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生物质能的物质基础知识
发布时间: 2017-6-3
                  生物质能的物质基础
一、生物质原料的类型
  按原料的化学性质分,生物质能资源主要为糖类、淀粉和木质纤维素物质。
  按原料来源分,则主要包括以下几类:
  ①农业生产废弃物,主要为作物秸秆;
  ②薪柴、枝权柴和柴草;
  ③农林加工废弃物、木屑、谷壳和果壳;
  ④人畜粪便和生活有机垃圾等;
  ⑤工业有机废弃物、有机废水和废渣等;
  ⑥能源植物,包括所有可作为能源用的农作物、林木和水生植物资源等。
  能源植物包括糖类、淀粉和纤维素类原料,是未来建立生物质能工业的主要资源基础,是今后生物质能资源发展的主要方向。
二、生物质能资源的特点
  与矿物能源相比,生物质在燃用过程中对环境污染小。
  生物质能蕴藏量巨大,而且是可再生的能源。只要有阳光照射,绿色植物的光合作用就不会停止,生物质能也就永远不会枯竭。
  生物质能源具有普遍性、易取性,几乎不分国家、地区,它到处存在,而且廉价、易取,生产过程极为简单。
  可再生能源中,生物质是唯一可以储存与运输的能源,这给其加工转换与连续使用带来一定的方便。
  生物质挥发组分高,碳活性高,易燃。在400℃左右的温度下,大部分挥发组分可释出,而煤在800"C时才释放出30%左右的挥发组分。将生物质转换成气体燃料比较容易实现。生物质燃烧后灰分少,并且不易黏结,可简化除灰设备。
  提倡生物质能开发利用,有助于改善生态环境。大力开发生物质能,就要积极植树、种菜,绿化大地,美化环境,净化空气,保持水土,减少风沙。在用科学方法利用生物质的热能后,剩余部分还可还田,改良土壤,提高肥力。
  生物质能源也有弱点,从质量密度的角度来看,’作为燃料与矿物能源相比不具优势,是能量密度较低的低品位能源。它质量轻,体积大,给运输带来一定难度,并且风、雨、雪、火等外界因素为它的保存带来不利影响。
三、生物质的化学组成
  糖类和淀粉类原料的化学组成相对简单,主要由葡萄糖单糖或多糖组成。
  广泛利用的生物质主要属于纤维素类,不同来源的生物质其化学组成也不尽相同。
  农作物秸秆主要化学元素组成:碳40%~46%、氢5%~6%、氧43%~50%、氮O.6%~1.1%、硫O.1%~0.2%;经完全燃烧,灰分3%~5%、磷1.5%~2.5%、钾11%~20%。
  薪柴化学元素组成:碳49.5%、氢6.5%、氧43%、氮1%;经完全燃烧,灰分少于1%,还有少量钾和其他微量元素。
  纤维素类生物质颗粒燃料在燃烧过程中,各元素发挥了不同的作用,形成相应的氧化产物。
  1)碳(c)是燃料中的主要元素,其含量多少决定着燃料发热值的高低,含碳量越高,发热量越多。燃烧后变为C02或CO。lkg纯碳完全燃烧约释放33 913kJ的热量。纯碳不易燃烧,含碳越高,燃点越高,点火越难。碳以两种形式存在:一种是它与氢和氮组成化合物,燃烧时以挥发物形式析出燃烧;另一种是固定碳,挥发物析出后在更高的温度下才能燃烧。柴草中固定碳的含量比煤炭少得多,前者为12%~20%,后者为80%~90%,因此柴草易点燃和燃尽。
  2)氢(H)常以碳氢化合物形式存在。lkg纯氢燃烧可放出142 300kJ的热量。氢的燃烧产物是水蒸气,汽化潜热要带走一部分热量(22 600kJ),实际放热为119 700kJ。氢禽量越多,越容易燃烧。
  3)硫(S)作为燃料是一种有害物质。1kg纯硫燃烧放出9210kJ热,生成SO,或S03。箕在烟气中若与水蒸气发生化学反应生成亚硫酸(H2s03)或硫酸(H2s04),腐蚀金属,污染大气,危害人体,影响植物生长。
  4)磷(P)可燃,燃烧后生成五氧化二磷(P205),是草木灰中的磷肥。
  5)钾(K)可燃,燃烧后生成氧化钾(K20),是草木灰中的钾肥。
  6)氮(N)和氧(o)。氯不能燃烧,氧可助燃。它们不产热,会降低燃料的发热量(吸热)。农作物秸秆和薪柴还含有一定量的水分和少量的其他矿物质。水分在燃烧过程中产生水蒸气,吸收热量(称为汽化潜热),随烟气跑掉,带走一部分热量;其他矿物质有Si02、A1203、CaO、Fe203等,它们是灰分。在纤维素生物质中,稻草与稻壳含灰量较大,超过10%;其他纤维素生物质含灰量通常小于3%。
四、生物质燃料的热值
  生物质燃料主要有农作物秸秆、薪柴、野草、畜粪和木炭等,通常它们都含有不同比例的水分。lkg生物质完全燃烧所放出的热量称为它的高位热值。水分在燃烧过程中变为蒸气(燃料中氢燃烧时也生成水蒸气),吸收一部分热量,称为汽化潜热。高位热值减去汽化潜热值得到的热量,即为lkg生物质的低位热值。国内在燃用生物质过程中计算它的发热量时,常常取(如果不特别注明)低位热值这个数据(表)。
     常见燃料热值表

燃料热值/(kJkg)

燃料 热值/(kJkg)

燃料 热值/(kJkg)

燃料 热值,(kJm3)

煤炭 5 000

焦炭 28 470

洗精煤 26 377

洗中煤  8 374

石油41 868

汽油43 124

柴油42 900

油渣37 681

重油41 868

乙醇26 780

煤油43 004

液化天然气 35 588

油田伴生气41 868

液化石油气 50 242

焦炉气 18 003

城市煤气 16 747

甲烷 35 822

沼气 20 934

   10 780

一氧化碳 12 628

3600[kJ(kWh)


  注:同一种燃料随产出情况的不同,其所含可燃成分也不尽一致,其热值在一定范围内变化;表中所列数值多为近似平均数,是参考值;热量单位国际上用焦耳(J),国内有的文献中还有用卡(cal)的,它们的换算关系是leal=4.1868J;热量计算中还常出现“标准煤”(煤当量)的字样,我国定义的标准煤量值(世界各国尚未统一)是热值29 30010为lkg标准煤;目前我国将原煤换算成标准煤,按平均热值20 900kJ/kg计算,换算系数为0.714,原油按41 868kJ/kg计算,换算系数为1.429,天然气按38 979kJ/m3计算,换算系数为1.33,水力发电的热功当量计算,lkW·h水电等于3600kJ,换算系数为0.123;标准煤的符号为lkg标准煤——lkgce;It标准煤——1tce
  由于水分在转变成蒸气时吸收热量,因此每种生物质都含水量不同导致其低位热值不一样,含水量越大,其低位热值越小。