[经管营销]毕业论文0.doc

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1、煤和生物质混合燃烧过程中碱性矿物质对硫作用机理的研究1. 前言：1.1课题研究背景及意义我国能源利用现状我国 是世界上最大的煤炭生产国与消费国，煤炭占我国各种化石燃料资源总储量的95%以上，从1990年起，我国煤炭生产及消费量一直位居世界第一。从能源消费总量及构成看，煤炭自1980年以来所占的比例一直在75%左右，石油和天然气约占200%，水电约占5%e 2002年煤炭在我国一次能源消费构成中占66.1%(消费煤炭13.1 亿吨)。在现在的世界能源系统中，同其他能源形式相比，由于煤的可获得性好，资源相对充足，因此是最为可靠的能源，也是相对廉价的能源，预计50年内仍将保持在50%以上il因此 ，

2、 可 以预见在未来能源的利用中，我国以煤炭为主的能源格局不会改变，煤炭仍将是支持我国能源供应的主要来源(如表1-1所示)。表 1-1 我 国 一次 能 源 需求 及 构 成 状况 / 兆吨标准煤年份 1995 2010 2030 2050 能源 所占百分比 能源 所占百分比 能源 所占百分比 能源 所占百分比燃料 消费量 (% ) 消费量 (% ) 消费量 (% ) 消费量 (% ) 煤 925 74.02 1362 66.73 2277 66.78 3498 66.13油 230 17.88 300 14.70 395 11.57 588 11.13气 24 1.87 100 4.9 241

3、 7.07 492 9.3核能 5 0.39 104 5.08 211 6.18 344 6.51水电 75 5.83 157 7.70 244 7.17 297 2.65新能源 0.13 0.01 18 0.19 42 1.23 69 1.31 合计 1286 100 2041 100 3409 100 5283 100然而 煤 的 使用，尤其是由燃煤产生的SO:和酸雨的污染已成为中国和全球环境污染的核心问题之一。so,作为大气污染物，对自然生态环境、人类健康、工农业生产、建筑物和材料等方面造成了严重危害，并缓慢、持续、长期地影响着人类目前和今后的生存21。因此，燃煤so,的脱除是刻不容缓的

4、。(1) 二氧化硫排放现状随着我国经济的快速发展，煤炭消耗量不断增加。全国煤炭消耗量从1990年的9.8亿吨增加到1995年的12.8亿吨，二氧化硫排放总量随着煤炭消费量的增长而急剧增加。到1995年全国二氧化硫排放总量达到2370万吨。在各类二氧化硫排放源中，电厂和工业锅炉排放量占到70%，成为排放大户，各类污染源排放二氧化硫的百分比构成如下：民用灶具12%、工业窑炉11%、工业锅炉34%、电站锅炉35%、其他8%。1燃煤污染的现状及危害1. 1SO2污染的状况及危害2004年我国排放至大气中的SO2 达2255万t,居世界第一。我国主要的SO2 污染源可归纳为硫酸厂尾气中排放的SO2、有色

5、金属冶炼过程排放的SO2、燃煤烟气中的SO2 等三个方面,其中燃煤烟气中的SO2 仍是污染的主要来源。我国煤炭多为高硫煤(含硫量大于2% ) ,其贮量约占煤炭总贮量的20% 25%。在全国煤炭的消费中,占总量约84%的煤炭被直接燃用,燃烧过程中排出大量的SO2 ,使我国成为三大酸雨区之首,其直接经济损失已超过上千亿元 3 。SO2 对人体的危害很大 4 。当SO2 日平均浓度达到3. 5 mg/m3 时,会使人们的呼吸系统、心血管系统的发病率和死亡率显著增加。敏感的人在浓度2. 5 mg/m3的短时间作用下,就会引起呼吸道阻力增加。19952004年我国SO2 的年排放总量 514 、工业SO

6、2 排放量和煤炭总产量对照表,见表1。SO2年排放总量、工业SO2 排放量和煤炭总产量对照图,见图1。可见SO2 的年排放量和工业SO2 排放量均与煤炭的年产量成正相关的关系,三者的变化波动趋势基本一致。表1不同年份SO2 年排放总量、工业SO2 排放量和煤炭总产量对照年份 SO2 排放总量 工业SO2 排放量 煤炭总产量 /Mt /Mt /亿t1995 23. 7 - 13. 611996 23. 28 - 13. 971997 23. 46 18. 52 13. 251998 20. 9 15. 93 12. 21999 18. 575 14. 601 9. 72000 19. 951 1

7、6. 125 9. 512001 19. 48 15. 67 11. 12002 19. 27 15. 62 13. 932003 21. 587 17. 914 16. 082004 22. 549 18. 914 19. 56SO2的危害表1.1 SO2来源及占总排量比例单质硫及其金属硫化物矿石在煅烧过程中，都会散发出强烈的刺激性气味，因此，早在远古时代就被世界上各个民族所认识了。明朝末年，宋应星就在天工开物中对黄铁矿石制取硫的操作方法作了详细的叙述。自1777年，硫被法国A. L. Lavoisier确认为一种元素后，硫就迅速成为与近代化学工业和现代化学工业密切相关的重要的元素之一，它的

8、危害也逐渐被人们认识。H2S是含硫化合物不完全燃烧及水解的产物，其毒性与人们所恐惧的氰化氢类似，而且人几乎能通过呼吸道全部吸入，表1.2列出了环境中H2S不同浓度对人的影响。人接触SO2时，主要经呼吸道吸入，并被鼻粘膜和上呼吸道吸收，在空气中，当SO2浓度达到50mg/m3时，即使人产生窒息感并引起眼刺激症状；当浓度达到10501310mg/m3时，虽然短时间接触，也有中毒的危险，如果浓度为5240mg/m3时，便会立即引起喉头痉挛，喉水肿而导致窒息。具体见表1.3。三氧化硫对人体的毒性和硫酸大致相同，当空气中三氧化硫的浓度达到1ppm时就会对咽喉、眼睛和呼吸道产生强烈的刺激作用，对上呼吸道和

9、肺组织可引起炎症。表1.3 二氧化硫对人体的影响SO2浓度（ppm）对人体的影响1.0稍有压迫感5.0吸入10分钟对有些人有不适感10.工业卫生最大允许浓度20有明显刺激感，引起咳嗽100每天8小时吸收，引起肺组织障碍来 源占排放量的比例 %燃煤发电厂24.8工业锅炉36.5工业炉窖8.7铁路机车3.4生活民用20.6有色冶金化工6.1能源是人类生存和经济发展的重要物质基础和远动力，随着人口的增长，经济的发展，人类对能源的需求不断增涨，能源短缺问题不断突出。据统计，如果按照目前的水平开采世界已经探明的能源，煤炭资源尚可开采100年，石油30到40年，天然气50到60年（）。我国是全球最大的发展

10、中国家，能源问题是关系到国家安全和发展的全局性问题。传统的化石能源开发利用带来了严重的温室效应和二氧化硫污染等环境问题。因此寻找和开发清洁的可再生能源迫在眉睫。生物质是一种可再生、污染小、储量大的自然资源，年产量10111012吨干物质，约合全球能源消耗总量的14 1。然而广大农村地区普遍采用的分散式直接燃烧利用方式不仅能量利用效率很低，还会产生NOX、NH3、VOC、TSP等污染物2。因此，清洁高效的生物质能利用技术倍受关注。相对于单独以生物质为原料的燃烧发电等利用技术而言，生物质与煤混合燃烧转化技术在现阶段是一种低成本、高效利用生物质能源的重要途径之一。然而，生物质与煤混合燃烧过程中的二氧

11、化硫污染及由碱性矿物质迁移引起的炉内聚团、受热面玷污、金属腐蚀等问题依然不容忽视2，研究发现，多数生物质灰分中含有大量碱金属或碱土金属氧化物，能够与SO2反应生成硫酸盐，起到固硫作用3。Marek Pronobis(2006)发现在单独燃烧稻草时，由于其灰中含有数量较高的碱金属，使得管道腐蚀严重，但将其与煤混燃后腐蚀程度明显降低，这是由于生成了K2SO4从而减缓了碱金属的析出3。因此若能高效、清洁地利用生物质能，不仅可以解决全球能源枯竭问题而且可以很大程度上减少能源利用过程中释放的SO2，同时减少生物质的碱金属析出污染。1.5煤燃烧过程中硫分析出规律和固硫技术研究现状与存在问题1.5.1煤燃烧

12、过程中硫分析出规律研究现状与存在问题1.5.1.1煤中含硫组分中硫的析出规律研究现状 (1 )有 机 硫的析出规律 有 机硫 是 指与燃料有机结构相结合的硫有机硫的存在形态及反应机理还不是很清楚。人们通过化学属性对有机硫进行了分析，可将煤中有机硫划分为脂肪硫和芳香硫。有机硫成分复杂，各组分的键能有很大差别，所以温度对热解有决对热解有决定性作用。有机硫的析出过程实质是硫茂、硫醇等官能团，二氧化硫和硫化物的热分解过程。 Go rba ty等 12,13,141研究了有机硫中的噬吩硫的析出规律，而Kelemen15,161等研究有机硫中脂肪硫的析出规律，Lu171研究了芳香硫的析出规律，Schlin

13、ger 181等研究了煤中有机硫加氢热解情况下硫的析出规律性。(2 )无机硫的析出规律 燃 料中 无 机硫来自矿物质中各种含硫化物，主要以硫化物形式存在，还有少量硫酸盐硫。而煤中无机含硫矿物质绝大部分是以黄铁矿(FeS2)形式存在，因此无机硫的研究主要集中在对黄铁矿的研究上。 Mit che ell 19,20】等研究了黄铁矿在高温热解下硫的析出规律，而葛运陪和Grylewicz211等研究了黄铁矿硫在热解过程中硫析出规律及与有机硫的相互转化行为。Atar221等人研究了黄铁矿在加氢热解情况下的硫转化规律性。李斌和王国金、郑瑛等对有机硫及无机硫的转化规律研究进展进行了总结23,24,2511.

14、5.1.2煤粉燃烧过程中硫分析出规律的研究现状 对于 煤 粉 的析出规律的研究按煤种的单一煤种及混煤的硫析出规律的研究，单一典型煤种的研究和混煤掺烧的研究。刘建忠，汤龙华26,271等通过长广煤等典型单一煤种研究硫的析出规律;程军，翁安心28,291等通过不向混煤的煤种研究了硫的析出规律性:程军，秦彪30,311等更是在其博士论文中详细阐述了单煤及混煤的硫析出规律性。 而对 煤 粉 在燃烧气氛中的硫的析出规律性，范浩杰321对氧化性气氛、还原性气氛下硫的析出规律性进行了研究;范红宇33总结了燃煤过程中交变气氛下硫的析出规律行。刘彦34】在其博士论文中研究了交变气氛及空气气氛中硫的析出规律性。脱

15、硫现状我国是一个以煤为主要能源的国家, 煤炭在一次能源构成中的比例高达 70%, 煤炭产量中用于工业锅炉、窑炉、发电及民用直接燃烧的比例达80%以上 ,发电用煤占总用煤量的 1/3左右。 1 我国燃煤硫污染控制技术现状 我国是一个以煤为主要能源的国家, 煤炭在一次能源构成中的比例高达 70%, 煤炭产量中用于工业锅炉、窑炉、发电及民用直接燃烧的比例达80%以上 ,发电用煤占总用煤量的 1/3左右。煤中的硫一般以三种形式存在, 即黄铁矿硫(FeS2) 、有机硫和硫酸盐硫。FeS2 中的硫和有机硫属于可燃硫,燃烧后生成硫氧化物(主要为 SO2) 。硫氧化物排入大气后会在其中发生一系列化学反应 ,形

16、成酸沉降,腐蚀设备,污染土壤、水体,影响动植物的生存, 造成巨大的经济损失。1 我国燃煤硫污染控制技术现状脱硫技术简介 对 于脱 硫 技术的研究，从上世纪初至今己有九十多年的历史。自60年代起，一些工业化国家相继制定了严格的法规和标准，限制燃烧过程S02污染物的排放，这一措施极大地促进了脱硫技术的发展。这些技术概括起来.可分为三类，即燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、和燃烧后脱硫(烟气脱硫)。 a 燃 烧 前脱硫 (1 )选 煤 :是除去或减少原煤中所含的灰分、研石、硫分等杂质，并按不同煤种、灰分、热值和粒度分成若干品种等级，以满足不同用户的需要。(2)洁净优化动力配煤技术:是将不同品质的煤经过筛选、破

17、碎，按比例配合等过程，并辅以一定的添加剂，以适应用户燃煤设备对煤质要求，高燃煤效率和减少污染物排放。 b燃 烧 中 脱硫 燃烧过程中脱硫主要是指当煤在炉内燃烧的同时向炉内适当位置喷入脱硫剂，脱硫剂一般利用炉内较高温度进行自身锻烧，锻烧产物(主要有CaO,M gO等)与煤燃烧过程中产生的S氏,SO:发生反应，生成硫酸盐和亚硫酸盐，达到脱硫目的。 煤燃 烧 中 脱硫技术主要有以下1L种: (1) 煤粉炉直接喷钙脱硫技术:在煤粉炉中，脱硫剂选择温度较低区域(炉膛上方)喷入进行脱硫; (2)流化床燃烧脱硫技术:在流化床中，煤与粉碎的石灰石一起随同热风进入锅炉，煤和石灰石悬浮在燃烧空气中; (3)型煤燃

18、烧技术:指在煤中掺加脱硫剂，做成一定形状的煤制品。脱硫剂在燃烧过程中起到控制S02的作用;(4)水煤浆(cws)燃烧技术:是将灰份小于10%，硫份小于0.5%的挥发份高的原料煤，研磨成250300微米的细煤粉，按煤70%，水30%的比例，再加入。.5-1.0%的分散剂(保证其流动性)和0.020.1%的稳定剂，配制而成，水煤浆可以象燃料油一样运输、贮存和燃烧。 c燃 烧 后 脱硫(烟气脱硫)技术 烟气 脱 硫 技术主要是利用吸收剂或吸附剂去除烟气中的S02，并使其转化为稳定的硫化合物或硫。至今，烟气脱硫技术的种类非常多，按脱硫的方式和产物的处理形式一般.可分为干法，半干法和湿法三大类。 由于燃

19、煤过程中脱硫技术设备简单，成本较低，比较适合我国国情，因而具有很广泛的市场。本文主要研究煤燃烧过程中的脱硫特性。1.5.2.2煤燃烧过程中脱硫技术的研究进展与问题 a 粉 煤 燃烧过程脱硫实验研究现状 路春 美 40 ,411等研究了高温下煤粉与贝壳类钙基脱硫剂混合脱硫实验。汤龙华121将煤粉与纳米碳酸钙混合实验研究了反应的微观结构、热解特性和脱硫硫特性。浙江大学吴晓容等42通过研究工业废料对粉煤燃烧的催化脱硫进行过深入研究。 阿贡实验室的研究人员等431通过对粉煤与脱硫剂及添加剂混合实验研究了碱金属盐对脱硫反应的影响。Yang R T44,45,46通过对粉煤及脱硫剂中添加Fe203及铁硅系

20、共同对粉煤脱硫的反应影响效果。郑瑛47等通过实验研究了对铭化合物和Cr2O3对粉煤燃烧脱硫的促进作用。 b 脱硫 反 应机理研究 (1 )脱硫化学反应过程研究481 石灰石投入炉内，首先在750以上的温度下进行锻烧，生成多孔的生石灰(CaO)和二氧化碳:Ca CO ,= C aO +CO:一183kllmol ( 1-7 )然后 ，CaO与S02在富余氧气的条件下进行硫盐化反应:CaO十S02十工。，2=CaSO,+ 4 86kJ1 m od=CaSO,+ 4 86kJ1 m od (1-8)这两个过程是稍有重叠的，但将锻烧与硫盐化分为两个阶段也不会引起大的误差，这是由于锻烧速度比硫盐化快的多

21、，而且由于锻烧时C02析出时形成的Stenfan流，要在锻烧基本结束后，硫盐化才开始发生。这样，硫盐化可是为尾随锻烧的反应过程，锻烧时石灰石试样的失重在达到其最大失重率后才开始经硫盐化而补偿。 参与脱硫的反应物除入炉的石灰石或白云石外，还有燃料中的灰分以及多种金属杂质，以及CO, C02, CaC03, M90的影响。 (2) 脱硫过程的影响因素研究26-40,48 脱硫剂脱硫的过程中所发生的反应是脱硫剂与燃煤过程中产生的SO:发生的气固两相反应，而影响气固反应的物理和化学因素会影响到脱硫剂的燃烧脱硫反应，浓度、扩散速率和温度等是最重要的几个因素。具体到燃烧脱硫反应，通常表现为影响反应的浓度因

22、素(包括硫含量、煤种、Ca/S比值等)、扩散因素(比表面积、粒径)、温度等。 温度的影响 对硫分析出影响最大的因素是炉温，研究者总的认为炉温对硫的析出是个极为重要的影响因素。炉温的影响包括对硫的析出速率、析出量，析出完毕时间等。温度对硫分析出的影响根本原因是:煤中硫分的结构形态不同，含硫元素的有机官能团及含硫无机物的热稳定性不同，温度的高低直接决定含硫官能团和无机硫是否能在该温度下稳定存在。刘建忠、刘泽常、汤龙华、程军等都对炉温对煤燃烧硫的析出影响进行过详细的研究。 C a/ S比 的影响 对于燃煤脱硫这样的气固反应来说，在一定条件范围内，Ca/S比越大，在燃煤过程中与S02接触反应的几率越大

23、，脱硫效果越好。但Ca/S比增加，钙基脱硫剂的利用率相对降低，而且随着Ca/S比在大于2以后，脱硫率的增加变慢，一般在大于4以后己无太大的意义。 粒度的影响 粒径是通过影响脱硫化学反应的扩散过程主要是孔内扩散来影响化学反应速率的。粒径不同使得煤的比表面积不同，其燃烧产生硫的析出速率有所不同。另外，小颗粒的煤中硫占比例较少，大颗粒煤中含有黄铁矿硫占很大比重， 停留时间的影响 各研究学者总的认为:硫分转化过程中的化学反应速度，需要足够的反应时间的积累才能达到反应的最大程度。煤在炉内停留时间的延长，硫的析出率也会增加，停留时间超过某一值后硫分析出率随停留时间延长的增幅下降;当硫的析出率达到某一定值后

24、，时间对硫析出基本上没有影响。 孔隙结构和比表面积的影响 对于脱硫反应，脱硫剂表面微观空隙结构、表面积决定吸附能力的大小、吸附气态硫化物量的多少。脱硫剂结构疏松，空隙率大，比表面积多，就有很好的物理吸附特性，能够吸附更多的气态硫化物。对脱硫剂与煤混合燃烧脱硫反应来说，脱硫剂的这些孔隙结构更为重要。另外，比表面积大，反应速率快。 煤种的影响 在煤中含有一定量的矿物质成分，有些含有一定量的碳酸盐，其中包括了方解石、蔽石(CaC03)和白云石、铁白云石及菱铁矿等对燃煤过程中硫的析出具有固定作用，因而在燃煤过程中这些矿物质本身就起到了脱硫剂的的作用。 燃烧的反应气氛的影响 对燃煤脱硫技术的研究国内外有

25、众多的学者对其进行了研究，而按燃烧反应的气氛来讲，主要分为氧化性气氛，还原性气氛及交变气氛三个方面的研究.范红宇对该方面进行了总结并在其博士论文中做过研究。1.1.1生物质能特点及利用现状生物质能是蕴藏在生物质中的能量,是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用,把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量。它是是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。不仅具有矿物质燃料属性，又具有可储存、运输、再生、转换的特点。它具备以下优点：1) 可再生性 生物质能是可再生能源，通常包括以下几个方面：一、是木材及森林工业废弃物；二、是农业废弃物；三、是水生植物；四、是油料植物；五、是城市

26、和工业有机废弃物；六、是动物粪便。生物质属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用； 2) 低污染性 生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；3) 广泛分布性 缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；4) 生物质燃料总量十分丰富。生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油、天然气，占世界能源总消耗的14%（）。目前地球上每年经光合作用过户定下来的生物质能约为目前全球能源消

27、耗的10倍（），据统计，生物质资源潜力可达100亿吨，仅森林、草原和耕地这三项的产量就达50亿吨干生物质，相当于20亿吨标准煤（）。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。生物质能之所以没有得到广泛的应用，因为它同时存在如下缺点：1.生物质中一般含有大量活性碱性矿物质，在能源利用过程中会造成严重污染。2.生物质的热值较低，要求能量转化设备有足够的空间投入原料；3.生物质水分含量大，影响着火和燃烧的稳定性，同事在燃烧时造成大量的能量损失，并且可能引起燃烧储存问题；4.生物质分布分散，能量密度低，收集运输和预处理过程（如粉碎

28、、压缩成型和干燥）费用较高。5.直接燃烧生物质的热效率低（仅为10一30），污染重。生物质能在能源系统中的地位 生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到下世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40以上。 目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源

29、的开发利用占有相当的比重。目前，国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营，以美国、瑞典和奥地利三国为例，生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模，分别占该国一次能源消耗量的4、16和 l0。在美国，生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦，单机容量达1025兆瓦；美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2 OOO万美元，采用湿法处理垃圾，回收沼气，用于发电，同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，建立了 l兆瓦的稻壳发电示范工程，年产

30、酒精2500吨。 我国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。 开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7。因此发展生物质能技术，为农村地区提供生活和生产用能，是帮助这些地区脱贫致富，实现小康目标的一项

31、重要任务。 1991年至1998年，农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤，增加了18.3，年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户，增加了2倍多，年增长达17.7，增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高，农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求，生物质能优质化转换利用势在必行。 生物质能高新转换技术不仅能够大大加快村镇居民实现能源现代化进程，满足农民富裕后对优质能源的迫切需求，同时也可在乡镇企业等生产领域中得到应用。由于我国地广人多，常规能源不可能完全满足广大农

32、村日益增长的需求，而且由于国际上正在制定各种有关环境问题的公约，限制CO2等温室气体排放，这对以煤炭为主的我国是很不利的。因此，立足于农村现有的生物质资源，研究新型转换技术，开发新型装备既是农村发展的迫切需要，又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要。生物质能利用转化技术及现状目前，世界上的生物质能源转换途径包括物理转换、化学转换和生物转换三种。生物质能源转化的技术主要有：生物质燃烧、生物质气化、生物质液化、生物质热解、生物质固化和生物质发酵等技术。1燃烧技术生物质燃烧技术是将生物质原料直接送入燃烧设备燃烧，利用燃烧过程中放出的热量加热工质以产生蒸汽用于供热或发电。按照燃料分类，可将生

33、物质燃烧技术分为生物质的直接燃烧及生物质和矿物燃料（主要是煤）的混合燃烧。1 生物质直接燃烧技术生物质直接燃烧技术主要包括炉灶燃烧技术、焚烧垃圾技术、锅炉燃烧技术。1.1炉灶燃烧技术传统的炉灶燃烧效率只有5%-10%，这种燃烧方式逐渐被淘汰，利用省柴炕灶后，效率有了很大的提高，每年节约能量达52.5万吨（）。这种炕灶的推广仍然是农村，是偏远山村生物质能利用的一个重要方面。1.2城市生活垃圾焚烧技术垃圾焚烧是利用垃圾焚烧锅炉在800-1000度的高温下燃烧垃圾可燃组分，释放热量供热或发电（），具有减少环境污染，节省大量土地资源等优点。1.3锅炉燃烧技术生物质作为锅炉的燃料直接燃烧，其热效率远远高

34、于作为农用炉灶燃料，甚至接近话是燃料的水平，能大大地提高生物质能的利用效率，适用于集中、大规模地利用生物质资源。2生物质和矿物质燃料的混合燃烧大部分生物质燃料的含水量较高，且组分复杂，因此很难使燃用生物质的锅炉以较低的成本达到可与常规锅炉相比的效率，而且生物质能的局域性和不稳定性对大容量锅炉的稳定运行也非常不利。然而采用生物质与矿物质燃料的混合燃烧技术既可以达到经济上的合理性，又可以大规模地利用生物质能，还可以降低锅炉污染物的排放浓度。生物质气化技术生物质气化是限量供应氧气、空气、蒸汽或它们的混合物并以此作为气化剂，通过热转化技术将固体燃料转化为含有CO、H2、CH4和CmHn的可燃气体。目前

35、研究的主要用途是利用气化发电和合成甲醇以及产生蒸汽41。奥地利成功地推行建立燃烧木材剩余物的区域供电计划，目前己有容量为1000 12O OOkW的区域供热站80-190个，年供应lOx 10 9MJ能量。加拿大有12个实验室和大学开展了生物质的气化技术研究。1998年8月发布了由Freel,B arryA 申请的生物质循环流化床快速热解技术和设备。瑞典和丹麦正在实行利用生物质进行热电联产的计划，使生物质能在提供高品位电能的同时满足供热的要求。1999年，瑞典地区供热和热电联产所消耗的能源中，26%是由生物质能提供的151流化 床 气 化技术由于具有床内气固接触均匀、反应面积大、反应温度均匀、

36、单位截面积气化强度大、反应温度较固定床低等优点，从1975年以来一直是科学家们关注的热点。包括循环流化床、加压流化床和常规流化床。印度 An na大学新能源和可再生能源中心最近开发研究用流化床气化农业剩余物如稻壳、甘蔗渣等，建立了一个中试规模的流化床系统，所产生的气体用于柴油发电机发电61199 5年 美 国Hawaii大学和Vermont大学在国家能源部的资助下开展了流化床气化发电的工作Hawaii大学建立了处理生物质量为100t/d的工业化压力气化系统，1997年己经完成了设计，建造和试运行达到预定生产能力。Vermont大学建立了气化工业装置，其生产能力达200t/d，发电能力为50MW

37、。目前己进入正常运行阶段。在印度己经有1MW装机容量的气化一发电站投入商业运行61生物质液化生物质液化是指通过化学方法将生物质转换成液体产品的过程，生物质的液化产物常成为生物质油。生物质通过液化不仅可以制取甲醇、乙醇、液化油等化工产品，而且还可以减轻化石能源枯竭带来的能源危机，该技术已经得到国际上的广泛关注和认同，发达国家生物质柴油正在形成产业。加拿大用木质原料生产的乙醇年产量为17-104t。比利时每年用甘蔗为原料，制取乙醇量达3.2 x 1叭以上，美国每年用农林生物质和玉米为原料大约生产450x1叭乙醇，计划到2010年，可再生的生物质可提供约5300- 104t乙醇。在巴西，it甘蔗可生

38、产酒精65L (95%乙醇)，1hm 土地的甘蔗可生产相当于28t石油的酒精，该国车辆已普遍使用乙醇或60%酒精+33%甲醇+7%汽油。澳大利亚利用按树发酵工艺生产酒精，用于汽车燃料。美国把乙醇添加在汽油中用于汽车，全国汽油总量的70%添加有酒精，添加比例为10%酒精+90%汽油。此外，日本、德国、加拿大、印度、印尼、菲律宾等国也非常重视酒精燃料的开发71生物 质 能 的另一种液化转换技术，是将生物质经粉碎预处理后在反应设备中添加催化剂或无催化剂，经化学反应转化成液化油。美国、新西兰、日本、德国、加拿大等国家都先后开展了研究开发工作，液化油的发热量达3.5X1 0 4kj/kg左右，木质原料液

39、化的收得率为干原料的50%以上。欧盟组织资助了三个项目，以生物质为原料，利用快速热解技术制取液化油，已经完成100kg/h的试验规模，并拟进一步扩大至生产应用。该技术制得的液化油收得率达70%,液化油低位热值为1.7-10 4kj/kg810生物质热解技术热解又称裂解，是指生物质在隔绝空气或共给少量空气的情况下，加热分解成气体（一般为CO、H2、CH4等的混合气体）、液体（焦油）、固体产品（木炭）的过程。她即使作为一个独立的过程，也可以作为燃烧、炭化、液化、气化等过程的一个中间过程，取决于各热化学转化反应的动力学，也取决于产物的组成、特征和分布。生物质热解后，其能量的80%-90%转化为较高品

40、味的情节燃料，有很高的商业价值（）。热解产物中各成分的比例可通过控制反应参数，如温度、加热速率、过程中活性气体、固体停留时间等来加以控制。20世纪80年代以来，生物质热解技术得到了广泛的发展。1992年，美国大约有10 00个利用木材热解的发电厂，运行装机650XlO 4 kW,年发电42 X 108kWh，发电成本4-6美分/kWh，投资为2000-3000美元/kW。加州电力供应的40%来源于生物质热解发电，目前以生物质热解产生动力工业在美国己成为仅次于水电的第二大可再生能源工业。国外 中 小 型固定层生物质热解炉已经实现商品化，配合燃气发电，功率为40-100kW 的机组已经定型出售61

41、。产热量达到5X1 0 4MJ/h的大型流化床热解装置已开发成功。采用氧气或氧气一水蒸汽作为气化剂的工业中热值煤气发生工艺仍在进行研究。周期操作制备中热值煤气的小型民用装置常有报道。固体 热 载 体循环生物质热解气化的示范工程正在运转。气化方面的研究重点在焦油的催化裂解、煤气高温除尘、联合循环发电等方面191。在高新技术生物质转化技术中，生物质快速热解制生物油技术成为研究开发的重点。在缺氧、反应温度在450 550范围，加热速率达到2 000 5 0000C/min以及气相停留时间小于1S的条件，生物质可以转化成70%左右的液体产品，这种称之为生物油的热解液体主要含有乙酸、低聚糖、酚类、氧化了

42、的杂环化合物及醇类等1101。这种生物油热值约16MJ/kg，粘度40CSt, pH值3.2左右，含灰分和硫分很低，经过初步处理可以作为工业炉燃料，也可混合酒精作为燃气透平燃料，进一步精制提质，可以转化成车用液体燃料川。生物质固化成型技术生物质固化成型技术就是将生物质粉碎至一定的粒度或者不加粉碎，不添加粘结剂，在高温条件下，挤压成一定形状。其粘结力主要是依靠挤压过程中所产生的热量，使得生物质中木质素产生塑化粘结。如果把一定粒度和干燥到一定程度的煤按一定的比例与生物质混合，加入少量的固硫剂，压制成型就成为生物质型煤，这就是当前生物质固化最有市场价值的技术之一。目前，生物质固体燃料技术的研究在国内

43、外己经达到较高的水平。日本、德国、土耳其等国研究用糖浆作为粘结剂，用锯末和造纸厂废纸与原煤按比例混合生产型煤，成为许多场合的替代燃料。美国、英国、匈牙利等国用生物质水解产物作为粘结剂生产型煤。国内陈贵烽、曲思建等人对生物质工业型煤的技术特点及型煤技术中存在的问题进行了探讨，清华大学、浙江大学、哈尔滨理工大学、煤炭研究院北京煤化学研究所等单位对生物质的固化利用途径进行了深入的研究，取得了一系列的成果【。生物质发酵技术生物质发酵技术是指生物质通过微生物的生物化学作用生成高品位气体燃料或液体燃料的过程，主要包括厌氧发酵制取沼气、生物质发酵制取乙醇和生物发酵产氢。目前比较成熟的技术主要是沼气和乙醇制取

44、技术，而发酵产氢尚处于触及阶段。1制取沼气沼气的主要成分是甲烷，由甲烷产气菌在厌氧条件下将有机物分解转化而成。近年来，日本推广了用食品废弃物发酵堆肥技术，并研究从沼气中提取氢气供燃料电池热电联供作燃料，每年可代油万。美国俄克拉荷马州一家大型沼气厂每天利用动物粪便作为生产沼气的原料，生产沼气，作为工农业和民用燃料。我国已成为世界沼气大国，年中国户用沼气池万多个，兴建大中型沼气工程多处含工业有机废水处理，年产沼气、护，系统产能折合标煤。江西省科学院能源研究所设计的生态沼气池己在姿源、上高等县推广应用】。北京市南郊的留民营生态示范农场，建有沼气生产装置，每天只要供应，沼气，便可解决全场除照明以外的生

45、产和生活用燃料。2制取乙醇利用生物质发酵制取乙醇主要分为2步，第一步利用酸或酶将木质素类生物质中的纤维素和半纤维素水解成单糖，第二步利用微生物发酵水解制取燃料乙醇。在生物乙醇技术推广应用方面较为成功的是巴西，目前，巴西每年产亿乙醇，占全国汽车燃料的。我国政府在“十五”计划中决定发展燃料乙醇产业，吉林省投资亿元建设年产万燃料乙醇的项目己于年批准动工】。宋安东等利用酒糟，采用固态发酵生产乙醇。吕福英等分离出能直接发酵纤维素生产乙醇的高纯富集物，并用来直接将木质纤维素生物质发酵成乙醇“。3生物质制氢用生物质制氢的思路是1966年提出来的，90年代受到空前重视。德、日、美等发达国家都成立了专门机构，制定生物制氢发展计划。生物制氢主要靠蓝细菌和绿藻的光裂解水制氢，或厌氧发酵制氢，但是这些过程高额的成本，以及氢气作为能源储存运输的难题，使得氢气走向实用还为时过早。(5)其它的生物质开发、利用方法种植能源植物早在 2 0 世纪50年代，美国科学家就倡议对野生油脂植物的开发利用进行研究，其目的是从油料植物中提取碳氢化合物，分离、提取和加工成燃料油和石油替代产品141据有关资料报道，富含碳氢化合物的杭物