生物質(zhì)氣化爐;生物質(zhì)氣化機(jī)組;工業(yè)生物質(zhì)燃?xì)鈿饣癄t方案教材

1、工業(yè)生物質(zhì)燃?xì)鈿饣癄t生物質(zhì)氣化機(jī)組輸入：生物質(zhì)成型產(chǎn)品（如木片、切段樹枝、秸桿壓塊、污泥顆粒等）。原料：農(nóng)林廢棄物為原料（秸稈、林木廢棄物、蔗渣、食用菌渣、具有一定熱值的有機(jī)垃圾等）。過(guò)程：在熱力、欠氧條件下，發(fā)生熱解、氧化、還原化學(xué)反應(yīng)。輸出：生物質(zhì)燃?xì)饪扇嫉幕旌蠚怏w生物質(zhì)燃?xì)猓捍嫒济?、直燃木材清潔、環(huán)保 代替天然氣、燃油省錢、清潔、環(huán)保應(yīng)用：直接應(yīng)用于鍋爐、窯爐、熔鋁爐、退火爐等。經(jīng)過(guò)凈化，可用于居民生活集中供氣、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電等。目錄概述.031、生物質(zhì)能源.031.1生物質(zhì)能源.031.2 生物質(zhì).031.3 中國(guó)生物質(zhì)能源的特點(diǎn)分析.031.3.1可再生性.031.3.2 清潔、低碳，

2、含硫量低.031.3.3 替代優(yōu)勢(shì).041.3.4 原料豐富.041.3.5 生物質(zhì)能源的發(fā)展方向.052、生物質(zhì)燃?xì)?052.1 生物質(zhì)燃?xì)?052.2 生物質(zhì)燃?xì)馓匦?052.3典型生物質(zhì)燃?xì)夥治?052.4各燃料燃燒廢氣排放比較.062.5 原料可獲得性.062.6 經(jīng)濟(jì)效益.072.7社會(huì)效益.083、生物質(zhì)氣化制氣原理.094、生物質(zhì)燃?xì)庵茪庀到y(tǒng).105、 生物質(zhì)氣化副產(chǎn)品及處理.116、應(yīng)用案例.126.1 生物質(zhì)燃?xì)庥糜谌垆X爐熔化鋁材.126.2 生物質(zhì)燃?xì)庥糜诜棌S氣化爐蒸汽鍋爐.126.3 生物質(zhì)燃?xì)庥糜诎b紙品廠蒸汽鍋爐.136.4 生物質(zhì)燃?xì)庥糜谌加?、燃?xì)忮仩t.137、.

3、137.1 .137.2 生物質(zhì)固定床氣化爐的優(yōu)勢(shì).148、商務(wù)合作.149.1河南省節(jié)能及燃器具產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心燃?xì)鉁y(cè)試報(bào)告.159.2 深圳市華?？萍加邢薰荆ǖ谌剑U氣排放檢測(cè)報(bào)告.17概 述生物質(zhì)氣化是在一定的熱力學(xué)條件下，借助于空氣（或者氧氣）、水蒸氣的作用，使生物質(zhì)的高聚物發(fā)生熱解、氧化、還原重整反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為一氧化碳、氫氣、甲烷和低分子烴類等可燃?xì)怏w的過(guò)程。生物質(zhì)燃?xì)鈿饣癄t是將生物質(zhì)原料進(jìn)行氣化的一種能源轉(zhuǎn)化設(shè)備。1、生物質(zhì)能源1.1 生物質(zhì)能源即生物質(zhì)能（biomass energy ），就是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間

4、接地來(lái)源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時(shí)也是唯一一種可再生的碳源。1.2 生物質(zhì)：生物質(zhì)是指利用大氣、水、土地等通過(guò)光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體，即一切有生命的可以生長(zhǎng)的有機(jī)物質(zhì)通稱為生物質(zhì)。它包括植物、動(dòng)物和微生物。廣義概念：生物質(zhì)包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動(dòng)物及其生產(chǎn)的廢棄物。有代表性的生物質(zhì)如農(nóng)作物、農(nóng)作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動(dòng)物糞便。狹義概念：生物質(zhì)主要是指農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中除糧食、果實(shí)以外的秸稈、樹木等木質(zhì)纖維素（簡(jiǎn)稱木質(zhì)素）、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)下腳料、農(nóng)林廢棄物及畜牧業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的禽畜糞便和廢棄物

5、等物質(zhì)。特點(diǎn)：可再生、低污染、分布廣泛。1.3 中國(guó)生物質(zhì)能源的特點(diǎn)分析：1.3.1可再生性。生物質(zhì)能源是從太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化而來(lái)，通過(guò)植物的光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，儲(chǔ)存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量，與風(fēng)能、太陽(yáng)能等同屬可再生能源，可實(shí)現(xiàn)能源的永續(xù)利用。1.3.2 清潔、低碳，含硫量低。生物質(zhì)能源中的有害物質(zhì)含量很低，屬于清潔能源。同時(shí)，生物質(zhì)能源的轉(zhuǎn)化過(guò)程是通過(guò)綠色植物的光合作用將二氧化碳和水合成生物質(zhì)，生物質(zhì)能源的使用過(guò)程又生成二氧化碳和水，形成二氧化碳的循環(huán)排放過(guò)程，能夠有效減少人類二氧化碳的凈排放量，降低溫室效應(yīng)。生物質(zhì)燃料中含硫量一般低于0.05%，因此氣化制生物質(zhì)氣化能源燃燒不必設(shè)置脫硫裝置，

6、降低了設(shè)備及運(yùn)行成本，又有利于環(huán)境的保護(hù)。表1：生物質(zhì)燃料各主要組成比例可實(shí)現(xiàn)溫室氣體CO2零排放。大氣中的CO2通過(guò)光合作用進(jìn)入生物體，生物體的碳通過(guò)燃燒、降解和呼吸作用重新變成CO2又回到自然界，從而構(gòu)成碳元素的循環(huán)鏈。從理論上講，生物質(zhì)能源的利用基本可以達(dá)到CO2的零排放。根據(jù)京都議定書機(jī)制，生物質(zhì)燃料CO2為生態(tài)“0”排放。1.3.3 替代優(yōu)勢(shì)。利用現(xiàn)代技術(shù)可以將生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化成可替代化石燃料的生物質(zhì)成型燃料、生物質(zhì)可燃?xì)?、生物質(zhì)液體燃料等。在熱轉(zhuǎn)化方面，生物質(zhì)能源可以直接燃燒或經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，形成便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)墓腆w、氣體和液體燃料，可運(yùn)用于大部分使用石油、煤炭及天然氣的工業(yè)鍋爐和窯爐中。

7、國(guó)際自然基金會(huì)2011年2 月發(fā)布的能源報(bào)告認(rèn)為，到2050 年，將有60%的工業(yè)燃料和工業(yè)供熱都采用生物質(zhì)能源。1.3.4 原料豐富。生物質(zhì)能源資源豐富，分布廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，植物每年貯存的能量約相當(dāng)于世界主要燃料消耗的10倍，而作為能源的利用量還不到其總量的l%。根據(jù)世界自然基金會(huì)的預(yù)計(jì)，全球生物質(zhì)能源潛在可利用量達(dá)350EJ/年（約合82.12 億噸標(biāo)準(zhǔn)油，相當(dāng)于2009年全球能源消耗量的73%）。根據(jù)我國(guó)可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)生物質(zhì)資源可轉(zhuǎn)換為能源的潛力約5 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，今后隨著造林面積的擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)換為能源的潛力可達(dá)10 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。在傳統(tǒng)能源日

8、漸枯竭的背景下，生物質(zhì)能源是理想的替代能源，被譽(yù)為繼煤炭、石油、天然氣之外的“第四大”能源。1.3.5 生物質(zhì)能源的發(fā)展方向 目前我國(guó)能源戰(zhàn)略迫切需要研究用非糧食類生物質(zhì)作原料生產(chǎn)氣體類、液體類燃料，方便使用、方便運(yùn)輸、方便儲(chǔ)存以及清潔排放。開(kāi)發(fā)出擁有自主知織產(chǎn)權(quán)和具有推廣價(jià)值的實(shí)用技術(shù)，保障我國(guó)植物生物質(zhì)能源的安全開(kāi)發(fā)利用和經(jīng)濟(jì)昌盛繁榮。2、 生物質(zhì)燃?xì)?.1 生物質(zhì)燃?xì)猓╞iogas）是利用農(nóng)作物秸稈、林木廢棄物、食用菌渣、禽畜糞便、具有一定熱值的有機(jī)垃圾及一切可燃性物質(zhì)做為原料轉(zhuǎn)換的可燃性氣體能源。氣體燃料易于管道輸送、燃燒效率高，燃燒過(guò)程易于控制、燃燒器具簡(jiǎn)單、顆粒物排放很少或趨近于無(wú)

9、，因此是品位較高的燃料。2.2 生物質(zhì)燃?xì)馓匦裕?.2.1生物質(zhì)燃?xì)馊紵h(huán)保排放指標(biāo)可媲美天然氣，清潔；2.2.2生物質(zhì)燃?xì)庠蠈儆诳稍偕?、可循環(huán)利用能源；2.2.3 生物質(zhì)燃?xì)馊剂霞庸ず?jiǎn)單，耗用能源、設(shè)備及人少，代價(jià)較低；2.2.4 使用時(shí)不需加裝脫硫除硝裝置，不耗用堿性中和劑，從而節(jié)省運(yùn)行成本。2.3典型生物質(zhì)燃?xì)夥治霰?：典型生物質(zhì)燃?xì)夥治鲈袭a(chǎn)生的燃?xì)夥N類低位熱值（kJ/kg）組分（%）低位熱值H2COCH4CO2N2O2kJ/kgkCal/kg木片400013.4820.23.959.1552.021.258941409 果樹剪枝400012.519.892.969.5653.331

10、.7656761357 木秸混料390012.7620.312.2710.0853.131.4553711284 玉米芯423812.322.52.3212.548.981.450331203 棉秸432311.522.71.9211.650.781.555851335 玉米秸424112.521.41.8412.7349.881.6553281273 麥秸44298.517.61.361456.841.73664876 2.4各燃料燃燒廢氣排放比較表3：燃料燃燒廢氣排放比較(參照2014年7月1日?qǐng)?zhí)行鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn))指標(biāo)生物質(zhì)燃?xì)馓烊粴庵赜洼p油煤碳生物質(zhì)顆粒實(shí)測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)

11、準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值顆粒物 mg/Nm32020303050SO2 mg/Nm31650200200300NOX mg/Nm3176200250250300煙氣黑度（林格曼）111112.5 原料可獲得性生物質(zhì)燃?xì)鈿饣到y(tǒng)以農(nóng)、林業(yè)廢棄物（廢木材、樹枝、果殼、秸桿等）為原料，使用其成型產(chǎn)品如濕度不超過(guò)30%的木片、樹枝切段及壓塊、秸桿壓塊為適。 2.6 經(jīng)濟(jì)效益在木片熱值為4000Kcal/Kg、天然氣熱值為8500Kcal/Nm3的情況下，約3.13. 4Kg木片就能取代1立方天然氣。在秸稈壓塊熱值為3600Kcal/Kg、天然氣熱值為8500Kcal/Nm3的情況下，約3.43.9Kg秸稈壓塊就能取

12、代1立方天然氣。表4：用各燃料費(fèi)用對(duì)比(近似算法)各燃料產(chǎn)生1萬(wàn)大卡熱量成本對(duì)比備注燃料種類熱值 Kcal/KG燃料耗用量-KG燃料元/KG元/1萬(wàn)大卡熱量未計(jì)各種熱損失輕柴油96001.04 8.89 9.3 燃料成本較高(0號(hào)柴油，7.2元/升，密度0.81KG/NM3)； 天然氣85001.18 4.35.1 1、燃料成本較高； 2、氣站或管道初裝及開(kāi)戶費(fèi)；Kcal/Nm3Nm3元/Nm33、冬季氣壓低，可能存在氣荒及漲價(jià)可能。生物質(zhì)燃?xì)?3003.85 0.60 2.2 1、原料為木片、生物質(zhì)壓塊等； 2、不需加裝脫硫除硝裝置及原料； Kcal/Nm3KG木片元/KG木片3、不需加裝布

13、袋除塵設(shè)備。生物質(zhì)成型顆粒直燃40002.50 0.98 2.5 1、顆粒物排放超標(biāo)； 2、存在燒煤、直燃木材嫌疑； 3、環(huán)保部要求配套袋式除塵設(shè)備后使用。表5：工業(yè)鍋爐用各燃料費(fèi)用對(duì)比(近似算法)各燃料產(chǎn)生1噸蒸汽(60萬(wàn)大卡熱量)成本對(duì)比備注燃料種類熱值 Kcal/KG鍋爐效率燃料燃盡率燃料耗用量-KG燃料價(jià)格-元/KG1噸蒸汽-元/噸多地因環(huán)保減排已禁止燃煤、重油和直燃木材。輕柴油96000.90.9970.18.89623.5燃料成本較高(0號(hào)柴油，7.2元/升，密度0.81KG/Nm3)天然氣85000.90.9979.24.3340.71、燃料單價(jià)較高； 2、氣站/管道初裝投資及開(kāi)

14、戶費(fèi)。Kcal/Nm3Nm3元/Nm33、冬季氣壓低，可能存在氣荒及漲價(jià)可能。生物質(zhì)燃?xì)?3000.750.99310.80.60186.51、原料為木片、生物質(zhì)壓塊等； 2、不需加裝脫硫除硝裝置及原料；燃煤鍋爐Kcal/Nm3KG木片元/KG木片3、不需加裝布袋除塵設(shè)備。生物質(zhì)燃?xì)?3000.90.99259.00.60155.41、原料為木片、生物質(zhì)壓塊等； 2、不需加裝脫硫除硝裝置及原料；油氣鍋爐Kcal/Nm3KG木片元/KG木片3、不需加裝布袋除塵設(shè)備。生物質(zhì)成型燃料直燃40000.750.98204.11.00204.11、顆粒物排放超標(biāo)； 2、存在燒煤、直燃木材嫌疑； 3、環(huán)保部

15、要求配套袋式除塵設(shè)備后使用。按產(chǎn)生1噸蒸汽所需熱量60 0000Kcal計(jì)算2.7社會(huì)效益有助于解決我國(guó)三大戰(zhàn)略難題： 2.7.1 “能源問(wèn)題” 新的、可再生的替代能源；優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、增加能源供給；提高能源使用效率。2.7.2 “環(huán)境問(wèn)題” CO2零排放、SO2、氮氧化物低排放；減少農(nóng)林廢棄物焚燒污染空氣。2.7.3 “農(nóng)林業(yè)問(wèn)題” 農(nóng)林廢棄物資源化利用，變廢為寶； 發(fā)展能源農(nóng)林業(yè)，拓展農(nóng)林業(yè)發(fā)展渠道；提高農(nóng)林業(yè)收入、增加農(nóng)林就業(yè)崗位。3、生物質(zhì)氣化制氣原理生物質(zhì)燃?xì)庖赞r(nóng)林廢棄物為原料，在缺氧條件下釋放出其所含揮發(fā)份，并將其中的C通過(guò)氧化、還原、熱解轉(zhuǎn)化的可燃?xì)怏w。氣化過(guò)程分為生物質(zhì)原料的氧化

16、反應(yīng)、還原反應(yīng)、熱解和干燥等四個(gè)過(guò)程，生成的混合可燃?xì)怏w即為生物質(zhì)燃?xì)?。生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)生技術(shù)原理及過(guò)程如下圖：濕料燃?xì)鈴U渣（炭、灰）空氣干燥層（100250）產(chǎn)物：水蒸氣裂解層（300800）產(chǎn)物：氣體（CO、H2、CH4、CO2、水蒸氣）、焦油、炭還原層（900）產(chǎn)物：CO、H2氧化層（1200）產(chǎn)物：CO2灰室產(chǎn)物：灰分（殘?zhí)浚t排 3.1 氧化反應(yīng)。氣化劑（空氣等）由底部進(jìn)入氣化爐，與生物質(zhì)原料發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2、CO、H2O等，同時(shí)放出熱量，為還原區(qū)的還原反應(yīng)、物料的裂解和干燥提供了熱源。由于是限氧燃燒，不完全燃燒反應(yīng)同時(shí)發(fā)生。氧化區(qū)溫度達(dá)1200。C + O2 = CO2H= -

17、408.8 (394)kJ 2C+ O2 = 2CO H= -246.44(221) kJ3.2 還原反應(yīng)。還原區(qū)內(nèi)，來(lái)自空氣中的氧氣被耗盡。由于供氧不足，生物質(zhì)原料的燃燒不充分，產(chǎn)生CO，并放出熱量。同時(shí)，來(lái)自氧化層的CO2、H2O與生物質(zhì)原料中的C、H反應(yīng)，生成CO、CH4、CmHn、H2、H2O等。在此過(guò)程中，被加熱的生物質(zhì)原料也發(fā)生裂解，其中的可燃?xì)怏w即揮發(fā)份從原料中析出，成為燃?xì)獾囊徊糠?。還原區(qū)中的原料因重力作用下落入氧化區(qū)。主要有如下反應(yīng)：C+CO2 2CO H= +172.47 kJ C+H2O(g) CO+H2 H = +131.30 kJ C+2H2O(g) CO2+2H2

18、H= +90.17 kJ CO+H2O(g) CO2+H2 H= +41.17 kJ 3.3 生物質(zhì)原料裂解。在裂解區(qū)中的生物質(zhì)原料被還原區(qū)上來(lái)的熱氣體加熱，發(fā)生裂解反應(yīng)。在此反應(yīng)中，生物質(zhì)中大部分的揮發(fā)分從固體中分離出去。裂解需要大量熱量，溫度降到400600。裂解區(qū)主要產(chǎn)物：C、H2、H2O、CO、CO2、CH4、焦油和烴類等。此后熱氣體上升到干燥區(qū)，而炭則下降到還原區(qū)。3.4 生物質(zhì)的干燥。氣化爐的最上層為干燥區(qū)，干燥區(qū)溫度約為100250。濕料同來(lái)自下面三個(gè)反應(yīng)區(qū)的熱氣體換熱，蒸發(fā)水蒸氣隨著熱氣流上升排出氣化爐，干物料落入裂解區(qū)，而熱氣體成為燃?xì)獗灰鰵饣癄t使用。4、生物質(zhì)燃?xì)庵茪庀到y(tǒng)

19、生物質(zhì)燃?xì)鈿饣癄t主要由給料系統(tǒng)、燃?xì)獍l(fā)生系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)、燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和安全防爆系統(tǒng)等組成（如上圖）。5、 生物質(zhì)氣化副產(chǎn)品及處理生物質(zhì)氣化制氣過(guò)程中，產(chǎn)生如下副產(chǎn)品：5.1草木灰。由氣化爐除渣系統(tǒng)排出與殘?zhí)恳黄鹋懦龌蚪?jīng)除塵裝置收集，可作為農(nóng)家肥使用，對(duì)土地改良及農(nóng)作物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，環(huán)境友好。5.2生物質(zhì)炭。由氣化爐除渣系統(tǒng)排出，其產(chǎn)量及質(zhì)量視原料、氣化工藝不同而不同。其主要處理去向如下：5.2.1 燒烤用型炭：以樹枝薪柴炭化獲得的木炭粉加工成燒烤用型炭，質(zhì)量比較優(yōu)良，是原木炭的理想替代品。5.2.2 肥料用炭：此市場(chǎng)潛力巨大，炭與它肥料混合可制成長(zhǎng)效肥料，能增長(zhǎng)肥效、減少氮、膦、鉀

20、使用量和改良土壤。將炭、醋酸按比例混合，再加一定數(shù)量的其它元素，可制成炭基復(fù)合肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。5.2.3 蚊香用炭粉：全國(guó)年需蚊香用炭粉40萬(wàn)噸以上。5.2.4 用作活性炭和其他工業(yè)用炭原料。5.2.5 用作氣化爐本身焦油裂解催化劑。5.3 木焦油。木焦油可提煉60%左右生物質(zhì)燃料油，30%左右的生物瀝青。這兩種產(chǎn)品均不存在市場(chǎng)問(wèn)題。焦油本身可作為燃料油使用，也可在氣化爐內(nèi)進(jìn)行二次裂解。5.4 木醋酸。木醋酸含有200多種物質(zhì)，具有廣泛的開(kāi)發(fā)用途。5.4.1可提取生物殺蟲劑、殺菌劑，因其富含有眾多種有機(jī)成分，具有獨(dú)特的防止病蟲害效果，蟲菌不易產(chǎn)生抗藥性；5.4.2 用作土壤改良劑（木醋酸對(duì)堿性土壤具有良好的改良作用）、作物生長(zhǎng)促進(jìn)劑，同時(shí)還可做為底肥、葉面肥使用，具有促進(jìn)作物生長(zhǎng)的作用；5.4.3 利用其殺菌特性提取制作護(hù)膚、洗浴等保健產(chǎn)品；5.4.4 提取薰香劑、食物保鮮劑等食品添加劑；5.4.5 木醋酸與炭粉混合作飼料添加劑、木醋酸添加其它元素加工為葉面肥等。說(shuō)明：不同原料，不同干濕度產(chǎn)出的木醋酸指標(biāo)不同。6、應(yīng)用案例6.1 生物質(zhì)燃?xì)庥糜谌垆X爐熔化鋁材（第1、2圖為惠州富士康）6.2 生物質(zhì)燃?xì)庥糜诜棌S氣化爐蒸汽鍋爐6.3 生物質(zhì)燃?xì)庥糜诎b紙品廠蒸