《生物质发电》

发清洁的可再生能源已成为中国能源领域的一个紧迫课题，生物质能具有可再生和环境友好等双重属性，生物质发电是生物质能开发利用的主要方向之一。本书采用问答的形式，全面、系统地介绍了各类生物质发电技术的基本原理、资源调查、工艺设计、设备选型、运行管理以及相关政策等内容。本书适合从事生物质发电的工程技术人员阅读，同时也可作为大专院校有关专业的参考资料。

第1章生物质能发电技术基础1

1什么是能源？1

2能源是如何分类的？1

3可再生能源有几种形式？2

4什么是光合作用？4

5什么是生物质？5

6什么是生物质能？6

7生物质能具有哪些优点？6

8生物质能转化利用技术有几种形式？6

9生物质能有什么缺点？8

10目 前我国生物质能利用现状如何？8

11国外生物质能利用现状如何？9

12什么是离网式发电？10

13什么是分布式发电？10

14分布式发电是如何分类的？11

15分布式发电技术有几种类型？11

16分布式发电有几种运行方式？14

17分布式发电对配电网有什么影响？14

18我国促进生物质能发电的产业政策有哪些？15

第2章生物质能资源18

19生物质能分为几大类？18

20什么是农业生物质能资源？18

21我国农作物秸秆年产量有多少？18

22我国农作物秸秆资源主要用途是什么？19

23我国农作物秸秆资源变化趋势是什么？20

24我国农产品加工业剩余物资源量有多少？20

25什么是林业生物质能资源？21

26我国林业“三剩物”年产量有多少？21

27我国灌木林年产生物质能资源数量有多少？23

28我国灌木林有几种品种？23

29什么是生活污水和工业有机废水？24

30我国有几种典型的工业有机废水？24

31什么是畜禽粪便？24

32我国的畜禽粪便资源量有多少？25

33规模化畜禽养殖业的主要环境污染问题有哪些？25

34什么是城市固体废物？27

35固体废物对环境有什么影响？28

36什么是能源作物？29

37适合于发电的能源作物有几种？29

第3章生物质燃料的物理化学特性31

38什么是生物质燃料？31

39什么是元素分析？31

40什么是工业分析？32

41什么是热值？33

42什么是堆积密度？33

43什么是灰分熔点？33

44生物质燃料特性对燃烧过程有何影响？34

45生物质燃料的形态对燃烧有什么影响？35

46含水量对燃烧有什么影响？35

47C、H、O对燃烧有什么影响？35

48挥发分对燃烧有什么影响？35

49成灰元素对燃烧有什么影响？36

50重金属对燃烧有什么影响？36

第4章农林生物质的收集、储藏和预处理技术38

51生物质燃料供应与预处理的目的是什么？38

52农作物秸秆为什么要进行收集？39

53秸秆收集有几种模式？39

54农作物秸秆如何进行打捆处理？40

55为什么要对生物质原料进行粉碎处理？41

56原料粉碎的原理是什么？41

57生物质粉碎的工艺流程有几种？42

58什么是一次粉碎工艺？42

59什么是二次粉碎工艺？43

60什么是锤片式粉碎机？43

61锤片式粉碎机有几种规格？44

62.如何评定粉碎机？45

63 如何选用粉碎机？45

64 生物质原料的输送设备有几种？46

65 气流输送设备有几种，各具什么特点？46

66 螺旋输送设备是如何工作的？48

67 胶带输送设备是如何工作的？49

68 刮板输送设备是如何工作的？50

69 生物质的干燥机理与特性是什么？52

70如何对生物质进行干燥？53

71 什么是回转圆筒式干燥机？54

72 什么是立式气流干燥机？55

73什么是流化床干燥装置？55

74什么是厢式干燥器？55

75什么是板式高效射流烘干机？56

76什么是生物质固体成型燃料技术？56

77生物质固体成型燃料技术发展历程？57

78 生物质固体成型原理是什么？58

79生物质固体成型燃料技术工艺类型有几种？60

80生物质固体成型工艺流程的设计原则是什么？61

81颗粒燃料系统工艺流程包括哪几个部分？62

82生物质固体成型燃料技术对原料有什么要求？63

83生物质固体成型工艺参数有什么要求？64

84模压颗粒成型机是如何工作的？65

85模压颗粒成型机成型条件有哪些？67

86模压颗粒成型机有哪些主要工作部件？68

87如何使用和维护模压颗粒成型机？69

88螺旋挤压式成型机是如何工作的？72

89螺旋挤压式成型机成型条件有哪些？73

90螺旋挤压式成型机主要工作部件有哪些？74

91如何使用和维护螺旋挤压式成型机？74

92活塞冲压式成型机是如何工作的？76

93活塞冲压式成型机成型条件是什么？78

94活塞冲压式成型机主要工作部件有哪些？78

95如何使用和维护活塞冲压式成型机？79

96卷扭式成型机是如何工作的？79

97生物质固体成型燃料的物理特性有哪些？80

98生物质燃料如何储藏？81

第5章农林生物质直接燃烧发电技术83

99生物质燃烧的基本过程包括什么？83

100燃料充分燃烧必须具备哪三个条件？84

101影响燃烧速度的因素有哪些？85

102固体成型燃料是如何点火的？85

103影响生物质固体成型燃料点火的主要因素有哪些？86

104生物质固体成型燃料的燃烧过程有什么不同？86

105生物质现代化燃烧技术有几种形式？87

106层燃技术的工作原理是什么？88

107层燃技术分为几种形式？88

108什么是下饲式炉？90

109什么是流化床技术？91

110流化床的工作原理是什么？91

111流化床有什么特点？92

112什么是循环流化床？93

113流化床是如何控制SO2生成的？94

114如何解决秸秆在流化床中引起结块问题？95

115什么是悬浮燃烧技术？95

116不同燃烧技术有什么区别？95

117什么是烟气冷凝技术？96

118生物质燃烧发电有几种形式？98

119汽轮机发电技术原理是什么？99

120什么是汽轮机？100

121蒸汽机发电技术原理是什么？103

122什么是蒸汽机？104

123什么是螺旋式蒸汽机？106

124什么是有机朗肯循环(ORC)？107

125发电机的工作原理是什么？108

126发电机如何进行选型？109

127什么是闭式气体涡轮机？109

128什么是斯特林发动机发电技术？110

129生物质燃烧发电主要污染物有哪些？112

130生物质燃烧时的烟尘是如何生成的？112

131如何控制烟尘的产生？113

132什么是机械除尘器？113

133什么是湿式除尘器？114

134什么是过滤式除尘器？117

135什么是电除尘器？118

136NOx的生成原理是什么？119

137如何控制NOx的生成？120

第6章农林生物质气化发电技术121

138什么是生物质气化技术？121

139气化是如何分类的？121

140生物质气化的原理是什么？123

141如何评定气化过程？124

142生物质气化炉有几种？124

143生物质固定床气化炉是如何工作的？125

144流化床气化炉有几种类型？127

145生物质燃气有何特性？128

146生物质燃气为什么要净化？132

147如何脱除生物质燃气中的焦油？132

148如何处理生物质气化产生的废水？133

149生物质燃气有几种用途？136

150生物质气化发电技术有几种？137

151我国生物质气化发电发展现状？137

152内燃机气化发电系统是如何工作的？138

153燃气轮机气化发电系统是如何工作的？139

154什么是整体气化联合循环？140

155什么是整体气化热空气循环？141

第7章沼气发电技术143

156什么是沼气？143

157什么是沼气发酵？143

158沼气发酵原料有哪些？144

159通过哪些途径可以获取沼气？144

160如何评价沼气发酵原料的质量？145

161如何表示和计算原料的产气量？148

162什么是接种物？149

163沼气发酵的原理是什么？150

164沼气发酵的基本条件有哪些？152

165温度对沼气发酵的影响？152

166沼气发酵原料与产气速率及产气量的关系是什么？152

167沼气发酵pH值有什么要求？153

168影响沼气发酵负荷的主要因素是什么？153

169沼气发酵对发酵原料的碳氮比有什么要求？154

170沼气发酵时，为什么需要搅拌？155

171毒性化合物对沼气发酵有何影响？155

172沼气发酵分为几种工艺类型？156

173沼气工程工艺设计原则是什么？158

174沼气工程工艺设计的主要内容包括哪几部分？158

175什么是养殖场沼气工程？158

176什么是秸秆沼气技术？159

177什么是干发酵技术？160

178沼气工程基本工艺流程包括哪些部分？160

179能源环保型工艺的适用条件和特点是什么？162

180能源生态型工艺的适用条件和特点是什么？163

181什么是厌氧消化器（沼气池）？164

182什么是厌氧反应器的容积负荷？164

183什么是反应器的污泥负荷？165

184什么是活性污泥和颗粒活性污泥？165

185什么是厌氧反应器中污泥的比产甲烷活性？166

186什么是厌氧发酵的水力停留时间（HRT）、污泥停留时间（SRT）和微生物滞留期（MRT）？166

187厌氧消化器分为几种类型，各具什么特点？167

188什么是常规消化反应器？167

189什么是全混式反应器？167

190两步厌氧池的适用条件及特点？168

191什么是塞流式反应器？169

192什么是厌氧接触工艺？170

193什么是升流式厌氧污泥床（UASB）？170

194什么是内循环厌氧反应器（IC）？171

195什么是升流式固体反应器（USR）？173

196什么是厌氧滤器（AF）？173

197什么是厌氧流化床反应器（AFBR）和膨胀床反应器？174

198什么是颗粒污泥膨胀床反应器（EGSB）？175

199厌氧消化器工艺设计的关键是什么？176

200厌氧消化器的容积如何确定？176

201设计时厌氧消化器应注意哪几个问题？177

202厌氧反应器设计关键参数如何确定？177

203厌氧消化器搅拌的作用是什么？178

204厌氧消化器搅拌有几种方式？179

205三相分离器的设计要点及选用条件是什么？180

206沼气的收集设施如何设计？181

207沼气输送管道的设计？181

208厌氧消化器排泥管道设计要点？182

209厌氧消化器的建筑材料如何选择？182

210沼气工程预处理系统设计主要内容是什么？183

211固定格栅、水力筛网和格栅过滤机特点及选用条件？183

212离心分离机特点及选用条件？184

213挤压螺旋分离机特点及选用条件？185

214简单介绍带式过滤机特点及选用条件？186

215沼气的主要成分有哪些？187

216沼气的物理特性有哪些？188

217沼气的燃烧特性有哪些？189

218沼气进入发动机之前为什么要经过净化处理？190

219沼气提纯对发电有何影响？沼气提纯的方法有哪些？191

220沼气的脱水原理是什么？192

221沼气脱水及气水分离器的设计原则？192

222沼气为什么需要脱硫？192

223什么是干法脱硫？193

224什么是湿法脱硫？193

225什么是生物脱硫？194

226典型脱硫塔的设计原则？194

227湿式储气柜是什么结构，有何特点？195

228如何设计湿式储气柜？196

229干式储气柜的工作原理和特点是什么？198

230低压储气柜设计原则有哪些？199

231如何维护储气柜保养？199

232沼气为什么能发电？200

233 1m3沼气可发多少度电？200

234沼气发电有哪些特点？200

235为什么说沼气发电具有良好的发展前景？201

236沼气发电项目主要集中在哪些地方？202

237沼气发电系统一般由哪几部分组成？202

238沼气发电的形式有几种？各自有什么特点？202

239沼气发电机有哪几种类型？205

240沼气发电机运行时应注意的内容有哪些？205

241沼气发电设备如何选型？205

242可供选用的国产沼气发电机组主要有哪些？206

243进口沼气发电机组主要有哪些？208

244沼气热电联产有何特点？210

245沼气发电余热利用方式有哪些？211

246发动机常见故障有哪些？应该如何排除？212

247哪些故障可能对沼气发动机造成致命的伤害，应如何排除和预防？213

248我国是否制定有沼气发电机组标准？215

249沼气发动机使用过程中应注意哪些安全事项？215

250沼气发电站沼气系统的安全运行应注意哪些安全事项？215

251沼气发电站应注意哪些环境保护问题？216

252什么是沼渣和沼液？217

253沼液为什么能作为肥料？217

254沼渣为什么能做肥料？219

255如何用沼渣栽培食用菌？221

256如何用沼渣养殖蚯蚓？222

参考文献223 2100433B

本书采用问答的形式，全面、系统地介绍了各类生物质发电技术的基本原理、资源调查、工艺设计、设备选型、运行管理以及相关政策等内容。本书适合从事生物质发电的工程技术人员阅读，同时也可作为大专院校有关专业的参考资料。

生物质发电直接燃烧发电

直接燃烧发电是将生物质在锅炉中直接燃烧，生产蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电。生物质直接燃烧发电的关键技术包括生物质原料预处理、锅炉防腐、锅炉的原料适用性及燃料效率、蒸汽轮机效率等技术。

生物质发电混合发电

生物质还可以与煤混合作为燃料发电，称为生物质混合燃烧发电技术。混合燃烧方式主要有两种。一种是生物质直接与煤混合后投入燃烧，该方式对于燃料处理和燃烧设备要求较高，不是所有燃煤发电厂都能采用；一种是生物质气化产生的燃气与煤混合燃烧，这种混合燃烧系统中燃烧，产生的蒸汽一同送入汽轮机发电机组。

生物质发电气化发电

生物质气化发电技术是指生物质在气化炉中转化为气体燃料，经净化后直接进入燃气机中燃烧发电或者直接进入燃料电池发电。气化发电的关键技术之一是燃气净化，气化出来的燃气都含有一定的杂质，包括灰分、焦炭和焦油等，需经过净化系统把杂质除去，以保证发电设备的正常运行。

生物质发电沼气发电

沼气发电是随着沼气综合利用技术的不断发展而出现的一项沼气利用技术，其主要原理是利用工农业或城镇生活中的大量有机废弃物经厌氧发酵处理产生的沼气驱动发电机组发电。用于沼气发电的设备主要为内燃机，一般由柴油机组或者天然气机组改造而成。

生物质发电垃圾发电

垃圾发电包括垃圾焚烧发电和垃圾气化发电，其不仅可以解决垃圾处理的问题，同时还可以回收利用垃圾中的能量，节约资源，垃圾焚烧发电是利用垃圾在焚烧锅炉中燃烧放出的热量将水加热获得过热蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电。垃圾焚烧技术主要有层状燃烧技术、流化床燃烧技术、旋转燃烧技术等。发展起来的气化熔融焚烧技术，包括垃圾在450°~640°温度下的气化和含碳灰渣在1300℃以上的熔融燃烧两个过程，垃圾处理彻底，过程洁净，并可以回收部分资源，被认为是最具有前景的垃圾发电技术。

生物质发电有待扶持

国家在生物质能发电的上网电价上给予了扶持，每千瓦时电价比火电高两角钱左右，但是，我国的扶植力度与欧美国家比还是有差距。欧洲一些国家除了电价，在税收上的扶持力度更大。欧洲一些电厂之所以经营得好，有很重要的一条，人家的原料不仅不付钱，而且由于秸秆是按照垃圾处理，还要征收垃圾处理费，因此可以良性发展。我国与国外情况不同，一方面要通过发电避免农民焚烧秸秆引起污染等社会问题，一方面又要通过发电扶助农民。基于以上两点，不仅秸秆收购价格不能过低，而且随着此类项目的增多，收购价格还在上升。如国家在确定生物质能发电的上网电价补贴时，秸秆每吨价格被定在100元左右，而秸秆实际收购价格已达200—300元/吨，如此高的原料成本增加了企业成本预算，以山东秸秆发电的上网电价为例，实际成本在0.65元/千瓦时左右，脱硫标杆上网电价(0.344元/千瓦时)加上政府补贴电价(0.25元/千瓦时)，总计为0.594元/千瓦时，亏损显而易见。亏损的状态迫使部分生物质能企业停产，因此国家在税收等政策上进一步加大扶持力度就显得非常重要。

此外，在生物质发电项目布局上国家也应该更科学规划，有序建设，避免一哄而上。如果布局太密集，势必会加大秸秆的收购和运输半径，而且还会导致原料价格上升，企业的效益就会受到更大的影响。

国家发改委能源局可再生能源处周篁博士在河北省晋州生物质发电项目开工仪式上介绍说，生物质直接燃烧发电（简称生物质发电）是世界上仅次于风力发电的可再生能源发电技术。据初步估算，在我国，仅农作物秸秆技术可开发量就有6亿吨，其中除部分用于农村炊事取暖等生活用能、满足养殖业、秸秆还田和造纸需要之外，我国每年废弃的农作物秸秆约有1亿吨，折合标准煤5000万吨。照此计算，预计到2020年，全国每年秸秆废弃量将达2亿吨以上，折合标准煤1亿吨相当于煤炭大省河南一年的产煤量。

致公党中央在全国政协十届四次会议上的发言中提出，我国生物质资源生产潜力可达650亿吨/年，折合33亿吨标准煤，相当于每年化石资源消耗总量的3倍以上。中国工程院专家预测说，2015年，全球总能耗将有4成来自生物。大力加强生物质产业的开发与培育，对于缓解能源短缺、改善环境、扩大乡镇产业规模、促进循环经济的发展具有重要意义。

我国是世界上人口最多的国家，国民经济发展面临资源和环境的双重压力。从人均化石能源资源量看，煤炭资源只有世界平均水平的60%，石油只有世界平均水平的10%，天然气只有5%。从能源生产和消费来看，我国已经成为世界上第二大能源生产国和第二大能源消费国，大量生产和使用化石能源所造成的环境污染已经十分严重。专家认为，随着经济的发展和人民生活水平的提高，我国的能源需求将快速增长，能源、环境和经济三者之间的矛盾也将更加突出，因此，加大能源结构调整力度，加快可再生能源发展势在必行。2100433B

情况

中国是一个农业大国，生物质资源十分丰富，各种农作物每年产生秸秆6亿多吨，其中可以作为能源使用的约4亿吨，全国林木总生物量约190亿吨，可获得量为9亿吨，可作为能源利用的总量约为3亿吨。如加以有效利用，开发潜力将十分巨大。

为推动生物质发电技术的发展，2003年以来，国家先后核准批复了河北晋州、山东单县和江苏如东3个秸秆发电示范项目，颁布了《可再生能源法》，并实施了生物质发电优惠上网电价等有关配套政策，从而使生物质发电，特别是甜高粱秸秆发电迅速发展。

根据国家“十一五”规划纲要提出的发展目标，未来将建设生物质发电550万千瓦装机容量，已公布的《可再生能源中长期发展规划》也确定了到2020年生物质发电装机3000万千瓦的发展目标。此外，国家已经决定，将安排资金支持可再生能源的技术研发、设备制造及检测认证等产业服务体系建设。总的说来，生物质能发电行业有着广阔的发展前景。

发展

随着生物质能发电产业竞争的不断加剧，大型生物质能发电企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内优秀的生物质能发电企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。正因为如此，一大批国内优秀的生物质能发电企业迅速崛起，逐渐成为生物质能发电产业中的翘楚!

我国生物质能资源非常丰富，发展生物质发电产业前景广阔。一方面，中国农作物播种面积有18亿亩，年产生物质约7亿吨。相当于3.5亿吨标准煤。此外，农产品加工废弃物包括稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣和棉籽壳等，也是重要的生物质资源。另一方面，我国现有森林面积约1.95亿公顷，森林覆盖率20.36%，每年可获得生物质资源量约8亿至10亿吨。

同时，发展生物质发电，实施煤炭替代，可显著减少二氧化碳和二氧化硫排放，产生巨大的环境效益。与传统化石燃料相比，生物质能属于清洁燃料，燃烧后二氧化碳排放属于自然界的碳循环，不形成污染。据测算，运营1台2.5万kW的生物质发电机组，与同类型火电机组相比，可减少二氧化碳排放约10万t/a。

到2025年之前，可再生能源中，生物质能发电将占据主导地位。未来，利用生物质再生能源发电已经成为解决能源短缺的重要途径之一。

此外，我国还有5400多万公顷宜林地，可以结合生态建设种植农作物，这些都是中国发展生物质发电产业的优势。发展生物质发电产业是构筑稳定、经济、清洁、安全能源供应体系，突破经济社会发展资源环境制约的重要途径。