生物质能的主要利用形式包括什么?
生物质能的主要利用形式包括直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。
1、直接燃烧
当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶，推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施，被国家列为农村新能源建设的重点任务之一。生物质的直接燃烧和固化成型技术的研究开发主要着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。
现已成功开发的成型技术按成型物形状主要分为大三类：以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状成型物技术，欧洲各国开发的活塞式挤压制的圆柱块状成型技术，以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成型技术和设备。
2、热化学转换
是指在一定的温度和条件下，使生物质气化、炭化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。
①生物质气化：生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热，同时通入空气、氧气或水蒸气，来产生品位较高的可燃气体。它的特点是气化率可达70%以上，热效率也可达85%。生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电等不同用途，这对于生物质原料丰富的偏远山区意义十分重大，不仅能改变他们的生活质量，而且也能够提高用能效率，节约能源。
②生物质碳化
生物质颗粒碳化燃料是各种生物质经过干燥、转性、混料、成型、碳化等复杂过程连续生产出来的一种新型燃料，其与煤性质相同，是可供各种燃烧机、生物质锅炉、熔解炉、生物质发电等的高效、可再生、环保生物质燃料，此种燃料在国际认证为零污染燃料。
③生物质热解
通常是指在无氧或低氧环境下，生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程，是生物质能的一种重要利用形式。
3、生物质化学转换
通过生物质的厌氧发酵制取甲烷，用热解法生成燃料气、生物油和生物炭，用生物质制造乙醇和甲醇燃料，包括有机物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。沼气转化是有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气。乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。生物制氢，生物质通过气化和微生物催化脱氢方法制氢。
生物质能的主要利用形式包括直接燃烧和发电、生物质裂解与干馏、生物质致密成型、生物质气化及发电、生物质热解液化、燃料乙醇、生物柴油 、能源作物。
1、直接燃烧和发电：直接燃烧大致可分炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾焚烧和致密成型燃料燃烧四种情况。我国小型生物质燃烧发电也已商业化，南方地区的许多糖厂利用甘蔗渣发电。广东、广西两地共有小型发电机组380台，总装机容量达800兆瓦，云南省也有一些此类电厂。
2、生物柴油：目前我国生物柴油研究开发尚处于起步阶段。先后有上海内燃机研究所和贵州山地农机所、中国农业工程研究设计院、辽宁省能源研究所、中国科技大学、河南科学院化学所、华东理工大学、云南师范大学农村能源工程重点实验室等单位都对生物柴油作了不同程度的研究，并取得可喜的成绩。
3、生物质致密成型：致密成型燃料燃烧是把生物质固化成型后再采用传统的燃煤设备燃用，主要优点是将分散和疏松的生物燃料进行集中和加密，以便于储存和运输，使之成为便捷和清洁高效的能源。主要缺点是生产成本偏高。
4、生物质气化及发电：我国已开发出多种固定床和流化床小型气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝等为原料生产燃气，热值为4～10兆焦／立方米。
目前用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处。兆瓦级生物质气化发电系统已推广应用20多套。“十五”期间，按照国家高科技发展计划（863计划）已建成4兆瓦规模生物质气化发电的示范工程。
5、能源作物：能源作物种植是近期发展起来的新型产业，是随着生物质能开发与利用的不断深入和扩大逐步形成的。能源作物是指各种用以提供能源的植物，通常包括速生薪炭林、能榨油或产油的植物、可供厌氧发酵用的藻类和其它植物等。
许多能源作物是自然生长的，收集比较困难。现在人们有意识地培育一些能源作物，经过嫁接、驯化、繁殖，不断提高产量，以满足对能源不断增长的需要。甜高粱就是一种很好的能源作物。
组成
生物质气化内燃发电系统主要由气化炉、燃气净化系统和内燃发电机等组成：
气化炉是将生物质能由固态转化为燃气的装置。生物质在气化炉内通过控制空气供应量，而进行不完全燃烧，实现低值生物质能由固体向气态的转化，生成包含氢气（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、多碳烃（CnHm）等可燃成分的燃气，完成生物质的气化过程。
生物质气化发电机组
气化产生的燃气出口温度随气化炉型式的不同，在350℃～650℃之间，并且燃气中含有未完全裂解的焦油及灰尘等杂质，为满足内燃机长期可靠工作的要求，需要对燃气进行冷却和净化处理，使燃气温度降到40℃以下、焦油灰尘含量控制在50mg/Nm3以内，燃气经过净化后，再进入内燃机发电。
在内燃机内，燃气混合空气燃烧做功，驱动主轴高速转动，主轴再带动发电机进行发电。
生物质气化内燃发电就是通过以上过程，将各种废弃物化废为宝，转化为优质电能，解决废弃物的污染和能源的合理利用问题。
生物质燃气净化 是指利用快速冷凝悬浮净化的技术工艺，对秸秆燃气中的木焦油进行吸附和凝结。生物质秸秆燃气的净化关键在于细小颗粒焦油尘的凝聚。研制出的YN01 型生物质燃气净化机, 样机运行试验表明已克服了生物质秸秆燃气净化系统普遍存在的初投资大、设备复杂、净化效率低等缺点, 有较高的实用价值和推广应用前景。
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源之一, 在世界能源消耗中, 生物质能占总能耗的14 %。从环境的观点来看, 开发生物质能有助于减轻温室效应, 减轻酸雨酸雾、粉尘等全球性环境污染。生物质能高品位利用成为近年来可再生能源发展最迅速的技术之一 。
生物质气化是生物质能高品位利用的一种主要转换技术, 是将生物质原料在缺氧状态下燃烧和还原的能量转换过程, 它可以将固态生物质原料转换成高品位的可燃气体。但其热解气化过程中产生的焦油会对管道、灶具、燃气透平等造成堵塞、污染和腐蚀, 因此须对所产的生物气进行适当的净化处理,但生物气净化装置投资较大, 净化效果不理想, 使得净化系统运行寿命短, 经济效益差, 不宜推广应用。因此, 生物质燃气的净化已成为制约生物质热解气化技术商业化推广的主要因素, 是国内外生物质能科学领域所急待解决的重要课题
采用生物质制氢不仅能够有效利用我国丰富的生物质资源，而且可以实现 CO2 的近零排放及能源的可持续发展。生物质制氢主要包括热化学法和生物法两种途径。
生物质气化有多种形式。如果按气化介质分,可分为使用气化介质和不使用气化介质,其中使用气化介质的技术又分为干馏气化、空气气化、氧气气化等。目前应用最广泛的是空气气化。如果按产气的用途来分,可分为生物质气化供气技术、供热技术、发电技术和合成化学品技术等。目前各种技术的实际应用都在进行,生物质气化供气技术由于技术起点低,投资少适合我国农村大力发展。
空气气化技术直接以空气为气化剂,气化效率高,是目前应用最广,也是所有气化技术中最简单、最经济的一种。富氧气化使用富氧气体作为气化剂,反应温度高,反应速度快,可得到焦油含量低,但成本高。水蒸气气化是一水蒸气作为气化剂,燃气质量好,氢气含量高,产生的也是中热值气。氢气气化是由氢气同碳及水发生反应生成大量的甲烷的过程,其反应条件苛刻,需要在高温高压且具有氢源的条件下进行,可产生热值为22260-26040kjm³之间的高热值气。干馏气化不使用气化介质,产生固定碳、焦油与可燃气。
气化炉是生物质气化系统中的核心设备,生物质在气化炉内进行气化反应,生成可燃气。生物质气化炉可分为固定床气化炉和流化床气化炉两种类型,而固定床气化炉和流化床气化炉又都是多种不同形式的,如图所示。
固定床气化炉分为下吸式气化炉、横吸式气化炉和开心式气化炉。
在下吸式气化炉中,气流是向下流动的,通过炉栅进入外腔。原料由上部加入,依靠重力下落。经过干燥区后水分蒸发,在裂解区分解出的二氧化碳、一氧化碳、氢气、焦油等热气流向下流经气化区。在气化区发生氧化还原反应。同时由于氧化区的温度高,焦油在通过该区时发生裂解,变为可燃气体。
炉内运行温度在400~1200℃左右,燃气从反应层下部吸出,灰渣从底部排出。下吸式固定床气化工作温度,生产的气体成分相对稳定可燃气中焦油含量较少。但可燃气中灰分含量较多,出炉可燃气温度高,炉内热效率低。
在上吸式气化炉的气流流动方向与物料运行方向相反。物料由气化炉顶部加入,气化剂由炉底进入气化炉,产出的燃气通过气化炉内的各个反应区,从气化炉上部排出。向下流动的生物质原料被向上流动的热气体烘干脱去水分,干生物质进去裂解区后得到更多的热量,发生裂解反应。
产生的炭进入还原区,与氧化区产生的热气体发生还原反应,生产一氧化碳和氢气等可燃气体。上吸式气化炉生产的可燃气直接作为锅炉或加热炉的燃料气或向系统提供工艺热源。该种炉型主要应用于欧洲和东南亚国家。上吸式气化炉有一个突出的缺点,就是在裂解区生成的焦油没有通过气化区而直接混入可燃气体排出,这样产出的气体中焦油含量高,且不易净化。
开心式固定床气化炉的结构与气化原理与下吸式固定床气化炉相类似,是下吸式气化炉的一种特别形式。开心式固定床气化炉时我国研制出的,主要用于稻壳气化,已投入商业运行多年。
生物质流化床气化的研究起步比较晚。
流化床气化在吹入的气化剂作用下,物料颗粒、砂子、气化介质充分接触,受热均匀,在炉内呈“沸腾”状态,因此又叫沸腾床,反应温度一般为750~850℃。流化床气化炉有一个热砂床,生物质的燃烧和气化反应都在热砂床上进行。
气化反应随度快,产气率高。与固定床相比,流化床没有炉栅,一个简单的流化床由燃烧室、布风板组成,气化剂通过布风板进入流化床反应器中。按气化器结构和气化过程,可将流化床分为鼓泡流化床和循环流化床。流化床气化反应速度快,产气量大,燃气热值高焦油含量低,是唯一在恒温床上反应的气化炉,原料适应性广,可大规模利用。
但可燃气中灰分含量较多,结构比较复杂。按气化炉结构和气化过程可将流化床气化炉分为单床气化炉、双床气化炉、循环流化床气化炉及携带床气化炉四种类型。
生物质气化技术的多样性决定了其应用类别的多样性不同的气化炉,不同的工艺最终的用途都不用同一气化设备选用不同的物料,不同的工艺最终用途也不同。因此不同地区,不同条件,选用不同的气化设备。生物质气化技术的基本应用方式主要有四个方面,即用于供热、用于发电、用于供气、用于化学品合成。
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