生物质新能源的原理
生物质燃料是将农作物秸杆、木屑、锯末、花生壳、玉米芯、稻壳、树枝、树叶、干草通过压缩成型直接利用的燃料。无任何添加剂和粘结剂。是一种可再生的清洁能源。根据中华人民共和国《可再生能源法》的要求,国家发改委于2006年8月组织编制了《可再生能源中长期发展规划》,提出了2010年至2020年可再生能源的发展目标和任务,其中,生物质固体成型燃料分别达到100万吨和5000万吨,并确立了生物质固体成型燃料作为现代清洁能源的地位。目前,我国城市拥有大量的小型手烧燃煤锅炉,其中大都分布在城市内及城市周边,由于烧的都是含硫量高的劣质煤,因小型锅炉无脱硫装置,加上司炉水平低等因素,冒黑烟、硫污染等直接影响了城市及周边的空气质量,为此,取消城市小型煤锅炉及煤改气、电的呼声很高,且许多城市已采取了行动,但由于气源紧张、电价昂贵,而城市热力又达不到的城市或地方,收效甚微。用清洁的生物质燃料替代煤,在城市小型锅炉内使用就成为首选。但目前大多数小型锅炉的结构均不适合使用生物质燃料(仍有冒黑烟、粉尘污染等现象),而生物质专用燃料燃烧装置彻底地解决了生物质燃料在锅炉中的燃烧问题。它根据生物质燃料挥发分大的特点,综合应用了反烧法、煤制气法、悬浮燃烧等多种洁净燃烧技术,使生物质燃料燃烧完全,解决了冒黑烟的本质问题。锅炉煤的洁净燃烧理论认为,煤的洁净燃烧必须满足三个条件:
1、要求较高的温度(不低于380℃)。
2、可燃烧气体在高温区停留的时间要长。
3、充足的氧气。
反烧法、煤制气法、悬浮燃烧技术为当代公认的洁净燃烧技术。生物质燃料专用锅炉的结构实现了上述洁净燃烧的条件及技术,由炉体及燃料装置(炉胆、外筒、加料口)、上炉排、可拆快组合卫燃带,可拆快换悬挂炉排、下炉排、炉内除尘装置、出灰装置及二次风口,三次配风口和烟气出口等组成。
工作原理:生物质燃料从加料口或上部均匀地铺在上炉排上,点火后,开启引风机,燃料中的挥发分析出,火焰向下燃烧,在卫燃带、悬挂炉排所构成的区域迅速形成高温区,为连续稳定着火创造了条件,小于上炉排间隙且挥发分已燃尽的炙热燃料和未燃尽的微粒,在引风机及重力的作用下,一边燃烧一边向下掉落,落在温度很高的悬挂炉稍作停留后继续下落,最后落到下炉排上,未完全燃烧的燃料颗粒继续燃烧,燃尽的灰粒从下炉排落入出灰装置的灰斗,当积灰到一定高度时,打开出灰闸板一并排出。在燃料下落的过程中,二次配风口补充一定氧气,供悬浮燃烧,三次配风口提供的氧气的为下炉排上的燃烧助燃,完全燃烧后的烟气通过烟气出口通往对流受热面。大颗料烟尘通过隔板向上时由于惯性甩入灰斗,稍小的灰尘通过除尘挡板网阻挡又大部分落入灰斗,仅部分极其细小的微粒进入对流受热面,极大地减少了对流受热面的积灰,提高了传热效果。使用成型生物燃料时,可拆掉细颗料燃料附加炉排、卫燃带、悬挂炉排及炉内除尘网。
优点:
①、可迅速形成高温区,稳定地维持反烧、煤气化燃烧及悬浮燃烧状态,烟气在高温炉膛内停留时间长,经多次配风,上边进料,下边出火,下吸式燃烧,燃烧充分,燃料利用率高,不冒黑烟。
②、采用炉内除尘装置,与之配套的锅炉烟尘排放原始浓度低,可不用烟囱。
③、燃料燃烧连续,工况稳定,不受添加燃料或捅火的影响,可保证出力。
④、水冷炉排管采用防结渣装置,燃烧稳定,清理方便。
⑤、操作简单、方便无需繁杂的操作程序。
⑥、燃料适应性广。
⑦、本燃烧装置,可广泛用于旧的燃煤锅炉的改造及与新制造的生物质锅炉的配套生产,具有极好的市场市景。
生物质燃烧后,主要产物就是一氧化碳和二氧化碳。
一氧化碳分子是不饱和的亚稳态分子,在化学上就分解而言是稳定的。常温下,一氧化碳不与酸、碱等反应,但与空气混合能形成爆炸性混合物,遇明火、高温能引起燃烧、爆炸,属于易燃、易爆气体。因一氧化碳分子中碳元素的化合价是+2,能被氧化成+4价,具有还原性;且能被还原为低价态,具有氧化性。在一定条件下,一氧化碳和水蒸气等摩尔反应生成氢气和二氧化碳:CO + H2O → H2+ CO2。在工业装置中,早期的一氧化碳变换反应通常分两段进行,即高(中)温变换和低温变换。高(中)温变换用铁系作催化剂,典型水蒸汽和一氧化碳比为3左右,在温度为300~500℃、空速为2000~4000 h-1的条件下,高温变换炉出口一氧化碳含量为2%~5%;低温变换用高活性铜锌催化剂,在温度为180~280℃、空速为2000~4000 h-1的条件下,低温变换炉出口一氧化碳含量为0.2%~0.5%、二氧化碳(carbon dioxide),一种碳氧化合物,化学式为CO2,化学式量为44.0095、常温常压下是一种无色无味[2]或无色无嗅而其水溶液略有酸味的气体,也是一种常见的温室气体、还是空气的组分之一(占大气总体积的0.03%-0.04%[5])。在物理性质方面,二氧化碳的熔点为-56.6℃,沸点为-78.5℃,密度比空气密度大(标准条件下),溶于水。在化学性质方面,二氧化碳的化学性质不活泼,热稳定性很高(2000℃时仅有1.8%分解),不能燃烧,通常也不支持燃烧,属于酸性氧化物,具有酸性氧化物的通性,因与水反应生成的是碳酸,所以是碳酸的酸酐。
二氧化碳一般可由高温煅烧石灰石或由石灰石和稀盐酸反应制得,主要应用于冷藏易腐败的食品(固态)、作致冷剂(液态)、制造碳化软饮料(气态)和作均相反应的溶剂(超临界状态)等。
二、产品特点(Product feature):1.高效节能:以可再生生物资源为燃料,使用成本低,比燃油(气)降低30-60%的运行成本。
2.热效率高:半气化燃烧加切线旋流试配风设计,低温分段燃烧,燃烧率达93%以上。
3.稳定性可靠:全自动微正压运行,不发生回火和脱火现象。
4.低碳环保:烟尘、硫、氮排放低,二氧化碳零排放,符合GB13271烟尘排放要求。
5.操作简单:采用自动给料,操作简单,工作量小,单人值班即可。
所谓生物质能是指从生物质转化产生的能。常用的生物质包括植物——农作物、薪材、草、木、人畜粪便、工农业有机废物、有机废水等。这些生物质能都直接或间接地(经过人和动物的消化或工农业加工)来源于绿色植物,来源于太阳能,因此,它又称“绿色能源”,实质上它是物化的太阳能。据计算,每年全球靠光合作用可产生生物质能1200亿吨,其所含能量是当前全球能耗总量的5倍。
由于生物质能的数量巨大,同时转化过程中很少或不产生污染物,世界各国都正在开发深度利用高效生物能的转换技术,使生物质成为具有广泛用途的热能、电能和动力用燃料,转化技术有下面两种:
通过液化将生物质转化为酒精。燃烧1千克酒精,可以放出29726千焦的热量,比普通煤的发热量高。而且酒精是液体能源,便于使用、贮存、运输。普通汽油发电机稍加改装,就可以用纯酒精作燃料。如果用汽油和酒精的混合物来开汽车,汽车发电机甚至不需改装就可以使用。1升酒精可以驱动汽车在公路上行使16千米。
酒精是用淀粉、糖等有机物经过微生物发酵作用生产出来的。含有淀粉和糖的生物质很多,包括甘蔗、甜菜、玉米、高粱、木薯、马铃薯以及水草、藻类等,它们都可以是生产酒精的原料。
巴西在这方面获得了巨大的成就,早在1975年,巴西就制定了“酒精计划”,逐步用酒精或酒精和汽油的混合物部分替代了石油,解决了交通用能供应的问题,目前巴西有90%的小汽车用酒精做燃料。美国目前有30%的汽油掺有酒精,酒精的掺入量约为10%左右。
通过发酵过程制作以甲烷为主的沼气。我国每年作为农家燃料烧掉的柴草合标准煤2亿吨,占全国总能耗的15%。但能量的利用效率比较低。
利用人畜粪便和秸秆为主要原料发展沼气池,既解决了家用燃料问题,又保持了农田肥力,减少化肥对水的污染。1990年,我国就有400多万户使用小沼气池,年产沼气10多亿立方米,沼气电站装机2000多千瓦,我国目前是户用沼气池最多的国家。
目前,我国很多的大型城市污水处理厂,利用处理厂中的固体废物进行沼气发酵,产生的沼气用来发电。在英国的5000多个污水处理厂中,有1/3是用通过发酵所产生的沼气作为动力的。法国在南部利摩日地区建造了两座垃圾发酵处理站,每年处理垃圾8.45万吨,每小时生产沼气800立方米,这些沼气已供一些工厂和煤气公司使用。
如过去的10多年中,美国已建成生物发电的容量达400多万千瓦,主要是采用木材及木制品工业废料气化后的气体燃料发电。国外结合治理城市环境污染,开始进行垃圾发电,技术已经成熟。仅日本就运行约100座垃圾电站,并计划把垃圾电站的装机容量发展到400万千瓦。因此,利用生物质能发电是当今新能源发电的新趋势之一。
我国是一个农业国,物质能资源非常丰富,年资源量是薪材3000万吨,秸秆4.5亿吨,稻壳0.15亿吨,另外还产生大量的城市排放的生活污水、垃圾、工业废水等。
利用生物质能发电在我国目前还是小规模、小范围的利用,稻壳转化发电容量只有5000瓦,沼气发电装置140个左右,总容量也只有2000千瓦。另外,我国还引进发电容量为4000千瓦的垃圾发电站。
希望采纳。