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生物質能的物質基礎知識
發布時間: 2017-6-3
                  生物質能的物質基礎
一、生物質原料的類型
  按原料的化學性質分,生物質能資源主要為糖類、淀粉和木質纖維素物質。
  按原料來源分,則主要包括以下幾類:
  ①農業生產廢棄物,主要為作物秸稈;
  ②薪柴、枝權柴和柴草;
  ③農林加工廢棄物、木屑、谷殼和果殼;
  ④人畜糞便和生活有機垃圾等;
  ⑤工業有機廢棄物、有機廢水和廢渣等;
  ⑥能源植物,包括所有可作為能源用的農作物、林木和水生植物資源等。
  能源植物包括糖類、淀粉和纖維素類原料,是未來建立生物質能工業的主要資源基礎,是今后生物質能資源發展的主要方向。
二、生物質能資源的特點
  與礦物能源相比,生物質在燃用過程中對環境污染小。
  生物質能蘊藏量巨大,而且是可再生的能源。只要有陽光照射,綠色植物的光合作用就不會停止,生物質能也就永遠不會枯竭。
  生物質能源具有普遍性、易取性,幾乎不分國家、地區,它到處存在,而且廉價、易取,生產過程極為簡單。
  可再生能源中,生物質是唯一可以儲存與運輸的能源,這給其加工轉換與連續使用帶來一定的方便。
  生物質揮發組分高,碳活性高,易燃。在400℃左右的溫度下,大部分揮發組分可釋出,而煤在800"C時才釋放出30%左右的揮發組分。將生物質轉換成氣體燃料比較容易實現。生物質燃燒后灰分少,并且不易黏結,可簡化除灰設備。
  提倡生物質能開發利用,有助于改善生態環境。大力開發生物質能,就要積極植樹、種菜,綠化大地,美化環境,凈化空氣,保持水土,減少風沙。在用科學方法利用生物質的熱能后,剩余部分還可還田,改良土壤,提高肥力。
  生物質能源也有弱點,從質量密度的角度來看,’作為燃料與礦物能源相比不具優勢,是能量密度較低的低品位能源。它質量輕,體積大,給運輸帶來一定難度,并且風、雨、雪、火等外界因素為它的保存帶來不利影響。
三、生物質的化學組成
  糖類和淀粉類原料的化學組成相對簡單,主要由葡萄糖單糖或多糖組成。
  廣泛利用的生物質主要屬于纖維素類,不同來源的生物質其化學組成也不盡相同。
  農作物秸稈主要化學元素組成:碳40%~46%、氫5%~6%、氧43%~50%、氮O.6%~1.1%、硫O.1%~0.2%;經完全燃燒,灰分3%~5%、磷1.5%~2.5%、鉀11%~20%。
  薪柴化學元素組成:碳49.5%、氫6.5%、氧43%、氮1%;經完全燃燒,灰分少于1%,還有少量鉀和其他微量元素。
  纖維素類生物質顆粒燃料在燃燒過程中,各元素發揮了不同的作用,形成相應的氧化產物。
  1)碳(c)是燃料中的主要元素,其含量多少決定著燃料發熱值的高低,含碳量越高,發熱量越多。燃燒后變為C02或CO。lkg純碳完全燃燒約釋放33 913kJ的熱量。純碳不易燃燒,含碳越高,燃點越高,點火越難。碳以兩種形式存在:一種是它與氫和氮組成化合物,燃燒時以揮發物形式析出燃燒;另一種是固定碳,揮發物析出后在更高的溫度下才能燃燒。柴草中固定碳的含量比煤炭少得多,前者為12%~20%,后者為80%~90%,因此柴草易點燃和燃盡。
  2)氫(H)常以碳氫化合物形式存在。lkg純氫燃燒可放出142 300kJ的熱量。氫的燃燒產物是水蒸氣,汽化潛熱要帶走一部分熱量(22 600kJ),實際放熱為119 700kJ。氫禽量越多,越容易燃燒。
  3)硫(S)作為燃料是一種有害物質。1kg純硫燃燒放出9210kJ熱,生成SO,或S03。箕在煙氣中若與水蒸氣發生化學反應生成亞硫酸(H2s03)或硫酸(H2s04),腐蝕金屬,污染大氣,危害人體,影響植物生長。
  4)磷(P)可燃,燃燒后生成五氧化二磷(P205),是草木灰中的磷肥。
  5)鉀(K)可燃,燃燒后生成氧化鉀(K20),是草木灰中的鉀肥。
  6)氮(N)和氧(o)。氯不能燃燒,氧可助燃。它們不產熱,會降低燃料的發熱量(吸熱)。農作物秸稈和薪柴還含有一定量的水分和少量的其他礦物質。水分在燃燒過程中產生水蒸氣,吸收熱量(稱為汽化潛熱),隨煙氣跑掉,帶走一部分熱量;其他礦物質有Si02、A1203、CaO、Fe203等,它們是灰分。在纖維素生物質中,稻草與稻殼含灰量較大,超過10%;其他纖維素生物質含灰量通常小于3%。
四、生物質燃料的熱值
  生物質燃料主要有農作物秸稈、薪柴、野草、畜糞和木炭等,通常它們都含有不同比例的水分。lkg生物質完全燃燒所放出的熱量稱為它的高位熱值。水分在燃燒過程中變為蒸氣(燃料中氫燃燒時也生成水蒸氣),吸收一部分熱量,稱為汽化潛熱。高位熱值減去汽化潛熱值得到的熱量,即為lkg生物質的低位熱值。國內在燃用生物質過程中計算它的發熱量時,常常取(如果不特別注明)低位熱值這個數據(表)。
     常見燃料熱值表

燃料熱值/(kJkg)

燃料 熱值/(kJkg)

燃料 熱值/(kJkg)

燃料 熱值,(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

液化天然氣 35 588

油田伴生氣41 868

液化石油氣 50 242

焦爐氣 18 003

城市煤氣 16 747

甲烷 35 822

沼氣 20 934

   10 780

一氧化碳 12 628

3600[kJ(kWh)


  注:同一種燃料隨產出情況的不同,其所含可燃成分也不盡一致,其熱值在一定范圍內變化;表中所列數值多為近似平均數,是參考值;熱量單位國際上用焦耳(J),國內有的文獻中還有用卡(cal)的,它們的換算關系是leal=4.1868J;熱量計算中還常出現“標準煤”(煤當量)的字樣,我國定義的標準煤量值(世界各國尚未統一)是熱值29 30010為lkg標準煤;目前我國將原煤換算成標準煤,按平均熱值20 900kJ/kg計算,換算系數為0.714,原油按41 868kJ/kg計算,換算系數為1.429,天然氣按38 979kJ/m3計算,換算系數為1.33,水力發電的熱功當量計算,lkW·h水電等于3600kJ,換算系數為0.123;標準煤的符號為lkg標準煤——lkgce;It標準煤——1tce
  由于水分在轉變成蒸氣時吸收熱量,因此每種生物質都含水量不同導致其低位熱值不一樣,含水量越大,其低位熱值越小。
 
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