生物质燃烧和热转换（彭好义）

随着煤、石油、天然气等化石能源的不断消耗，能源危机问题接踵而来，使得人们愈来愈重视可再生清洁能源的开发利用。生物质能作为一种以碳水化合物为基体的可再生能源，具有资源丰富、可储存、可运输和环境友好等特点，在传统化石能源的替代方面将发挥重要作用。

目前，生物质燃烧发电综合效益较好，技术较为成熟，发展速度十分迅猛，生物质直接燃烧发电厂和城市生活垃圾焚烧发电厂如雨后春笋般遍布大江南北，总装机容量快速扩张。生物质成型、气化和热解技术，与生物质燃烧技术一样，都属于生物质热转化的范畴，具有相同的热学科基础。生物质通过这些热转化技术的处理，可以提高生物质能的品位和价值。

本书概述了生物质和生物质能基本概念、生物质资源及特点以及生物质能利用现状、意义、政策和发展导向，分析了生物质燃料的化学与物理特性，阐述了生物质燃烧的基本理论，比较系统地介绍了生物质直接燃烧发电、生物质压缩成型、生物质气化及生物质热解等多种热转换技术的原理、工艺、设备及其应用，侧重于构建起基本原理-系统结构-设计方法-应用实例的完整知识链。

本书的编写得到了中南大学和湖南省林业科学院的大力支持，在此表示感谢！

由于编者水平所限，书中难免存在不足之处，敬请广大读者批评指正。

编者

2020年5月

《生物质燃烧和热转换》概述了生物质和生物质能基本概念、生物质资源及特点以及生物质能利用现状、意义、政策和发展导向，分析了生物质燃料的化学与物理特性，阐述了生物质燃烧的基本理论，比较系统地介绍了生物质直接燃烧发电、生物质压缩成型、生物质气化及生物质热解等多种热转换技术的原理、工艺、设备及其应用。

《生物质燃烧和热转换》可供新能源和可再生能源领域的高等院校师生、研究人员和工程技术人员参考阅读。

第1章生物质能及生物质能利用概论1

1.1生物质与生物质能概念1

1.1.1生物质与生物质能的定义1

1.1.2光合作用与生物质能1

1.2生物质分类和资源量估算2

1.2.1生物质分类2

1.2.2生物质资源估算方法3

1.2.3生物质资源量5

1.3生物质能的特点6

1.4生物质能转换技术与利用现状7

1.4.1生物质能转换技术7

1.4.2生物质能利用现状9

1.5生物质能开发利用的意义13

1.6我国生物质能利用政策与发展导向15

1.6.1生物质能利用相关政策15

1.6.2生物质能开发利用导向16

思考和练习17

第2章生物质燃料特性与燃烧基础18

2.1生物质燃料化学与物理特性18

2.1.1生物质燃料化学组成18

2.1.2生物质燃料的工业分析与元素分析21

2.1.3生物质燃料的热值26

2.1.4生物质燃料的灰特征27

2.1.5生物质燃料的物理特性28

2.2生物质燃料燃烧物质平衡计算30

2.2.1燃烧基本概念30

2.2.2燃料燃烧物质平衡计算30

2.3燃烧过程空气消耗系数与不完全燃烧热损失的检测计算34

2.3.1空气消耗系数的检测计算34

2.3.2不完全燃烧热损失的检测计算37

2.4燃料燃烧基本理论38

2.4.1燃烧反应动力学38

2.4.2着火理论52

2.4.3燃烧温度65

2.4.4燃烧传播过程67

2.4.5均相燃烧74

2.4.6异相燃烧81

2.4.7火焰稳定的原理与方法93

思考和练习96

第3章生物质直接燃烧发电技术98

3.1生物质直接燃烧发电工艺98

3.2生物质燃料的处理与输送系统99

3.2.1生物质燃料收集与储存99

3.2.2生物质燃料的预处理100

3.2.3生物质燃料输送系统与给料方式103

3.3生物质燃烧锅炉系统104

3.3.1锅炉概论104

3.3.2锅炉燃烧设备109

3.3.3锅炉受热面119

3.3.4锅炉内部过程130

3.3.5锅炉外部过程140

3.3.6锅炉燃烧污染物排放与控制149

3.3.7锅炉的热平衡计算153

3.3.8锅炉运行156

3.4汽轮机设备164

3.4.1汽轮机的工作原理164

3.4.2汽轮机的分类164

3.4.3国产汽轮机型号165

3.4.4汽轮机本体主要结构165

3.4.5汽轮机组的辅助设备168

3.5垃圾焚烧发电174

3.5.1垃圾焚烧发电基本工艺流程174

3.5.2垃圾焚烧产物和焚烧过程175

3.5.3垃圾焚烧主要影响因素176

3.5.4垃圾焚烧设备177

3.5.5垃圾焚烧发电污染物防治和灰渣处理178

3.6燃煤耦合生物质发电181

3.6.1燃煤耦合生物质燃烧的方式182

3.6.2燃煤耦合生物质发电的特点183

3.6.3燃煤耦合生物质燃烧对系统运行的影响183

3.7生物质直燃发电工程应用实例185

3.7.1炉排锅炉生物质直燃发电工程实例185

3.7.2流化床锅炉生物质直燃发电工程实例186

3.7.3垃圾焚烧发电工程实例186

3.7.4燃煤耦合生物质发电实例187

思考和练习187

第4章生物质压缩成型技术189

4.1生物质压缩成型技术概述189

4.1.1生物质压缩成型的概念189

4.1.2生物质压缩成型技术的发展189

4.2生物质压缩成型原理190

4.2.1生物质成型燃料的成型过程及黏结机理190

4.2.2生物质成型的内在因素191

4.3物质压缩成型的主要影响因素192

4.3.1生物质种类192

4.3.2粒度和粒度分布192

4.3.3含水率192

4.3.4成型压力193

4.3.5加热温度193

4.4生物质压缩成型工艺及技术193

4.4.1生物质成型燃料的生产技术路线193

4.4.2生物质压缩成型的工艺类型194

4.4.3生物质压缩成型技术194

4.5成型燃料的物理特性及燃料性能200

4.5.1密度200

4.5.2耐久性200

4.5.3热值201

4.5.4燃烧性能201

4.6生物质成型燃料生产实例202

思考和练习205

第5章生物质气化技术206

5.1生物质气化技术概述206

5.1.1生物质气化技术概念206

5.1.2气化技术分类207

5.2生物质气化机理与气化过程210

5.2.1生物质气化机理210

5.2.2生物质气化过程217

5.3气化工艺的计算和主要指标218

5.3.1气化系统的物质平衡218

5.3.2气化系统的能量平衡220

5.3.3气化过程的主要指标222

5.4生物质气化工艺及设备227

5.4.1气化设备228

5.4.2生物质燃气净化处理238

5.4.3生物质燃气的储存与输送245

5.5生物质气化技术的应用252

5.5.1生物质气化集中供气252

5.5.2生物质气化发电253

5.5.3生物质气化制氢254

5.5.4生物质气化合成液体燃料255

思考和练习255

第6章生物质热解技术256

6.1生物质热解相关概念256

6.1.1生物质热解过程256

6.1.2生物质组分热解机理257

6.1.3影响生物质热解过程的因素259

6.1.4生物质热解的主要工艺类型261

6.2生物质炭化技术262

6.2.1炭化技术的主要特征262

6.2.2生物质炭化过程的产物262

6.2.3生物质炭化装置263

6.2.4生物质炭的性质与用途267

6.3生物质常速热解技术269

6.3.1常速热解工艺条件270

6.3.2常速热解产物270

6.3.3常速热解工艺和设备272

6.4生物质快速热解液化技术275

6.4.1快速热解工艺275

6.4.2生物油的性质及应用282

思考和练习287

参考文献288