可再生能源發(fā)電技術(shù) 教學(xué)課件 第5章 生物質(zhì)發(fā)電

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或者直接輸入下面地址：在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：http://www.shangfuwang1可再生能源發(fā)電技術(shù)程明、張建忠、王念春編著可再生能源發(fā)電技術(shù)程明、張建忠、王念春編著3第5章生物質(zhì)發(fā)電5.1生物質(zhì)概述5.2生物質(zhì)的燃燒發(fā)電技術(shù)5.3生物質(zhì)的氣化發(fā)電技術(shù)5.4生物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化發(fā)電技術(shù)3第5章生物質(zhì)發(fā)電45.1

生物質(zhì)概述綠色植物成為地球上最重要的光能轉(zhuǎn)換器和能源之源。碳水化合物是光能儲藏庫，生物質(zhì)是光能循環(huán)轉(zhuǎn)化的載體，此外，煤炭、石油和天然氣也是遠(yuǎn)古時代的綠色植物在地質(zhì)作用影響下轉(zhuǎn)化而成的。生物質(zhì)：通過太陽的光合作用而形成的各種有機體的總稱，包括所有動植物和微生物。生物質(zhì)能（biomassenergy）：太陽能以化學(xué)能形式貯存于生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。45.1生物質(zhì)概述綠色植物成為地球上最重要的光能轉(zhuǎn)換器和能5生物質(zhì)能存在形式森林能源及其廢棄物農(nóng)作物及其副產(chǎn)物禽畜糞便生活垃圾水生植物油料植物5生物質(zhì)能存在形式6生物質(zhì)資源十分豐富：據(jù)估計，地球上蘊藏的生物質(zhì)達(dá)18000億噸，而植物每年經(jīng)光合作用合成的生物質(zhì)干重約有1440億～1800億噸。生物質(zhì)能源的年產(chǎn)量約為現(xiàn)在世界能源消費總和的10倍。目前生物質(zhì)已成為僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，約占全球總能耗的14％。據(jù)預(yù)測，到2050年，生物質(zhì)能用量將占全球燃料直接用量的38％，發(fā)電量占全球總電量的17％。注：traditionalrenewable主要為發(fā)展中國家的生物質(zhì)能圖1UNDP關(guān)于世界未來能源構(gòu)成的一種情景我國生物質(zhì)資源十分豐富，資源總量不低于30億噸干物質(zhì)/年，相當(dāng)于10億多噸油當(dāng)量，約為我國目前石油消耗量的3倍。并且生物質(zhì)能含硫量極低，僅為3%，不到煤炭含硫量的1/4。發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電，實施煤炭替代，可顯著減少二氧化碳和二氧化硫排放，產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益。6生物質(zhì)資源十分豐富：據(jù)估計，地球上蘊藏的生物質(zhì)達(dá)180007Biomass汽化爐生物廢料雨礦物灰燼光合作用7Biomass汽化爐生物廢料雨礦物灰燼光合作用8生物質(zhì)能具有以下特點：生物質(zhì)利用過程中具有二氧化碳零排放特性；由于生物質(zhì)在生長期需要的CO2相當(dāng)于它排放的CO2的量，因而生物質(zhì)能的利用對大氣的CO2凈排放量近似等于零，可有效降低溫室效應(yīng)；生物質(zhì)含硫、含氮都較低，灰分含量也較少，燃燒后SOx、NOx和灰塵排放量都較化石燃料小得多，是一種清潔的燃料；生物質(zhì)資源分布廣、產(chǎn)量大、轉(zhuǎn)化方式多種多樣；8生物質(zhì)能具有以下特點：9生物質(zhì)單位質(zhì)量熱值較低，而且一般生物質(zhì)中水分含量大而影響了生物質(zhì)的燃燒和熱解特性；生物質(zhì)的分布比較分散，收集運輸和預(yù)處理的成本較高；可再生性。生物質(zhì)通過植物的光合作用可以再生，與風(fēng)能、太陽能等同屬于可再生能源，其資源豐富，可保證能源的永續(xù)利用。910生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)10生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)11生物質(zhì)能的實用轉(zhuǎn)化技術(shù)生物質(zhì)壓縮成型和固體燃料制取技術(shù)生物質(zhì)氣化技術(shù)生物質(zhì)熱裂解液化制取生物油技術(shù)干濕法厭氧消化制取沼氣技術(shù)11生物質(zhì)能的實用轉(zhuǎn)化技術(shù)12生物質(zhì)水暖鍋爐生物質(zhì)燃?xì)鉅t12生物質(zhì)水暖鍋爐生物質(zhì)燃?xì)鉅t13生物質(zhì)潔燃鍋爐生物質(zhì)潔燃?xì)饣仩t13生物質(zhì)潔燃鍋爐生物質(zhì)潔燃?xì)饣仩t14生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用前景：高效直接燃燒技術(shù)和設(shè)備；薪材集約化綜合開發(fā)利用；生物質(zhì)能的液化、氣化等新技術(shù)開發(fā)利用；城市生活垃圾的開發(fā)利用；能源植物的開發(fā)。14生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用前景：15我國發(fā)展和利用生物質(zhì)能源的意義拓寬農(nóng)業(yè)服務(wù)領(lǐng)域、增加農(nóng)民收入緩解我國能源短缺、保證能源安全治理有機廢棄物污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境廣泛應(yīng)用生物技術(shù)、發(fā)展基因工程15我國發(fā)展和利用生物質(zhì)能源的意義16生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)由于電能具有清潔、易傳輸、易使用等優(yōu)良特性，只要提供電能，幾乎所有的設(shè)備都可以滿足各自的需要。因而生物質(zhì)能除了直接轉(zhuǎn)化成熱能供消費外，最終消費形式還是以轉(zhuǎn)化成電能為主。生物質(zhì)能的發(fā)電主要有沼氣發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電以及生物質(zhì)燃料發(fā)電等形式。16生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)由于電能具有清潔、易傳輸、易使用等優(yōu)良特性17生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)17生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)185.2

生物質(zhì)的燃燒發(fā)電技術(shù)燃燒：燃料中的可燃成分與氧發(fā)生激烈的氧化反應(yīng)，在反應(yīng)過程中釋放出大量熱量，并使燃燒產(chǎn)物的溫度升高。生物質(zhì)燃燒過程的四個階段：預(yù)熱和干燥階段揮發(fā)分析出及木炭形成階段揮發(fā)分燃燒階段固定碳燃燒階段185.2生物質(zhì)的燃燒發(fā)電技術(shù)燃燒：燃料中的可燃成分與氧發(fā)19生物質(zhì)燃燒技術(shù)：主要分為層燃、懸浮燃燒和流化床等三種形式。層燃過程

層燃過程：爐排和灰渣層預(yù)熱冷空氣，在氧化層預(yù)熱的空氣與熾熱的木炭相遇發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，大量消耗氧氣并生成二氧化碳和一氧化碳，在氧化層末端氣體的溫度將達(dá)到最高；在還原層，氣流中二氧化碳與碳起還原反應(yīng)，即CO2+C→2CO，溫度越高，速度越快；生物質(zhì)投入爐中形成的新燃料層被加熱干燥、干餾，將水汽、揮發(fā)分等帶離燃料層進(jìn)入爐膛空間，揮發(fā)分及一氧化碳著火燃燒，形成木炭。

形式：固定爐排、滾動爐排、振動爐排、往復(fù)推動爐排等19生物質(zhì)燃燒技術(shù)：主要分為層燃、懸浮燃燒和流化床等三種形式20流化床技術(shù)：流化床是基于氣固流態(tài)化的一項技術(shù)，即當(dāng)氣流流過一個固體顆粒的床層時，若其流速達(dá)到使氣流流阻壓降等于固體顆粒層的重力時，固體床料被流態(tài)化。其適應(yīng)范圍廣，能夠使用一般燃燒方式無法燃燒的石煤等劣質(zhì)燃料、含水率較高的生物質(zhì)及混合燃料等，此外，流化床燃燒技術(shù)還可以降低尾氣中氮與硫的氧化物等有害氣體含量，保護(hù)環(huán)境，是一種清潔燃燒技術(shù)。種類：鼓泡流化床、循環(huán)流化床

為了保證流化床內(nèi)穩(wěn)定的燃燒，流化床內(nèi)常加入大量的惰性床料來蓄存熱量，占總床料的90%～98%，惰性床料有石英砂、石灰石和高鋁礬土等。20流化床技術(shù)：流化床是基于氣固流態(tài)化的一項技術(shù)，即當(dāng)氣流流21懸浮燃燒技術(shù)：懸浮燃燒是首先將燃料磨成細(xì)粉，然后用空氣流經(jīng)燃燒器將燃料噴入爐膛，并在爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒。其特點是將燃料投入連續(xù)、緩慢轉(zhuǎn)動的筒體內(nèi)焚燒直到燃燼，故能夠?qū)崿F(xiàn)燃料與空氣的良好接觸和均勻充分的燃燒。西方國家多將該類焚燒爐用于有毒、有害工業(yè)垃圾的處理。

生物質(zhì)燃燒熱發(fā)電主要有生物質(zhì)直燃發(fā)電、生物質(zhì)與煤混燃發(fā)電、城市廢棄物焚燒發(fā)電三種21懸浮燃燒技術(shù)：懸浮燃燒是首先將燃料磨成細(xì)粉，然后用空氣流22生物質(zhì)直燃發(fā)電

生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)類似于傳統(tǒng)的燃煤技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)基本達(dá)到成熟階段。在發(fā)達(dá)國家，目前生物質(zhì)燃燒發(fā)電方式占可再生能源（不含水電）發(fā)電量的70%左右。自2004年以來，秸稈發(fā)電技術(shù)開始在我國推廣和普及，目前，在我國江蘇、山東、河北等地建有多個生物質(zhì)秸稈發(fā)電廠。22生物質(zhì)直燃發(fā)電 生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)類似于傳統(tǒng)的燃煤技23生物質(zhì)直燃發(fā)電AmerPowerPlant,Holland23生物質(zhì)直燃發(fā)電AmerPowerPlant,Hol24生物質(zhì)與煤混燃發(fā)電

受燃料的來源、運輸和儲存等問題限制，純生物質(zhì)燃燒發(fā)電技術(shù)基本用于小型生物質(zhì)發(fā)電廠，生物質(zhì)與煤混合燃燒發(fā)電則充分利用了現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備，在現(xiàn)階段是一種低成本、低風(fēng)險可再生能源利用方式，可用于大型生物質(zhì)發(fā)電廠。發(fā)電方式直接混燃間接混燃技術(shù)特點生物質(zhì)與煤直接混合后在鍋爐中燃燒生物質(zhì)氣化后與煤在鍋爐中一起燃燒主要優(yōu)點技術(shù)簡單、使用方便；不改造設(shè)備情況下投資最省通用性較好、對原燃煤系統(tǒng)影響很?。唤?jīng)濟效益明顯主要缺點生物質(zhì)處理要求較嚴(yán)、對原系統(tǒng)有些影響增加氣化設(shè)備、管理較復(fù)雜。有一定的金屬腐蝕問題應(yīng)用條件木材類原料、特種鍋爐要求處理大量生物質(zhì)的發(fā)電系統(tǒng)

生物質(zhì)混燃發(fā)電方式的比較24生物質(zhì)與煤混燃發(fā)電 受燃料的來源、運輸和儲存等問題限制，25目前我國對垃圾的處理手段主要集中在填埋和焚燒兩種方式。

填埋是大量消納城市生活垃圾的有效方法，所謂直接填埋法是將垃圾填入已預(yù)備好的坑中蓋上壓實，使其發(fā)生生物、物理、化學(xué)變化，分解有機物，達(dá)到減量化和無害化的目的。焚燒法是將垃圾置于高溫爐中，使其中可燃成分充分氧化的一種方法，產(chǎn)生的熱量用于發(fā)電和供暖。隨著中國“十一五”規(guī)劃對發(fā)展新能源，提倡環(huán)保型循環(huán)經(jīng)濟的進(jìn)一步重視，國家對垃圾發(fā)電產(chǎn)業(yè)的政策扶持會繼續(xù)加強。25目前我國對垃圾的處理手段主要集中在填埋和焚燒兩種方式。 26城市廢棄物焚燒發(fā)電利用焚燒爐對城市廢棄物中可燃物質(zhì)進(jìn)行焚燒處理，通過高溫焚燒后消除城市廢棄物中大量的有害物質(zhì)，達(dá)到無害化、減量化的目的，同時利用回收到的熱能進(jìn)行供熱、供電，達(dá)到資源化利用。隨著中國城市建設(shè)的發(fā)展和社會進(jìn)步，城市廢棄物的構(gòu)成已發(fā)生了質(zhì)的變化，有機物含量開始高于無機物含量。廢棄物組成正由多灰、多水、低熱值向較少灰、較高熱值的方向發(fā)展，給中國城市廢棄物的焚燒處理奠定了基礎(chǔ)。焚燒處理是目前國際使用較為普遍的城市廢棄物處理方法之一。26城市廢棄物焚燒發(fā)電利用焚燒爐對城市廢棄物中可燃物質(zhì)進(jìn)行焚27城市廢棄物焚燒發(fā)電的典型工藝流程

城市廢棄物低位發(fā)熱值一般在3344～8360kJ/kg范圍內(nèi)，垃圾低位發(fā)熱值大于5000kJ/kg時燃燒效果較好。問題：尾氣中含嚴(yán)重致癌物質(zhì)二惡英。環(huán)保組織反對垃圾焚燒，鼓勵循環(huán)利用減少垃圾的產(chǎn)生。

焚燒爐：

爐排爐、轉(zhuǎn)爐、流化床27城市廢棄物焚燒發(fā)電的典型工藝流程 城市廢棄物低位發(fā)熱值一28大型城市廢棄物焚燒發(fā)電廠28大型城市廢棄物焚燒發(fā)電廠29垃圾焚燒集散控制系統(tǒng)29垃圾焚燒集散控制系統(tǒng)30垃圾焚燒發(fā)電的效益（1）資源化

垃圾焚燒后熱量用于發(fā)電，做到廢物綜合利用。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料稱，截至2005年，我國城市垃圾清運量已達(dá)1×1013t/a，若按平均低位熱值2900kJ/kg，相當(dāng)于1.4×107t標(biāo)煤。如其中有1/4用于焚燒發(fā)電，年發(fā)電量可達(dá)60億度，相當(dāng)于安裝了1200MW火電機組的發(fā)電量。30垃圾焚燒發(fā)電的效益31（2）無害化

垃圾焚燒發(fā)電可實現(xiàn)垃圾無害化，因為垃圾在高溫(1000℃左右)下焚燒，可進(jìn)行無菌和分解有害物質(zhì)，且尾氣經(jīng)凈化處理達(dá)標(biāo)后排放，較徹底地?zé)o害化。（3）減量化

垃圾焚燒后的殘渣，只有原來容積的10%～30％，從而延長了填埋場的使用壽命，緩解了土地資源的緊張狀態(tài)。因此，興建垃圾電廠十分有利于城市的環(huán)境保護(hù)，尤其是對土地資源和水資源的保護(hù)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。31（2）無害化32生物質(zhì)燃燒的污染排放與控制生物質(zhì)燃燒主要污染物及其對環(huán)境的影響污染物來源對大氣、環(huán)境和人類健康的影響煙塵未完全燃燒的炭顆粒、飛灰及鹽分等影響人類呼吸系統(tǒng)，致癌CO2燃燒的主要產(chǎn)物溫室效應(yīng)（生物質(zhì)生長期要吸收CO2，對環(huán)境的影響可抵消）CO未完全燃燒的產(chǎn)物通過O2形成非直接的溫室效應(yīng)NOx（NO、NO2）一般為生物質(zhì)含有的N；另外，一定條件下可由空氣中的N形成溫室效應(yīng)，酸雨，破壞植被，形成煙霧，腐蝕材料；影響人類呼吸系統(tǒng)SOx（SO2、SO3）生物質(zhì)中含有的S酸雨，破壞植被，形成煙霧，腐蝕材料；影響人類呼吸系統(tǒng)HCl生物質(zhì)中含有Cl酸雨，破壞植被，腐蝕材料；影響人類呼吸系統(tǒng)重金屬生物質(zhì)中含有的重金屬在食物鏈中積累，有毒素，致癌32生物質(zhì)燃燒的污染排放與控制生物質(zhì)燃燒主要污染物及其對環(huán)境335.3生物質(zhì)的氣化發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)的氣化技術(shù)

生物質(zhì)氣化是以生物質(zhì)為原料，以氧氣（空氣或者富氧、純氧）、水蒸氣或氫氣等作為氣化劑，在高溫條件下通過熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)中可燃的部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)獾倪^程。生物質(zhì)氣化時產(chǎn)生的生物質(zhì)燃?xì)?，主要有效成份為CO、H2和CH4等。生物質(zhì)氣化的過程：干燥熱解——析出揮發(fā)物(水蒸氣/CO2/CO/H2/CH4/C2H4)，生成木炭、焦油焦油二次裂解——生成木炭和小分子氣體木炭、氣態(tài)產(chǎn)物的氧化反應(yīng)——木炭燃燒生成CO2，釋放出大量熱量木炭、氣態(tài)產(chǎn)物的還原反應(yīng)——CO2和水蒸氣缺氧條件下還原生成CO、H2、CH4等可燃?xì)?，需吸熱?35.3生物質(zhì)的氣化發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)的氣化技術(shù) 生物質(zhì)氣化34生物質(zhì)氣化工藝

根據(jù)所處氣體的環(huán)境，生物質(zhì)氣化可分為空氣氣化、富氧氣化、水蒸氣氣化和熱解氣化名稱氣化劑評價空氣氣化空氣最簡單、最經(jīng)濟，燃?xì)庵泻罅康獨猓?0～55％），燃?xì)鉄嶂递^低富氧氣化氧氣生成與城市煤氣相當(dāng)?shù)闹袩嶂等細(xì)狻Ｐ柚蒲踉O(shè)備，電耗和成本增加水蒸氣氣化水蒸氣生成中熱值燃?xì)?，燃?xì)釮2含量高。需蒸汽發(fā)生器和過熱設(shè)備，系統(tǒng)獨立性差熱解氣化無又稱干餾氣化，產(chǎn)生固定炭、焦油和可燃?xì)猓袩嶂等細(xì)?4生物質(zhì)氣化工藝 根據(jù)所處氣體的環(huán)境，生物質(zhì)氣化可分為空氣35生物質(zhì)氣化反應(yīng)設(shè)備

固定床氣化爐

生物質(zhì)原料發(fā)生氣化反應(yīng)是在相對靜止的床層中進(jìn)行，其結(jié)構(gòu)緊湊，易于操作并具有較高熱效率。下吸式氣化爐上吸式氣化爐35生物質(zhì)氣化反應(yīng)設(shè)備 固定床氣化爐下吸式氣化爐上吸式氣化爐36流化床氣化爐鼓泡流化床氣化爐循環(huán)流化床氣化爐流化床氣化爐在吹入的氣化劑作用下，原料顆粒、惰性床料、氣化劑充分接觸，受熱均勻，在爐內(nèi)呈“沸騰”狀態(tài)，氣化反應(yīng)速度快，產(chǎn)氣率高。36流化床氣化爐鼓泡流化床氣化爐循環(huán)流化床氣化爐流化床氣化爐37雙循環(huán)流化床氣化爐兩個反應(yīng)爐之間的熱量傳遞是通過氣化反應(yīng)爐中的循環(huán)砂粒來完成。氣化反應(yīng)爐的床料由燃燒反應(yīng)爐加熱，利用循環(huán)砂粒間接加熱的高加熱速率和較短的駐留時間，有效地減少了類似焦油物質(zhì)的形成。37雙循環(huán)流化床氣化爐兩個反應(yīng)爐之間的熱量傳遞是通過氣化反應(yīng)38固定床氣化爐與流化床氣化爐適用范圍固定床氣化對原料適應(yīng)性強，原料不用預(yù)處理，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，但發(fā)電成本高，適合于小型、間歇性運行的氣化發(fā)電系統(tǒng)。流化床運行穩(wěn)定，氣化氣化強度大，適于生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用，但是原料需要預(yù)處理。生物質(zhì)氣體凈化特點：高溫除塵，焦油 焦油的處理較為復(fù)雜，分為濕法（水洗）、干法和催化裂解法38固定床氣化爐與流化床氣化爐適用范圍固定床氣化對原料適應(yīng)性39生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)按燃?xì)獍l(fā)電方式可分為內(nèi)燃機發(fā)電系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C發(fā)電系統(tǒng)及燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。生物質(zhì)氣化發(fā)電1-煤氣發(fā)生爐；2-煤氣冷卻過濾裝置；3-煤氣發(fā)動機；4-發(fā)電機；5-配電盤；6-離心過濾器；7-灰粉收集器；8-底座；9-燃料輸送帶；10-生物質(zhì)燃料39生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)按燃?xì)獍l(fā)電方式可分為內(nèi)燃機發(fā)電系統(tǒng)、燃40生物質(zhì)燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電工藝流程40生物質(zhì)燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電工藝流程41不同規(guī)模生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的比較性能參數(shù)小規(guī)模中等規(guī)模大規(guī)模裝機容量/kW<200500～3000>5000氣化技術(shù)固定床循環(huán)流化床循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)內(nèi)燃機、微型燃?xì)廨啓C內(nèi)燃機整體燃?xì)饴?lián)合循環(huán)系統(tǒng)發(fā)電效率/%11～1415～2035～45主要用途適用于生物質(zhì)豐富的缺電地區(qū)適用于山區(qū)、農(nóng)場、林場的照明或小型工業(yè)用電電廠、熱電聯(lián)產(chǎn)41不同規(guī)模生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的比較性能參數(shù)小規(guī)模中等規(guī)模大42城市固體廢棄物氣化熔融技術(shù)垃圾焚燒對大氣環(huán)境造成二次污染。新一代的廢物處理技術(shù)——城市固體廢棄物氣化熔融技術(shù)是結(jié)合生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)和高溫熔融技術(shù)，提出并發(fā)展起來的，發(fā)展?jié)摿薮?。目前該技術(shù)應(yīng)用主要集中在西歐、美國、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)。氣化熔融技術(shù)是先將廢棄物送入氣化爐，在400～700℃的還原性氣氛下廢棄物中的有機物迅速熱解或者氣化，產(chǎn)生可燃?xì)怏w，大部分金屬在還原性氣氛中不會被氧化，可以隨底渣排出，經(jīng)過磁選或重力分離后可進(jìn)一步回收利用。分選后的底渣中含二惡英和重金屬都很少，可以直接填埋。氣化爐中生成的可燃?xì)怏w進(jìn)入燃燒熔融爐，在較低的過量空氣系數(shù)下完全燃燒，使含碳灰渣在1350～1400℃條件下熔融，成為玻璃態(tài)物質(zhì)，二惡英完全分解、重金屬被固化到熔渣中，高溫?zé)煔饨?jīng)過余熱鍋爐和煙氣凈化處理系統(tǒng)后排出。42城市固體廢棄物氣化熔融技術(shù)垃圾焚燒對大氣環(huán)境造成二次污染43城市固態(tài)廢棄物氣化熔融系統(tǒng)示意圖分類：高爐型氣化熔融系統(tǒng)、流化床氣化熔融系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)窯氣化熔融系統(tǒng)43城市固態(tài)廢棄物氣化熔融系統(tǒng)示意圖分類：445.4生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化發(fā)電技術(shù)沼氣發(fā)電

沼氣是一種微生物在厭氧條件下分解有機物產(chǎn)生的可燃性氣體，它的主要成分是甲烷、二氧化碳和少量的硫化氫、氨、氫、一氧化碳、氮、氧等氣體。其中甲烷約占50～70％，二氧化碳約占30～40％，其他成分含量極少，約占總體積的5％。

沼氣利用是一種生物質(zhì)獲取清潔能源的有效途徑。沼氣可用作燃料及化工原料，沼氣裝置排出的料液和沉渣，可用作肥料和飼料。445.4生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化發(fā)電技術(shù)沼氣發(fā)電 沼氣利用是一種生455.4生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化發(fā)電技術(shù)沼氣發(fā)電

455.4生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化發(fā)電技術(shù)沼氣發(fā)電46沼氣發(fā)酵原理 發(fā)酵是復(fù)雜的生物化學(xué)變化，有許多微生物參與。根據(jù)三階段理論，沼氣發(fā)酵可以分為如下三個階段：液化階段——發(fā)酵性細(xì)菌分泌胞外酶，水解復(fù)雜有機物；發(fā)酵性細(xì)菌通過發(fā)酵作用獲得有機酸和醇類物質(zhì)產(chǎn)酸階段——產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將有機酸和醇類分解轉(zhuǎn)化為乙酸、H2和CO2，耗氫產(chǎn)乙酸菌利用H2＋CO2或者代謝方式產(chǎn)生乙酸產(chǎn)甲烷階段——產(chǎn)甲烷菌在厭氧條件下將前3群細(xì)菌代謝終產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為CH4和CO2要正常地產(chǎn)生沼氣，必須為微生物創(chuàng)造良好的條件，使它能生存、繁殖。46沼氣發(fā)酵原理要正常地產(chǎn)生沼氣，必須為微生物創(chuàng)造良好的條件47圖為我國農(nóng)村推廣使用的水壓式沼氣池的結(jié)構(gòu)。正常情況下，這種家用沼氣池在中國南方可年產(chǎn)沼氣250～300m3，提供一個農(nóng)戶8～10個月的生活燃料。

圖5-1水壓式沼氣池結(jié)構(gòu)

1－進(jìn)料口2—0壓水位3—輸出閥門4—蓋板5—溢流口

6—貯留室7—水壓箱8—滲井9—發(fā)酵室10—貯氣室47圖為我國農(nóng)村推廣使用的水壓式沼氣池的結(jié)構(gòu)。正常情況下，這48沼氣池的條件：首先，沼氣池要密閉。建造沼氣池時要注意隔絕空氣，不透氣、不滲水，造成厭氧菌活動所需的缺氧環(huán)境。其次，沼氣池里要維持適宜溫度（20～40℃），因為通常在此溫度下產(chǎn)氣率最高。第三，沼氣池要有充足的養(yǎng)分。微生物要生存、繁殖，必須從發(fā)酵物質(zhì)中吸取養(yǎng)分。第四，發(fā)酵原料要含適量水，一般要求沼氣池的發(fā)酵原料中含水80%左右，過多或過少都對產(chǎn)氣不利。第五，沼氣池的pH值一般控制在7～8.5。沼氣發(fā)酵的特點：沼氣微生物自身耗能少；沼氣發(fā)酵能夠處理高濃度的有機廢物；沼氣發(fā)酵能處理的廢物種類多；沼氣發(fā)酵受溫度影響較大。48沼氣池的條件：49沼氣發(fā)電技術(shù)沼氣發(fā)電系統(tǒng)工藝流程圖燃?xì)鈨?nèi)燃機：與普通柴油發(fā)動機相同， 熱效率70％～75％燃?xì)馔钙剑酂徨仩t：熱效率90％以上進(jìn)料49沼氣發(fā)電技術(shù)沼氣發(fā)電系統(tǒng)工藝流程圖燃?xì)鈨?nèi)燃機：與普通柴油50沼氣燃燒發(fā)電類型50沼氣燃燒發(fā)電類型51沼氣燃?xì)獍l(fā)電類型（續(xù)）51沼氣燃?xì)獍l(fā)電類型（續(xù)）52不同動力設(shè)備的能量利用率

下圖是采用不同種類動力發(fā)電裝置的效率比較。從中可見，在4000

kW以下的功率范圍內(nèi)，采用內(nèi)燃機具有較高的利用效率。相對燃煤、燃油發(fā)電來說，沼氣發(fā)電的特點是功率小，對于這種類型的發(fā)電動力設(shè)備，國際上普遍采用內(nèi)燃機發(fā)電機組進(jìn)行發(fā)電，否則在經(jīng)濟性上不可行。52不同動力設(shè)備的能量利用率 下圖是采用不同種類動力發(fā)電裝53

沼氣與幾種典型燃?xì)獾臀粺嶂蹬c燃－－空混合氣低位熱值的比較情況如表1所示。沼氣的主要成份是甲烷，從表1中可以知道，它的低位熱值僅次于天然氣，而在燃燒時，其燃－－空混合氣的低位熱值也是比較高的，因而沼氣是一種優(yōu)質(zhì)的燃?xì)?。?幾種典型燃?xì)饧叭绩D―空混合氣的低位熱值比較氣體種類氣體低位熱值（kJ/m3）理論空氣量（空氣m3/燃?xì)鈓3）理論燃燒溫度（0C）燃－空混合氣低位熱值

（kJ/m3）天然氣365869.6419703438焦?fàn)t煤氣176154.2119983381混合煤氣138583.1819863315發(fā)生爐煤氣57351.1916002618沼氣212235.5619403191秸稈煤氣53160.91810279853 沼氣與幾種典型燃?xì)獾臀粺嶂蹬c燃－－空混合氣低位熱值的54

現(xiàn)有機制嚴(yán)重制約沼氣發(fā)電的發(fā)展首先，我國尚未建立嚴(yán)格的環(huán)境污染處罰體系，禽畜糞便和工業(yè)有機廢水超標(biāo)排放的企業(yè)不需要為自身造成的環(huán)境污染等支付相應(yīng)的成本，致使企業(yè)缺乏投資沼氣工程治理污染的積極性；其次，目前沼氣發(fā)電工程建設(shè)規(guī)模一般較小，屬于典型的分布式發(fā)電。中國目前尚缺乏大規(guī)模分布式電站運行管理的經(jīng)驗，致使沼氣發(fā)電的并網(wǎng)和售電遇到許多困難。54 現(xiàn)有機制嚴(yán)重制約沼氣發(fā)電的發(fā)展55生物燃料電池（biofuelcell）

利用酶或者微生物組織為催化劑，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 類型：分微生物燃料電池和酶燃料電池兩種生物燃料電池的發(fā)展可追溯到20世紀(jì)初，1910年英國杜漢姆大學(xué)植物學(xué)教授MichaelCressePotter用酵母和大腸桿菌進(jìn)行試驗時，發(fā)現(xiàn)了微生物也可以產(chǎn)生電流，從而拉開了生物燃料電池研究的序幕。六十年代，為了將長途太空飛行中的有機廢物轉(zhuǎn)化成電能，美國航空航天管理局投入了大量的人力和物力進(jìn)行研究，真正掀起了生物燃料電池研究的高潮。由于技術(shù)原因，后來一度陷入停滯狀態(tài)。55生物燃料電池（biofuelcell）生物燃料電池的發(fā)56微生物燃料電池（MicrobialFuelCell，MFC）

質(zhì)子交換膜分隔開陽極室和陰極室,工作原理:(1)在微生物的作用下，燃料發(fā)生氧化反應(yīng)，同時釋放出電子；(2)介體捕獲電子并將其運送至陽極；(3)電子經(jīng)外電路抵達(dá)陰極，質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜由陽極室進(jìn)入陰極室；(4)氧氣在陰極接收電子，發(fā)生還原反應(yīng)。56微生物燃料電池（MicrobialFuelCell，57酶生物燃料電池葡萄糖在葡萄糖氧化酶（GOx）和輔酶的作用下失去電子被氧化成葡萄糖酸，電子由介體運送至陽極，再經(jīng)外電路到陰極。雙氧水得到電子，并在微過氧化酶的作用下還原成水。57酶生物燃料電池葡萄糖在葡萄糖氧化酶（GOx）和輔酶的作用58與傳統(tǒng)的化學(xué)電池技術(shù)相比，生物燃料電池具有操作上和功能上的優(yōu)勢。首先它將底物直接轉(zhuǎn)化為電能，保證了具有高的能量轉(zhuǎn)化效率。其次，生物燃料電池能在常溫、常壓甚至是低溫的環(huán)境條件下都能夠有效運作，電池維護(hù)成本低、安全性強。第三，生物燃料電池不需要進(jìn)行廢氣處理，不會產(chǎn)生污染環(huán)境的副產(chǎn)物。第四，生物燃料電池具有生物相容性，利用人體內(nèi)的葡萄糖和氧為原料的生物燃料電池可以直接植入人體。第五，在缺乏電力基礎(chǔ)設(shè)施的局部地區(qū)，生物燃料電池具有廣泛應(yīng)用的潛力。58與傳統(tǒng)的化學(xué)電池技術(shù)相比，生物燃料電池具有操作上和功能上在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)QQ:349134187

或者直接輸入下面地址：在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：http://www.shangfuwang59可再生能源發(fā)電技術(shù)程明、張建忠、王念春編著可再生能源發(fā)電技術(shù)程明、張建忠、王念春編著61第5章生物質(zhì)發(fā)電5.1生物質(zhì)概述5.2生物質(zhì)的燃燒發(fā)電技術(shù)5.3生物質(zhì)的氣化發(fā)電技術(shù)5.4生物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化發(fā)電技術(shù)3第5章生物質(zhì)發(fā)電625.1

生物質(zhì)概述綠色植物成為地球上最重要的光能轉(zhuǎn)換器和能源之源。碳水化合物是光能儲藏庫，生物質(zhì)是光能循環(huán)轉(zhuǎn)化的載體，此外，煤炭、石油和天然氣也是遠(yuǎn)古時代的綠色植物在地質(zhì)作用影響下轉(zhuǎn)化而成的。生物質(zhì)：通過太陽的光合作用而形成的各種有機體的總稱，包括所有動植物和微生物。生物質(zhì)能（biomassenergy）：太陽能以化學(xué)能形式貯存于生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。45.1生物質(zhì)概述綠色植物成為地球上最重要的光能轉(zhuǎn)換器和能63生物質(zhì)能存在形式森林能源及其廢棄物農(nóng)作物及其副產(chǎn)物禽畜糞便生活垃圾水生植物油料植物5生物質(zhì)能存在形式64生物質(zhì)資源十分豐富：據(jù)估計，地球上蘊藏的生物質(zhì)達(dá)18000億噸，而植物每年經(jīng)光合作用合成的生物質(zhì)干重約有1440億～1800億噸。生物質(zhì)能源的年產(chǎn)量約為現(xiàn)在世界能源消費總和的10倍。目前生物質(zhì)已成為僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，約占全球總能耗的14％。據(jù)預(yù)測，到2050年，生物質(zhì)能用量將占全球燃料直接用量的38％，發(fā)電量占全球總電量的17％。注：traditionalrenewable主要為發(fā)展中國家的生物質(zhì)能圖1UNDP關(guān)于世界未來能源構(gòu)成的一種情景我國生物質(zhì)資源十分豐富，資源總量不低于30億噸干物質(zhì)/年，相當(dāng)于10億多噸油當(dāng)量，約為我國目前石油消耗量的3倍。并且生物質(zhì)能含硫量極低，僅為3%，不到煤炭含硫量的1/4。發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電，實施煤炭替代，可顯著減少二氧化碳和二氧化硫排放，產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益。6生物質(zhì)資源十分豐富：據(jù)估計，地球上蘊藏的生物質(zhì)達(dá)1800065Biomass汽化爐生物廢料雨礦物灰燼光合作用7Biomass汽化爐生物廢料雨礦物灰燼光合作用66生物質(zhì)能具有以下特點：生物質(zhì)利用過程中具有二氧化碳零排放特性；由于生物質(zhì)在生長期需要的CO2相當(dāng)于它排放的CO2的量，因而生物質(zhì)能的利用對大氣的CO2凈排放量近似等于零，可有效降低溫室效應(yīng)；生物質(zhì)含硫、含氮都較低，灰分含量也較少，燃燒后SOx、NOx和灰塵排放量都較化石燃料小得多，是一種清潔的燃料；生物質(zhì)資源分布廣、產(chǎn)量大、轉(zhuǎn)化方式多種多樣；8生物質(zhì)能具有以下特點：67生物質(zhì)單位質(zhì)量熱值較低，而且一般生物質(zhì)中水分含量大而影響了生物質(zhì)的燃燒和熱解特性；生物質(zhì)的分布比較分散，收集運輸和預(yù)處理的成本較高；可再生性。生物質(zhì)通過植物的光合作用可以再生，與風(fēng)能、太陽能等同屬于可再生能源，其資源豐富，可保證能源的永續(xù)利用。968生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)10生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)69生物質(zhì)能的實用轉(zhuǎn)化技術(shù)生物質(zhì)壓縮成型和固體燃料制取技術(shù)生物質(zhì)氣化技術(shù)生物質(zhì)熱裂解液化制取生物油技術(shù)干濕法厭氧消化制取沼氣技術(shù)11生物質(zhì)能的實用轉(zhuǎn)化技術(shù)70生物質(zhì)水暖鍋爐生物質(zhì)燃?xì)鉅t12生物質(zhì)水暖鍋爐生物質(zhì)燃?xì)鉅t71生物質(zhì)潔燃鍋爐生物質(zhì)潔燃?xì)饣仩t13生物質(zhì)潔燃鍋爐生物質(zhì)潔燃?xì)饣仩t72生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用前景：高效直接燃燒技術(shù)和設(shè)備；薪材集約化綜合開發(fā)利用；生物質(zhì)能的液化、氣化等新技術(shù)開發(fā)利用；城市生活垃圾的開發(fā)利用；能源植物的開發(fā)。14生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用前景：73我國發(fā)展和利用生物質(zhì)能源的意義拓寬農(nóng)業(yè)服務(wù)領(lǐng)域、增加農(nóng)民收入緩解我國能源短缺、保證能源安全治理有機廢棄物污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境廣泛應(yīng)用生物技術(shù)、發(fā)展基因工程15我國發(fā)展和利用生物質(zhì)能源的意義74生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)由于電能具有清潔、易傳輸、易使用等優(yōu)良特性，只要提供電能，幾乎所有的設(shè)備都可以滿足各自的需要。因而生物質(zhì)能除了直接轉(zhuǎn)化成熱能供消費外，最終消費形式還是以轉(zhuǎn)化成電能為主。生物質(zhì)能的發(fā)電主要有沼氣發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電以及生物質(zhì)燃料發(fā)電等形式。16生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)由于電能具有清潔、易傳輸、易使用等優(yōu)良特性75生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)17生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)765.2

生物質(zhì)的燃燒發(fā)電技術(shù)燃燒：燃料中的可燃成分與氧發(fā)生激烈的氧化反應(yīng)，在反應(yīng)過程中釋放出大量熱量，并使燃燒產(chǎn)物的溫度升高。生物質(zhì)燃燒過程的四個階段：預(yù)熱和干燥階段揮發(fā)分析出及木炭形成階段揮發(fā)分燃燒階段固定碳燃燒階段185.2生物質(zhì)的燃燒發(fā)電技術(shù)燃燒：燃料中的可燃成分與氧發(fā)77生物質(zhì)燃燒技術(shù)：主要分為層燃、懸浮燃燒和流化床等三種形式。層燃過程

層燃過程：爐排和灰渣層預(yù)熱冷空氣，在氧化層預(yù)熱的空氣與熾熱的木炭相遇發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，大量消耗氧氣并生成二氧化碳和一氧化碳，在氧化層末端氣體的溫度將達(dá)到最高；在還原層，氣流中二氧化碳與碳起還原反應(yīng)，即CO2+C→2CO，溫度越高，速度越快；生物質(zhì)投入爐中形成的新燃料層被加熱干燥、干餾，將水汽、揮發(fā)分等帶離燃料層進(jìn)入爐膛空間，揮發(fā)分及一氧化碳著火燃燒，形成木炭。

形式：固定爐排、滾動爐排、振動爐排、往復(fù)推動爐排等19生物質(zhì)燃燒技術(shù)：主要分為層燃、懸浮燃燒和流化床等三種形式78流化床技術(shù)：流化床是基于氣固流態(tài)化的一項技術(shù)，即當(dāng)氣流流過一個固體顆粒的床層時，若其流速達(dá)到使氣流流阻壓降等于固體顆粒層的重力時，固體床料被流態(tài)化。其適應(yīng)范圍廣，能夠使用一般燃燒方式無法燃燒的石煤等劣質(zhì)燃料、含水率較高的生物質(zhì)及混合燃料等，此外，流化床燃燒技術(shù)還可以降低尾氣中氮與硫的氧化物等有害氣體含量，保護(hù)環(huán)境，是一種清潔燃燒技術(shù)。種類：鼓泡流化床、循環(huán)流化床

為了保證流化床內(nèi)穩(wěn)定的燃燒，流化床內(nèi)常加入大量的惰性床料來蓄存熱量，占總床料的90%～98%，惰性床料有石英砂、石灰石和高鋁礬土等。20流化床技術(shù)：流化床是基于氣固流態(tài)化的一項技術(shù)，即當(dāng)氣流流79懸浮燃燒技術(shù)：懸浮燃燒是首先將燃料磨成細(xì)粉，然后用空氣流經(jīng)燃燒器將燃料噴入爐膛，并在爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒。其特點是將燃料投入連續(xù)、緩慢轉(zhuǎn)動的筒體內(nèi)焚燒直到燃燼，故能夠?qū)崿F(xiàn)燃料與空氣的良好接觸和均勻充分的燃燒。西方國家多將該類焚燒爐用于有毒、有害工業(yè)垃圾的處理。

生物質(zhì)燃燒熱發(fā)電主要有生物質(zhì)直燃發(fā)電、生物質(zhì)與煤混燃發(fā)電、城市廢棄物焚燒發(fā)電三種21懸浮燃燒技術(shù)：懸浮燃燒是首先將燃料磨成細(xì)粉，然后用空氣流80生物質(zhì)直燃發(fā)電

生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)類似于傳統(tǒng)的燃煤技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)基本達(dá)到成熟階段。在發(fā)達(dá)國家，目前生物質(zhì)燃燒發(fā)電方式占可再生能源（不含水電）發(fā)電量的70%左右。自2004年以來，秸稈發(fā)電技術(shù)開始在我國推廣和普及，目前，在我國江蘇、山東、河北等地建有多個生物質(zhì)秸稈發(fā)電廠。22生物質(zhì)直燃發(fā)電 生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)類似于傳統(tǒng)的燃煤技81生物質(zhì)直燃發(fā)電AmerPowerPlant,Holland23生物質(zhì)直燃發(fā)電AmerPowerPlant,Hol82生物質(zhì)與煤混燃發(fā)電

受燃料的來源、運輸和儲存等問題限制，純生物質(zhì)燃燒發(fā)電技術(shù)基本用于小型生物質(zhì)發(fā)電廠，生物質(zhì)與煤混合燃燒發(fā)電則充分利用了現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備，在現(xiàn)階段是一種低成本、低風(fēng)險可再生能源利用方式，可用于大型生物質(zhì)發(fā)電廠。發(fā)電方式直接混燃間接混燃技術(shù)特點生物質(zhì)與煤直接混合后在鍋爐中燃燒生物質(zhì)氣化后與煤在鍋爐中一起燃燒主要優(yōu)點技術(shù)簡單、使用方便；不改造設(shè)備情況下投資最省通用性較好、對原燃煤系統(tǒng)影響很?。唤?jīng)濟效益明顯主要缺點生物質(zhì)處理要求較嚴(yán)、對原系統(tǒng)有些影響增加氣化設(shè)備、管理較復(fù)雜。有一定的金屬腐蝕問題應(yīng)用條件木材類原料、特種鍋爐要求處理大量生物質(zhì)的發(fā)電系統(tǒng)

生物質(zhì)混燃發(fā)電方式的比較24生物質(zhì)與煤混燃發(fā)電 受燃料的來源、運輸和儲存等問題限制，83目前我國對垃圾的處理手段主要集中在填埋和焚燒兩種方式。

填埋是大量消納城市生活垃圾的有效方法，所謂直接填埋法是將垃圾填入已預(yù)備好的坑中蓋上壓實，使其發(fā)生生物、物理、化學(xué)變化，分解有機物，達(dá)到減量化和無害化的目的。焚燒法是將垃圾置于高溫爐中，使其中可燃成分充分氧化的一種方法，產(chǎn)生的熱量用于發(fā)電和供暖。隨著中國“十一五”規(guī)劃對發(fā)展新能源，提倡環(huán)保型循環(huán)經(jīng)濟的進(jìn)一步重視，國家對垃圾發(fā)電產(chǎn)業(yè)的政策扶持會繼續(xù)加強。25目前我國對垃圾的處理手段主要集中在填埋和焚燒兩種方式。 84城市廢棄物焚燒發(fā)電利用焚燒爐對城市廢棄物中可燃物質(zhì)進(jìn)行焚燒處理，通過高溫焚燒后消除城市廢棄物中大量的有害物質(zhì)，達(dá)到無害化、減量化的目的，同時利用回收到的熱能進(jìn)行供熱、供電，達(dá)到資源化利用。隨著中國城市建設(shè)的發(fā)展和社會進(jìn)步，城市廢棄物的構(gòu)成已發(fā)生了質(zhì)的變化，有機物含量開始高于無機物含量。廢棄物組成正由多灰、多水、低熱值向較少灰、較高熱值的方向發(fā)展，給中國城市廢棄物的焚燒處理奠定了基礎(chǔ)。焚燒處理是目前國際使用較為普遍的城市廢棄物處理方法之一。26城市廢棄物焚燒發(fā)電利用焚燒爐對城市廢棄物中可燃物質(zhì)進(jìn)行焚85城市廢棄物焚燒發(fā)電的典型工藝流程

城市廢棄物低位發(fā)熱值一般在3344～8360kJ/kg范圍內(nèi)，垃圾低位發(fā)熱值大于5000kJ/kg時燃燒效果較好。問題：尾氣中含嚴(yán)重致癌物質(zhì)二惡英。環(huán)保組織反對垃圾焚燒，鼓勵循環(huán)利用減少垃圾的產(chǎn)生。

焚燒爐：

爐排爐、轉(zhuǎn)爐、流化床27城市廢棄物焚燒發(fā)電的典型工藝流程 城市廢棄物低位發(fā)熱值一86大型城市廢棄物焚燒發(fā)電廠28大型城市廢棄物焚燒發(fā)電廠87垃圾焚燒集散控制系統(tǒng)29垃圾焚燒集散控制系統(tǒng)88垃圾焚燒發(fā)電的效益（1）資源化

垃圾焚燒后熱量用于發(fā)電，做到廢物綜合利用。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料稱，截至2005年，我國城市垃圾清運量已達(dá)1×1013t/a，若按平均低位熱值2900kJ/kg，相當(dāng)于1.4×107t標(biāo)煤。如其中有1/4用于焚燒發(fā)電，年發(fā)電量可達(dá)60億度，相當(dāng)于安裝了1200MW火電機組的發(fā)電量。30垃圾焚燒發(fā)電的效益89（2）無害化

垃圾焚燒發(fā)電可實現(xiàn)垃圾無害化，因為垃圾在高溫(1000℃左右)下焚燒，可進(jìn)行無菌和分解有害物質(zhì)，且尾氣經(jīng)凈化處理達(dá)標(biāo)后排放，較徹底地?zé)o害化。（3）減量化

垃圾焚燒后的殘渣，只有原來容積的10%～30％，從而延長了填埋場的使用壽命，緩解了土地資源的緊張狀態(tài)。因此，興建垃圾電廠十分有利于城市的環(huán)境保護(hù)，尤其是對土地資源和水資源的保護(hù)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。31（2）無害化90生物質(zhì)燃燒的污染排放與控制生物質(zhì)燃燒主要污染物及其對環(huán)境的影響污染物來源對大氣、環(huán)境和人類健康的影響煙塵未完全燃燒的炭顆粒、飛灰及鹽分等影響人類呼吸系統(tǒng)，致癌CO2燃燒的主要產(chǎn)物溫室效應(yīng)（生物質(zhì)生長期要吸收CO2，對環(huán)境的影響可抵消）CO未完全燃燒的產(chǎn)物通過O2形成非直接的溫室效應(yīng)NOx（NO、NO2）一般為生物質(zhì)含有的N；另外，一定條件下可由空氣中的N形成溫室效應(yīng)，酸雨，破壞植被，形成煙霧，腐蝕材料；影響人類呼吸系統(tǒng)SOx（SO2、SO3）生物質(zhì)中含有的S酸雨，破壞植被，形成煙霧，腐蝕材料；影響人類呼吸系統(tǒng)HCl生物質(zhì)中含有Cl酸雨，破壞植被，腐蝕材料；影響人類呼吸系統(tǒng)重金屬生物質(zhì)中含有的重金屬在食物鏈中積累，有毒素，致癌32生物質(zhì)燃燒的污染排放與控制生物質(zhì)燃燒主要污染物及其對環(huán)境915.3生物質(zhì)的氣化發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)的氣化技術(shù)

生物質(zhì)氣化是以生物質(zhì)為原料，以氧氣（空氣或者富氧、純氧）、水蒸氣或氫氣等作為氣化劑，在高溫條件下通過熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)中可燃的部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)獾倪^程。生物質(zhì)氣化時產(chǎn)生的生物質(zhì)燃?xì)?，主要有效成份為CO、H2和CH4等。生物質(zhì)氣化的過程：干燥熱解——析出揮發(fā)物(水蒸氣/CO2/CO/H2/CH4/C2H4)，生成木炭、焦油焦油二次裂解——生成木炭和小分子氣體木炭、氣態(tài)產(chǎn)物的氧化反應(yīng)——木炭燃燒生成CO2，釋放出大量熱量木炭、氣態(tài)產(chǎn)物的還原反應(yīng)——CO2和水蒸氣缺氧條件下還原生成CO、H2、CH4等可燃?xì)?，需吸熱?35.3生物質(zhì)的氣化發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)的氣化技術(shù) 生物質(zhì)氣化92生物質(zhì)氣化工藝

根據(jù)所處氣體的環(huán)境，生物質(zhì)氣化可分為空氣氣化、富氧氣化、水蒸氣氣化和熱解氣化名稱氣化劑評價空氣氣化空氣最簡單、最經(jīng)濟，燃?xì)庵泻罅康獨猓?0～55％），燃?xì)鉄嶂递^低富氧氣化氧氣生成與城市煤氣相當(dāng)?shù)闹袩嶂等細(xì)?。需制氧設(shè)備，電耗和成本增加水蒸氣氣化水蒸氣生成中熱值燃?xì)?，燃?xì)釮2含量高。需蒸汽發(fā)生器和過熱設(shè)備，系統(tǒng)獨立性差熱解氣化無又稱干餾氣化，產(chǎn)生固定炭、焦油和可燃?xì)?，中熱值燃?xì)?4生物質(zhì)氣化工藝 根據(jù)所處氣體的環(huán)境，生物質(zhì)氣化可分為空氣93生物質(zhì)氣化反應(yīng)設(shè)備

固定床氣化爐

生物質(zhì)原料發(fā)生氣化反應(yīng)是在相對靜止的床層中進(jìn)行，其結(jié)構(gòu)緊湊，易于操作并具有較高熱效率。下吸式氣化爐上吸式氣化爐35生物質(zhì)氣化反應(yīng)設(shè)備 固定床氣化爐下吸式氣化爐上吸式氣化爐94流化床氣化爐鼓泡流化床氣化爐循環(huán)流化床氣化爐流化床氣化爐在吹入的氣化劑作用下，原料顆粒、惰性床料、氣化劑充分接觸，受熱均勻，在爐內(nèi)呈“沸騰”狀態(tài)，氣化反應(yīng)速度快，產(chǎn)氣率高。36流化床氣化爐鼓泡流化床氣化爐循環(huán)流化床氣化爐流化床氣化爐95雙循環(huán)流化床氣化爐兩個反應(yīng)爐之間的熱量傳遞是通過氣化反應(yīng)爐中的循環(huán)砂粒來完成。氣化反應(yīng)爐的床料由燃燒反應(yīng)爐加熱，利用循環(huán)砂粒間接加熱的高加熱速率和較短的駐留時間，有效地減少了類似焦油物質(zhì)的形成。37雙循環(huán)流化床氣化爐兩個反應(yīng)爐之間的熱量傳遞是通過氣化反應(yīng)96固定床氣化爐與流化床氣化爐適用范圍固定床氣化對原料適應(yīng)性強，原料不用預(yù)處理，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，但發(fā)電成本高，適合于小型、間歇性運行的氣化發(fā)電系統(tǒng)。流化床運行穩(wěn)定，氣化氣化強度大，適于生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用，但是原料需要預(yù)處理。生物質(zhì)氣體凈化特點：高溫除塵，焦油 焦油的處理較為復(fù)雜，分為濕法（水洗）、干法和催化裂解法38固定床氣化爐與流化床氣化爐適用范圍固定床氣化對原料適應(yīng)性97生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)按燃?xì)獍l(fā)電方式可分為內(nèi)燃機發(fā)電系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C發(fā)電系統(tǒng)及燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。生物質(zhì)氣化發(fā)電1-煤氣發(fā)生爐；2-煤氣冷卻過濾裝置；3-煤氣發(fā)動機；4-發(fā)電機；5-配電盤；6-離心過濾器；7-灰粉收集器；8-底座；9-燃料輸送帶；10-生物質(zhì)燃料39生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)按燃?xì)獍l(fā)電方式可分為內(nèi)燃機發(fā)電系統(tǒng)、燃98生物質(zhì)燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電工藝流程40生物質(zhì)燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電工藝流程99不同規(guī)模生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的比較性能參數(shù)小規(guī)模中等規(guī)模大規(guī)模裝機容量/kW<200500～3000>5000氣化技術(shù)固定床循環(huán)流化床循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)內(nèi)燃機、微型燃?xì)廨啓C內(nèi)燃機整體燃?xì)饴?lián)合循環(huán)系統(tǒng)發(fā)電效率/%11～1415～2035～45主要用途適用于生物質(zhì)豐富的缺電地區(qū)適用于山區(qū)、農(nóng)場、林場的照明或小型工業(yè)用電電廠、熱電聯(lián)產(chǎn)41不同規(guī)模生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的比較性能參數(shù)小規(guī)模中等規(guī)模大100城市固體廢棄物氣化熔融技術(shù)垃圾焚燒對大氣環(huán)境造成二次污染。新一代的廢物處理技術(shù)——城市固體廢棄物氣化熔融技術(shù)是結(jié)合生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)和高溫熔融技術(shù)，提出并發(fā)展起來的，發(fā)展?jié)摿薮?。目前該技術(shù)應(yīng)用主要集中在西歐、美國、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)。氣化熔融技術(shù)是先將廢棄物送入氣化爐，在400～700℃的還原性氣氛下廢棄物中的有機物迅速熱解或者氣化，產(chǎn)生可燃?xì)怏w，大部分金屬在還原性氣氛中不會被氧化，可以隨底渣排出，經(jīng)過磁選或重力分離后可進(jìn)一步回收利用。分選后的底渣中含二惡英和重金屬都很少，可以直接填埋。氣化爐中生成的可燃?xì)怏w進(jìn)入燃燒熔融爐，在較低的過量空氣系數(shù)下完全燃燒，使含碳灰渣在1350～1400℃條件下熔融，成為玻璃態(tài)物質(zhì)，二惡英完全分解、重金屬被固化到熔渣中，高溫?zé)煔饨?jīng)過余熱鍋爐和煙氣凈化處理系統(tǒng)后排出。42城市固體廢棄物氣化熔融技術(shù)垃圾焚燒對大氣環(huán)境造成二次污染101城市固態(tài)廢棄物氣化熔融系統(tǒng)示意圖分類：高爐型氣化熔融系統(tǒng)、流化床氣化熔融系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)窯氣化熔融系統(tǒng)43城市固態(tài)廢棄物氣化熔融系統(tǒng)示意圖分類：1025.4生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化發(fā)電技術(shù)沼氣發(fā)電

沼氣是一種微生物在厭氧條件下分解有機物產(chǎn)生的可燃性氣體，它的主要成分是甲烷、二氧化碳和少量的硫化氫、氨、氫、一氧化碳、氮、氧等氣體。其中甲烷約占50～70％，二氧化碳約占30～40％，其他成分含量極少，約占總體積的5％。

沼氣利用是一種生物質(zhì)獲取清潔能源的有效途徑。沼氣可用作燃料及化工原料，沼氣裝置排出的料液和沉渣，可用作肥料和飼料。445.4生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化發(fā)電技術(shù)沼氣發(fā)電 沼氣利用是一種生1035.4生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化發(fā)電技術(shù)沼氣發(fā)電

455.4生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化發(fā)電技術(shù)沼氣發(fā)電104沼氣發(fā)酵原理 發(fā)酵是復(fù)雜的生物化學(xué)變化，有許多微生物參與。根據(jù)三階段理論，沼氣發(fā)酵可以分為如下三個階段：液化階段——發(fā)酵性細(xì)菌分泌胞外酶，水解復(fù)雜有機物；發(fā)酵性細(xì)菌通過發(fā)酵作用獲得有機酸和醇類物質(zhì)產(chǎn)酸階段——產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將有機酸和醇類分解轉(zhuǎn)化為乙酸、H2和CO2，耗氫產(chǎn)乙酸菌利用H2＋CO2或者代謝方式產(chǎn)生乙酸產(chǎn)甲烷階段——產(chǎn)甲烷菌在厭氧條件下將前3群細(xì)菌代謝終產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為CH4和CO2要正常地產(chǎn)生沼氣，必須為微生物創(chuàng)造良好的條件，使它能生存、繁殖。46沼氣發(fā)酵原理要正常地產(chǎn)生沼氣，必須為微生物創(chuàng)造良好的條件105圖為我國農(nóng)村推廣使用的水壓式沼氣池的結(jié)構(gòu)。正常情況下，這種家用沼氣池在中國南方可年產(chǎn)沼氣250～300m3，提供一個農(nóng)戶8～10個月的生活燃料。

圖5-1水壓式沼氣池結(jié)構(gòu)

1－進(jìn)料口2—0壓水位3—輸出閥門4—蓋板5—溢流口

6—貯留室7—水壓箱8—滲井9—發(fā)酵室10—貯氣室47圖為我國農(nóng)村推廣使用的水壓式沼氣池的結(jié)構(gòu)。正常情況下，這106沼氣池的條件：首先，沼氣池要密閉。建造沼氣池時要注意隔絕空氣，不透氣、不滲水，造成厭氧菌活動所需的缺氧環(huán)境。其次，沼氣池里要維持適宜溫度（20～40℃），因為通常在此溫度下產(chǎn)氣率最高。第三，沼氣池要