1、1120%；薪柴的化学元素组成：49.5%；6.5%；43%；1%；1% 此外，生物质中还含有一定量的水分以及Si、Ca、Fe、Al等矿物元素。13、生物质燃料的热值高位热值：1kg生物质完全燃烧所放出的热量；气化潜热：水分在燃烧过程中变为蒸汽（燃料中H燃烧时也生成水蒸汽），吸收的热量；低位热值：高位热值气化潜热计算生物质发热量，一般取低位热值。14、农作物资源估算是在农作物产量的基础上，以草谷比计算。15、薪柴资源量估算（1）森林才伐木和木材加工剩余物，可用作燃料量按原木产量1/3估算；（2）薪炭林、用材林、防护林、灌木林等按林地面积统计放柴量；（3）四旁树（田、路、村、河）的剪枝，按树木株
2、数统计；16、人畜粪便资源 以人口数、畜禽存栏数、年平均排泄量为基础进行估算；并考虑成幼系数按类型（如湿地、岭坡、山间、草原等）及产量进行叠加统计。17、纤维素类生物质资源纤维素类生物质资源主要由：纤维素、半纤维素、木质素 构成；植物细胞壁中的纤维素和木质素通过共价键连接成网络结构，纤维素束镶嵌在其中。18、农作物秸秆（万吨）表2-10 1998年我国秸秆消费流向图2-4 我国2001年农作物秸秆资源分布秸秆焚烧：效率低、环境污染、浪费资源、影响交通；19、禽畜粪污我国主要禽畜粪污源为猪、牛、鸡。图2-7 2000年全国畜禽粪便可获得资源实物量为3.2亿吨。图2-8 河北、山东、河南、四川等地
3、资源量最多。近年来，畜禽养殖业逐步向规模化、集约化发展。全国60%以上的养殖场粪污未经处理直接排放，造成水体、土壤、空气等严重污染，畜禽养殖粪污污染已成为我国第一大污染源！养殖粪污一般用作肥料，仅西藏、青海、宁夏、内蒙古等地将其风干，作为燃料使用。采用“厌氧+好氧”技术进行处理，是目前粪污处理的发展方向。20、城市有机垃圾2001年我国生活垃圾清运量1.18亿吨，按年增长10%左右计算，至2010年，将达到2.3亿吨。表2-12 我国生活垃圾清运量历史数据（至2000年）表2-13 我国典型城市生活垃圾的组成城市生活垃圾的处理途径：堆肥、填埋、焚烧、厌氧发酵、发电、养蚯蚓。21、工业有机废弃物
4、分为工业有机固废和有机废水两类。主要来自木材加工、造纸、制糖、粮食加工等，包括木屑、树皮、蔗渣、谷壳等。22、糖类原料资源主要用来生产燃料乙醇研究及应用最多的为甘蔗。（巴西，美国）我国甘蔗主要分布在 云南、广西、广东，占全国产量90%以上。甜菜、糖蜜废水也是重要资源。23、植物，其化学能来源于太阳能取之不尽、用之不竭，环保可再生。24、能源植物的内容通常包括：速生薪炭林、含糖或淀粉类植物、产油植物，可供发酵或产油的藻类及其他植物等。广义上讲：光和效率高、生物量大，直接用于提供能源为目的的植物。25、按植物中主要物质化学类别分：（1）糖类能源植物；（2）淀粉类能源植物；（3）纤维素类能源植物；（
5、4）油料能源植物；（5）烃类能源植物；（续随子、绿玉树等）26、光合作用光合作用的初产物为葡萄糖，生物质是初产物及其各类衍生物的总称，包括：糖类、淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、脂肪等；（1）光合作用机理6CO2+3H2O+太阳能 C6H6O5+O2 n（C6H6O5 ）（生物质）（2）生物质能原理用则是其逆过程：n（C6H6O5 ）（生物质） CO2+H2O+能量（3）光合效率图2-10 光合作用过程中能量损耗（25）最终净光能利用效率不到5%！27、能源植物的品种改良技术（1）杂交育种；（2）物力诱变育种； 离子注入诱变；太空育种；物力高压育种；（3）化学诱变育种；（4）细胞工程；
6、（5）基因工程；28、重要能源植物（1）甜高粱；（2）能源甘蔗；（3）油料植物草本油料：大豆、油菜、花生、棉籽、向日葵、芝麻；木本：油棕榈、黄连木、油桐、麻风树（小桐子）、桉树、光皮树、油茶、橄榄等；产油藻类。（4）石油植物桉树、大戟科乔木、苏木科油楠属、霍霍巴、马尾松、苦配巴、香槐、黄鼠草等；（5）草本植物芒属作物。（芒草）29、薪炭林（1）薪炭林的类型a、短轮期平茬采薪型（纯薪型）；35年一个轮伐周期；b、柴薪型；用材树（1/5）与薪柴树（4/5）混种；c、薪草型；林业与畜牧业相结合；d、薪材经济型；生产燃料同时兼收果、核、种子、叶等；如山杏，沙棘 等；e、头木育新型；路、河、沟、塘边种植
7、萌生力强的乔木，每45年砍伐一次，获薪柴及木材；如桉树、刺槐、铁刀木 等；（2）发展薪炭林的途径a、人工营造；b、封山育林；c、改造残次林；d、退耕还林；30、生物质燃料的特点：（1）含碳量较少；（2）含氢量稍多；（3）含氧量多； （4）密度小。31、生物质燃料的燃烧过程 强烈的放热化学反应； 燃料、热量和空气供给； 连锁反应过程。生物质的燃烧过程如图3-1所示，可以分作：预热、干燥（水分蒸发）、挥发分析出和焦炭（固定碳）燃烧等阶段；C的燃烧，根据O2量的不同，会产生下列2种反应： C+ O2=CO2+408.86kJ 2C+ O2=2CO+246.45kJ当温度较高（超过700）时，生成的C
8、O向外扩散，遇O2再燃烧： 2CO+ O2=2CO2+570.87kJ水煤气（生物质气化）反应：C+2H2O=CO2+2H2 C+2H2O=CO+H2 C+2H2=CH432、产生火焰的燃烧分为两个阶段：挥发分析出燃烧和焦炭燃烧，前者约占燃烧时间10%，后者占90%；生物质燃料在燃烧过程种的特点：（1）温度较低时挥发分分解即非常活跃，空气供应不足易造成黑烟或黄烟；（2）焦炭燃烧时，强通风会造成黑絮，降低燃烧效率；（3）焦炭燃烧受到灰分包裹，易有残碳遗留。（4）燃烧过程空气供给量变化较大，在炉灶中不易解决。高密度的压缩成型生物质燃料，由于其压缩密实，限制了挥发分逸出速度，加之空气流通有一定的通道
9、而比较均匀，燃烧过程较为稳定，可以改善燃烧状态。33、炕连灶的综合热效率旧式柴灶的热效率一般只有12%左右；炕连灶的综合热效率一般为45%左右。34、省柴灶与节柴炉（1）省柴灶a、设有灶箅与灰室；b、设有可关的灶门；c、燃料离锅底近，吊火高度小（1216cm）；d、有拦火圈与回烟道；e、增加灶体保温措施。（2）节柴炉通过增加二次进风道，增设附炉膛等措施，炉子效率。35、旧式炕的改进 一是改变炕洞的形式，让烟气在炕洞中迂回流动； 二是尽可能减少支撑炕面的炕洞中砖的数量。36、架空炕 书上4个特点。37、节能地炕 热效率65%70%。38、锅炉燃用的生物质燃料林业采伐的枝杈、不能成材的树木、木材加
10、工和造纸厂废弃物、稻壳、蔗渣、农作物秸秆等。39、燃用生物质锅炉的应用（1）奥地利Arbesthal集中供热系统；（2）巴西的锅炉燃用生物质发电；（3）美国宾夕法尼亚州Viking木材发电厂。40、什么是沼气？41、沼气的发展历史？42、沼气的来源有什么？有什么用途？有机物在厌氧和其他适宜条件下，经沼气发酵微生物分解代谢，产生以CH4和CO2为主的混合气体，称为沼气。沼气发酵是一个由多种类群细菌参与完成的，通过分解有机物并产生以CH4和CO2为主要产物的，复杂的微生物学过程。热利用、光利用、肥料利用、生防制剂利用。（综合利用）43、19世纪人们就知道沼气的产生是一个微生物学过程；1965年美国
11、微生物学家Hungate教授创立了严格厌氧微生物培养技术，人们逐步开始认识到沼气发酵的本质（微生物学原理）：沼气发酵过程由多个生理类群的微生物在无氧条件下共同参与完成，是微生物为适应缺氧环境，利用不同类群的不同分解作用，构成完整的生化反应系列，逐步将有机质降解，最终形成甲烷、氢气和二氧化碳，即沼气。44、沼气的理化性质混合气体，无色，略有臭味，主要成分见表4-1，其中CH4占总体积50%70%，CO2占25%45%，除此之外还有少量的H2、N2、H2S、O2、CO、NH3等。45、厌氧沼气发酵的主要反应历程（1）两阶段学说：1936年由Barker首次提出，简要描述了沼气的发酵过程，该理论认为
12、沼气发酵可分为两个阶段，即产酸阶段和产甲烷阶段；（2）三阶段理论和四阶段理论1979年，Bryant等人提出，将沼气发酵过程分成由三大代谢类群微生物引起的三阶段理论，即水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段；与Bryant等人提出三阶段理论同时，Zeikus等人提出了沼气发酵四阶段理论，该理论在三阶段理论的基础上增加了耗氢产乙酸过程，即由耗氢产乙酸菌把H2和CO2转化为乙酸（CH3COOH），形成了：水解阶段、发酵（或酸化）阶段、产乙酸阶段、产甲烷阶段；46、沼气发酵的微生物类群（1）发酵性细菌水解纤维素、蛋白质、脂类为可溶性糖类、肽、氨基酸和脂肪酸等。水解菌（大多为厌氧菌，也有兼性菌）：梭状芽孢杆菌
13、、拟杆菌、丁酸菌、嗜热双歧杆菌、产气梭状芽孢杆菌、产琥珀酸梭状菌、北京丙酸杆菌和产氢螺旋体等。（2）产氢产乙酸菌将上述分解物（主要为有机酸）进一步分解为乙酸、H2和CO2（3）耗氢产乙酸菌将H2和CO2合成为乙酸，以及代谢糖类产生乙酸。（4）产甲烷菌甲烷形成是由一群生理上高度专化的细菌产甲烷菌所引起的。产甲烷菌是厌氧消化过程中所形成的食物链中的最后一组成员。将乙酸和H2/CO2转化为沼气。47、沼气发酵工艺条件（1）严格厌氧环境（2）发酵温度（8 65），发酵温度对沼气发酵产气效率的影响如下图： ，其中常温：1530 中温：35 左右高温：55 左右（3）发酵原料粪便、秸秆等农业有机废弃物及酒
14、糟、糖渣、高浓度有机肥水等工业有机废弃物。基本概念：TS、VS、灰分（图4-3）。（4）料液浓度（以TS浓度计算）6%12%，南方偏低、北方偏高，夏天偏低、冬天偏高。（5）酸碱度沼气微生物最适宜的pH值范围是6.87.5。（6）产气量、产气速度、产气率产气量：完全分解产生沼气的总量（产气潜力），m3；产气速度：单位时间的产气量，m3/h；产气率：单位时间、单位体积的产气量， m3/hm3（7）C、N、P等营养元素比例 C：N一般（2030）：1为佳；P比例以10：4：0.8为宜。（8）添加剂和抑制剂（9）搅拌（10）接种物（正常发酵沼气池发酵液、阴沟底泥或自行培养等厌氧环境下的微生物体系。48
15、、小型户用沼气池发展历史及现状 起步阶段：20世纪初，罗国瑞式水压沼气池； 探索阶段：20世纪70年代； 发展阶段：20世纪80年代； 推广沼气综合利用阶段：20世纪90年代至今。49、小型沼气池类型（按集气方式分类） （1）水压式沼气池 （2）浮罩式沼气池 （3）气袋式沼气池50、沼气发酵原料 （1）富氮原料：主要指人、畜和家禽粪便，C/N小于25：1； （2）富碳原料：主要指农作物秸秆，C/N 30：1以上。 原料收集、预处理（铡短或粉碎、堆沤）、配料（调节C/N、TS浓度等）。51、小型沼气池发酵工艺类型 （1）半连续投料沼气发酵 （2）分层满装料沼气发酵 （3）批量投料沼气发酵 （4）
16、干发酵工艺（TS：20%30%） （5）两步发酵工艺（产酸、产甲烷阶段分离）52、小型沼气池配套设施（1）输配气系统 输气管、集水器、三通、弯头、接头、脱硫器、压力计等。（2）沼气炊具 灶具、灯具等。53、安全使用小型沼气设施 （1）进入沼气池前后注意事项 通风、严禁使用明火、防止砸伤。 （2）平时使用沼气注意事项 （3）日常注意事项本部分内容可参考书上相关内容及上课讲述与视频内容。54、大中型沼气工程：是指发酵装置或日产气量具有一定规模的沼气发酵系统。 参考农业部标准：NY-T 667-2003 沼气工程规模分类 大型沼气工程：300m3以上 中型沼气工程：50m3300m3 小型沼气工程：
17、20m350m355、大中型沼气工程现状与发展（大中型厌氧反应器类型及发展历程）： 最早：单罐发酵，效率低； 20世纪40年代：澳大利亚，连续搅拌反应器（Continuously Stirred Tank Reactor, CSTR）；20世纪50年代：美国，Coulter、斯坦福大学P. L. McCarty等，厌氧滤池（Anaerobic Filter, AF），采用卵石等填料，具有里程碑式意义； 19711978年：荷兰Wageningen大学Lettinga等人，上流式厌氧活性污泥反应器（UASB）; 20世纪80年代后期：荷兰Wageningen大学环境系，膨胀颗粒污泥床反应器（ex
18、pended granular sludge bed, EGSB）;荷兰Paques公司，内循环反应器（internal circulation, IC）； 加拿大人Guiot1984年研制出上流污泥床过滤器（Upflow Blanker Filter, UBF）；目前国际沼气工程研究推广应用的发展方向：“沼气发电、余热升温、中温发酵、无储气罐、自动控制、加氧脱硫、沼液施肥、综合利用”56、活性污泥的概念：活性污泥是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称。微生物群体主要包括细菌，原生动物和藻类等，活性污泥基本概念 是由1912年英国人Clark and Cage发现对废水进行长时间曝
19、气会产生污泥并使水质明显改善，其 后Arden and Lackett进一步研究，发现由于实验容器洗不干净，瓶壁留下残渣反而使处理效果提高，从而发现活性微生物菌胶团，定名为活性污泥而来。 活性污泥中复杂的微生物与废水中的有机营养物形成了复杂的食物链。 57、关于沼气工程的几个基本概念：HRT，水力滞留时间SRT，污泥（固体）滞留时间MRT，微生物滞留时间 58、常用厌氧消化器（1）高速消化器（连续搅拌反应器，CSTR） 图4-28 恒温连续或半连续投料，HRT15d，最常用的厌氧反应器（2）接触式厌氧工艺 图4-29主要用于处理生活污水和工业有机废水，该反应器增加了微生物和废水之间的接触反应，
20、这从根本上解决了控制污泥停留时间的问题，提高了发酵效率，减少了占地面积和投资。特点是采用污泥沉淀和回流循环。（3）厌氧过滤器（AF） 图4-30 通过微生物在惰性填料的巨大表面积上形成微生物膜的方法来保证微生物的滞留时间。 填料一般为不溶解、不腐烂、耐生物降解、比表面积大、填充后空隙率高、价廉、来源广泛的物料，如卵石、炉渣、陶瓷、塑料等。（4）上流式厌氧污泥床（UASB） 图4-33反应器上部安装有“三相分离器”（5）两步法厌氧消化器水解酸化阶段 产甲烷阶段相分离，于两个反应期内进行（6）其他反应器类型干发酵、UBF、ABR、EGSB、IC59、大中型沼气工程设计（1）明确工程目标 达标排放？
21、单产沼气？沼气发电？热电肥联产？综合利用？（2）工程设计注意事项工程投资；必须重视沼气、沼液、沼渣综合利用；必须把实用性与高指标相结合。（3）工程设计内容 a、工程设计依据和内容 国家颁布的沼气相关标准、法规 b、总体布局设计 c、工艺流程设计 d、装置的选型与设计预处理、中间阶段、后处理阶段e、输气系统的设计f、储气罐设计（浮罩式、压力罐式）g、沼气脱硫h、安全生产（4）沼气工程反应器的设计 微生物学、化工原理、传热学、流体力学、机械原理（5）大中型沼气工程系统的启动A、选择接种物B、菌种的驯化富集C、启动运行（6）大中型沼气工程运行管理参见书上相关内容。60、沼气系统综合利用的原理及途径营
22、养元素（N、P、K）、微量元素（Fe、Mn、Mg、Cu、Se）、维生素（VB）、氨基酸、各种水解酶类（淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶、蛋白质酶等）、植物激素（吲哚乙酸）、抗生素、腐殖酸能源、肥料、添加剂、生防制剂生活、生产、养殖、种植、农产品加工炊事、照明、高效有机肥料、改良土壤、养猪、水产养殖、浸种、防治病虫害、栽培食用菌、无土栽培、花卉保鲜、果品储藏61、以沼气为纽带的生态模式（1）北方农村“四位一体”能源生态模式温室沼气养殖种植（2）西北地区“五配套生态果园”模式 西北农林科技大学 邱凌 教授。 沼气池猪舍厕所水窖滴灌系统（3）南方“猪沼果”、“草牧沼果”、“猪沼稻鱼”农业生态模式 江西赣州、
23、江西泰和、湖南（4）其他“猪沼酒”、“三位一体（一池三改）”沼气生态模式的核心及根本：养殖沼气种植62、沼气及沼气工程相关国家标准及法规63、沼气系统综合利用方式沼气：气调储藏果蔬、沼气做内燃机燃料、温室气肥、孵卵、照明、炊事、诱捕沼液、沼渣：饲料添加剂、浸种、育秧、沼液喷肥、沼渣施肥改土、养鱼、养殖蚯蚓、种蘑菇64、生物质固化成型的概念：将分布散、形体轻、储运困难、使用不便的纤维素生物质，经压缩成型和炭化工艺，加工成燃料，能提高容重和热值，改善燃烧性能，称为商品能源。这种技术称作“生物质压缩成型燃料技术”，也称作“压缩致密成型技术”或“致密固化成型技术”。65、生物质成型原料主要有：锯末、木
24、屑、稻壳、秸秆等纤维素类原料；纤维素类生物质包含：纤维素、半纤维素、木质素（占植物体成分2/3以上）。 纯纤维素程白色，密度1.51.56g/cm3，比热0.320.33kJ/（kgK）； 半纤维素，穿插于纤维素和木质素之间，结构复杂，酸性、加热条件下能发生水解，产物为单糖； 木质素，是一类以苯基丙烷为骨架，具有网状结构的无定形高分子化合物，不同植物木质素含量、组成不尽相同。木质素不易溶于水及任何有机溶剂，非晶体，没有熔点，70110左右软化，黏合力增加，此；200300 时软化程度加剧，施加一定压力，无需黏结剂，即可得到与挤压模具形状一致的成型燃料。66、生物质成型的原理 一般植物在10%左
25、右以下含水率时，需施加较大的压力，使其非弹性或黏弹性的纤维分子之间相互缠绕、胶合，进而固化成型；对于木质素等黏弹性组分含量较高的原料，若温度达到木质素的软化点，则可施加一定的压力，制备成型燃料； 被粉碎的生物质粒子，在外力和黏结剂的作用下，重新组合成具有一定形状的生物质成型块。67、压缩成型的工艺类型根据主要工艺特征的差别，可划分为湿压成型、热压成型、炭化成型三种基本类型； （1）湿压成型 湿压成型燃料块密度较低，设备简单，易操作，但部件磨损较快，烘干费用高，且多数产品燃烧性能较差。（2）热压成型热压成型机械主要有：螺旋挤压成型机、机械（液压）驱动活塞式成型机，如图5-4、图5-5；（3）炭化
26、成型工艺 首先将生物质原料炭化或部分炭化，然后再加入一定量的黏结剂挤压成型；若不使用黏结剂，成型燃料容易破损、开裂；68、生物质成型常用黏结剂为了使成型块在运输储存和使用时不致破损、开裂，并具有良好的燃烧性能，理想的黏结剂必须能够保证成型块具有足够的强度和抗潮解性，并且在燃烧时不产生烟尘和异味，最好黏结剂本身也可以燃烧。常用的黏结剂分无机、有机和纤维类三种；无机的包括：水泥、黏土、水玻璃等（灰分增大，热值降低）；有机的包括：焦油、沥青、糖浆（30%）、树脂、淀粉（4%）等，有异味。 纤维类包括：废纸浆、水解木纤维等工业废弃物。69、生物质压缩成型及炭化工艺类型中国旅游特产门户 70、生物质压缩
27、成型工艺流程71、国内外常见的成型机技术主要包括三大类： 螺旋挤压技术、活塞冲压技术、压辊式成型技术；常用前2种。72、成型生物质燃料的物理特性及燃烧性能 （1）密度 提高几倍乃至几十倍，至1.11.4t/m3，形状规则，便于储存运输（2）热值 1630020900kJ/kg，表5-2 不同成型燃料的性能指标 （3）强度 轴向压缩最大破坏载荷可达几吨至十几吨，横向压缩最大破坏载荷为0.260.98t，与生物质原料相比，强度大幅提高。 （4）吸湿性 无论哪种生物质成型燃料都不能直接和水接触，否则会很快膨胀、软化、松散。（5）燃烧性能 a、成型燃料密度大，从而限制了挥发物的逸出速度，延长了挥发物的燃烧时间； b、成型燃料质地密实，炭燃烧更加完全充分； c、整个燃烧过程O2的供应趋于平衡，燃烧效率高，过程稳定；73、影响生物质成型燃料制备的主要因素 （1）原料含水率 过高则加热时产生大量水蒸气，造成表面开裂，严重时产生爆鸣；太低时因水分对木质素具有软化、塑化的作用，则生物质难以成型。 表5-4 原料含水率对成型的影响，一般在612%。 （2）成型温度 表5-5 温度对不同物料成型的影响，木屑240260，秸秆220260 ；（3）原料种类 （4）原料粒度粒径越小，形变越大，越有利于压缩，通常要求原料粒径小于5mm
