生物质能发电技术

1、第五章 生物质能发电技术-进退维谷的新能源一、定义与范畴 生物质能源能是通过绿色植物的光合作用将太阳辐射的能量以一种生物质形式固定下来的能源。是人类最重要的间接利用太阳能方式。 包括：木材、农作物（秸杆、稻草、麦杆、豆杆、棉花杆、谷壳等）、杂草、藻类、有机废弃物等。 海洋生物质不在讨论之内。二、生物质能源特点储量大，地球上每年生物质能总量约 1400-1800亿吨(干重），相当于目前每年总能耗的十倍；理论上不产生GHG，低含量的N，S化合物，可以大量减少NOx，SOx等有毒气体排放，被称为“绿色石油”；兼容性最好，同时是唯一的可储存和运输的可再生能源。CO2以及SOx、NOx减少排放效果 每利

2、用一万吨椐杆代替燃煤，可以减少CO2排放.4万t，SO2 40t，烟尘100t 三、生物质能源经济性分析三、生物质能源经济性分析 生物质能源利用的经济性直接同生物质转化利用的过程相关。 生物质转化利用的过程主要有：1 生物质气化;2 生物质氢气、合成气，甲醇，热电联产；3 生物质乙醇；4 生物质油.4 4、 生物质能转化的能源形式生物质能转化的能源形式 1、直接燃料；2、酒精；3、甲醇；4、沼气；5、垃圾焚烧；6、其他热裂解产品；生物质汽化供热个例分析生物质汽化供热个例分析200户规模集中供气系统初始投资和年运行费用费用类别估计值/万元所占比例%初始投资其中 土地费 土建费 机组设备以及安装

3、气柜 管网及附件 其他39.810.846.411.3127.621.651001.814.425.427.017.13.7 年运行费用2.93 平均用户投资0.233 燃气价格（元/m3）0.211 $/GJ5.00生物质汽化发电生物质汽化发电- -规模与发电机选择规模与发电机选择生物质生物质 Direct Combustion内燃机内燃机电能电能生物质生物质IGCC燃气轮机电能电能生物质生物质电能电能IGCC=10-15=-5=-规模200KW200KW200KW规模规模11MWMW1MW规模生物质发电主要技术障碍之一生物质发电主要技术障碍之一 -燃气除焦技术燃气除焦技术电机要求焦油含量：

4、0.02-0.05g/m3；H215%汽化后焦油含量：2-50g/m3；除焦技术：1 燃气高温过滤；2 水洗除焦；3 静电除焦；4 热裂解法,温度过高，产生NOx;5 催化裂解法，最理想，技术不成熟。生物质甲醇、氢气以及发电工艺过程生物质甲醇、氢气以及发电工艺过程生物质能源与现有化石能源比较生物质能源与现有化石能源比较024681012能源价格($/GJ)生物质燃气 生物质电能石油能源生物质乙醇 生物质柴油工艺类型生物质能源与石油能源比较低可能价格可能价格高可能价格4 4、 生物质能转化的能源形式生物质能转化的能源形式 1、直接燃料；2、酒精；3、甲醇；4、沼气；5、垃圾焚烧；6、其他热裂解产

5、品；1、生物质气化基本原理一、生物质的干燥二、裂解反应三、还原反应四、氧化反应二、生物质气二、生物质气原理图：原理图：湿料气体干燥层100250热分解层300500800还原层900氧化层1200H2O（蒸汽）木（CH1.4O 0.6）可燃气体（CO，H2，CH4CO2等）+液体（包括焦油和水蒸气）+炭C+CO22COC+H2OH2+COC+O2CO22C+O22CO灰空气以上吸式气化炉为例以上吸式气化炉为例2 2、生物质气化技术分类：、生物质气化技术分类：生物质气化不使用气化介质干馏气化使用介质气化空气气化氧气气化水蒸气气化水蒸气-氧气混合气化氢气气化固体炭固体炭木焦油木焦油木醋液木醋液气化

6、气气化气四种气化方式产生的气体组成四种气化方式产生的气体组成3 3、生物质气化燃气的特性、生物质气化燃气的特性1 1）生物质燃气成分和热值）生物质燃气成分和热值目前应用最多、技术成熟的是空气气化，其产出的气体中氮气含量高因此气体热值偏低。2 2）生物质燃气的理化特性和燃烧特性）生物质燃气的理化特性和燃烧特性与工业燃气比，燃气中氮气含量高、热值较低、燃烧所需的理论空气量较少、爆炸极限高4 4、 生物质气化设备：生物质气化设备：生物质气化炉固定床气化炉流化床气化炉单流化床气化炉循环硫化床气化炉双流化床气化炉携带床气化炉上吸式气化炉开心式气化炉横吸式气化炉下吸式气化炉根据气流方向按气化炉结构和气化过

7、程工作安全、稳定几种气化形式对气化发电系统性能的影响几种气化形式对气化发电系统性能的影响5 5、 生物质气化发电方式生物质气化发电方式锅炉蒸汽轮机内燃机燃气轮机生物质气化炉净化系统发电机发电机发电机传统模式传统模式6 6、生物质循环硫化床气化发电装置、生物质循环硫化床气化发电装置 主要由进料机构，燃气发生装置，燃气净化装置，燃气发电机组、控制装置及废水处理设备六部分组成，其流程如图所示。7 7、生物质气合成化学品、生物质气合成化学品甲醇甲醇生物质原料预处理气化炉冷却器转换器调节器CO2转换器压缩器合成器甲醇生物质中热值气化合成甲醇技术工艺流程图生物质中热值气化合成甲醇技术工艺流程图美國沼氣的經

8、濟效益案例資料來源經濟部能源研究基金會評估個案Cases農場Darrel Smith Ranch飼育場Kaplan Industries Feedlot酪農場Marindal Dairy廢棄生質Discarded biomass7萬隻雞之糞便Liquid &solid excreta from 70,000 head of chicken1萬頭牛之尿糞Liquid &solid excreta from 10,000 head of cows340頭牛之尿糞Liquid &solid excreta from 340 head of cows消化槽體積Digester570 立方米570 m3

9、1200 立方米1200 m3370 立方米370 m3系統費用System expense148,000 美元US$ 148,0001,250,000 美元US$ 1,250,000125,000 美元US$ 125,000沼氣發電Utilization on Power Generation帶動 80 kW發電機Generate 80 kW generators帶動 485 kW內燃機 Fuel 485 kW Combustion engines帶動 47 kW發電機Generate 47 kW generators回收年限Year of Return3年3 years2.2年2.2 ye

10、ars4.8年4.8 years國家別Country系統別System數量(個)No. of digester established中國大陸Mainland China農村家用沼氣地Household biogas pools in rural areas7,880,000拉丁美洲Latin America沼氣生產系統Biogas production system3953印度India牛糞廢棄消化沼氣槽Anaerobic digester for cow excreta50,000南韓South Korea人畜廢棄物沼氣利用系統Biogas utilization system for h

11、uman and animal excreta25,000開發中國家沼氣生產系統興建數量資料來源經濟部能源研究基金會各國研究重點-I國別Country研究機構Research institution研究重點Research focus加拿大Canada國家研究委員會National research Commission第二代厭氣消化系統技術2nd-generation anaerobic digestion technologyAlberta大學中美洲工業及技術研究院Institute of Industry and Technology in Central America利用咖啡渣液產生

12、沼氣Biogas production technology using coffee dregs印度India印度農業研究所Institute of Agriculture Development in India牛糞厭氣消化技術Anaerobic digestion technology for pig excreta甘地鄉村工業研究所Rural Industrial Commission in India沼氣氣體研究站Station for Biogas Research各國研究重點-II國別Country研究機構Research institution研究重點Research focu

13、s菲律賓Philippines國家科技院、馬亞農場National institute of Technology、Maya Ranch豬糞尿厭氣消化技術Anaerobic digestion technology for pig excreta台灣Taiwan台灣省畜產試驗所Taiwan Livestock Research Institute豬糞尿厭氣消化技術Anaerobic digestion technology for pig excreta工研院能資所工研院化工所Chemical Union Lab開發厭氣消化之材料(紅泥塑膠帶)The development of materi

14、als for anaerobic digester工研院能資所ERL,ITRI沼氣純化技術Biogas purification technology各 國 廢 棄 物 處 理 機 制研究機構Research institution研究重點Research focus加拿大國家研究委員會National Research Commission, Canada第二代工業廢棄物處理法Second recycling technique for industrial waste processing美國U.S.A垃圾掩埋場能源回收計劃Energy recycling program for lan

15、dfills台灣工研院能資所ERL,ITRI家畜廢物高溫發酵處理技術High-temperature fermentation technique for processing livestock waste果菜廢棄物前處理技術Pre-processing technique for fruit and vegetable waste國別Country研究機構Research institution研究重點Research focus中國 China四川農業機械研究所Institute of Agricultural Engineering, Sichuan研究沼氣當作引擎燃燒之特性開發Stu

16、dy the combustion characteristics as engine fuel上海內燃機研究所Institute of Combustion Engines,Shanghai發展沼氣引擎Develop biogas engines成都沼氣研究所Institute of Biogas, Chengdu研究廢熱回收系統Study heat recycling system北京公共事務研究所Institute of public Affairs, Beijing發展改良型沼氣燃燒器及沼氣燈Develop upgraded biogas incinerator and biogas

17、lamp天津大學University of Tianjin發展改良型沼氣燃燒器及低溫紅外線穀物乾燥機Develop upgraded biogas incinerator and low-temperature infrared grain dryer太陽能及沼氣研究所Institute of solar Biogas Energy開發孵蛋器Develop chicken incubators 我国沼气使用情况沼氣發電流程圖沼气的产生：沼气的产生：沼气发生原理：沼气发生原理：以单糖（C6H12O6）为基质的发酵过程：破破 袋袋一次選別一次選別一次破碎一次破碎二次選別二次選別二次破碎二次破碎成成

18、 形形冷冷 卻卻說說 明明排出物排出物磁力選別器去除鐵類物質磁力選別器去除鐵類物質粗破碎兼破袋粗破碎兼破袋乾乾 燥燥比重差、風選、渦電流選別器，比重差、風選、渦電流選別器，分選非鐵份、玻璃、陶器等分選非鐵份、玻璃、陶器等消石灰添加，除臭、抑制酸性物質消石灰添加，除臭、抑制酸性物質小而均勻，易於造粒小而均勻，易於造粒擠壓成形為錠型固態衍生燃料擠壓成形為錠型固態衍生燃料旋轉窯乾燥器蒸發水分旋轉窯乾燥器蒸發水分重油重油/ /燃油燃油消石灰消石灰混混 合合淨氣排放淨氣排放脫臭設備：活性碳塔、燃燒脫臭法脫臭設備：活性碳塔、燃燒脫臭法全廠臭氣控制全廠臭氣控制鐵鐵 份份水水 份份不燃物不燃物未成形物未成形物成形物成形物 RDFRDF 廢廢 棄棄 物物臭氣臭氣小而均勻乾燥效率高小而均勻乾燥效率高(1)(1)高熱值高熱值 35004500 kcal/kg35004500 kcal/kg；(2)(2)燃燒低污燃燒低污染；染；(3)(3)性質穩定，常溫下儲存性質穩定，常溫下儲存6 6個月以上；個月以上；(4)(4)操作彈性大；且操作彈性大；且(5)(5)易於輸送易於輸送資料來源：工研院資能所廢棄物氣化利用技術各各種廢種廢料料製製成的成的RDFRDF都市垃圾製成之RDF-5 廢泡棉製成之RDF-5 稻桿製成之RDF-5 生物污泥製成之RDF-5