1、第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術機械工業出版社機械工業出版社2第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術機械工業出版社35.1 生物質能簡介生物質能簡介5.2 生物質能的開發利用與應用前景生物質能的開發利用與應用前景5.3 生物質能的發電及應用生物質能的發電及應用5.4 生物質能發電的經濟技術性評價生物質能發電的經濟技術性評價第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術機械工業出版社4第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術5.1.1生物質能的概念生物質

2、能的概念 生物質能是蘊藏在生物質中的能量，是綠色植物生物質能是蘊藏在生物質中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而貯存在生物質內通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而貯存在生物質內部的能量。目前廣泛使用的化石能源如煤、石油和天部的能量。目前廣泛使用的化石能源如煤、石油和天然氣等，也是由生物質能轉變而來的。然氣等，也是由生物質能轉變而來的。 生物質能的優點是燃燒容易、污染少、灰分較低；生物質能的優點是燃燒容易、污染少、灰分較低；缺點是熱值及熱效率低，直接燃燒生物質的熱效率僅缺點是熱值及熱效率低，直接燃燒生物質的熱效率僅為為1030，體積大而且不易運輸。，體積大而且不易運輸。 機械工業出版社

3、5利用生物質能的方式有：利用生物質能的方式有：直接燃燒方式 物化轉換方式生化轉化方式植物油利用方式 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術5.1.2 生物質能在能源系統中的地位生物質能在能源系統中的地位 生物質能是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭生物質能是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統中占有重要地位。生物質能是可持續，在整個能源系統中占有重要地位。生物質能是可持續能源系統的重要組成部分，到能源系統的重要組成部分，到21世紀中葉，采用新技術世紀中葉，

4、采用新技術生產的各種生物質替代燃料將占全球總能耗的生產的各種生物質替代燃料將占全球總能耗的40 以上以上。我國是一個人口大國，伴隨著經濟的迅速發展，正在。我國是一個人口大國，伴隨著經濟的迅速發展，正在面臨著經濟增長和環境保護的雙重壓力，改變能源結構面臨著經濟增長和環境保護的雙重壓力，改變能源結構、生產和消費方式，開發利用生物質能等可再生的清潔、生產和消費方式，開發利用生物質能等可再生的清潔能源資源對建立可持續供給的能源系統，促進國民經濟能源資源對建立可持續供給的能源系統，促進國民經濟發展和環境保護具有重大意義。發展和環境保護具有重大意義。第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制

5、技術6機械工業出版社機械工業出版社75.1.3 生物質能存在形式生物質能存在形式 1森林能源及其廢棄物 2農作物及其副產物 3禽畜糞便 4生活垃圾 5. (水生植物) 6. (油料植物)第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術機械工業出版社85.2 5.2 生物質能開發利用前景生物質能開發利用前景 由于我國地廣人多，常規能源不可能完全滿足廣大由于我國地廣人多，常規能源不可能完全滿足廣大農村日益增長的需求，而且由于國際上各種有關環境問農村日益增長的需求，而且由于國際上各種有關環境問題的公約，限制題的公約，限制COCO2 2等溫室氣體排放，這就要求改變以煤等溫室氣體排放，這就要

6、求改變以煤炭為主要能源的傳統格局。因此，立足于農村現有的生炭為主要能源的傳統格局。因此，立足于農村現有的生物質資源，研究新型轉換技術，開發新型裝備既是農村物質資源，研究新型轉換技術，開發新型裝備既是農村發展的迫切需要，又是減少排放、保護環境、實施可持發展的迫切需要，又是減少排放、保護環境、實施可持續發展戰略的需要。續發展戰略的需要。 生物質能的開發和利用，也就是生物質能的轉化技生物質能的開發和利用，也就是生物質能的轉化技術，將生物質能轉化為人們所需要的熱能或進一步轉化術，將生物質能轉化為人們所需要的熱能或進一步轉化為清潔二次能源，如電能。為清潔二次能源，如電能。 第第5章章 生物質能的轉換與控

7、制技術生物質能的轉換與控制技術機械工業出版社91 1生物質可以轉化的能源形式生物質可以轉化的能源形式（1 1）直接燃燒獲取熱能）直接燃燒獲取熱能 （2 2）沼氣）沼氣 （3 3）乙醇）乙醇 （4 4）甲醇）甲醇 （5 5）生物質氣化產生的可燃氣體及裂解產品）生物質氣化產生的可燃氣體及裂解產品 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術機械工業出版社102 2生物質能的實用轉化技術生物質能的實用轉化技術 （1 1）生物質壓縮成型和固體燃料制取技術）生物質壓縮成型和固體燃料制取技術 （2 2）生物質氣化技術）生物質氣化技術 （3 3）生物質熱裂解液化制取生物油技術）生物質熱裂解液

8、化制取生物油技術 （4 4）干濕法厭氧消化制取沼氣技術）干濕法厭氧消化制取沼氣技術 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術11機械工業出版社生物質燃氣爐生物質燃氣爐生物質水暖鍋爐生物質水暖鍋爐第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術12機械工業出版社生物質潔燃鍋爐生物質潔燃鍋爐生物質潔燃氣化鍋爐生物質潔燃氣化鍋爐3. 生物質能轉化技術的應用前景生物質能轉化技術的應用前景 高效直接燃燒技術和設備高效直接燃燒技術和設備 薪材集約化綜合開發利用薪材集約化綜合開發利用 生物質能的液化、氣化等新技術開發

9、利用生物質能的液化、氣化等新技術開發利用 城市生活垃圾的開發利用城市生活垃圾的開發利用 能源植物的開發能源植物的開發第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術13機械工業出版社機械工業出版社144我國發展和利用生物質能源的意義我國發展和利用生物質能源的意義 （1）拓寬農業服務領域、增加農民收入 （2）緩解我國能源短缺、保證能源安全 （3）治理有機廢棄物污染、保護生態環境 （4）廣泛應用生物技術、發展基因工程 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術機械工業出版社155.3 生物質能的發電及應用生物質能的發電及應用由于電能具有清潔、易傳輸、易使用等優良特性，

10、只要提供電能，幾乎所有的設備都可以滿足各自的需要。因而生物質能除了直接轉化成熱能供消費外，最終消費形式還是以轉化成電能為主。生物質能的發電主要有沼氣發電、垃圾焚燒發電以及生物質燃料發電等形式。第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術沼氣發電：第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術16機械工業出版社機械工業出版社175.3.1 5.3.1 沼氣發電、電能變換與控制策略沼氣發電、電能變換與控制策略1沼氣的產生原理沼氣是由多種厭氧微生物混合作用產生發酵而產生的。在這些厭氧微生物中，按微生物的作用不同，可分為纖維素分解菌、脂肪分解菌和果膠分解菌等。在發酵過程中

11、，這些微生物相互協調、分工合作，完成沼氣發酵過程。 沼氣發酵產生的物質主要有三種：一是沼氣，以甲烷和CO2為主，其中甲烷含量在5570，是一種清潔能源；二是消化液（沼液），含可溶性N、P、K，是優質肥料；三是消化污泥（沼渣），主要成分是菌體、難分解的有機殘渣和無機物，是一種優良有機肥，具有土壤改良功效，沼氣的生成物有很高的應用價值。 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術18機械工業出版社 圖圖5-15-1為我國農村推廣使用的水壓式沼氣池的結構。正常情況下，這為我國農村推廣使用的水壓式沼氣池的結構。正常情況下，這

12、種家用沼氣池在中國南方可年產沼氣種家用沼氣池在中國南方可年產沼氣250300m3，提供一個農戶，提供一個農戶810個月的生活燃料。個月的生活燃料。 圖圖5-1 5-1 水壓式沼氣池結構水壓式沼氣池結構 1進料口進料口 20壓水位壓水位 3輸出閥門輸出閥門 4蓋板蓋板 5溢流口溢流口 6貯留室貯留室 7水壓箱水壓箱 8滲井滲井 9發酵室發酵室 10貯氣室貯氣室沼氣發酵有四個特點：沼氣發酵有四個特點：第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術19機械工業出版社沼氣微生物自身耗能少沼氣微生物自身耗能少沼氣發酵能夠處理高濃度的有機廢物沼氣發酵能夠處理高濃度的有機廢物 沼氣發酵能處理的

13、廢物種類多沼氣發酵能處理的廢物種類多 沼氣發酵受溫度影響較大沼氣發酵受溫度影響較大 2 2沼氣發電的實現沼氣發電的實現第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術20機械工業出版社沼氣發電主要有沼氣發電主要有沼氣燃燒發電沼氣燃燒發電與與沼氣燃料電池發電沼氣燃料電池發電兩大形式。兩大形式。(1)(1)沼氣燃燒發電沼氣燃燒發電 沼氣以燃燒方式進行發電，是利用沼氣燃燒產生的熱能沼氣以燃燒方式進行發電，是利用沼氣燃燒產生的熱能直接或間接地轉化為機械能并帶動發電機而發電。沼氣可直接或間接地轉化為機械能并帶動發電機而發電。沼氣可以被多種動力設備使用，如內燃機、燃氣輪機、鍋爐等。以被多種動力

14、設備使用，如內燃機、燃氣輪機、鍋爐等。圖圖5-2 5-2 是采用沼氣發動機（內燃機）、燃氣輪機和鍋爐是采用沼氣發動機（內燃機）、燃氣輪機和鍋爐（蒸汽輪機）發電的結構示意圖，燃料燃燒釋放的熱量通（蒸汽輪機）發電的結構示意圖，燃料燃燒釋放的熱量通過動力發電機組和熱交換器轉換再利用，相對于不進行余過動力發電機組和熱交換器轉換再利用，相對于不進行余熱利用的機組，其綜合熱效率要高。從圖中可見，采用發熱利用的機組，其綜合熱效率要高。從圖中可見，采用發動機方式的結構最簡單，而且還具有成本低、操作簡便等動機方式的結構最簡單，而且還具有成本低、操作簡便等優點。優點。第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的

15、轉換與控制技術21機械工業出版社圖圖52 沼氣燃燒發電類型沼氣燃燒發電類型第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術22機械工業出版社圖圖52 沼氣燃燒發電類型沼氣燃燒發電類型(續續)第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術23機械工業出版社 圖圖5 53 3 是采用不同種類動力發電裝置的效率比較。從中可見，是采用不同種類動力發電裝置的效率比較。從中可見，在在40004000 kW kW 以下的功率范圍內，采用內燃機具有較高的利用效率。以下的功率范圍內，采用內燃機具有較高的利用效率。相對燃煤、燃油發電來說，沼氣發電的特點是功率小，對于這種類相對燃煤、燃油發

16、電來說，沼氣發電的特點是功率小，對于這種類型的發電動力設備，國際上普遍采用內燃機發電機組進行發電，否型的發電動力設備，國際上普遍采用內燃機發電機組進行發電，否則在經濟性上不可行。則在經濟性上不可行。圖圖53 不同動力設備的能量利用率不同動力設備的能量利用率第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術24機械工業出版社 沼氣與幾種典型燃氣低位熱值與燃空混合氣低位熱值的比較情況沼氣與幾種典型燃氣低位熱值與燃空混合氣低位熱值的比較情況如表如表51 所示。沼氣的主要成份是甲烷，從表所示。沼氣的主要成份是甲烷，從表51中可以知道，它的低位熱中可以知道，它的低位熱值僅次于天然氣，而在燃燒時

17、，其燃空混合氣的低位熱值也是比較高的，值僅次于天然氣，而在燃燒時，其燃空混合氣的低位熱值也是比較高的，因而沼氣是一種優質的燃氣。因而沼氣是一種優質的燃氣。表表5 51 1 幾種典型燃氣及燃幾種典型燃氣及燃空混合氣的低位熱值比較空混合氣的低位熱值比較氣體種類氣體種類氣體低位熱值氣體低位熱值（kJ/ m3）理論空氣量（空理論空氣量（空氣氣m3/ 燃氣燃氣 m3） 理論燃燒溫理論燃燒溫度（度（0C）燃空混合氣低燃空混合氣低位熱值位熱值 （kJ/m3）天然氣天然氣365869.6419703438焦爐煤氣焦爐煤氣176154.2119983381混合煤氣混合煤氣138583.1819863315發生爐

18、煤氣發生爐煤氣57351.1916002618沼氣沼氣212235.5619403191秸稈煤氣秸稈煤氣53160.918102798第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術25機械工業出版社 典型的沼氣內燃機發電系統的工藝流程如圖典型的沼氣內燃機發電系統的工藝流程如圖5 54 4所示。沼氣發電系統主要由消化池、貯氣所示。沼氣發電系統主要由消化池、貯氣罐、供氣泵、沼氣發動機、交流發電機、沼氣罐、供氣泵、沼氣發動機、交流發電機、沼氣鍋爐、廢熱回收裝置（冷卻器、預熱器、熱交鍋爐、廢熱回收裝置（冷卻器、預熱器、熱交換器、汽水分離器、廢熱鍋爐等）、脫硫化氫換器、汽水分離器、廢熱鍋爐

19、等）、脫硫化氫及二氧化碳塔、穩壓箱、配電系統、并網輸電及二氧化碳塔、穩壓箱、配電系統、并網輸電控制系統等部分組成。控制系統等部分組成。第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術26機械工業出版社圖圖54 沼氣內燃機發電系統的工藝流程圖沼氣內燃機發電系統的工藝流程圖第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術27機械工業出版社 圖圖55是廣東省佛山市是廣東省佛山市利用城市垃圾綜合處理利用城市垃圾綜合處理產生沼氣，用于發電的產生沼氣，用于發電的工藝流程圖工藝流程圖。 1污泥進料口污泥進料口 2發酵池發酵池3循環管道循環管道 4循環泵循環泵 5溢流管溢流管 6沼氣儲

20、氣罐沼氣儲氣罐7沼氣發動機沼氣發動機 8三相交流發電機三相交流發電機 9消化污泥閥消化污泥閥10沉淀池沉淀池 11溢流管溢流管 12排渣閥排渣閥13貯留池貯留池 14排污管排污管圖圖5-5 沼氣發電工藝流程圖沼氣發電工藝流程圖第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術28機械工業出版社 圖圖56是利用沼氣是利用沼氣與天然氣雙氣源的鍋爐，與天然氣雙氣源的鍋爐，在沼氣可以滿足鍋爐燃燒在沼氣可以滿足鍋爐燃燒要求時，采用由沼氣供氣要求時，采用由沼氣供氣的方式；當沼氣不能滿足的方式；當沼氣不能滿足鍋爐燃燒要求時，切換至鍋爐燃燒要求時，切換至天然氣供氣方式。這種方天然氣供氣方式。這種方式

21、是共用了一個燃燒器，式是共用了一個燃燒器，即采用一拖二的方式使兩即采用一拖二的方式使兩種氣源合用一個燃燒控制種氣源合用一個燃燒控制器。器。 圖圖56 沼氣與天然氣雙氣源鍋爐沼氣與天然氣雙氣源鍋爐 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術29機械工業出版社 鍋爐燃燒產生高溫高壓飽和蒸汽，進入蒸汽輪機，并帶動發電機鍋爐燃燒產生高溫高壓飽和蒸汽，進入蒸汽輪機，并帶動發電機高速旋轉實現發電。其實現發電原理的控制框圖如圖高速旋轉實現發電。其實現發電原理的控制框圖如圖57所示。所示。沼氣發生裝置沼氣儲存裝置氣源自動選擇天然氣供氣系統溫度控制發酵反應控制燃燒控制器鍋爐系統蒸汽輪機發電機中

22、 央 控 制器控制電源系統供用戶或并網圖圖5 57 7 沼氣和天然氣雙氣源鍋爐發電系統的控制框圖沼氣和天然氣雙氣源鍋爐發電系統的控制框圖 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術30機械工業出版社沼氣發電機原理：沼氣發電機原理：第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術31機械工業出版社（2 2）沼氣燃料電池發電）沼氣燃料電池發電 燃料電池是一種將儲存在燃料中的化學能直接轉燃料電池是一種將儲存在燃料中的化學能直接轉化為電能的裝置，當源源不斷地從外部向燃料電池供化為電能的裝置，當源源不斷地從外部向燃料電池供給燃料和氧化劑時，它就可以連續發電。依據電解質給燃料

23、和氧化劑時，它就可以連續發電。依據電解質的不同，燃料電池分為堿性燃料電池、磷酸型燃料電的不同，燃料電池分為堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池及質池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池及質子交換膜燃料電池等。沼氣燃料電池是將沼氣化學能子交換膜燃料電池等。沼氣燃料電池是將沼氣化學能轉換為電能的一種裝置，它所用的轉換為電能的一種裝置，它所用的“燃料燃料”并不燃燒，并不燃燒，而是直接產生電能。而是直接產生電能。 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術32機械工業出版社項 目 名 稱指 標發力輸出功率200 kW輸出電壓(頻率)400V(50H

24、z) ， 480V(60Hz)發電效率40%余熱利用效率/溫度41% / 60 熱水燃料/ 消耗量天然氣 / 43 m3/ h有害排放物NOX：低于5ppmSOX：可忽略不計噪音約60 分貝(距設備10 米處)排水凈水(接近于零污染)應用時供應水自來水或純凈水(接近于零)應用時供應氮氣N24 個圓柱型容器存有 7 m3 的氮氣用于一次啟動與停機循環(保護)操作自動，可遠程控制表表52 PC25TMC 主要性能及技術指標主要性能及技術指標 廣州市番禺水門種豬廣州市番禺水門種豬場正在建設的由日本場正在建設的由日本政府提供的政府提供的 200 kW 的沼氣燃料電池裝置。的沼氣燃料電池裝置。該該200

25、 kW 燃料電池燃料電池設備由東芝公司下屬設備由東芝公司下屬的的 ONSI 公司提供，公司提供，型號為型號為 PC25TMC，主要技術指標主要技術指標,見表見表52。 沼氣燃料電池系統的組成燃料處理單元燃料處理單元發電單元發電單元電流轉換單元電流轉換單元第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術33機械工業出版社第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術34機械工業出版社 1）燃料處理單元。該單元主要部件是改質器，它以鎳為催化）燃料處理單元。該單元主要部件是改質器，它以鎳為催化劑，將甲烷轉化為氫氣，反應過程如式劑，將甲烷轉化為氫氣，反應過程如式51 (參與反

26、應的水蒸汽參與反應的水蒸汽來自發電單元來自發電單元) 422223( )7NiCHH O gHCOCO 為了降低為了降低CO的濃度，在銅和鋅的催化作用下，混合氣體在改的濃度，在銅和鋅的催化作用下，混合氣體在改質器后的變成器中得到進一步的改良，反應式如式質器后的變成器中得到進一步的改良，反應式如式 ,222227( )82Cu ZnHCOCOH O gHCO (5-1)(5-2)第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術35機械工業出版社2）發電單元。發電單元基本部件由兩個電極和電解質組成，氫）發電單元。發電單元基本部件由兩個電極和電解質組成，氫氣和氧化劑氣和氧化劑(O2)在兩

27、個電極上進行電化學反應，電解質則構成在兩個電極上進行電化學反應，電解質則構成電池的內回路，其工作原理簡圖如圖電池的內回路，其工作原理簡圖如圖58所示。電解質可采用所示。電解質可采用磷酸，其發電效率雖然較低，但溫度低磷酸，其發電效率雖然較低，但溫度低(約約200)。在磷酸電解。在磷酸電解質中，電池反應為質中，電池反應為 +2(g)2+2eHH +221(g)+2+2e22OHH O 陽極陽極陰極陰極(5-3)(5-4)圖圖58 沼氣燃料電池（磷酸型燃料電池）工作原理沼氣燃料電池（磷酸型燃料電池）工作原理 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術36機械工業出版社3） 電流轉換

28、系統。主要任務是把直流電轉換為交流電流轉換系統。主要任務是把直流電轉換為交流電，供交流負載使用還可以實現并網供電。電，供交流負載使用還可以實現并網供電。 沼氣燃料電池所用的沼氣，其純度要求較高，因而需要沼氣燃料電池所用的沼氣，其純度要求較高，因而需要對沼氣進行提純。雙塔式吸收法是沼氣提純的一種簡單而有對沼氣進行提純。雙塔式吸收法是沼氣提純的一種簡單而有效的方法，裝置簡圖如圖效的方法，裝置簡圖如圖59所示。這種裝置具有組成簡單、所示。這種裝置具有組成簡單、成本低、操作簡便的特點。第一吸收塔用處理水吸收大部分成本低、操作簡便的特點。第一吸收塔用處理水吸收大部分CO2和和H2S，第二吸收塔用，第二吸

29、收塔用NaOH水溶液溶解吸收，這樣可節水溶液溶解吸收，這樣可節省省NaOH的用量。用此裝置提純沼氣，的用量。用此裝置提純沼氣，CH4的回收率高，系統的回收率高，系統運行穩定可靠。運行穩定可靠。 3 3沼氣發電的控制策略沼氣發電的控制策略第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術37機械工業出版社圍繞著提高沼氣燃燒發電或沼氣燃料電池的轉化效率，沼氣發電的控制圍繞著提高沼氣燃燒發電或沼氣燃料電池的轉化效率，沼氣發電的控制主要從以下兩個方面進行考慮：主要從以下兩個方面進行考慮：（1 1）凈化及提純沼氣）凈化及提純沼氣 沼氣發動機要解決的核心問題是沼氣的凈化處理和混合。沼氣發動機要解

30、決的核心問題是沼氣的凈化處理和混合。 1 1）沼氣的凈化處理。）沼氣的凈化處理。 2 2）沼氣發電機組的防腐處理。）沼氣發電機組的防腐處理。 3 3）電控混合器技術。）電控混合器技術。 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術38機械工業出版社圖圖59雙塔式吸收法提純沼氣雙塔式吸收法提純沼氣 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術39機械工業出版社圖圖510 沼氣熱、電、冷三聯供系統沼氣熱、電、冷三聯供系統 利用沼氣熱、電、利用沼氣熱、電、冷三聯供，提高沼冷三聯供，提高沼氣發電系統的總體氣發電系統的總體利用率，系統如圖利用率，系統如圖510所示。所示。

31、 (2)(2)沼氣燃料電池的發電控制沼氣燃料電池的發電控制第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術40機械工業出版社 一套完整的沼氣燃料電池發電系統除了具備沼氣燃料電一套完整的沼氣燃料電池發電系統除了具備沼氣燃料電池組、沼氣供氣系統、沼氣凈化及提純系統、直流穩壓器、池組、沼氣供氣系統、沼氣凈化及提純系統、直流穩壓器、逆變器以及冷卻系統之外，最重要的是燃料電池控制器，這逆變器以及冷卻系統之外，最重要的是燃料電池控制器，這樣才能對系統中的氣、水、電、熱等進行綜合管理，形成能樣才能對系統中的氣、水、電、熱等進行綜合管理，形成能夠自動運行的發電系統。其交流發電系統如圖夠自動運行的發

32、電系統。其交流發電系統如圖5 51111所示。所示。 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術41機械工業出版社圖圖511 沼氣燃料電池的交流發電系統框圖沼氣燃料電池的交流發電系統框圖 5.3.2 5.3.2 垃圾焚燒發電、電能變換與控制策略垃圾焚燒發電、電能變換與控制策略第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術42機械工業出版社目前我國對垃圾的處理手段主要集中在填埋和焚燒兩種方式。目前我國對垃圾的處理手段主要集中在填埋和焚燒兩種方式。 填埋是大量消納城市生活垃圾的有效方法，所謂直接填填埋是大量消納城市生活垃圾的有效方法，所謂直接填埋法是將垃圾填入已預備

33、好的坑中蓋上壓實，使其發生生埋法是將垃圾填入已預備好的坑中蓋上壓實，使其發生生物、物理、化學變化，分解有機物，達到減量化和無害化物、物理、化學變化，分解有機物，達到減量化和無害化的目的。的目的。 焚燒法是將垃圾置于高溫爐中，使其中可燃成分充分氧焚燒法是將垃圾置于高溫爐中，使其中可燃成分充分氧化的一種方法，產生的熱量用于發電和供暖。隨著中國化的一種方法，產生的熱量用于發電和供暖。隨著中國“十一五十一五”規劃對發展新能源，提倡環保型循環經濟的進一規劃對發展新能源，提倡環保型循環經濟的進一步重視，國家對垃圾發電產業的政策扶持會繼續加強。步重視，國家對垃圾發電產業的政策扶持會繼續加強。 1 1垃圾焚燒

34、發電的工藝流程垃圾焚燒發電的工藝流程第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術43機械工業出版社（1 1）垃圾焚燒前無分檢處理）垃圾焚燒前無分檢處理 圖圖5 51212為垃圾焚燒前無分檢處為垃圾焚燒前無分檢處理的工藝流程，美國洛杉磯市理的工藝流程，美國洛杉磯市Long BeachLong Beach垃圾發電就是采用垃圾發電就是采用這個工藝流程。這個工藝流程。 圖圖5 512 12 無分檢場垃圾發電工藝流程無分檢場垃圾發電工藝流程 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術44機械工業出版社 （2 2）垃圾焚燒前有分檢處理）垃圾焚燒前有分檢處理 圖圖5 513

35、 13 為垃圾焚燒前有分檢為垃圾焚燒前有分檢場垃圾發電工藝流程，美國夏威夷市垃圾發電就是采用這種場垃圾發電工藝流程，美國夏威夷市垃圾發電就是采用這種流程。流程。圖圖513 有分檢場垃圾發電工藝流程有分檢場垃圾發電工藝流程 2 2建設垃圾發電的必備條件建設垃圾發電的必備條件第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術45機械工業出版社（1 1）城市生活垃圾熱值應較高）城市生活垃圾熱值應較高 （2 2）城市經濟實力應較強）城市經濟實力應較強 （3 3）較完善的垃圾分類收集和轉運系統）較完善的垃圾分類收集和轉運系統 （4 4）較完善的環保處理系統）較完善的環保處理系統 3 3垃圾焚燒

36、發電的電能變換及控制策略垃圾焚燒發電的電能變換及控制策略第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術46機械工業出版社 垃圾焚燒發電的控制包括電廠的自動控制，以及發電垃圾焚燒發電的控制包括電廠的自動控制，以及發電后的電能變換控制。根據垃圾焚燒電廠控制系統的規模以后的電能變換控制。根據垃圾焚燒電廠控制系統的規模以及要求達到的控制水平，目前技術水平先進的垃圾焚燒發及要求達到的控制水平，目前技術水平先進的垃圾焚燒發電站（廠）普遍采用基于以太網、具有遠程通訊和監控能電站（廠）普遍采用基于以太網、具有遠程通訊和監控能力的現場總線構筑分布式控制系統，底層采用力的現場總線構筑分布式控制系統，

37、底層采用DCSDCS（分布（分布式控制系統）、式控制系統）、SCPSCP或或PLCPLC（可編程序控制器）、多種化學（可編程序控制器）、多種化學成份檢測傳感器（氣體、液體、固體等）及電力電子變換成份檢測傳感器（氣體、液體、固體等）及電力電子變換器（變頻器）、并網配電箱，同時對垃圾焚燒鍋爐的燃燒器（變頻器）、并網配電箱，同時對垃圾焚燒鍋爐的燃燒進行有效的控制、對尾氣進行檢測、處理、控制、對鍋爐進行有效的控制、對尾氣進行檢測、處理、控制、對鍋爐煙氣在線監控以及對發電機組的發電狀態、電能變換與無煙氣在線監控以及對發電機組的發電狀態、電能變換與無擾并網等進行實時控制。擾并網等進行實時控制。 以杭州綠能

38、環保發電有限公司城市垃圾焚燒電廠為例，簡要說明垃圾焚燒電廠的自以杭州綠能環保發電有限公司城市垃圾焚燒電廠為例，簡要說明垃圾焚燒電廠的自動控制策略。動控制策略。第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術47機械工業出版社(1)(1)垃圾焚燒的鍋爐控制垃圾焚燒的鍋爐控制 該系統的垃圾焚燒鍋爐采用日本三菱該系統的垃圾焚燒鍋爐采用日本三菱馬丁爐排垃圾焚燒處理技馬丁爐排垃圾焚燒處理技術，屬爐排爐中的反送式爐排垃圾焚燒爐。垃圾焚燒鍋爐的控制包括爐術，屬爐排爐中的反送式爐排垃圾焚燒爐。垃圾焚燒鍋爐的控制包括爐溫的控制、給料及爐排等的動作控制、風門壓力控制、風室溫度控制、溫的控制、給料及爐排

39、等的動作控制、風門壓力控制、風室溫度控制、風量控制及汽包水位控制等部分。風量控制及汽包水位控制等部分。 （2 2）垃圾焚燒系統的汽機控制）垃圾焚燒系統的汽機控制 1 1）電液調節系統。）電液調節系統。 2 2）調節回路。）調節回路。 3 3）開環控制系統。）開環控制系統。 （3 3）垃圾焚燒系統的安全保護控制）垃圾焚燒系統的安全保護控制 (4)(4)垃圾焚燒的電能變換控制策略垃圾焚燒的電能變換控制策略第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術48機械工業出版社 垃圾焚燒發電一般是由焚燒爐加熱鍋爐，產生蒸汽并驅動垃圾焚燒發電一般是由焚燒爐加熱鍋爐，產生蒸汽并驅動蒸汽輪機，并由與

40、之相連的發電機而直接發電，發出的電能除蒸汽輪機，并由與之相連的發電機而直接發電，發出的電能除了可以直接并網供電之外，也可以利用電力電子技術對電能進了可以直接并網供電之外，也可以利用電力電子技術對電能進行變換，然后再并入中高壓并網。行變換，然后再并入中高壓并網。 圖圖5 51414是垃圾焚燒發電是垃圾焚燒發電控制的系統控制的系統框圖。框圖。 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術49機械工業出版社圖圖514 垃圾焚燒發電的系統控制框圖垃圾焚燒發電的系統控制框圖 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術50機械工業出版社大型垃圾焚燒發電廠大型垃圾焚燒發電廠

41、垃圾焚燒集散控制系統垃圾焚燒集散控制系統第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術51機械工業出版社5.3.3 5.3.3 生物質直接液化制燃料油發電技術生物質直接液化制燃料油發電技術第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術52機械工業出版社 生物柴油是一種清潔的可再生能源，是以大豆、油菜籽生物柴油是一種清潔的可再生能源，是以大豆、油菜籽等油料作物以及油棕、黃連木等油料林木果實為原料制成等油料作物以及油棕、黃連木等油料林木果實為原料制成的液體燃料，具有原料來源廣泛、可再生性強、污染性低的液體燃料，具有原料來源廣泛、可再生性強、污染性低等特點，是優質的石油、

42、柴油代用品。等特點，是優質的石油、柴油代用品。 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術53機械工業出版社1生物柴油特性生物柴油特性 （1）比普通柴油更優異的產品性能）比普通柴油更優異的產品性能1）較好的低溫流動性和燃燒性能）較好的低溫流動性和燃燒性能2）具有無腐蝕性的特點）具有無腐蝕性的特點3）較好的潤滑性）較好的潤滑性 （2）比普通柴油更多元的環保特質）比普通柴油更多元的環保特質1）排放煙度低、保護大氣環境）排放煙度低、保護大氣環境2）不含對人體有害的重金屬）不含對人體有害的重金屬3）可再生的原料）可再生的原料2 2國際及國內生物柴油技術狀況國際及國內生物柴油技術狀況第

43、第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術54機械工業出版社 生物柴油產業在發達國家發展迅速，美國、德生物柴油產業在發達國家發展迅速，美國、德國、日本、巴西，包括印度都推動這項產業的發國、日本、巴西，包括印度都推動這項產業的發展，累計總產量已超過展，累計總產量已超過1000萬噸，生物燃料已實萬噸，生物燃料已實現規模化生產和應用。現規模化生產和應用。2005年，全世界生物燃料年，全世界生物燃料乙醇的總產量約為乙醇的總產量約為3107t，其中巴西和美國的產，其中巴西和美國的產量均約為量均約為1.2107t；生物柴油總產量約；生物柴油總產量約2.2106t，其中德國約為，其中德國約為

44、1.5106t。我國。我國“十十五五”計劃發展綱要提出發展各種石油替代品，將計劃發展綱要提出發展各種石油替代品，將發展生物液體燃料確定為國家產業發展方向。發展生物液體燃料確定為國家產業發展方向。 3 3生物燃料油發電方式生物燃料油發電方式 圖圖515 生物質燃料油發電方式生物質燃料油發電方式第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術55機械工業出版社5.4 5.4 生物質發電的經濟技術性評價生物質發電的經濟技術性評價1. 沼氣發電機與沼氣燃料電池發電的比較第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術56機械工業出版社 沼氣燃料電池發電與沼氣發電機發電相比不僅發

45、電效率和沼氣燃料電池發電與沼氣發電機發電相比不僅發電效率和能量利用率高，而且振動和噪音小，排出的廢氣氮氧化物和能量利用率高，而且振動和噪音小，排出的廢氣氮氧化物和硫化物濃度低，因此是很有發展前途的沼氣利用工藝。表硫化物濃度低，因此是很有發展前途的沼氣利用工藝。表53是日本某座處理水量為是日本某座處理水量為20萬萬m3/d的污水處理廠沼氣燃料電的污水處理廠沼氣燃料電池與沼氣發電的經濟分析比較。池與沼氣發電的經濟分析比較。 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術57機械工業出版社沼氣用量（m3/d）6804發電方式沼氣燃料電池（200 kW X 4）沼氣發電（600 kW）年

46、發電量（kW/a）56.1 X 10544.2 X 105發電設備耗電量（kWh/a）3.3 X 1053.6 X 105年供電量（kWh/a）52.8 X 10540.6 X 105年節省電費（萬日元/年） A73925684建設費（萬日元）7200071000年運行費用（萬日元/年）B62485056年盈利（萬日元/年）C = AB1144628表表5 53 3沼氣燃料電池與沼氣發電機發電的經濟比較沼氣燃料電池與沼氣發電機發電的經濟比較 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術58機械工業出版社2. 2. 垃圾發電的效益垃圾發電的效益第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術59機械工業出版社（1 1）資源化）資源化 垃圾焚燒后熱量用于發電，做到廢物綜合利用。據有關統計垃圾焚燒后熱量用于發電，做到廢物綜合利用。據有關統計資料稱，截至資料稱，截至20052005年，我國城市垃圾清運量已達年，我國城市垃圾清運量已達1 11013 t/a1013 t/a，若按平均低位熱值若按平均低位熱值2900 kJ/kg2