（环境科学专业论文）生物质发电环保性能及在我国的适应性研究.pdf

目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论l 1 1 能源利用现状。l 1 2 国内外生物质发电研究进展2 1 2 1 国外研究进展2 1 2 2 国内研究进展3 1 3 主要研究内容。5 第二章生物质能资源及生物质能利用转化技术6 2 1 生物质能资源概况6 2 2 生物质能的特点及意义。7 2 3 生物质能的利用转化技术及现状。8 2 3 1 生物质燃烧技术8 2 3 2 生物质气化技术9 2 3 3 生物质液化技术1 0 2 3 4 生物质固化技术1 l 2 3 5 生物质热解技术1 1 2 3 6 生物质发酵技术1 2 2 4 小结1 3 第三章生物质发电环保性能研究1 4 3 1 生物质工业分析和元素分析1 4 3 1 1 生物质燃料的工业分析1 4 3 1 2 生物质燃料的元素分析1 7 3 2 生物质燃烧反应过程及生物质与煤的对比分析_ 。2 0 3 2 1 生物质燃烧反应过程2 0 3 2 2 生物质与煤的对比分析2 2 3 3 生物质发电技术及综合比较2 3 3 3 1 直接燃烧发电2 3 3 3 2 混合燃烧发电2 6 3 3 3 热解气化发电一2 8 3 4 生物质发电污染物控制技术分析2 9 3 4 1 主要污染物生成机理分析2 9 3 4 2 污染物控制技术方法。3l 3 4 3 污染物排放量计算3 2 6 7 3 0i 删9洲8ii1薹茎y 3 5 生物质直燃发电污染物排放情况分析研究3 3 3 5 1 生物质直燃发电污染物排放情况研究3 3 3 5 2 生物质混燃发电4 2 3 5 3 生物质气化发电4 2 3 5 4 生物质燃烧与燃煤污染物排放量对比研究4 2 第四章案例分析4 5 4 1 案例一4 5 4 1 1 电厂基本情况4 5 4 1 2 污染物的排放及防治措施。4 5 4 1 3 污染物监测评价标准和内容4 6 4 2 案例二4 9 4 4 其他案例5 0 4 3 小结5l 第五章生物质发电在我国的适应性研究5 2 5 1 成本问题5 2 5 2 核心技术问题5 2 5 3 环保问题5 3 5 4 叫、结5 4 第六章结论与展望5 5 6 1 主要结果与结论5 5 6 2 本文特色5 6 6 3 不足及展望5 6 参考文献5 7 研究生期间论文发表情况6 l 致谢6 2 摘要 从全球范围看，煤炭、石油、天然气等化石能源资源正在日益耗尽；近些 年，能源危机的严重性不断加重。人类对于匮乏的化石能源的极大依赖，不仅 给未来社会带来潜在危机，而且由于这种能源的大量开发利用，也给人类赖以 生存的环境带来了严重的污染。我国是化石能源非常短缺的国家，从环境保护 和能源可持续发展方面看，发展可再生能源具有长远的意义。 本论文对我国生物质能资源和生物质能利用转化技术开展了大量的基础调 研工作，收集了多种生物质燃料的工业分析和元素分析资料。以我国目前主要 采用的生物质直接燃烧发电技术为主要研究对象，分析研究了生物质燃料和生 物质直接燃烧发电的主要特性，结合部分生物质发电企业环保竣工验收监测资 料，总结出一套我国生物质燃料发电主要气态污染物的排放水平及环保性能， 并与常规燃煤电厂进行了对比分析。 结合九个2 x 1 5 m w 的生物质电厂情况，总结了生物质发电污染物的排放水 平。结果显示：s 0 2 的排放量在1 9 2 协5 5 4 如之间，排放浓度在 2 2 2 m g n m 3 - - 6 6 3 0 6 m g n m 3 之间，单位电量s 0 2 排放量在1 1 0 k w h 3 3 0 9 & w h 之间；烟尘的排放量在7 6 5 f f a 2 2 5 4 t a 之间，排放浓度在 7 1 7 m g n m 3 2 7 7 8 m g n m 3 之间，单位电量烟尘排放量在o 0 5 l ( w h o 1 4 9 k w h 之间。表明：生物质秸秆发电的污染物排放量均处于较低水平，特别是单位电 量的污染物的排放量远低于我国燃煤电厂单位电量的平均排放水平，环保性能 显著。在此基础上，本论文提出了制定生物质行业污染物排放标准的建议和参 考范围。 同时，本论文调研了部分生物质发电企业目前的发展现状和实际运行中存 在的一些问题，对我国生物质发电应用情况进行了总结，对我国生物质发电的 适应性进行了研究。最后，提出了我国生物质发电的总体趋势及相应的污染防 治措施和建议。 关键词：生物质发电，环保性能，污染物排放，存在问题 a b s t r a c t c o a l ，o i l ，n a t u r a lg a sa n do t h e rf o s s i le n e r g yr e s o u r c e sa r ei n c r e a s i n g l yd e p l e t e d t h r o u g h o u tt h ew o r l d t h ee n e r g yc r i s i sh a sb e c o m em o r es e v e r ei nr e c e n ty e a r s h u m a n sd e p e n d e n c eo ns h o r tf o s s i le n e r g yb r i n g sp o t e n t i a lr i s k st ot h e f u t u r e s o c i e t ya n dm e a n w h i l e ，t h ep l e n t i f u le x p l o i t a t i o na n du t i l i z a t i o no f s u c he n e r g yh a s i n d u c e ds e r i o u sp o l l u t i o nt ot h ee n v i r o n m e n tt h eh u m a nb e i n gr e l i e so nf o re x i s t e n c e a sc h i n ai sac o u n t r yi nq u i t es h o r to ff o s s i le n e r g y , t h ed e v e l o p m e n to fr e n e w a b l e e n e r g yh a sl o n g - t e r ms i g n i f i c a n c ef r o mt h ev i e w p o i n to fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n a n ds u s t a i n a b l ee n e r g yd e v e l o p m e n t al o to fb a s i cr e s e a r c hw o r ko fb i o m a s sr e s o u r c e sa n db i o m a s se n e r g yc o n v e r s i o n t e c h n o l o g i e sh a sb e e nc a r r i e do u tf o rt h i sp a p e ra n dav a r i e t yo fi n d u s t r i a la n a l y s i s a n de l e m e n t a l a n a l y s i s d a t ao fb i o m a s sf u e l sh a v eb e e nc o l l e c t e d t h e c h a r a c t e r i s t i e c sa n dp e r f o r m a n c eo fb i o m a s sr u l e sa n di t sd i r e c tc o m b u s t i o np o w e r g e n e r a t i o na r ea n a l y s e di nt h i sp a p e rb ys t u d i n gt h em a i nd i r e c tc o m b u s t i o np o w e r g e n e r a t i o nt e c h n o l o g y a t p r e s e n t t h e e m i s s i o nl e v e l sa n de n v i r o n m e n t a l p e r f o r m a n c eo fm a j o rg a s e o u sp o l l u t a n t s f r o mb i o m a s sp o w e rg e n e r a t i o na r e s u m m e du pi nc o m b i n a t i o no fe n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gd a t af o rc o m p l e t i o na n d a c c e p t a n c eo fs o m eb i o m a s sp o w e re n t e r p r i s e s i ta l s og i v e sc o m p a r i s o nb e t w e e n t 1 1 a te m i s s i o n sa n dt h e r m a lp o w e rg e n e r a t i o n w i t hn i n e2xl5 m wb i o m a s sp o w e rp l a n t si n t e g r a t e d ，p o l l u t a n te m i s s i o nl e v e l so f b i o m a s sp o w e rg e n e r a t i o ni ss u m m e du p t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：s 0 2e m i s s i o n si s 19 2 f f a 5 5 4 地s 0 2e m i s s i o nc o n c e n t r a t i o ni s2 2 2 m g n m “6 3 0 6 m g n m ，s 0 2 e m i s s i o n sp e rk w hi s1 1 0 k w h - 3 3 0 9 k w h ；d u s te m i s s i o n si s7 6 5 t a - 2 2 5 4 t a , d u s t e m i s s i o nc o n c e n t r a t i o ni s7 17 m g n m 3 2 7 7 8 m g n m 3 ，a n dd u s te m i s s i o n sp e rk w h i s0 0 5 k w h - - 0 14 9 k w h t h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h ee m i s s i o n so fb i o m a s sp o w e r g e n e r a t i o na r ea tal o wl e v e l ，a n dp a r t i c u l a r l y , t h ea v e r a g el e v e lp e ru n i to fe l e c t r i c i t y i sm u c hl o w e rt h a nt h a to ft h e r m a lp o w e rg e n e r a t i o n b i o m a s sp o w e rg e n e r a t i o nh a s s i g n i f i c a n te n v i r o n m e n t a lp e r f o r m a n c e o nt h a tb a s i s ，r e c o m m e n d a t i o n sa n d r e f e r e n c er a n gi sp r o p o s e df o ra ne m i s s i o ns t a n d a r d sf o r m u l a t i o no fb i o m a s sp o w e r g e n e r a t i o n a tt h es a m et i m e ，t h ed e v e l o p m e n ts t a t u so fb i o m a s sp o w e rg e n e r a t i o na n dt h e e x i s t i n gp r o b l e m si na c t u a lr u n n i n go fs o m eb i o m a s sp o w e rp l a n t sa l ei n v e s t i g a t e d a n dr e s e a r c h e df o rt h i sp a p e r f u r t h e r m o r e ，t h ea p p l i c a t i o na n da d a p t a b i l i t yo f b i o m a s sp o w e rg e n e r a t i o ni nc h i n aa r es u m m a r i z e d a tl a s t ，t h eo v e r a l l 仃e n do f b i o m a s sp o w e rg e n e r a t i o ni sd e s c r i b e da n dt h ec o r r e s p o n d i n gp o l l u t i o nc o n t r o l m e a s u r e sa n dr e c o m m e n d a t i o n sa r ep u tf o r w a r d k e y w o r d s ：b i o m a s sp o w e rg e n e r a t i o n , e n v i r o n m e n t a lp e r f o r m a n c e ，e m i s s i o n , p r o b l e m s i i i 第一章绪论 1 1 能源利用现状 第一章绪论 能源是现代社会赖以生存和发展的基础，也是制约国民经济发展的重要因素。1 9 7 3 年 因石油短缺引发的能源危机和近期的国际石油价格大幅上涨让我们认识到，人类正面临着 巨大的能源压力。从全球范围看，化石能源包括煤炭、石油和天然气等资源正在日益耗尽， 按消费量推算，世界石油资源在今后5 0 年至8 0 年间将消耗殆剧。从2 0 0 2 年到2 0 0 6 年， 煤在一次能源消费比例中占7 0 左右，而一次能源消费总量由2 0 0 2 年的1 5 1 8 万亿吨标准 煤上升到2 0 0 6 年的2 4 5 6 7 万亿吨标准煤l 引。我国能源消费总量连续多年都位居世界前列， 经初步统计，2 0 0 9 年我国一次能源消费总量达到3 0 6 6 亿吨标准煤，较2 0 0 5 年增加了3 0 ， 一次能源消费比重均在9 0 以上，而煤在能源消费总量中所占比例均在6 5 以上，并呈逐 年上升趋势，2 0 0 9 年煤炭占一次能源消费比重超过7 0 。专家预测到2 0 1 5 年，一次能源 消费总量将达到4 3 1 亿吨，如果不对能源消费总量进行控制，到2 0 3 0 年，我国一次能源 消费总量可能接近或超过7 0 亿吨标准煤；我国石油储量占世界总量的2 ，人均占有量仅 为世界水平的十分之一，自1 9 9 3 年成为原油净进口国以来，到2 0 0 2 年已经成为世界第二 大石油消费国、第七大石油进口副3 。 人类对于存在匮乏危机的化石能源的极大依赖，不仅给未来社会带来潜在危机，而且 由于这种能源的大量开发利用，也给人类赖以生存的环境带来了严重的污染。目前，世界 上大部分国家主要消费能源为煤，而由燃煤带来的污染物排放问题日趋严重，给全球的环 境带来了巨大的危害。如东欧国家的空气污染主要是因为在传统燃烧设备中燃用高污染燃 料而引起的，导致s o x 、n o x 、颗粒物质和c 0 2 的大量排放 4 1 。中国是煤炭利用大国，煤 炭利用过程中产生的s o x 、烟尘、n o x 等污染物也相当可观。1 9 8 0 年，s 0 2 排放量为l1 6 0 万吨，2 0 0 5 年为2 5 4 9 万吨，2 0 1 0 年降至2 3 0 0 万吨，虽然2 0 0 5 - 2 0 1 0 年问我国s 0 2 排放量 有微小的递减趋势，但是每年s 0 2 的排放量还是保持在2 0 0 0 万吨以上p j ，而近些年n o x 的排放量约为7 7 0 万吨，因n o x 、s 0 2 及形成酸雨造成损失达1 1 0 0 亿元，约占国民经济生 产总值的7 - , - 8 ，严重制约了社会经济的发展，能源短缺和环境污染已成为全社会普遍关 注的焦点【6 7 1 。 从实际情况看，我国是化石能源非常短缺的国家，一次能源资源情况不容乐观，此外， 近期内我国石油产量也不可能大幅增加，而我国煤炭资源虽然比较丰富，但探明程度很低， 尚未利用的经济精查储量中绝大部分分布在干旱缺水且距离消费中心较远的中西部地区， 开发、运输和利用的难度增加，从环境保护和能源可持续发展方面看，发展可再生能源具 有长远的意义。利用生物质发电就是缓解能源与环境压力的一种方式。 南京信息工程大学硕士学位论文 1 2 国内外生物质发电研究进展 1 2 1 国外研究进展 为了减少能源的对外依赖、提高能源供应安全，特别是为了应对全球气候变化，兑现“京 都议定书”规定的减排温室气体的目标，欧洲国家对可再生能源非常重视1 8 l 。生物质秸秆资 源是重要的可再生能源，既可以通过锅炉直接燃烧发电和供热 9 1 ，也可以转化为液体燃料 代替汽油和柴油，因此，欧洲国家都把秸秆资源作为优先发展的可再生能源予以高度重视 并给予政策和资金的大力支持i l o j 。欧洲国家秸秆资源利用技术成熟，政策落实，秸秆资源 开发利用已成为重要的新型产业，对保障能源安全、增加就业机会、促进农业发展，以及 确保能源与环境的协调发展等发挥着重要的作用。近几年，世界各国开始高度重视秸秆发 电项目的开发，将其作为2 l 世纪发展可再生能源的战略重点和具备发展潜力的战略性产 业，如日本的“阳光计划”、美国的“能源农场”、印度的“绿色能源工厂”等，秸秆发电技术 已被联合国列为重点项目予以推广目前丹麦的秸秆发电等可再生能源已占该国能源消耗 总量的2 4 1 n ，据美国能源信息署( e i ) 统计数据，2 0 0 8 年美国有3 5 0 多座生物质发电站 1 2 1 ，生物质发电的总装机容量已超过1 0 0 0 0 m w ，单机容量达1 0 2 5 m w ，占美国可再生能 源发电装机的4 0 以上。美国能源部( d o e ) 生物质发电技术的目标是到2 0 2 0 年实现生物 质发电的装机容量为4 5 0 0 0 m w ，年发电2 2 5 0 3 0 0 0 亿度。 丹麦在农作物秸秆和农林废弃物直燃发电方面成绩显著，对于农作物秸秆和农林废弃 资源的利用则倾向于直燃热电联供。只有5 0 0 万人口、4 3 万k m 2 土地的丹麦，秸秆发电等 可再生能源占了全国能源消费的2 4 以上i l lj 。联合国气候变化框架公约及京都议定书分别 于1 9 9 2 年和1 9 9 7 年出台后，为建立清洁发展机制，减少温室气体排放，丹麦进一步加大 了农作物秸秆和农林废弃物资源和其他清洁可再生能源的研发利用力度。丹麦b w e 公司 率先研发秸秆原料燃烧发电技术【l3 。，迄今在这一领域仍是世界最高水平的保持者。在这家 欧洲著名能源研发企业的努力下，丹麦于1 9 8 8 年诞生了世界上第一座秸秆直接燃烧发电 厂。近2 0 年来，丹麦新建设的热电联产项目都是以农作物秸秆和农林废弃物为燃料，同时， 还将过去许多燃煤供热厂改为了燃烧农作物秸秆和农林废弃物的热电联产项目。秸秆发电 技术现已走向世界，被联合国列为重点推广项目。瑞典、芬兰、西班牙等多个欧洲国家由 b w e 公司提供技术设备建成了秸秆发电厂，其中位于英国坎贝斯的农作物秸秆和农林废弃 物发电厂是目前世界上最大的秸秆发电厂，装机容量3 8 万千瓦，总投资约5 亿丹麦克朗。 德国利用的农作物秸秆和农林废弃物在整个能源总量中所占比重为2 8 6 【l4 1 ，其技术经 过十几年的发展已经相当成熟，走在世界的前列。德国可再生能源发电量占总发电量的比例 己从1 9 9 8 年的4 7 提升到2 0 0 3 年的8 ，政府计划到2 0 2 0 年使这一比例达到2 0 【l 鄄，在本 世纪中叶至少达到5 0 。2 0 0 3 年德国拥有8 0 多家农作物秸秆和农林废弃物发电厂，其中发 电量在5 o 1 0 3 l ( w 以上的有2 0 多裂1 6 j 。拉麦尔生物质发电国际有限公司( l a h m e w r ) 为德 国可再生能源开发公司，在风能、水利及农作物秸秆和农林废弃物项目领域有着丰富的开发 和引导经验，主要提供农作物秸秆和农林废弃物固体燃料直燃发电技术。 2 第一章绪论 意大利对直燃发电非常重视，在农作物秸秆和农林废弃物热电联产应用方面也很普遍。 意大利2 0 0 2 年能源消费总量约为2 5 x 1 0 4 万吨标准煤，其中可再生能源约1 3 1 0 2 万吨标准 煤，占能源消费总量的5 。在可再生能源消费中生物质能2 4 ，主要是固体废弃物发电 和生物液体燃料【l7 1 。意大利哈佛呐燃烧技术有限公n ( h a f n e r ) 拥有多年的锅炉设计和生产经 验，为欧洲多家电厂及热力厂提供技术支持和设备。瑞典也正在实行利用农作物秸秆和农 林废弃物进行热电联产的计划，使农作物秸秆和农林废弃物资源在转换为高品位电能的同 时满足供热的需求，以大大提高其转换效率。1 9 9 1 年，瑞典地区供热和热电联产所消耗的 燃料，就有2 6 是农作物秸秆和农林废弃物【埔】 2 0 0 4 年，全球生物质发电总装机容量为3 9 0 0 万千瓦，年发电量约2 0 0 0 亿千瓦时，可 替代7 0 0 0 万吨标准煤。到2 0 0 5 年底，全球生物质发电总装机量增加到5 0 0 0 万千瓦。目前 国外的生物质发电技术和装置已多实现了规模化产业经营。预计到2 0 2 0 年，发达国家1 5 的电力将来自生物质发电，而目前生物质发电只占整个电力生产的l ，生物质发电在未来 1 0 年内将获得快速发展。 之所以大力发展生物质秸秆发电产业，是因为它具有不同于传统煤炭发电的环保优势。 混合燃烧具有很大的潜力，可以迅速减少二氧化碳的排放量，该技术在斯堪的纳维亚半岛 和北美地区使用相当普遍。在美国，有3 0 0 多家发电厂采用生物质能与煤炭混燃技术，装 机容量达6 0 0 0 m w 。对于气化发电来说，小型生物质气化发电主要集中在非洲的一些国家， 以及印度和中国等东南亚国家，而在美国以及欧洲的一些发达国家只有少数供研究用的实 验装置；中型生物质气化发电目前仅在欧洲有少量几个项目；大型生物质气化发电技术在 国际上远未成熟，主要的应用仍停留在示范和研究阶段。其中生物质联合循环发电方式 ( i g c c ) 作为先进的生物质气化发电技术，能耗比常规系统低，总体效率可达4 0 t 5 5 】。虽 然燃烧热值不及传统的煤炭能源，但生物质秸秆中s 、n 、灰分的含量低，利用它来发电， 可以减少污染物的排放量，从污染物来源上减轻了污染。加上国外的一些国家生物质秸秆 资源非常丰富，种植区域相对集中，利于秸秆的收集运输，可以减少一定的发电成本，利 于秸秆发电的发展。 1 2 2 国内研究进展 生物质秸秆燃烧供热发电的利用方式，是一条将秸秆转化为能源可行的工艺技术路线。 如果秸秆燃烧供热发电示范成功，将成为中国最大的支农项目、最大的节能、环保项目， 是我国最可能迅速大面积推广的可再生能源项引一j 。正是由于秸秆发电项目拥有以上特点， 同时它又可能解决目前许多企业面临的煤炭供应趋紧，价格持续上升的问题，我国启动实 施秸秆发电的示范工程引起了国内外业界的极大关注【2 0 l 。山东省生物质气化技术重点实验 室研制成功了秸秆气化集中供气和发电技术，2 0 0 7 年该秸秆能源项目在比利时布鲁塞尔召 开的2 0 0 6 年度全球能源奖颁奖大会上获得“全球能源奖”一等奖，它为充分利用我国丰富的 秸秆资源开创了新途径1 2 。目前，国家大力提倡和鼓励发展循环经济，节约能源、发展可 3 南京信息工程大学硕士学位论文 再生能源，建设节约型的社会。同时，一系列的法律、法规和综合利用的政策出台，保障 了农作物秸秆的开发利用具备了良好的政策环境，当前发展生物质秸秆发电项目的时机很 好，其发展前景十分广耐心j 。 我国生物质发电技术主要以秸秆直燃和垃圾焚烧发电为主。截止2 0 0 9 年底，我国秸秆 直燃发电总装机容量为2 6 5 万千瓦，占所有生物质发电的6 2 ；垃圾焚烧发电总装机容量 为1 2 5 万千瓦，占所有生物质发电的2 9 ：其他气化发电、沼气发电、混燃发电等占比例 很小，总共占有不到1 0 的比例。但秸秆直接燃烧技术的研究在我国起步较晚，缺乏合适 的技术和规模。中小型秸秆气化发电技术的研究和应用得到了一定的发展，开发了不同性 能的气化炉和不同规模的气化发电系统。但是，由于废水( 含焦油和灰分等有害物质) 造成 的二次污染，总体效率较低，气体净化不完善造成的设备损耗，制约了秸秆气化发电技术 的实际推广和应用【2 2 1 。我国从1 9 8 7 年起开始进行生物质能小型气化发电技术研究工作，并 列为国家科技部“七五”重点攻关项目。1 9 9 6 年，i m w 生物质能循环流化床气化发电系统 被列为国家科技部“九五”重点攻关项目。生物质能气化发电优化系统及其示范工程被列为 国家科技部“十五”8 6 3 重大课题。2 0 0 0 年6 0 0 0k w 秸秆气化发电示范工程建成投入运行。 经过几年连续运行，目前设备状况良好，为今后更好地利用生物质能源奠定了良好的基础 【1 4 l 。 为推动生物质发电技术的发展，2 0 0 3 年以来，国家先后核准批复了河北晋州、山东单 县和江苏如东3 个秸秆发电示范项目，颁布了可再生能源法，并实施了生物质发电优惠 上网电价等有关配套政策，从而使生物质发电，特别是秸秆发电迅速发展。目前，在河北、 山东、江苏、安徽、贵州、河南、黑龙江等省份均有秸秆发电项目。最近几年来，国家电 网公司、五大发电集团等大型国有、民营以及外资企业纷纷投资参与中国生物质发电产业 的建设运营。截至2 0 0 8 年底，国家发改委已审批1 7 0 余项生物质发电项目，总装机4 6 0 万 k w ；已投产5 0 项，装机1 1 0 万k w l ”】。考虑到我国的国情及耕作现实，在我国进行秸秆 发电，一般装机容量不宣超过3 0 m w 【2 3 1 。根据国家发改委的要求，五大电力公司到2 0 2 0 年清洁燃料发电要占到总发电的5 以上，这是一个非常广阔的市场。可以看出，中国生物 质发电产业的发展正渐入佳境。已公布的可再生能源中长期发展规划确定了到2 0 2 0 年 生物质发电装机3 0 0 0 0 m w 的发展目标，此外，国家已经决定，将安排资金支持可再生能 源的技术研发、设备制造及检测认证等产业服务体系建设。总的说来，生物质能发电行业 有着广阔的发展前景。 虽然国内在大力发展生物质秸秆发电产业，但对其环保性能的研究较少，具体的污染 物排放标准也没落实，这就要求我们要加大研究力度，更好地利用这一清洁可再生资源。 根据我国秸秆发电的现状可知，其中存在着一些问题，最为突出的问题有：秸秆供给存在 困难，没有成熟的模式或经验可循；缺乏核心技术和设备；国家政策措施尚不能落实；存 在盲目建设发电厂的现象。我国秸秆种植大多是个体农户，比较分散，这给秸秆供应带来 了很大的考验，在技术设备方面还缺少自己的专利，增加了发电的成本，国家的相关政策 还有待于落实。在加强发展秸秆发电的同时，由于缺少详实可行的调查分析，国内有出现 盲目跟从，一哄而上的不利局面，这就要求对生物质发电要有一个合理的规划布局，以避 4 第一章绪论 免这一现象的出现。 1 3 主要研究内容 本文通过研究生物质发电污染物排放水平及环保性能，为研究和解决我国生物质发电 过程中遇到的问题提供参考意见。本文概述国内外生物质发电的发展概况，整理具体电厂 基础数据并总结生物质发电污染物的排放情况，结合部分生物质发电厂环保竣工验收监测 数据，并通过与常规燃煤电厂污染物排放情况的对比研究，分析生物质发电环保性能，提 出制定生物质行业污染物排放标准的建议和参考范围，并建议完善计算生物质发电过程中 s 0 2 的计算方法，综合分析我国生物质发电的总体趋势，提出相应的污染防治措施和建议。 本文主要内容为：( 1 ) 生物质发电研究研究现状及主要的生物质发电技术发展现状： ( 2 ) 生物质发电环保性能的研究，在对生物质工业分析和元素分析的基础上，通过对生物 质电厂资料的收集、分析，结合环保竣工验收资料，总结生物质发电污染物的排放情况， 说明其环保性能，并提出制定生物质行业污染物排放标准和完善s 0 2 计算方法的建议：( 3 ) 探讨生物质发电在我国的适应性，结合实际发电过程中遇见的问题，为我国生物质发电的 发展趋势提出建议。 5 南京信息工程大学硕士学位论文 第二章生物质能资源及生物质能利用转化技术 2 1 生物质能资源概况 生物质能通常是指：各种速生的能源林，薪炭林、经济林、用材林、灌木林、木材及 森林工业废弃物，农业生产和加工剩余物，水生植物，油料植物，城市和工业有机废弃物， 农业生产和加工剩余物，水生植物，油料植物，城市和工业有机废物，动物粪便等1 2 4 2 孔。 我国生物质能资源丰富，种类多，分布广且产量大，理论生物质能资源约有5 0 亿吨左 右，是我国目前总能耗的4 倍左右1 2 6 1 。主要来源于以下几个方面：农业废弃物、林业废弃 物、工业废弃物、生活垃圾、有机废水、能源作物等【27 1 。目前，可供开发利用的生物质能 资源主要为生物质废弃物，包括秸秆等农业废弃物、林木生物质、畜粪、城市垃圾和城市 废水等。我国是典型的农业大国，秸秆资源相当丰富，我国秸秆产量约占全世界秸秆总量 的3 0 1 2 q 。现在每年秸秆量约为7 o 亿吨，相当于3 5 亿吨标准煤；林业废弃物( 不包括 炭薪林) 每年约1 7 亿吨，相当于1 0 亿吨标准煤；禽畜粪便实物量3 2 亿吨，相当于1 5 7 亿吨标准煤；城市垃圾1 1 8 亿吨，相当于o 5 亿吨标准煤，因此我国每年生物质能源达6 5 7 亿吨标准煤以上，扣除了一部分做饲料和其他原料，可开发为能源的生物质达4 亿多吨标 准煤【2 3 l l 。据统计，2 0 0 4 年我国生物质资源实物蕴藏量为：秸秆7 2 8 亿吨，主要分布在河 南、山东、黑龙江、吉林、四川等省：畜粪3 9 2 6 亿吨，主要分布在河南、山东、四川、 河北、湖南等省；林木生物质2 1 7 5 亿吨，主要分布在西藏、四川、云南、黑龙江、内蒙 古等省区；城市垃圾1 5 5 亿吨，主要分布在广东、山东、黑龙江、湖北、江苏等省；废水 4 8 2 4 0 亿吨，主要分布在广东、江苏、浙江、山东、河南等省。可获得量中，秸秆、林木 生物质和畜粪所占比例分别达3 8 9 、3 6 o 和2 2 1 4 ，如表2 1 所剥弛3 3 1 。 表2 - 1 我国主要生物质能资源 随着农业、林业的发展，特别是我国有计划地研究开发各种速生能源作物和能源植物， 生物质能资源的种类和产量将会越来越大，未来开发和利用潜力巨大。根据国家有关部门 规划和专家研究，到2 0 2 0 年，可开发生物质资源量至少可相当1 5 亿吨标准煤，其中3 0 来自传统生物质，7 0 由农业林业能源植物提供。据估计，2 0 2 0 年我国的生物质资源量可 6 第二章生物质能资源及生物质能利用转化技术 达到2 9 3 x1 0 1 9j f 3 钔。 2 2 生物质能的特点及意义 生物质能是通过光合作用生成的有机物，它的最初来源是太阳能，属于可再生能源。 生物质能的载体是有机物，是以实物形式存在的，具有可储存、运输、再生、转换的特点， 并较少受自然条件限制。 生物质能有以下一些优点： ( 1 ) 可再生性。只要太阳辐射能存在，绿色植物光合作用就不会停止，生物质能永远 不会枯竭，因此，生物质能具有取之不尽、用之不竭的物质基础印l 。 ( 2 ) 丰富性。据估计，地球上的植物通过光合作用，每年所生成的生物质能总量约为 2 1 0 1 1 吨，相当于3 1 0 1 8 k j 的能量，约为现在全世界年耗能总量的1 0 倍【3 5 】。 ( 3 ) 清洁性、低污染性。表2 - 2 是三种生物质( 小麦秸秆、玉米秸秆、木屑) 与一种 烟煤( 兖州邹县煤) 的工业分析及元素分析，可以看出，生物质的硫含量低，挥发分含量 高，利用过程中排放的s o x 和n o x 与化石燃料相比少得多。生物质可最大限度的降低c 0 2 的排放，因为其燃烧所释放的c 0 2 大体上相当于其生长时通过光合作用所吸收的c 0 2 ，所 以应用生物质能源时c 0 2 的排放可被认为是零l 弧了n 。 ( 4 ) 可替代性。生物质不同于常规的化石能源，是一种可替代化石能源转化成液态和 气态燃料以及其他化工原料或者产品的碳资源1 3 引。 利用生物质能不仅可以有效减轻化石能源引起的环境污染问题，而且对改善我国能源 结构意义重大。我国是能源消耗大国，目前主要以传统能源为主，能源结构不合理已经引 起了大量污染问题和其他问题。我国已取代俄罗斯成为世界上第二大能源生产和消费国， 也是世界上c 0 2 第二大排放国，2 0 0 4 年排放量占世界总量的1 5 1 ，仅居美国的2 2 9 之 后。到2 0 1 5 年，我国碳排放量可能达到1 7 8 亿吨( d o e i e a 数据) 3 9 】，可能是届时世界 上最大的排放国。面对这样严峻的形式，我国必须调整好能源结构，大力发展可再生能源 和其他非常规能源，减少能源消耗给环境造成的压力，实现能源和环境的可持续发展。生 物质能作为最稳定和易于利用的可再生能源，其用途和功能与化石燃料相似，经济性较好， 比较适合于发展中国家应用。我国这方面资源丰富，原有利用效率很低，有很大的发展潜 力，生物质能将是我国今后部分主要替代能源之一。 表2 2 某地区生物质及煤样的工业分析及元素分析结果 但是生物质燃料也有其自身的缺点，例如： ( 1 ) 生物质一般比较分散，能量密度低，其大规模收集、运输和储存的费用较高。 7 南京信息工程大学硕士学位论文 ( 2 ) 生物质含水量大，影响着火和燃烧的稳定性，同时造燃烧时造成大量的能量损失， 并且可能引起燃料储存问题：并且单位质量生物质的热值低，要求能量转化设备有足够的 空间投入原料。 ( 3 ) 农作物秸秆供应具有周期性，每年集中在农作物收获的几个月内，利用生物质发 电的电厂为了保证常年供电需存储大量秸秆，这样就需要大量的储藏空间，进一步增加了 投资和运行成本，且存在着天气影响和火灾隐患等问题。 2 3 生物质能的利用转化技术及现状 目前，世界上生物质能源转换途径包括：物理转换、化学转换和生物转换三类，涉及 到燃烧、气化、液化、固化、热解和发酵等技术3 8 柏4 1 1 。 2 3 1 生物质燃烧技术 生物质燃烧技术是将生物质作为燃料直接送入燃烧设备中燃烧，利用其燃烧过程中释 放的热量加热工质产生蒸汽用于供热或发电。按照燃料分类，可分为生物质直接燃烧及生 物质和矿物燃料的混合燃烧。 2 3 1 - 1 生物质直接燃烧 生物质直接燃烧主要包括炉灶燃烧、垃圾焚烧和锅炉燃烧。炉灶燃烧操作简便，投资 少，是几千年来中国农村的主要用能方式，但是炉灶燃烧效率低下，燃烧不完全，烟囱冒 黑烟就是一个明显现象，不但浪费能源，对环境也造成极大的污染。目前节柴灶正在我国 农村推广，它具有以下特点：一是热能在灶内停留时间长，可以得到充分利用，故热效率 较高；二是没有熏烟。污染小；三是质量小，可拆除；四是多功能，节柴灶的灶桥可以调 整，随着灶桥的调整可烧柴，烧锯末和烧煤 4 1 l 。节柴灶的利用每年可节约能量达5 2 5 万吨 油当量【4 2 j ，是偏远山村生物质能利用的一个重要方面。垃圾焚烧是利用焚烧锅炉在 8 0 0 - 1 0 0 0 高温下燃烧垃圾可燃组分，释放热量供热或发电，具有减少环境污染，节省大 量土地资源等优点。上海浦东新区御桥生活垃圾焚烧厂设置了三条垃圾焚烧生产线，北京 市、广州市、厦门市也都在进行千吨级垃圾焚烧厂的建设【4 3 “1 。但整体来看，中国燃烧垃 圾发电上网成本高，而且政策不完善。锅炉燃烧采用先进的燃烧技术，把生物质作为锅炉 的燃料燃烧，以提高生物质的利用效率，适用于相对集中、大规模地利用生物质资源，也 便于对燃烧污染物的集中控制。 2 3 1 2 生物质和矿物燃料的混合燃烧 生物质通常含有较高的水分和相对较低的发热量【4 5 】。新采伐的木材含水率约为5 0 ， 而煤的水分含量仅为5 左右。高水分含量使燃烧温度降低，增加燃料在炉膛内的停留时间， 从而导致不完全燃烧损失的增加。生物质过高的水分含量和复杂的组分使燃烧生物质的锅 炉很难在较低成本情况下达到常规锅炉的燃烧效率，从而影响生物质的燃烧性质，生物质 8 第二章生物质能资源及生物质能利用转化技术 能的局限性和不稳定性对大容量锅炉的稳定运行也非常不利。然而采用生物质与矿物质燃 料的混合燃烧技术既可以达到经济上的合理性，又可大规模地利用生物质能，还可以降低 锅炉污染物的排放浓度。目前国内已有多家锅炉厂家生产生物质和煤混烧的链条炉和硫化 炉。典型的共燃锅炉分别在东南亚国家和我国广东、浙江等省运行1 。 2 3 2 生物质气化技术 生物质气化技术是一种热化学处理技术，在气化炉内以氧气( 空气、富氧或纯氧) 、水 蒸气或氢气等作为气化剂，在高温的条件下通过热化学反应将生物质中可燃部分转化为含 有c o 、h 2 、c i - h 和c m h 。的可燃气，用作燃料或生产动力 4 0 , 4 7 】生物质气化后一部分转变为 可燃气，一部分转变为炭，另外还有少量的焦油产物。生物质气化后的气体产物是一种高 品质能源，经过水洗、净化后即可使用；此外，通过添加催化剂，可以进一步合成甲醇、 二甲醚、甲烷、汽油和柴油等产品。 我国的生物质气化技术发展较快，推广应用比较广