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(kuò)要】分析生物質(zhì)能在能源系統(tǒng)中的重要地位,指出開發(fā)利用生物質(zhì)能在我國尤其是在農(nóng)村地區(qū)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的童要意義。在對(duì)國內(nèi)外生物質(zhì)能技術(shù)現(xiàn)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。薪柴的來源主要為林業(yè)采伐、育林修剪和薪炭林。一項(xiàng)調(diào)隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,人類正面臨著發(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(biāo)準(zhǔn)煤074億噸;禽力。經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展要以能源為重要?jiǎng)恿?jīng)濟(jì)發(fā)展越快,能源消耗越畜糞便資源量約1.3億噸標(biāo)準(zhǔn)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(fèi)的增加。這就有兩個(gè)突出問題擺在我們面前:以每年8%-10%的速度增。據(jù)估算,我國可開發(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(yán)重約7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤國。按消費(fèi)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。隨著我國經(jīng)濟(jì)的盡。到2059年,也就是世界上第一口油井開鉆二百周年之際,世界快速增長(zhǎng),石油生產(chǎn)量遠(yuǎn)落后于需求量的增長(zhǎng)速度,中國已經(jīng)面臨嚴(yán)石油資源大概所剩無幾。據(jù)世界三大石油公司埃克森-美乎、BP和英重的石油危機(jī)。另一方面我國生物質(zhì)資源豐富,開發(fā)利用的潛力非常荷殼牌2003年的年撇預(yù)測(cè),按照目前已探明的世界石油儲(chǔ)量和開采巨大。因此,開發(fā)利用生物質(zhì)能對(duì)我國具有重大的戰(zhàn)略意義。速度,全球石油的平穩(wěn)供應(yīng)只能維持40.6年。盡管各界對(duì)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源,除形成之初集聚預(yù)測(cè)數(shù)字一直存有爭(zhēng)議,但一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)是,全球石油資源正在日的核能與地?zé)嵬?與我們關(guān)系觸為密切的是地球形成后持續(xù)來自太陽趨減少。就連石油儲(chǔ)量最豐高的沙特阿拉伯最近也有報(bào)道,其石油開的輜射。綠色植物出現(xiàn)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越高光能將它吸收的二氧化碳和水合成為有機(jī)碳水化合物,將光能轉(zhuǎn)化為就中國而言,我國的石油產(chǎn)量在1995年到2000年間保持著化學(xué)能并貯存下來。綠色植物是光能轉(zhuǎn)換器和能源之源,碳水化合物1.9%的年均增長(zhǎng)率,但石油的需求量卻以53%的年均增長(zhǎng)率飛速上是光能儲(chǔ)藏庫,生物質(zhì)是光能循環(huán)轉(zhuǎn)化的載體,連煤炭、石油和天然氣升,供需矛盾日益加劇。據(jù)估算,至2020年,液體能源消費(fèi)需求量將達(dá)也是地質(zhì)時(shí)代的綠色植物在地質(zhì)作用影響下轉(zhuǎn)化而成的較之石油等到5億噸標(biāo)準(zhǔn)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)口依賴度將達(dá)到40%左右,這不僅嚴(yán)重制約我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,還分布廣泛,儲(chǔ)量巨大生物質(zhì)是地球上最廣泛存在的物質(zhì),它將嚴(yán)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度消費(fèi)化石燃料,過快、過早地消耗了這些有限許多有機(jī)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(zhuǎn)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(nóng)業(yè)減產(chǎn)等嚴(yán)重后生能源,它是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式,直果,極大地污染了人類賴以生存的環(huán)境接或問接來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,如果不發(fā)展出新的能源來取代化石常規(guī)能源在能源結(jié)結(jié)構(gòu)中占有十分重要的位置。生物質(zhì)能的主要來源有薪柴、牲畜糞便構(gòu)中的主導(dǎo)地位,在21世紀(jì)必將發(fā)生嚴(yán)重的、災(zāi)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。生物專家估計(jì),地球上每年機(jī),是人類在下一世紀(jì)所面臨的三大最可能發(fā)生的災(zāi)難之一岡。因此,生長(zhǎng)的生物質(zhì)總量為1400~-1800億噸(干重)熱當(dāng)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(dāng)于目前世界總能耗的10倍。在世界能源和環(huán)境問題越來越嚴(yán)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(chǔ)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(duì)其進(jìn)行合理的綜合開發(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能是最有可現(xiàn)循環(huán)冉生。因此可以說生物質(zhì)能是一種取之不盡、用之不竭的能源能成為21世紀(jì)替代化石燃料的新能源之一。據(jù)估計(jì),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(dāng)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(gòu)成自然界碳循環(huán),所以說生物質(zhì)能源的利用過程環(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(xiàn)二氧化碳的零排放。實(shí)踐證明,生物質(zhì)能源對(duì)減少二氧化碳排事實(shí)上,生物質(zhì)能源是人類利用最早最多、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(tǒng)的利用方式,不僅熱效率低下,而且勞動(dòng)強(qiáng)度大污染嚴(yán)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)中有害過生物質(zhì)能轉(zhuǎn)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?jī)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(duì)礦物能源的石燃料相比,在生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化利用過程中可以大量減少SOx、NOx和依賴保護(hù)國家能源資源,減輕能源消費(fèi)給環(huán)境造成的污染。專家認(rèn)粉塵的排放。從而減少酸雨的形成減輕對(duì)環(huán)境的污染保護(hù)生態(tài)環(huán)境為生物質(zhì)能源將成為未來持續(xù)能源的重要組成部分,到2015年,全。球總能耗將有40%來自生物質(zhì)能源圍。我國基本上是一個(gè)農(nóng)業(yè)國家,農(nóng)村人口占總?cè)丝诘?0%以上,生物質(zhì)能一直是農(nóng)村的主要能源之國現(xiàn)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(dá)650億噸/年以上(在每平方公里土地面積上,植物經(jīng)過光合作用而產(chǎn)生的有機(jī)碳量,每年約為158噸)。以平均熱值為15000千焦/公斤計(jì)算,折合理論資源量為33億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,相當(dāng)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(jī)廢渣廢水等。CNMHG據(jù)調(diào)查,目前我國秸稈資源量已超過72億噸約36億噸標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)化利用形式人類利用生物質(zhì)由來已久,因此燃燒設(shè)備,主要分布在林木產(chǎn)區(qū)、木材工業(yè)區(qū)和造紙工業(yè)區(qū)。作為燃料生物質(zhì)的利用技術(shù)形式多種多樣,參見下圖的生物質(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(zhuǎn)換生物轉(zhuǎn)換是利用微生物(如厭氧豳、光合細(xì)菌、酵母和城市固體垃圾等。很多大型燃燒設(shè)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(tái)額定負(fù)荷為127MW(如甲烷、乙醇、氫氣等)的過程。生物轉(zhuǎn)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10萬個(gè)家庭使用;禽糞經(jīng)燃燒后重量減輕90%,便于運(yùn)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(yuǎn)東銷售。2熱化學(xué)轉(zhuǎn)換熱化學(xué)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化。的混合燃燒技術(shù)可以提高效率,熱經(jīng)濟(jì)性較好(1)熱解熱解又稱裂解,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)在我國開發(fā)前景也非常廣闊,對(duì)于大分子量的有機(jī)物、碳?xì)浠衔锸怪D(zhuǎn)變?yōu)楹紨?shù)更少的低分子量我國許多現(xiàn)役鏈條爐和循環(huán)流化床鍋爐來說,運(yùn)用混燒技術(shù)不需對(duì)設(shè)物質(zhì)的過程。生物質(zhì)的熱解是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程,包括大分子備作過大改動(dòng),投資費(fèi)用低,利用率高。的鍵斷裂異構(gòu)化和小分子的聚合等反應(yīng),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(dú)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)能利的過程,也可以是燃燒、炭化、液化、氣化等過程的一個(gè)中間過程取決用技術(shù)中,有些已處于實(shí)用階段,有些尚待進(jìn)一步研究開發(fā)。下表對(duì)國于各熱化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué),也取決于產(chǎn)物的組成、特征和分布。內(nèi)外各種生物質(zhì)能轉(zhuǎn)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(jī)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(tǒng)熱解方式和催化劑和生物質(zhì)類型的影響熱解產(chǎn)「項(xiàng)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(fù)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(xiàn)狀已充分開發(fā)示范階段技術(shù)成熟完全商業(yè)化盤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。一國家已開始生物質(zhì)氣化產(chǎn)生氫氣的研究。在發(fā)電方面,國外現(xiàn)在的研商業(yè)化發(fā)電實(shí)現(xiàn)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(jì)性數(shù)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)、氣化過程中堿金屬沉淀及床術(shù)有待完善凝結(jié)等方面也做了系統(tǒng)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(jī)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(xiàn)狀較充分開發(fā)實(shí)驗(yàn)研究階|技術(shù)成熟技術(shù)尚需完實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)180kW的氣化發(fā)電系統(tǒng),1998年起承擔(dān)由國家科委支持的100kW生技術(shù)推廣物質(zhì)氣化發(fā)電機(jī)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(duì)意大利提供的機(jī)組容散小實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)電及供熱一套固定床氣化發(fā)電系統(tǒng)及測(cè)試分析系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試實(shí)驗(yàn)和測(cè)試。清存在的低氣體凈著礎(chǔ)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(duì)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(chǔ)備的影響同國外解氣化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。日前氣化發(fā)電存在的主要問題是機(jī)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,并且面臨著氣體凈化,提高設(shè)備利用率解決焦油處理灰分和廢水處理帶來的二次污染等問題3結(jié)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(duì)燃料的利用率比較低,只有17%左右由于現(xiàn)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(dá)2h的商業(yè)化或?qū)嶒?yàn)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。意大利、比利時(shí)、四班牙、德國、英國在20世紀(jì)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(xiàng)目。國外其發(fā)展前景更加廣蠲。因此,在國內(nèi)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(dá)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(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、合成燃料及化工等方面。【參考文獻(xiàn)】生物質(zhì)的熱解液化技術(shù)在我國日前尚處于試驗(yàn)研充階段。清華大[]振宏,藺國芬我國的生物質(zhì)能源中華太陽網(wǎng)學(xué)以楊木屑為研究對(duì)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)比較與分析門能源研究與信息2004,20(2):69-停留時(shí)間條件下,運(yùn)用裂解氣相色譜法對(duì)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(guī)律進(jìn)行了研究。浙江大學(xué)對(duì)生物質(zhì)廢棄[3]振宏200境、可再生能源和節(jié)能國際研討會(huì)2003129物在回轉(zhuǎn)窯中的熱解特性以及各種堿金屬和相關(guān)無機(jī)元素在生物質(zhì)[4易維明生物質(zhì)利用導(dǎo)論中國農(nóng)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(shù)非生物質(zhì)能是惟一可以轉(zhuǎn)換為清沽燃料的可再生能源中國礦業(yè)報(bào)同的角度對(duì)生物質(zhì)液化技術(shù)進(jìn)行研究。2004-11-18.6]貿(mào)振航第四講綠色的生物質(zhì)能,節(jié)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(shè)備(7王革華我國生物質(zhì)能利用技術(shù)展望農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)第15卷第4別燃燒,利用燃燒過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,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(zé)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