1、新能源工程 盛奎川部分一、 緒論1、 生物質能：生物質是通過光合作用而形成的各種有機體，包括所有的動植物和微生物。生物質能是把太陽能以化學能形式儲存在生物質中的能量形式，以生物質為載體。2、 生物質原料種類及來源：林業生物質資源、農業生物質能資源、生活污水、工業有機廢水、城市固體廢物、畜禽糞便3、 油類燃料能源作物：油菜、棉籽、麻風樹、黃連木、文冠果4、 乙醇燃料能源作物（淀粉糖料類）：秸稈、薯類、甘蔗、甘薯、甜高粱（玉米、小麥）5、 纖維素類草本能源植物：柳枝稷（C4，美國首選）、蘆竹（C3、歐洲首選）、荻（C4）、雜交狼尾草（C4）6、 能源草：富含碳氫化合物的禾本科、高大、叢生的纖維素類

2、草本能源植物干物質產量高；抗逆性強，適應性廣；生態效益好，利用邊際土地；可再生清潔能源；用途廣泛邊際土地能源草種植技術：不與人爭糧，不與糧爭地存在的問題：能源草品種單一，抗逆性有待提高；邊際土地類型多樣，能源草生長習性不同，優質高產高效的規模化種植管理技術需要系統深入的研究；纖維素染料乙醇化轉化效率低，生產成本高，離產業化有距離7、 生物質能轉化利用技術：直接燃燒法、生物轉換技術、熱化學轉換技術【三種主要類型】還包括：生物質壓縮成型技術、生物柴油技術二、 生物質燃燒1、 生物質成分與化學特性：1） 化學組成：纖維素、半纖維素、木質素和提取物2） 元素組成：CHONPSKC：以化合碳、固定碳兩種

3、形式存在H：碳氫化合物形式存在，燃燒時以揮發氣體析出O：增強燃燒，但不放出熱量N：一般不反應、高溫會生成NOxS：生成SO2;SO3PK：生物質燃料的特有成分，P2O5和K2O，是草木灰中的P K肥灰分：SiO2； Al2O3 ； CaO；Fe2O33） 組成成分表示方法：干燥基：以完全干燥的燃料為基準，測定計算所得到的各元素組成成分的百分數。Cg 【g上標】應用基：按實際進入爐灶的燃料取樣分析計算所得到的各組成成分的質量分數Cy【y上標】 具體做測試計算時使用分析基：以風干燃料為基準，分析化驗計算后所得各元素組成成分的百分數數值（組成成分較穩定）【f上標】【書上內容 PPT沒有】工業分析法（

4、近似分析法）：水分（W）灰分（A）揮發分（V）固定碳（C）表示燃料的成分4） 生物質的熱值熱值：又稱發熱量。是指在一定溫度下，單位質量的燃料完全燃燒后，在冷卻至原有溫度時所釋放的熱量，是衡量燃料品質的重要指標高位熱值：QGW生物質完全燃燒釋放出的全部熱量，包括燃燒時的顯熱和所含水分的汽化潛熱。（燃燒條件為密閉容器中在過剩氧氣存在的條件下進行，用水吸收放出的熱量，由水溫的升高計算生物質的熱值）低位熱值：QDW大氣狀況下完全燃燒單位重量的生物質所得到的熱量。等于高位熱值減去水蒸氣的氣化潛熱后的熱量，即實際放出的熱量。（水分以氣體形式存在）【計算熱效率時使用低位熱值】2、 生物質的物理特性密度：真密

5、度：依據其外觀體積與質量所測得的密度 堆積密度：堆積密度是把粉塵或者粉料自由填充于某一容器中，在剛填充完成后所測得的單位體積質量。含水率：依據含水率生物質可分為：生材、氣干材、烘干材 濕基含水率：（相對含水率 計算公式分母為烘干前重量） 干基含水率：（絕對含水率 計算公式分母為烘干后重量） 自由水、生物質結合水（3%5%）灰熔點：高溫下熔融狀態，形成含有多種組分的灰（氣、液、固），在冷表面或爐墻內形成沉積物（積灰、結渣）3、 燃燒機理與方式按燃燒特征：表面燃燒、分解燃燒、蒸發燃燒燃燒四階段：預熱和干燥、揮發分析出及木炭形成、揮發分燃燒、固定碳燃燒充分燃燒三條件：一定的溫度；合適的空氣量及與燃料

6、良好的混合；足夠的反應時間和空間溫度和氣流擴散速度對燃燒的影響：動力燃燒區、擴散燃燒區、過渡燃燒區4、 生物質預處理技術（1）農作物秸稈打捆處理、（2）生物質干燥：自然干燥、人工干燥（3）生物質粉碎：為適應連續送料的工作方式；軟莖稈采用錘片式粉碎機；硬莖稈采用直刃刀切碎機或采用切碎與粉碎結合的設備5、 農村省柴灶 教材P141節能原理：減少排煙熱損失；減少化學不完全燃燒熱損失；減少固體不完全燃燒熱損失；減少散熱損失；減少灰渣熱損失；減少蓄熱損失結構：灶門、進風道、灶膛、煙囪、爐箅性能測試：ppt上很亂啊，都沒看懂要測什么，但記得老師上課說很重要性能參數：升溫速度（起動性能）；蒸發速度（持續加熱

7、性能）；回升速度（保溫蓄熱性能）；熱效率（熱利用程度）現代省柴灶的熱效率為30%-40%熱性能曲線：6、 生物質燃燒技術發展現狀【氣流速度發生變化，燃料層有三種狀態】1） 層燃技術：應用于含水率較高、顆粒尺寸變化較大及灰分含量較高的生物質技術種類：固定床、移動爐排、旋轉爐排、振動爐排、下飼式爐排燃燒技術：順流、叉流、逆流【了解不同方法適用的生物質材料】【1、順流，燃料與煙氣的流動方向相同，適合于較干燥的燃料以及帶空氣預熱器的系統，順流的方式增加了未燃盡氣體的滯留時間以及煙氣與燃料層的接觸面；2、逆流，燃料與煙氣的流動方向相反，適合于含水量較多的燃料，熱煙氣將與新進入燃燒室的燃料相接觸，將熱量傳

8、遞給新燃料，其中水分將迅速地蒸發出來;3、叉流，煙氣從爐膛中間流出，綜合了順流和逆流的優點。】下飼式：適用于含灰量較低和顆粒尺寸較小的生物質，廣泛應用于中、小系統2） 流化床技術：流化床下部裝有孔板，稱為布風板，布風板上方堆有一定粒度分布的固體燃料層，為燃燒的主要空間3） 懸浮燃燒技術7、 生物質燃燒發電/熱電聯產1） 聚團問題：生物質原料中的堿金屬在流化床床料中在一定高溫條件下反應形成低熔點的共晶化合物而引起顆粒聚團，妨礙流化甚至造成流化失敗2） 兩種床料聚團理論（兩種都可能發現，取決于燃燒類型、床料性質和燃燒時間）（1） 顆粒被覆層包裹，覆層間相互粘接（2） 灰中的低溫共晶體熔融粘結3）

9、防治爐內聚團對策：尋找合適的惰性床料也可以選擇富含抑制聚團燒結元素的床料，提高燒結溫度，以保證正常流化；合理的風速和一二次風比，控制燃料份額和合理的床溫；及時排除大渣，保證均勻流化。4） 防止高溫腐蝕的措施（這個也能背的出來？！ 完全沒有畫面感）控制合理的爐膛出口溫度選擇合適的蒸汽參數過熱器材材料選耐腐蝕的不銹鋼容易腐蝕區加保護套在管壁采用高溫噴涂采用有效吹灰器，加強吹灰三、 生物質壓縮成型1、 優點：便于儲存、運輸；使用方便、衛生；燃燒效率高；清潔能源，有利于環保2、 原理：溫度升高至200至300攝氏度，使木質素軟化產生黏性，再加以壓力使其與纖維素緊密粘結并與相鄰生物質顆粒互相膠接使植物變

10、得均勻致密，冷卻后固化成型（利用生物質的熱化學特性）注：對于木質素含量較低的原料，可摻入少量粘結劑（可選擇黏土、淀粉、糖蜜、植物油、造紙黑液），當加入粘結劑后，原料顆粒表面會形成吸附層，顆粒之間產生引力，使生物質例子之間形成連鎖結構3、 壓縮成型影響因素：（1）壓力：慣性階段（松散）、彈性階段（開始含有粘聚體；在整個壓縮過程中，物料對模壁的側向壓力產生摩擦力，通過柱塞的作用力來克服摩擦力）（2）溫度：（木質素軟化溫度70-110 熔融溫度200-300）溫度既可以加速木質素軟化，還可以加速應力松弛（3）模子的幾何形狀熱壓成型，模子直徑太大不利于傳熱和成型，太小又影響生產率（為了減少錐形模具壓縮

11、過程的摩擦力和消耗的壓縮能錐度，長度和入口直徑是關鍵參數）（4）壓縮方式：開式、閉式（5）含水率：含水率高，影響熱量傳遞，增大物料和模子的摩擦力，還會產生氣堵或放炮現象；含水率低則影響木質素軟化點，物料內摩擦和抗壓強度加大（6）原料的粒度：壓縮成型前先切斷或粉碎（7）粘結劑的使用：低壓成型必須使用粘結劑；高壓不需4、 壓縮成型工藝1） 常溫成型（不加溫處理）：壓縮前浸泡。應用于生產纖維板2） 熱壓成型（成型過程中原料在擠壓部位被加熱，普遍采用）：原料粉碎、干燥、擠壓成型、冷卻包裝；常用螺旋擠壓成型機、活塞式成型機加熱作用：使木質素軟化熔融成為粘結劑；使燃料外表層炭化，使順利通過磨具不會粘連，減

12、少擠壓動力消耗；提供分子結構變化的能量3） 預熱成型：進入成型機前先預熱，達到一定的溫度后，使得所含的木質素軟化，起到粘結劑的作用，在后續過程中，降低成型部件與原料間的摩擦作用，降低成型所需要的壓力，從而大幅度提高成型部件的使用壽命，降低單位產品的能耗（減少摩擦提高壽命；降低壓力降低能耗）4） 炭化成型（熱解碳化后擠壓成型）：先炭化再加入一定的粘結劑擠壓成型（纖維結構在炭化過程中受到破壞，高分子組分熱解轉化成炭，因而加工物性得到明顯的改善，成型部件的機械磨損和擠壓過程中的消耗明顯降低）為什么炭化成型要加粘結劑？因為炭化后的原料在擠壓成型維持既定形狀的能力差，儲存、運輸和使用時易破碎，故要加粘結

13、劑或者加較高的成型壓力5、 生產流程原料收集；粉碎與干燥；壓縮成型；冷卻與包裝6、 壓縮成型設備（1）螺旋擠壓式（棒狀或機制木炭）：突出問題：套筒與螺桿在高溫、干摩擦下磨損嚴重，使用壽命短，單位產品能耗高，成型工作可靠性差。（2）柱塞擠壓式（棒狀或塊狀）：柱塞往復運動實現；機械驅動式（成型塊）和液壓驅動式（允許原料的含水率高達20%左右）（3）壓輥式（顆粒狀燃料）：可分為平板模造粒機和環板模造粒機。基本工作部件：壓輥和壓模7、 生物質成型燃料特性密度；熱值；耐久性（抗變形，抗跌碎，抗滾碎，抗滲水，抗吸濕）吸濕性：受潮吸濕后會出現松散以致于變成粉末狀；棒狀燃料成型時候溫度高，本身含水率低，易從空

14、氣中吸水四、 厭氧消化與生物燃氣1、 概述沼氣發酵又稱厭氧發酵沼氣的主要成分是甲烷，其次是CO22、 沼氣發酵微生物學原理1） 兩階段理論：產酸階段和不產酸（產甲烷）階段2） 三階段理論：液化階段：在胞外酶的作用下，固形有機物水解成分子量較小的可溶性物質產酸階段：可溶性物質在胞內酶的作用下生成各種揮發性脂肪酸，主要是乙酸【有機酸的生成是特點】 產甲烷階段：甲烷菌分解乙酸形成甲烷和二氧化碳（70%），或利用H還原CO2形成CH4（30）3） 產甲烷微生物與不產甲烷微生物相互依存：不產甲烷菌為產甲烷菌提供了生長和生產甲烷的基質，創造了厭氧環境，清除了有毒物質。產甲烷菌為不產甲烷菌生化反應解除反饋抑

15、制。兩者共同維持發酵液的適宜酸堿度3、 沼氣發酵條件1） 原料分類；充足營養：C N 水 無機鹽C/N在25-30:1時，產氣效果最好2） 溫度30-60之間的產氣高峰：37與523） PH和有機酸含量（VFA）最適宜 6.8-7.4 過酸用石灰乳調節 過堿用牛、馬糞調節，并加水沖淡 6.4以下、7.6以上會抑制4） 攪拌使溫度均一，接觸充分；加快發酵速度，提高產氣率；破壞浮層便于排氣5） 添加劑：磷礦粉的效果最佳4、 沼氣發酵工藝按發酵溫度：1） 常溫發酵：發酵溫度隨歲氣溫變化，產量不穩定，轉化率低；適用于南方、中低濃度廢水處理，農村小型沼氣發酵；屠宰場廢水處理2） 中溫發酵：控制在28-3

16、8，產量穩定，轉化率高；適用于大中型供氣工程，高濃度有機廢水處理3） 高溫發酵：48-60 處理時間短，產量高，需要加溫和保溫；應用高濃度有機廢水處理，作物秸稈處理，城市生活垃圾及城市糞便處理按工程目的分：能源生態型和能源環保型干發酵：原料總固體濃度大于20%。采取批量投料。可節約用水，縮小沼氣容積5、 沼氣發酵裝置農戶小型沼氣池水壓式沼氣池：發酵間和貯氣間合為一體三聯式沼氣池：普通水壓式沼氣池的基礎上把廁所、豬圈或雞舍與沼氣池聯合建立在一起，使進料管隨時進料。能提高糞便中寄生蟲卵的殺滅率大中型沼氣發酵裝置：發酵罐、貯氣罐、脫硫化氫裝置、攪拌裝置、加溫裝置大中型沼氣工程的基本工藝流程：原料的收

17、集、原料的預處理、消化器、出料的后處理、沼氣的凈化、儲存和輸配6、 厭氧消化器的種類常規厭氧消化器、全混合式厭氧消化器、塞流式厭氧消化器、污泥滯留型厭氧消化器（包括固體回流式CSTR和升流式厭氧污泥床UASB）內循環（IC）厭氧反應器、升流式固體反應器（USR）7、 UASB 升流式厭氧污泥床分為3個區：從下而上：污泥床、污泥層、氣、液、固三相分離器 工作過程PPT里看一下8、 補充：攪拌設備：立式攪拌、斜式攪拌、側裝式攪拌9、 沼氣的凈化水的壞處：沼氣中的水冷凝會造成管路堵塞脫水；硫化氫的壞處：腐蝕性很強的氣體，會引起管道及儀表的快速腐蝕，燃燒的氣體對人體有毒害作用脫硫脫硫：生物脫硫（厭氧罐

18、內生物脫硫、罐外）、化學脫硫干法脫硫（硫化氫和活性氧化鐵接觸，聲稱三硫化二鐵。含有硫化鐵但脫硫劑與空氣中的氧接觸，當有水存在時，鐵的硫化物有轉化為活性氧化鐵和單質硫）去CO2：膜分離、變壓吸附10、 沼氣工程加熱保溫中溫或者高溫發酵：適宜用蒸汽加熱，蒸汽通在計量池內；或者厭氧消化器外熱交換或池內熱交換常溫發酵的厭氧消化池：應保證溫度不低于25攝氏度，當溫度不夠時候，適宜采用蒸汽直接加熱，蒸汽通入點在集水池內；或者厭氧消化器外熱交換或池內熱交換五、 生物質熱解1、 概念：也稱生物質熱裂解，是指生物質（植物質）在基本無氧氣參與（與空氣隔絕）的情況下，利用熱能切斷生物質大分子中的化學鍵，使之轉換為低

19、分子物質的過程。技術類型：干餾及炭化、裂解液化、裂解氣化產物：炭、生物油、氣體【氣、液、固三類產物】2、 過程及原理纖維素在300-375分解 半纖維素 225-325 木質素 250-500過程：【知道產物】干燥階段：上升到150 水分蒸發 化學性質不變預炭化階段：150-275 半纖維素開始分解產生CO CO2和少量醋酸炭化階段： 275-450 發生復雜物理化學反應，是熱裂解的主要階段，生成醋酸、木焦油和甲醇、CO CO2 CH4 H2等產物，放出大量熱量煅燒階段： 450-600 生物質進一步裂解，排除殘留在木炭中的揮發性物質、木炭的固定含碳量提高3、 生物質熱解影響因素溫度：最終溫度

20、對熱解產物的產量和組成有較大影響加溫速度：1） 低溫、長滯留期的慢速熱解主要用于最大限度的增加炭的產量 質量產率達30% 能量產量 50%（c）2） 溫度小于600的常溫熱解，采用中等反應速度，三種產物（氣體、油、炭）產率基本相等（相等）3） 閃速熱解 500-650 主要增加生物油的產量 可達80%（油）閃速熱解 700以上 極高反應速率 極短氣相反應時間 主要生產氣體產物(qi)原料：木質素多，焦炭產量較大 半纖維素多 焦炭含量低 木質素熱解得到的液態產物熱值較大 木聚糖熱解得到的氣態產物熱值最大催化劑：堿金屬提高氣體和碳的產量 降低生物油的產量 K離子 促進CO和CO2的生成 但不影響H

21、2O的生成 加氫裂化 能增加生物油的產量 并使之分子量變小氣相滯留期：縮短氣相滯留期 獲得更多的生物油 延長氣相滯留期，獲得更多的產碳量壓力：壓力大，滯留期增長，二次裂解較大 壓力小，限制二次裂解含水率：影響反應時間和需熱量4、 生物質炭化技術5、 生物質快速熱解技術1） 快速熱解：生物質在缺氧狀態下，在極短時間（0.5s-5s）加熱到500-650，然后其產物迅速冷凝的熱解過程。主要產物：液體燃料。熱值相當于燃油的一半。2） 流化床反應器給料部分硫化床反應部分產物收集部分3） 燒蝕反應器制約反應過程的因素是加熱速率而不是傳熱速率，可以使用較大顆粒的原料4） 攜帶床反應器5） 旋轉錐反應器：原

22、理：生物質顆粒加入惰性顆粒流（如沙子等），一同被拋入加熱的反應器表面發生熱解反應，同時沿著高溫圓錐表面螺旋上升，木炭和灰從上部排出，在600的反應溫度下，生成60%的液態產物，25%的氣體和15%的木炭。6） 真空移動床反應器6、 生物油燃料特性液體燃料、可以代替常規燃料、含水率為25%時熱值為汽油/柴油燃料熱值的40%、不能和烴類燃料混合、不如化石燃料穩定、使用前需要品質測定7、 生物油的應用8、 生物質直接液化技術：在較高壓力和有機溶劑存在的條件下的熱化學反應過程相似點：把生物質中的碳氫化合物轉化為液體燃料不同點：生物質直接液化技術生產出化學/物理穩定性都更好的液體產品六、 生物質氣化：以

23、生物質為原料，利用空氣中的氧氣、含氧物質或水蒸氣作為氣化劑，在高溫條件下通過化學反應將生物質中的可燃部分轉化成可燃氣的過程。氣化和燃燒密不可分，燃燒是氣化的基礎，氣化是缺氧燃燒，是為了增加可燃氣在高溫狀態下裂解的產量。1、 原理：下吸式氣化爐：生物質原料從氣化爐從頂部加入，空氣由下方供給，可燃氣從下部被吸出自上而下分層：干燥層：原料從頂部加入；200-300原料水分蒸發，原料被烘干熱分解層：300-800 揮發物質進行蒸餾，生產H2O CO H2 CH4 CO2 焦油、木醋液和其他碳氫化合物，最后只剩殘余的木炭氧化層：800-1200 熱解產生的木炭大量燃燒，生產大量CO2同時放出大量熱量，同

24、時由于氧氣不足，生成一氧化碳還原層：700-900燃燒的產物及水蒸氣與還原層中的木炭發生反應，生產CO與H22、 氣化過程指標氣體產率 氣化強度 氣化效率 熱效率 燃氣熱值3、 生物質氣化技術按設備運行方式：固定床、流化床、旋轉床4、 生物質氣化設備5、 生物質燃氣特性1） 由可燃氣體、不可燃成分、以及水蒸氣組成。熱值在515MJ/m3 之間 熱值較低2） 分子量 玉米秸稈為原料生成的生物質燃氣分子量為26.773） 燃氣的密度和相對密度：指單位體積燃氣的質量，一般是在標準狀態下的密度4） 理論空氣量：一般用單位標準體積來表示，在燃氣在標準狀態下所需的理論空氣量5） 華白指數（熱負荷參數）。如

25、果兩種燃氣有相同的華白指數，則在互換時，能使燃具保持相同的熱負荷和一次空氣指數。6） 爆炸極限范圍：16.9%-80.4%6、 生物質燃氣凈化去焦油：水洗、過濾、靜電除焦、催化裂解7、 生物質燃料的應用提供熱量、為干燥設備提供直接熱源烘干物料、發電 8、氣化機組氣化爐凈化裝置燃氣輸送機新能源老王部分他上課說要考的題目的整理：1新能源和可再生能源分類： （1）來源不同（來自太能的能量；地球的本身蘊藏的能量資源；地球與其他天體相互作用而產生的能量） （2）形成條件（一次能源；二次能源（兩者定義） （3）能源的使用和消耗（可再生能源；非再生能源） （3）開發使用程度和技術狀況分類（新能源；常規能源）2.太陽能集熱器結構和原理：平板型集熱器結構：吸熱版、殼體、透明蓋層、隔熱材料原理：溫室效應真空管集熱器聚集型集熱器3.光伏效應：物質接收光能產生電動勢的效應