第6章 生物质能的转换与控制技术.ppt

美国国会于2008年5月通过一项包括加速开发生物质能源的法案，要求到2018年后，把从石油中提炼出来的燃油消费量减少20%，代之以生物燃油。据《2010年美国能源展望》，到2035年美国可用生物燃料满足液体燃料总体需求量增长，乙醇占石油消费量的17%，使美国对进口原油的依赖在未来25年内下降至45%。 瑞典是世界上道路交通最不依赖于化石燃料的国家之一，据报道，2009年，瑞典政府批准了一项计划，到2020年将使可再生能源达到该国能源消费总量的50%。此外，该国旨在到2030年使其运输部门完全不依赖于进口化石燃料。至2009年，生物质已超过石油，成为第一位的能源来源，占瑞典能源消费总量的32%。 丹麦正准备在全国前5大城市，逐步减少并淘汰燃煤发电站，要求发电站进行技术改造，使用生物燃料替代煤和燃油，作为城市生产和生活的主要能源来源。 印度于2004年开始了石油和农业领域的“无声革命”，制订了2011年全国运输燃料中必须添加10%乙醇的法令。 巴西所有汽油中都强制加入了25%的乙醇，2010年起所有普通柴油中生物柴油的比例也达到5%，提前三年进入B5时代。凭借生物能源这张王牌，巴西政府表示有信心实现到2020年减排36%的目标。 在利用生物质能方面欧洲取得了很多骄人的成绩。2000年到2004年间，欧洲利用生物质能的发电量从40%增加到了68%。欧洲生物质能协会预计2020年生物质能的贡献将会从现在的72百万吨增长到220百万吨油当量，这是生物质能发热和发电的最大比例，相当于生物燃料的15%。 图5－5是广东省佛山市利用城市垃圾综合处理产生沼气，用于发电的工艺流程图。 1—污泥进料口 2—发酵池3—循环管道 4—循环泵 5—溢流管 6—沼气储气罐7—沼气发动机 8—三相交流发电机 9—消化污泥阀10—沉淀池 11—溢流管 12—排渣阀13—贮留池 14—排污管 图5-5 沼气发电工艺流程图 图5－6是利用沼气与天然气双气源的锅炉，在沼气可以满足锅炉燃烧要求时，采用由沼气供气的方式；当沼气不能满足锅炉燃烧要求时，切换至天然气供气方式。这种方式是共用了一个燃烧器，即采用一拖二的方式使两种气源合用一个燃烧控制器。 图5－6 沼气与天然气双气源锅炉 锅炉燃烧产生高温高压饱和蒸汽，进入蒸汽轮机，并带动发电机高速旋转实现发电。其实现发电原理的控制框图如图5－7所示。 沼气发生装置 沼气储存装置 气 源 自 动 选 择 天然气供气系统 温度控制 发酵反应控制 燃 烧 控 制 器 锅 炉 系 统 蒸 汽 轮 机 发 电 机 中央控制器 控制电源系统 供用户 或并网 图5－7 沼气和天然气双气源锅炉发电系统的控制框图 沼气发电机原理： （2）沼气燃料电池发电 燃料电池是一种将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的装置，当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它就可以连续发电。依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池及质子交换膜燃料电池等。沼气燃料电池是将沼气化学能转换为电能的一种装置，它所用的“燃料”并不燃烧，而是直接产生电能。 项 目 名 称 指 标 发力输出功率 200 kW 输出电压(频率) 400V(50Hz) ， 480V(60Hz) 发电效率 40% 余热利用效率/温度 41% / 60 ℃热水 燃料/ 消耗量 天然气 / 43 m3/ h 有害排放物 NOX：低于5ppm SOX：可忽略不计 噪音 约60 分贝(距设备10 米处) 排水 净水(接近于零污染) 应用时供应水 自来水或纯净水(接近于零) 应用时供应氮气N2 4 个圆柱型容器存有 7 m3 的氮气用于一次启动与停机循环(保护) 操作 自动，可远程控制 表5－2 　PC25TMC 主要性能及技术指标 广州市番禺水门种猪场正在建设的由日本政府提供的 200 kW 的沼气燃料电池装置。该200 kW 燃料电池设备由东芝公司下属的 ONSI 公司提供，型号为 PC25TMC，主要技术指标,见表5－2。 沼气燃料电池系统的组成 燃料处理单元 发电单元 电流转换单元 1）燃料处理单元。该单元主要部件是改质器，它以镍为催化剂，将甲烷转化为氢气，反应过程如式5－1 (参与反应的水蒸汽来自发电单元)　 为了降低CO的浓度，在铜和锌的催化作用下，混合气体在改质器后的变成器中得到进一步的改良，反应式如式 (5-1) (5-2) 2）发电单元