生物质能
生物质能
地球上一切具有生命特征的物质都被叫做生物。据统计,目前全球包括动植物在内大约有25 万种生物。一切生物在生长的新陈代谢过程中都会产生一种生物质,其所储存的能量就是生物能。 生物质能有各式各样的表现形态,通常有各种农林作物、水生植物、人畜排泄物、柴薪等等,甚 至包括平时并不起眼的食品加工下脚料、生活垃圾和废弃物等。 生物质是植物通过光合作用生成的有机质,它的能量最初来源于太阳能。植物在生长过程中, 通过光合作用把空气中的二氧化碳和土壤中的水分通过阳光将其转换成碳水化合物,即把太阳能 转换成化学能并以生物质的形式储存在植物中。所以说,生物质能是太阳能以化学能形式贮存在 生物质中的能量形式,以生物质为载体的能量
不难想象,储量丰富、来源十分广泛的生物质一旦到科学高效利用,不但可以为人类提供巨 大的清洁能源,而且还能够帮助人们解决各种废弃物造成环境污染的难題。据悉,全球仅植物生 成的生物质就有1800多亿吨,可以转换成3×105焦耳的生物能。然而,目前生物能的开发利用仍 停留在相当原始的阶段,只有少数国家投入大量人力、物力和财力研究现代化高效利用生物能的 先进技术和没施。 据联合国粮农组织统计调查结果表明,现今世界上仍有15亿以上的人在用最古老的方法将生 物质作为生活能源,例如,用树枝、麦秸、稻草直接燃烧做饭、烧水和取暖,而这种生物能的原 始利用方法其效率仅为10%左右。在我国广大农村地区每年几乎要直接烧掉1.27亿吨柴薪和秸秆 等生物质,其耗费的能量大约占全国总能耗的14%,可见能源浪费和对环境的影响是较大的
生物能的优点首先在于其经济性好。生物能属于可再生资源,一般都是每个使用国家的原产 物,不需进口。生物资源便宜,易于获得。转化装置可大可小,因地制宜。其次,从环境保护的 角度出发,燃烧生物质所产生的污染远低于矿物质燃料。目前利用生物能源的技术还使许多废弃 物、垃圾的处置问题得到减少和解决 我国是农业大国,广大偏远农村和山区随着经济的快速发展,对能源的需求量迅猛增长。因 此,低成本、有效地开发利用生物质能,具有更为重要的意义
我国拥有十二亿人口,是仅次于美国的世界第二大能源消费国,我国任何重大的、持续性的 经济、社会和技术革命都会对全世界产生深远影响。由于运输领域中石油产品的消耗量和国民生 产总值(GDP〕相互对应,随着交通运输的发展,21世纪汽车燃料需求的增长将主要来自于我国和 其他发展中国家。为了有效地发展能源可持续利用,有必要在我国运输领域大力开发高效生物燃 料。以生物燃料大量替代化石燃料,减少城市污染,促进农村发展。 人类历史上对生物能源的利用除了直接燃烧外,随着科学技术的发展,目前已经开发出许多 利用现代物理、生物、化学等方法,将生物质资源转化为液体燃料、气体燃料或固体燃料的技术
生物质直接燃烧技术 生物质燃烧技术是人类最早的能源利用技术,在我国燧人氏和伏羲人氏时代,就已经知道使 用钻木取火的方法获取能量。目前,许多发展中国家的农村地区还在大量的通过生物质直接燃烧 方式来做饭、烧水和取暖等。 生物质燃烧过程分为预热、干燥、干馏、挥发分燃烧和圊定碳燃烧等阶段。这几个阶段是依 次进行的,但也有相互重叠的部分。各阶段所经历时间与生物质种类、燃烧方式等有关。要使生 物质充分燃烧,必须具备三个条件:达到生物质着火温度、生物质与空气充分混合以及足够的燃 烧反应时间
现代化生物质燃烧技术所采用的锅炉燃烧方式分为层燃、流化床和悬浮燃烧等形式,主要用 于工业供热、区域采暖供热、发电或热电联产等。 生物质燃烧发电技术在发达国家已经占到可再生能源(不包括水电)发电量的70%左右。如 美国的装机容量已经超过7000兆瓦,已经达到商业化运行的技术水平。我国的生物质燃烧发电也 已初具规模,总装机容量超过800瓦。 生物质燃烧系统中,生物质的预处理非常重要。来源不同的生物质种类繁多,为了增加生物 质的能量密度,减少收集、运输和储存的成本,诸如秸杄等生物质需要进行打捆、干燥、粉碎等 预处理
另外,城市中每天需要处理大量的生活垃圾,包括部分商业、服务业等废弃物。生活水平和 城市设施条件的不同,城市生活垃圾成分差异明显,有机质含量也大不相同。对于许多城市,特 别是大城市来说,目前已经摈弃了露天堆放、简单填埋等垃圾处理方式。更多的是采用堆肥、焚 烧、卫生填埋等垃圾处理方式。 城市垃圾焚烧既达到垃圾无害化、减量化、资源化处理的目的,而且通过垃圾焚烧还可以部 分回收垃圾中的能量,补充垃圾焚烧厂所霱的部分能量。垃圾焚烧的预处理比一般的秸杄、木屑 等生物质预处理更麻烦。因为,送至城市垃圾焚烧厂的生活垃圾每天都不完全一样,特别是没有 分捡的垃圾,还包含不可燃烧的物质,处理更是复杂
垃圾焚烧发电技术是利用垃圾焚烧炉对垃圾进行焚烧,所产生的热能用于生产水蒸气,然后 通过汽轮机带动发电机发电。图3-2-13为转炉垃圾焚烧发电系统示意图。 飞灰回炉 废热锅炉 废气处理设备 高温璋热器 粉碎机 出渣爰带 转炉 熔渣 不物分选设备 垃圾储仓粉碎垃圾储仓 铁铝,其他 图32-13转炉垃圾焚烧发电系统示意图
生物质挤压固化 由于生物质燃料密度比较低,因此,采取将生物质粉碎成一定细度后,在一定的压力、温度 和湿度条件下,挤压成形,可制取棒状、球状、颗粒状的生物质固体燃料。生物质经挤压成形加 工,使其密度大大增加,热值显著提高,也便于贮存和运输。并保持了生物质挥发性高、易着火 燃烧、灰分及含硫量低、燃烧产生污染物较少等优点。它不仅可用作工业锅炉、工业窑炉的燃料, 还可以用作化工原料和家用燃料,是一种不可多得的、清洁的商业燃料 经过挤压成形的固化生物质燃料,对其进行干馏,可以制成类似木炭的固体燃料。一般25~3 吨的纯秸秆可制成1吨碳棒。生产秸秆碳棒具有投资省、上马快、成本低的优点。国外早在20世 纪70年代初就研制出棒状、颗粒状成形机。中国近20年来也开始了这方面的研究,例如江苏省已 建成了年产100吨屯的固体棒状燃料生产线