前言

第一章 绪论

第一节 生物质概述

一、生物质和生物质资源

二、生物质资源可利用数量

三、生物质资源的利用形式

第二节 生物质能源概述

一、生物质能源发展背景

二、生物质能源的种类

三、生物质能源的特点

第三节 生物质能源的发展现状

一、生物质能源发展历程

二、生物质能源发展现状

复习思考题

主要参考文献

第二章 沼气与沼气发酵

第一节 沼气概述

一、沼气的性质

二、沼气发酵原理

第二节 沼气发酵微生物

一、自然界的沼气发酵微生物

二、不产甲烷菌

三、产甲烷菌

四、沼气发酵微生物之间的相互关系

第三节 沼气发酵的主要影响因素

一、发酵环境

二、发酵物料

三、发酵过程调控

第四节 沼气发酵类型

一、按发酵温度分类

二、按进料方式分类

三、按发酵阶段分类

四、按发酵物料浓度分类

复习思考题

主要参考文献

第三章 沼气生产技术

第一节 户用沼气技术

一、户用沼气池类型

二、户用沼气池的建池技术

三、户用沼气池的运行管理及注意事项

第二节 大中型沼气工程技术

一、沼气工程厌氧反应器类型

二、常规反应器

三、污泥滞留型反应器

四、附着型反应器

第三节 大中型沼气工程的设计与能量平衡分析

一、大中型沼气工程的设计

二、沼气工程的能量平衡分析与计算

第四节 沼气的净化和输配利用

一、沼气的净化和储存

二、沼气的输配

三、沼气的利用

第五节 沼液沼渣的综合利用

一、沼液沼渣的特性

二、沼液沼渣的利用

三、以沼气发酵为纽带的生态农业模式

第六节 沼气生产实例

复习思考题

主要参考文献

第四章 生物质制氢技术

第一节 氢能与生物质制氢原理

一、氢的性质与氢能利用

二、生物质制氢的基本原理

三、生物质制氢的特点

第二节 生物质制氢工艺与装置

一、生物质制氢工艺

二、生物质制氢装置

第三节 生物质制氢系统设计

一、光合细菌连续制氢试验系统设计方案

二、太阳聚光传输与辅助光源系统设计

三、光合细菌连续制氢反应器及辅助单元设计

四、太阳能光合细菌连续制氢试验系统特点

复习思考题

主要参考文献

第五章 生物质气化燃料技术

第一节 生物质气化基本原理

一、生物质气化原理

二、生物质气化的分类

三、生物质燃气特性

四、生物质气化的影响因素

第二节 生物质气化技术

一、固定床气化炉

二、流化床气化炉

三、生物质气化过程的指标

第三节 生物质燃气的净化与应用

一、生物质燃气的净化

二、生物质燃气的主要用途

第四节 生物质气化集中供气系统

一、生物质气化集中供气系统

二、生物质气化典型应用实例

三、生物质气化集中供气使用时应注意的问题

复习思考题

主要参考文献

第六章 生物质液化燃料技术

第一节 生物质热解液化原理

一、生物质热解概述

二、生物质热解原理

三、生物质的热解过程和产物

四、生物质热解的影响因素

第二节 生物质热解液化技术

一、生物质热解液化工艺

二、生物质热解液化反应器

三、生物油的性质

四、生物油的应用

第三节 生物质直接液化原理

一、生物质直接液化的概念

二、生物质直接液化原理

三、生物质直接液化的影响因素

第四节 生物质直接液化技术

一、生物质直接液化工艺

二、生物质直接液化设备

三、液化油的特性

复习思考题

主要参考文献

第七章 燃料乙醇技术

第一节 乙醇的性质与用途

一、乙醇的理化性质

二、乙醇的用途

第二节 乙醇生产原理

一、乙醇生产的主要方法

二、乙醇发酵的生化反应过程

三、乙醇发酵的微生物学基础

四、乙醇发酵方法

第三节 乙醇蒸馏

一、乙醇蒸馏的基本原理

二、乙醇蒸馏设备

三、乙醇蒸馏工艺

四、无水乙醇的生产工艺

第四节 糖质原料乙醇发酵工艺

一、糖蜜发酵生产乙醇的工艺

二、甘蔗直接生产乙醇工艺

三、甜菜生产乙醇工艺

四、甜高粱茎秆汁液制取乙醇工艺

第五节 淀粉质原料乙醇发酵工艺

一、原料粉碎

二、蒸煮糊化

三、糖化

四、乙醇发酵

第六节 纤维素类原料乙醇发酵工艺

一、纤维素类原料的化学组分

二、纤维素类原料的糖化

三、纤维素发酵生产乙醇工艺流程

复习思考题

主要参考文献

第八章 生物柴油技术

第一节 生物柴油生产原理与基本方法

一、生物柴油生产原理

二、生物柴油制备的基本方法

第二节 生物柴油的制备工艺

一、化学法生物柴油生产工艺

二、酶法生物柴油生产工艺

三、甘油回收

第三节 生物柴油的理化性质

一、生物柴油的特性

二、生物柴油的理化指标及其测定方法

三、生物柴油的质量标准

第四节 生物柴油工程实例

一、生产规模

二、工艺路线

三、工艺设备流程

四、相关工艺参数

第五节 制备生物柴油的原料

一、食用油及其废弃油

二、油料作物

复习思考题

主要参考文献

第九章 生物质固体燃料技术

第一节 生物质致密成型原理及工艺

一、生物质致密成型原理

二、生物质致密成型工艺

第二节 生物质成型燃料的特性

一、密度

二、耐久性

三、热值

四、燃烧性能

第三节 生物质致密成型设备

一、螺旋挤压式成型设备

二、活塞压力式成型设备

三、压辊式成型设备

第四节 生物质炭化技术

一、木炭的性质

二、生物质炭化设备

复习思考题

主要参考文献

第十章 生物质能项目技术经济评价

第一节 项目技术经济评价的基础理论

一、项目技术经济评价概述

二、项目技术经济评价的指标

三、项目技术经济评价的基本原理

第二节 项目技术经济评价的基本方法

一、项目技术经济评价的确定性评价方法

二、项目技术经济评价的不确定性分析方法

三、项目备选方案的评价方法

第三节 生物质能项目技术经济评价实例

一、户用沼气的技术经济评价

二、生物质气化发电的经济效益分析

三、大中型养殖场沼气工程经济效益评价

四、“四位一体”能源生态模式经济效益评价

复习思考题

主要参考文献2100433B

李文哲主编的这本《生物质能源工程》是根据农业建筑环境与能源工程本科专业需求编写的。全书共分十章，内容包括：沼气与沼气发酵；沼气生产技术；生物质制氢技术；生物质气化燃料技术；生物质液化燃料技术；燃料乙醇技术；生物柴油技术；生物质固体燃料技术；生物质能项目技术经济评价等。本教材不仅作为农业建筑环境与能源工程本科教材，而且适用于新能源和可再生能源领域相关专业本科生和研究生的教材，并可作为从事相关专业的高等院校师生、科研和工程技术人员的参考书。

能源问题已成为当今世界面临的主要问题之一。随着现代社会对于化石能源高度依赖和大量消耗，能源短缺成为经济发展的重大潜在风险，也使人类社会面临战争和饥荒等重大威胁。生物质能源与核能、风能、太阳能共同构成新能源的初步格局，其总量已成为世界第四大能源，排位仅次于煤炭、石油和天然气，在整个能源系统中占有重要地位，是替代化石能源的主力军之一。

在众多的生物质原料中，草本能源作物以其独特优势占据重要地位。能源草不仅具有高光效、高生物产量，相对于其他生物质原料，能源草更易于在种植、收获、运输、储藏等生产过程中实现全程机械化操作，达到常年连续生产。此外，能源草品种多具有较强的抗逆性，可在边际和荒弃土地种植，在土地利用上同样拥有较大优势。现阶段，我国仍属于发展中国家，能源发展需完全建立在粮食安全的基础上，能源草作为非粮能源作物保证了“不与人争粮、不与粮争地”的发展前提。种植能源草还可减少土壤侵蚀，增加贫瘠土壤有机成分，提高天然有机碳储量，吸收空气中的CO2，直接影响气候变化。

能源草作为第二代新型能源作物，已在世界各国能源发展计划中占据重要部分。目前，能源草的利用形式主要包括生物液体燃料、生物燃气、成型燃料以及直接燃烧利用。现阶段，我国对能源草的研究开发利用，包括品种选育、边际土地适应性、稳定性、种植示范、田间管理与收集运输、燃料开发示范等方面，仍处于初始或空白阶段，企业及社会对能源草的了解也非常有限。

本书编写是在“十二五”国家863计划课题“边际土地能源草分子育种与新种质创制(2012AA101801)”及“能源草高效制备生物天然气关键技术研究(2012AA101802)”，“十二五”国家973计划项目“草本能源植物培育及化学催化制备先进液体燃料的基础研究(2012CB215300)”，国家自然科学基金“割手蜜蔗糖磷酸合成酶基因(SPS)的克隆与表达调控研究(31272493)”、“斑茅关键木质素合成酶基因克隆、RNA干扰及抗逆性表达研究(31302026)”及“十一五”国家科技支撑计划课题“耐盐碱能源草筛选与新品种培育(2009BADA7B04)”等项目课题的研究基础上，不断吸收国内外先进技术和最新的科研成果，从基本概念、主要草种、利用技术、政策法规等方面对能源草及主要能源植物进行较为详尽的介绍，确保全书各章节的相关性，知识点清晰，重点内容论述全面。

本书共分五章，即绪论、主要能源草、其他主要非粮能源植物、能源草开发利用技术、生物能源政策法规及规划。本书由中国农业大学、中国科学院广州能源研究所、四川省草原科学研究院等单位的专家学者共同完成。第一章由马隆龙、杨富裕、孙永明、王亚梅和田雪编写，第二章由张蕴薇、白史且、鄢家俊、杨富裕、刘斯佳、李洪超、徐然、庞帝琼、吴春会、黄艳华、汪辉、张妍娜、高凤芹编写，第三章由高凤芹、张妍娜、杜娟、林炎丽编写，第四章由袁振宏、孙永明、李连华、孔晓英、施晨璐编写，第五章由康利平编写。本书可作为大专院校选修课参考教材，也可供草业、生物质能等相关专业学者阅读参考，同时可作为相关企业进行培训的指导用书。

本书力求立论准确，语言流畅，但编者水平有限，书中难免有疏漏之处，恳请读者见谅并不吝赐教，使得本书日臻完善，造福行业。

编著者

2014年2月

生物质燃料是将农作物秸杆、木屑、锯末、花生壳、玉米芯、稻壳、树枝、树叶、干草通过压缩成型直接利用的燃料。无任何添加剂和粘结剂。是一种可再生的清洁能源。根据中华人民共和国《可再生能源法》的要求，国家发改委于2006年8月组织编制了《可再生能源中长期发展规划》，提出了2010年至2020年可再生能源的发展目标和任务，其中，生物质固体成型燃料分别达到100万吨和5000万吨，并确立了生物质固体成型燃料作为现代清洁能源的地位。我国城市拥有大量的小型手烧燃煤锅炉，其中大都分布在城市内及城市周边，由于烧的都是含硫量高的劣质煤，因小型锅炉无脱硫装置，加上司炉水平低等因素，冒黑烟、硫污染等直接影响了城市及周边的空气质量，为此，取消城市小型煤锅炉及煤改气、电的呼声很高，且许多城市已采取了行动，但由于气源紧张、电价昂贵，而城市热力又达不到的城市或地方，收效甚微。用清洁的生物质燃料替代煤，在城市小型锅炉内使用就成为首选。但大多数小型锅炉的结构均不适合使用生物质燃料（仍有冒黑烟、粉尘污染等现象），而生物质专用燃料燃烧装置彻底地解决了生物质燃料在锅炉中的燃烧问题。它根据生物质燃料挥发分大的特点，综合应用了反烧法、煤制气法、悬浮燃烧等多种洁净燃烧技术，使生物质燃料燃烧完全，解决了冒黑烟的本质问题。锅炉煤的洁净燃烧理论认为，煤的洁净燃烧必须满足三个条件：

1、要求较高的温度（不低于380℃）。

2、可燃烧气体在高温区停留的时间要长。

3、充足的氧气。

反烧法、煤制气法、悬浮燃烧技术为当代公认的洁净燃烧技术。生物质燃料专用锅炉的结构实现了上述洁净燃烧的条件及技术，由炉体及燃料装置（炉胆、外筒、加料口）、上炉排、可拆快组合卫燃带，可拆快换悬挂炉排、下炉排、炉内除尘装置、出灰装置及二次风口，三次配风口和烟气出口等组成。

工作原理：生物质燃料从加料口或上部均匀地铺在上炉排上，点火后，开启引风机，燃料中的挥发分析出，火焰向下燃烧，在卫燃带、悬挂炉排所构成的区域迅速形成高温区，为连续稳定着火创造了条件，小于上炉排间隙且挥发分已燃尽的炙热燃料和未燃尽的微粒，在引风机及重力的作用下，一边燃烧一边向下掉落，落在温度很高的悬挂炉稍作停留后继续下落，最后落到下炉排上，未完全燃烧的燃料颗粒继续燃烧，燃尽的灰粒从下炉排落入出灰装置的灰斗，当积灰到一定高度时，打开出灰闸板一并排出。在燃料下落的过程中，二次配风口补充一定氧气，供悬浮燃烧，三次配风口提供的氧气的为下炉排上的燃烧助燃，完全燃烧后的烟气通过烟气出口通往对流受热面。大颗料烟尘通过隔板向上时由于惯性甩入灰斗，稍小的灰尘通过除尘挡板网阻挡又大部分落入灰斗，仅部分极其细小的微粒进入对流受热面，极大地减少了对流受热面的积灰，提高了传热效果。使用成型生物燃料时，可拆掉细颗料燃料附加炉排、卫燃带、悬挂炉排及炉内除尘网。

优点：

①、可迅速形成高温区，稳定地维持反烧、煤气化燃烧及悬浮燃烧状态，烟气在高温炉膛内停留时间长，经多次配风，上边进料，下边出火，下吸式燃烧，燃烧充分，燃料利用率高，不冒黑烟。

②、采用炉内除尘装置，与之配套的锅炉烟尘排放原始浓度低，可不用烟囱。

③、燃料燃烧连续，工况稳定，不受添加燃料或捅火的影响，可保证出力。

④、水冷炉排管采用防结渣装置，燃烧稳定，清理方便。

⑤、操作简单、方便无需繁杂的操作程序。

⑥、燃料适应性广。

⑦、本燃烧装置，可广泛用于旧的燃煤锅炉的改造及与新制造的生物质锅炉的配套生产，具有极好的市场市景。

第一章绪论/1

第一节生物能源相关概念1

第二节能源草概念及基本特征1

一、生物质资源和能源植物分类1

二、能源草基本概念2

三、能源草基本特征2

第三节发展生物能源的意义2

一、缓解能源危机2

二、促进能源结构优化3

三、保护生态环境3

四、推进社会主义新农村建设3

五、提高土地利用率4

第四节国内外生物能源的发展及现状4

一、国内外沼气产业发展及现状4

二、国内外燃料乙醇产业发展及现状12

三、生物质成型燃料技术产业发展现状16

第五节能源草的发展现状及发展前景18

一、国际上能源草发展现状18

二、中国能源草发展现状19

三、能源草产业发展存在的问题20

四、未来能源草发展重点与发展前景21

五、加快我国能源草科学研究和产业、发展的建议22

参考文献22

第二章主要能源草/24

第一节柳枝稷24

一、形态学和生物学特性24

二、遗传育种研究30

三、生理生化特征37

四、栽培及管理技术43

五、开发利用现状与前景47

第二节狼尾草属能源草57

一、杂交狼尾草57

二、象草62

三、生理生化特征66

四、遗传育种研究67

五、开发利用现状与前景67

第三节芒属能源草70

一、种类及生态分布71

二、形态学和生物学特征72

三、生理生化特征84

四、栽培及管理技术86

五、开发利用现状与前景89

第四节荻属能源草96

一、种类及生态分布97

二、形态学及生物学特征98

三、生理生化特征102

四、栽培及管理技术104

五、开发利用现状与前景107

第五节草属能源草109

一、种类及生态分布109

二、形态学和生物学特征109

三、生理生化特征111

四、遗传育种研究113

五、栽培及管理技术114

六、开发利用现状与前景115

第六节甘蔗属能源草117

一、割手密117

二、斑茅120

三、种质资源收集和新品种培育122

四、栽培与管理技术126

五、开发利用现状与前景126

第七节芦竹属能源草128

一、形态学和生物学特征128

二、生理生化特征131

三、栽培及管理技术133

四、开发利用现状与前景136

第八节芨芨草属能源草139

一、种类及生态分布139

二、形态学和生物学特征139

三、遗传多样性研究140

四、栽培及管理技术140

五、开发利用现状与前景141

参考文献142

第三章其他主要非粮能源植物/179

第一节富糖能源植物179

一、甜高粱179

二、甘蔗197

三、甜菜201

第二节富淀粉能源植物204

一、葛根204

二、木薯211

三、甘薯214

四、菊芋218

第三节富烃能源植物221

一、文冠果221

二、光皮树225

三、黄连木228

四、山苍子231

五、山桐子233

六、无患子236

七、小桐子239

八、盐肤木242

九、油棕243

第四节富木质纤维能源植物246

一、杨树246

二、速生柳248

三、桉树251

四、栎树254

五、柽柳257

六、锦鸡儿260

七、沙柳263

八、羊柴264

九、胡枝子266

十、梭梭268

参考文献271

第四章能源草开发利用技术/284

第一节生物燃气制备284

一、发酵产沼气的基本原理284

二、木质纤维素类原料发酵产沼气的工艺流程285

三、制备生物燃气的影响因素289

第二节液体燃料制备293

一、发酵乙醇转化过程的基本原理293

二、木质纤维素类原料乙醇的工艺流程293

三、能源草制备燃料乙醇的影响因素297

第三节成型燃料制备302

一、木质纤维素原料制备成型燃料的基本原理302

二、木质纤维素类原料制备成型燃料的工艺流程303

三、能源草制备成型燃料的影响因素305

第四节能源草本植物在能源领域的前沿技术306

一、燃烧技术306

二、热裂解制生物油技术307

三、生产生物航空燃料308

参考文献308

第五章生物能源政策法规及规划/311

第一节生物能源法律法规311

一、可再生能源法311

二、节约能源法312

三、循环经济促进法312

四、其他相关法律312

第二节生物能源战略规划312

一、国民经济与社会发展规划312

二、可再生能源产业发展规划313

三、生物质能产业发展规划315

四、专项与地方规划315

第三节生物能源行政监管316

一、燃料乙醇316

二、生物柴油317

三、生物质发电317

四、沼气318

五、固体成型燃料318

第四节生物能源财税扶持318

一、综合政策318

二、生物液体燃料320

三、生物质发电321

四、沼气322

五、固体燃料322

第五节国际生物液体燃料政策323

一、美国323

二、欧盟325

三、巴西326

四、加拿大327

五、日本327

参考文献330