,世界快速增長(cháng),石油生產(chǎn)量遠落后于需求量的增長(cháng)速度,中國已經(jīng)面臨嚴石油資源大概所剩無(wú)幾。據世界三大石油公司?？松?美乎、BP和英重的石油危機。另一方面我國生物質(zhì)資源豐富,開(kāi)發(fā)利用的潛力非常荷殼牌2003年的年撇預測,按照目前已探明的世界石油儲量和開(kāi)采巨大。因此,開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能對我國具有重大的戰略意義。速度,全球石油的平穩供應只能維持40.6年。盡管各界對石油枯竭的2生物質(zhì)能的優(yōu)點(diǎn)地球上能量的終極來(lái)源,除形成之初集聚預測數字一直存有爭議,但一個(gè)不爭的事實(shí)是,全球石油資源正在日的核能與地熱外,與我們關(guān)系觸為密切的是地球形成后持續來(lái)自太陽(yáng)趨減少。就連石油儲量最豐高的沙特阿拉伯最近也有報道,其石油開(kāi)的輜射。綠色植物出現前輜射能盡散失于大氣,唯綠色植物可利用日采中的水分含量越來(lái)越高光能將它吸收的二氧化碳和水合成為有機碳水化合物,將光能轉化為就中國而言,我國的石油產(chǎn)量在1995年到2000年間保持著(zhù)化學(xué)能并貯存下來(lái)。綠色植物是光能轉換器和能源之源,碳水化合物1.9%的年均增長(cháng)率,但石油的需求量卻以53%的年均增長(cháng)率飛速上是光能儲藏庫,生物質(zhì)是光能循環(huán)轉化的載體,連煤炭、石油和天然氣升,供需矛盾日益加劇。據估算,至2020年,液體能源消費需求量將達也是地質(zhì)時(shí)代的綠色植物在地質(zhì)作用影響下轉化而成的較之石油等到5億噸標準煤以上。至于石油生產(chǎn)量,至2020年僅為39億噸叫,石化石燃料,生物質(zhì)能有以下優(yōu)點(diǎn):油進(jìn)口依賴(lài)度將達到40%左右,這不僅嚴重制約我國的經(jīng)濟發(fā)展,還分布廣泛,儲量巨大生物質(zhì)是地球上最廣泛存在的物質(zhì),它將嚴重威脅到國家的安全包括所有動(dòng)物、植物和微生物,及由這些生命物質(zhì)派生、排泄和代謝的另一方面由于過(guò)度消費化石燃料,過(guò)快、過(guò)早地消耗了這些有限許多有機質(zhì)各種生物質(zhì)都具有一定能量。以生物質(zhì)為載體由生物質(zhì)的資源,釋放大量的多氽能量和碳素,打破了自然界的能量和碳平衡,產(chǎn)生的能量便是生物質(zhì)能。生物質(zhì)是惟一可以轉換為清潔燃料的可再造成臭氧層破壞,全球氣候變暖酸雨,引起疾病、農業(yè)減產(chǎn)等嚴重后生能源,它是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式,直果,極大地污染了人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境接或問(wèn)接來(lái)源于植物的光合作用。生物質(zhì)能源十分豐富,在全球能源這就是說(shuō),如果不發(fā)展出新的能源來(lái)取代化石常規能源在能源結結構中占有十分重要的位置。生物質(zhì)能的主要來(lái)源有薪柴、牲畜糞便構中的主導地位,在21世紀必將發(fā)生嚴重的、災難性的能源和環(huán)境危制糖作物、城市垃圾和污水,水生植物等。生物專(zhuān)家估計,地球上每年機,是人類(lèi)在下一世紀所面臨的三大最可能發(fā)生的災難之一岡。因此,生長(cháng)的生物質(zhì)總量為1400~-1800億噸(干重)熱當鼓為3×10J左右尋找替代石油的燃料已成為全球日益緊迫的課題相當于目前世界總能耗的10倍。在世界能源和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴峻的背景下,利用可再生生物質(zhì)2.具有可再生性眾所周知,煤、石油、天然氣等化石能源均是不能源的技術(shù)被廣泛的關(guān)注可冉生的一次能源,在自然界中的儲量有限。而生物質(zhì)是一種可再生2生物質(zhì)能源概述能源,只要對其進(jìn)行合理的綜合開(kāi)發(fā)利用,生物質(zhì)可以在自然界中實(shí)生物質(zhì)能是由植物的光合作用固定于地球上的太陽(yáng)能是最有可現循環(huán)冉生。因此可以說(shuō)生物質(zhì)能是一種取之不盡、用之不竭的能源能成為21世紀替代化石燃料的新能源之一。據估計,植物每年貯存的3.二氧化碳的零排放由于生物質(zhì)燃燒時(shí)二氧化碳的排放量等于能量約相當于世界主要燃料消耗量的10倍,而作為能源的利用量還進(jìn)行光合作用時(shí)從自然界吸收的二氧化碳的景也就是說(shuō)生物質(zhì)二氧不到其總量的1%。這些未加以利用的生物質(zhì),為完成自然界的碳循化碳的排放和吸收構成自然界碳循環(huán),所以說(shuō)生物質(zhì)能源的利用過(guò)程環(huán),其絕大部分由自然腐解將能量和碳素釋放,回到自然界中。能實(shí)現二氧化碳的零排放。實(shí)踐證明,生物質(zhì)能源對減少二氧化碳排事實(shí)上,生物質(zhì)能源是人類(lèi)利用最早最多、嫩直接的能源,至今,放的作用是十分明顯的,所以生物質(zhì)能源是種高度清潔的能源技世界上仍有15億以上的人口以生物質(zhì)能作為生活能源。生物質(zhì)燃燒術(shù),是減少溫室氣體排放、防止全球環(huán)境惡化的一種科學(xué)選擇是傳統的利用方式,不僅熱效率低下,而且勞動(dòng)強度大污染嚴重。通4氮硫和灰分含量少生物質(zhì)能屬于清潔能源生物質(zhì)中有害過(guò)生物質(zhì)能轉換技術(shù)可以高效地利用生物質(zhì)能源,生產(chǎn)各種清潔燃物質(zhì)(氮、硫和灰分等)的含量?jì)H為中質(zhì)煙煤的1/10左右,因此,與化料替代煤炭、石油和天然氣等燃料生產(chǎn)電力。而減少對礦物能源的石燃料相比,在生物質(zhì)的轉化利用過(guò)程中可以大量減少SOx、NOx和依賴(lài)保護國家能源資源,減輕能源消費給環(huán)境造成的污染。專(zhuān)家認粉塵的排放。從而減少酸雨的形成減輕對環(huán)境的污染保護生態(tài)環(huán)境為生物質(zhì)能源將成為未來(lái)持續能源的重要組成部分,到2015年,全。球總能耗將有40%來(lái)自生物質(zhì)能源圍。我國基本上是一個(gè)農業(yè)國家,農村人口占總人口的70%以上,生物質(zhì)能一直是農村的主要能源之國現有森林、草原和耕地面積414億公頃,理論上生物質(zhì)資源可達650億噸/年以上(在每平方公里土地面積上,植物經(jīng)過(guò)光合作用而產(chǎn)生的有機碳量,每年約為158噸)。以平均熱值為15000千焦/公斤計算,折合理論資源量為33億噸標準煤,相當于我國目前年總能耗的3中國煤化工倍以上。日前可以作為能源利用的生物質(zhì)主要包括秸稈、薪柴、禽畜糞便、生活垃圾和有機廢渣廢水等。CNMHG據調查,目前我國秸稈資源量已超過(guò)72億噸約36億噸標準煤除約12億噸作為飼料、造紙、紡織和建材等用途外,其余6億噸可作科技信息◎科教前沿OSCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION2008年第22則22生物質(zhì)能的利用技術(shù)a生物質(zhì)直接燃燒目前,世界上有許多直接燃燒生物質(zhì)燃料的221生物質(zhì)能轉化利用形式人類(lèi)利用生物質(zhì)由來(lái)已久,因此燃燒設備,主要分布在林木產(chǎn)區、木材工業(yè)區和造紙工業(yè)區。作為燃料生物質(zhì)的利用技術(shù)形式多種多樣,參見(jiàn)下圖的生物質(zhì)包括木材廢木料紙漿作業(yè)產(chǎn)生的廢液食品加工業(yè)的廢物1生物轉換生物轉換是利用微生物(如厭氧豳、光合細菌、酵母和城市固體垃圾等。很多大型燃燒設備的效率在性能上已經(jīng)接近于使菌等)在一定的溫度和無(wú)氧條件下,將生物質(zhì)降解產(chǎn)生小分子化合物用礦物燃料的鍋爐。英國 Fibrat電站的三臺額定負荷為127MW(如甲烷、乙醇、氫氣等)的過(guò)程。生物轉換主要包括厭氧發(fā)酵制取沼氣、13.5MW和385Mw的鍋爐,每年直接燃用75萬(wàn)t的家禽糞,發(fā)電量足生物質(zhì)發(fā)酵制取乙醇和生物質(zhì)發(fā)酵制氫。目前比較成熟的技術(shù)主要是夠10萬(wàn)個(gè)家庭使用;禽糞經(jīng)燃燒后重量減輕90%,便于運輸,并作為沼氣和乙醇制取技術(shù),而發(fā)酵制氫尚處于探索階段肥料在全英和中東及遠東銷(xiāo)售。2熱化學(xué)轉換熱化學(xué)轉換技術(shù)主要包括直接燃燒熱解氣化b.生物質(zhì)和礦石燃料的混合燃燒由于大部分的生物質(zhì)燃料的液化。雖然各種生物質(zhì)所含成分不盡相同,但均可通過(guò)熱化學(xué)作用含水率較高,因此其燃燒效率較低。實(shí)踐證明,采用生物質(zhì)與礦石燃料轉化。的混合燃燒技術(shù)可以提高效率,熱經(jīng)濟性較好(1)熱解熱解又稱(chēng)裂解,是指生物質(zhì)在缺氧條件下利用熱能切斷生物質(zhì)與礦物燃料的混燒技術(shù)在我國開(kāi)發(fā)前景也非常廣闊,對于大分子量的有機物、碳氫化合物使之轉變?yōu)楹紨蹈俚牡头肿恿课覈S多現役鏈條爐和循環(huán)流化床鍋爐來(lái)說(shuō),運用混燒技術(shù)不需對設物質(zhì)的過(guò)程。生物質(zhì)的熱解是一個(gè)復雜的化學(xué)反應過(guò)程,包括大分子備作過(guò)大改動(dòng),投資費用低,利用率高。的鍵斷裂異構化和小分子的聚合等反應,最后生成各種較小的分子22.2生物質(zhì)利用技術(shù)比較由于世界各國的國情不同,生物質(zhì)熱解過(guò)程的產(chǎn)物包括氣體、液體和固體木炭。它既可以作為一個(gè)獨立能的利用技術(shù)在水平和方式上存在很大差異。目前在各種生物質(zhì)能利的過(guò)程,也可以是燃燒、炭化、液化、氣化等過(guò)程的一個(gè)中間過(guò)程取決用技術(shù)中,有些已處于實(shí)用階段,有些尚待進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)。下表對國于各熱化學(xué)轉化反應的動(dòng)力學(xué),也取決于產(chǎn)物的組成、特征和分布。內外各種生物質(zhì)能轉換技術(shù)進(jìn)行了比較。熱解產(chǎn)物主要有焦炭、焦油、水溶性有機物、氣態(tài)產(chǎn)物等。受熱解生物質(zhì)能利用技術(shù)發(fā)展情況綜合比較條件包括熱解系統熱解方式和催化劑和生物質(zhì)類(lèi)型的影響熱解產(chǎn)「項目熱解氣化熱解液化生物乙醇物的產(chǎn)量及組成有很大的差異,產(chǎn)物的成分非常復雜。熱解技術(shù)按照產(chǎn)物形態(tài)不同可分為炭化熱解氣化和熱解液化國現狀已充分開(kāi)發(fā)示范階段技術(shù)成熟完全商業(yè)化盤(pán)熱解氣化熱解氣化產(chǎn)物目前主要用于發(fā)電和酒精合成。一國家已開(kāi)始生物質(zhì)氣化產(chǎn)生氫氣的研究。在發(fā)電方面,國外現在的研商業(yè)化發(fā)電實(shí)現商業(yè)化尋找廉價(jià)原商業(yè)化發(fā)電究主要集中在提高整體式氣化聯(lián)合循環(huán)(CCC技術(shù)的實(shí)用性和效率氣化效率及上。瑞典美國芬蘭、荷蘭奧地利加拿大、瑞土和印度等國在積極存在的濟性數低提高效率;高溫腐蝕和床探索提高IGCC效率的同時(shí),在氣化過(guò)程中氣態(tài)產(chǎn)物的清洗技術(shù)、低熱值生物質(zhì)氣化燃料的流化床燃燒技術(shù)、氣化過(guò)程中堿金屬沉淀及床術(shù)有待完善凝結等方面也做了系統的研究。我國熱解氣化技術(shù)的研究主要集中在稻殼和秸稈的氣化技術(shù)上,先后完成了25kW-200kW采用各種不同氣化方式機組的研制。中國科學(xué)院廣州能源所已完成發(fā)電能力為圖現狀較充分開(kāi)發(fā)實(shí)驗研究階|技術(shù)成熟技術(shù)尚需完實(shí)現商業(yè)化發(fā)180kW的氣化發(fā)電系統,1998年起承擔由國家科委支持的100kW生技術(shù)推廣物質(zhì)氣化發(fā)電機組的研究。遼寧省能源研究所與意大利ENEA正在進(jìn)電及供熱技術(shù)上成熟行“生物質(zhì)氣化發(fā)電及其綜合利用的合作研究,并已對意大利提供的機組容散小實(shí)現商業(yè)化發(fā)電及供熱一套固定床氣化發(fā)電系統及測試分析系統進(jìn)行了調試實(shí)驗和測試。清存在的低氣體凈著(zhù)礎性技術(shù)|成本教高華大學(xué)、北京電力研究所和哈爾濱工業(yè)大學(xué)等對稻殼在流化床中的熱化及焦油、灰研究有待進(jìn)糧食安全儲備的影響同國外解氣化進(jìn)行了實(shí)驗研究。日前氣化發(fā)電存在的主要問(wèn)題是機組容量較和廢水處理一步發(fā)展小、氣化效率低、發(fā)電效率低,并且面臨著(zhù)氣體凈化,提高設備利用率解決焦油處理灰分和廢水處理帶來(lái)的二次污染等問(wèn)題3結論b熱解液化生物質(zhì)的熱解液化技術(shù)中快速熱解由于能獲得最綜上所述,熱解氣化和生物乙醇技術(shù)已經(jīng)基本成熟,開(kāi)發(fā)比較充大量的液化產(chǎn)物(油)而受到廣泛重視。美國和加拿大在液化技術(shù)領(lǐng)域分。燃燒技術(shù)對燃料的利用率比較低,只有17%左右由于現在全球的處于領(lǐng)先地位,先后建成了一些最高處理能力達2h的商業(yè)化或實(shí)驗石油液體燃料已經(jīng)面臨枯竭,而生物質(zhì)液化的主要優(yōu)點(diǎn)是可以把生物性的工廠(chǎng)。意大利、比利時(shí)、四班牙、德國、英國在20世紀90年代初質(zhì)制成油品燃料作為石油產(chǎn)品替代品,用途和附加值大大提高,所以期利用本國技術(shù)或北美的技術(shù)先后建立了一批快速熱解項目。國外其發(fā)展前景更加廣蠲。因此,在國內外有關(guān)生物質(zhì)的高效能源的利用目前利用生物質(zhì)熱解技術(shù)制取的液化油得率可達80%,液化油的高位研究中,生物質(zhì)快速熱解生產(chǎn)生物油是近些年的熱點(diǎn)熱值約為I7Mkg。液化油的利用研究主要集中在直接燃燒、燃機、燃氣輪機、合成燃料及化工等方面?！緟⒖嘉墨I】生物質(zhì)的熱解液化技術(shù)在我國日前尚處于試驗研充階段。清華大[]振宏,藺國芬我國的生物質(zhì)能源中華太陽(yáng)網(wǎng)學(xué)以楊木屑為研究對象,在不同的熱解溫度,升溫速率和揮發(fā)性產(chǎn)物[2]孫利源生物質(zhì)能利用技術(shù)比較與分析門(mén)能源研究與信息2004,20(2):69-停留時(shí)間條件下,運用裂解氣相色譜法對楊木木屑快速熱解氣,液、固73.種產(chǎn)物及氣體組份的分布規律進(jìn)行了研究。浙江大學(xué)對生物質(zhì)廢棄[3]振宏200境、可再生能源和節能?chē)H研討會(huì )2003129物在回轉窯中的熱解特性以及各種堿金屬和相關(guān)無(wú)機元素在生物質(zhì)[4易維明生物質(zhì)利用導論中國農業(yè)科技出版社,1991熱解中的析出行為進(jìn)行了研究。上海理工大學(xué)、東南大學(xué)等也正在從51付數非生物質(zhì)能是惟一可以轉換為清沽燃料的可再生能源中國礦業(yè)報同的角度對生物質(zhì)液化技術(shù)進(jìn)行研究。2004-11-18.6]貿振航第四講綠色的生物質(zhì)能,節能·環(huán)保,2004(5):53-54.2燃燒技術(shù)生物質(zhì)燃燒技術(shù)是將生物質(zhì)原料直接送入燃燒設備(7王革華我國生物質(zhì)能利用技術(shù)展望農業(yè)工程學(xué)報第15卷第4別燃燒,利用燃燒過(guò)程中放出的熱量加熱工質(zhì)以產(chǎn)生蒸汽用于供熱或發(fā)電。按照燃料分類(lèi),可將生物質(zhì)燃燒技術(shù)分為生物質(zhì)的直接燃燒及生責任編輯:翟成粱]物質(zhì)和礦物燃料的混合燃燒。中國煤化工CNMHG