生物质高温热解气化装置研制.docVIP

南京工业大学学士学位论文 PAGE I 2013届毕业设计论文 课题名称 生物质高温热解装置的研制 院 （系） 机械与动力工程学院 专 业 过程装备与控制工程 姓 名 高豪杰 学 号 起讫日期 2013-2-20至2013-6-10 指导教师 2013年 6月 8 日 第1章 前言 能源是人类生产和生活必需的基本物质保障，是确保人类社会文明进步和经济发展最为重要的物质基础。能源和环境问题已成为全球关注的焦点，随着我国能源消耗的迅速增长，化石燃料的大量使用带来了严重的环境污染。将生物质能源转化各种清洁能源和化工产品，减少对于化石能源的依赖，是轻环境造成的重要污染。目前，世界各国都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。 与煤炭和石油天然气等化石燃料相比，生物质的特点是是低固定碳、高挥发分、低灰分。生物质的化学活性较好，硫含量低，生物质的这些特性决定了它十分适宜进行热解气化。生物质能的转换利用形式主要包括化学转化、物理转化和生物转化，涉及热解、气化、液化、成型和直接燃烧等技术。在众多技术中，生物质高温热解气化是实现生物质高效及清洁利用的重要途径，通过生物质在高温条件下热解可以产生中热值的合成气，并用于供热、发电和作为化工合成原料气，具有广阔的应用前景。 1.1生物质能的特点 1.1.1 可再生性 生物质能属可再生资源，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。在各种可再生能源中，生物质是唯一可再生的碳资源。 1.1.2 低污染性 与矿物燃料相比，它的挥发分高，炭活性高，含硫量和灰分都比较低，因此燃烧过程中生成的SOX、NOX较少。生物质作为燃料时，其生长时需要的CO2相当于它排放的CO2的量，因而对大气的CO2净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应。 1.1.3 资源丰富 生物质能是世界第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算，地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质；海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量，相当于目前世界总能耗的10倍。 1.1.4 广泛应用性 生物质能源可以以沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、燃料酒精、生物柴油等形式存在，应用于国民经济的各个领域。 1.2 生物质能的利用方式分类 图1．生物质能的利用方式 (1)直接燃烧技术：直接燃烧大致可分炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾焚烧和固体燃料燃烧四种情况。炉灶燃烧是最原始的利用方法，一般适用于农村或山区分散独立的家庭用户，它投资最省，但是效率最低。锅炉燃烧采用了现代化的锅炉技术，适用于大规模利用生物质。它最主要的优点是效率高，并且可实现工业化生产；缺点是投资高、而且不适于分散小规模使用。固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，主要优点是所采用的热力设备是传统的定型产品，不必经过特殊的设计或处理；主要缺点是运行成本高，所以它比较适合企业对原有设备进行技术改造时，在不重复投资前提下，以生物质代替煤，以达到节能的目的，或应用于对污染要求特别严格的场所，如饭店烧烤等。 (2)物化转换技术：物化转换技术包括三方面，一是干馏技术；二是气化制生物质燃气；三是热解制生物质油。干馏技术主要目的是同时生产生物质炭和燃气，它可以把能量密度低的生物质转化为热值较高的固定炭或气，炭和燃气可分别用于不同用途。优点是设备简单，可以生物产炭和多种化工产品，缺点是利用率较低，而且适用性较小，一般只适用于木质生物质的特殊利用。生物质热解气化是把生物质转化为可燃气的技术，根据技术路线的不同，可以是低热值气，也可以是中热值气。它的主要优点是生物质转化为可燃气后，利用效率较高，而且用途广泛，如可以用作生活煤气，也可以用于烧锅炉或直接发电。主要缺点是系统复杂，而且由于生成的燃气不便于储存和运输，必须有专门的用户或配套的利用设施。热解制油是通过热化学方法把生物质转化为液体燃料的技术，它的主要优点是可以把生物质制成油品燃料，作为石油产品替代品，用途和附加值大大提高，主要缺点是技术复杂，目前的成本仍然太高。 (3)生化转换技术：生化转换技术主要是以厌氧消化和特种酶技术为主。沼气发酵是有机物质(为碳水化合物、脂肪、蛋白质等)在一定温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下，经过沼气菌群发酵(消化)生成沼气、消化液和消化污泥(沉渣)。这个过程就叫沼气发酵或厌氧消化。它包括小型的农村沼气技术和大型的厌氧处理污水的工程。它主要优点是提供的能源形式为沼气(CH4)，非常洁净，具有显著的环保效益；主要缺点是能源产出低，投资大，所以比较适宜于以环保为目标的污水处理工程或以有机易腐物为主的垃圾的堆肥过程。利用生物技术(包括