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课程：新能源开发与利用专业：农业机械化及其自动化姓名:XＸＸ学号：ＸXXXＸXXＸ教师：XXX小型家用气化炉设计及数值计算XXX(院系:南农工学院农机系学号:XＸXXXXXX E－mail:XXXＸXXX@ｑｑ.com)摘要:随着化石燃料资源的日益减少以及在利用过程中对环境造成的巨大破坏，生物质能的资源化利用正受到越来越多的重视。
而小型家用生物质气化技术由于具有结构简单，管路短,操作维护简单方便，耗资少等优点，适应于我国农村目前普遍的经济水平和组织体制。
本文结合我国农村的实际情况，设计出小型家用生物质上吸式气化炉。
该小型家用气化炉解决了现役气化炉中气化性能不理想，焦油含量高的问题。
相信此类气化炉将在未来占据一定规模的市场份额,逐步推广到我国农村偏远地区,为解决民生问题作出巨大贡献。
关键词：气化炉；生物质;数值设计；秸秆；净化装置Ｓmall Hoｕsehold Gasifｉｅr Ｄesign Ａnd Nｕmｅｒiｃa ｌＣａｌｃulaｔｉoｎＸXX（departmeｎｔｓ:soutｈNongJiXｉa&m colｌege sｔｕｄenｔnumbｅr: XXXXXXX E-ｍail:XXXＸXXX@）Ａbｓｔｒａct：Ｗitｈtｈｅdwｉnｄｌiｎｇof fossil fuｅl rｅｓｏurceｓａｎd cau ｓeｄeｎormoｕs dａｍaｇe to tｈe ｅnvironｍenｔin the process of utiｌｉzaｔion, biｏmasｓutilizatiｏn is beiｎｇｍoｒeａnd mｏrｅattｅnｔion.And ｂecause small household biomass gaｓｉficaｔiｏnｔechnology has the adｖａntaｇes ｏf sｉmple ｓt ｒuｃturｅ，short linｅ，siｍｐle aｎd convenienｔoperaｔion and mａintenancｅ, lｅss cost, ａdapted to the cuｒrent gｅneral econｏmic leveｌａnｄorganizａｔioｎｓystem ｉn the rｕral ａｒeas.Ｃombiｎed wｉth tｈe acｔual sitｕａtion oｆour country rural arｅa, tｈiｓpaper ｄｅsigｎed ａsmａll ｈoｕseｈold suｃｔion onｔhe bｉomass ｇａsifｉer．Thｅsmall houｓｅhoｌd gasifierｈaｓsolved the actｉv ｅsｅｒvｉce iｎｔheｇasifｉｅr ｇasificａtion peｒfｏrｍance iｓnoｔideal，thｅｐrｏｂlｅｍoｆｈighｔａr cｏｎtent．Belｉeve ｔhis kｉnd of gasifｉeｒwiｌl oc ｃupｙｔhe markｅt ｓhare ｏf a ｃertain sｉze in thｅfutuｒe，grａｄuａlly to re ｍotｅrurａl areas in Cｈina,ｔhe hｕｇe cｏntribｕｔｉon to soｌveｔhe pｒoｂlｅm oｆthe peoｐｌe's lｉveliｈｏod.Keｙwｏrds：gaｓｉfｉer；biomass;nｕmｅrｉｃａl desiｇn；ｓtraw; ｐuｒifｉｃａｔion plant0 引言在世界能源消耗中，生物质能源一直是人类赖以生存的重要能源，是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量的第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。
德士古气化炉气化反应过程的数值模拟与特性分析郭威;钟伟民【期刊名称】《华东理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(044)002【摘要】Coal gasification technology has played an important role in coal development and utilization approaches of coal.Texaco gasifier,as a representative of the mature gasifier,is purchased by most of the enterprises to carry out industrial production.In order to improve the gasification process,detailed numerical simulation is necessary.Based on Fluent software,numerical simulation of the coal gasification process for a Texaco gasifier was investigated with a comprehensive model.Previous geometric model of gasifier payed more attention to simple two-dimensional rectangle shape,and ignored the effect of nozzle and spherical head on the flow field of the gasifier.In addition,previous researches mainly focused on the method of probability density function,while it was hard to use non-premixed combustion model to simulate the heterogeneous reactions of coke with CO2,H2O and other substances.Therefore,the distribution of the components in the gasifier can't be well reflected.In this paper,Finite Rate/Eddy-Dissipation model was adopted to simulate the coal gasification process and DPM(Discrete Phase Model) was adopted to solve the multiple-surface-reactions of coal pared with the non-premixed probability density function method,the results weremore accurate.Standard k-ε turbulent model was adopted to close the momentum equation.P-1 radiation model was adopted to simulate the internal radiation characteristics of gasifier.The validity of the model was confirmed by comparing the model prediction data with industrial data.On the basis of this model,the coupling relationship of the threefactors,including the coal slurry flow rate,oxygen flow rate and coal slurry concentration was investigated.The effect of the center oxygen ratio defining as the proportion of center oxygen to total oxygen on the gas components of gasifier outlet,the efficiency of effective components,the outlet temperature and the carbon conversion ratio were investigated;A reference was provided to improve the efficiency of effective components and the carbon conversion ratio,and to ensure industry production safety.%利用Fluent软件对德士古水煤浆气化炉进行数值模拟仿真.用Finite Rate/Eddy-Dis-sipation(有限速率/涡耗散)模型求解气化过程;用Standard k-ε湍流模型封闭动量方程;用DPM (离散相)模型设置并求解煤粉燃烧的多步焦炭反应;用P-1辐射模型模拟气化炉内辐射特性.通过比较模型预测的数据与工业数据的差别,证实了模型的有效性.在此模型基础上考察了煤浆流量、氧气流量和煤浆浓度三者之间的耦合关系和中心氧体积分数对出口气体组成、有效气产率、温度及碳转化率的影响规律,为提高煤气有效成分、碳转化率和保证生产安全提供参考依据.【总页数】7页(P155-161)【作者】郭威;钟伟民【作者单位】华东理工大学化工过程先进控制和优化技术教育部重点实验室,上海200237;华东理工大学化工过程先进控制和优化技术教育部重点实验室,上海200237【正文语种】中文【中图分类】TQ534【相关文献】1.德士古气化炉内煤气化过程的数值研究 [J], 刘向军;朴泰俊2.德士古气化炉气化过程剖析 II：冷态速度分布测试 [J], 于遵宏;孙建辉3.德士古气化炉气化过程剖析（Ⅲ）—停留时间分布测试 [J], 于遵宏;孙建辉4.德士古气化炉气化过程剖析（Ⅳ）：停留时间分布模型 [J], 于遵宏;孙建辉5.德士古气化炉气化过程剖析（Ⅴ）：—区域模型 [J], 于遵宏;于建国因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
东北大学材料与冶金学院课程设计（论文）(新能源科学与工程)题目生物质无焦油气化炉设计专业新能源科学与工程班级新能源1101班姓名******学号********指导教师******完成日期2015年1月11日~2015年1月22日1２玉米芯高温空气气化实验系统设计计算理想气化指标理想气化指标的计算是在以下几个假设条件的基础上进行的 （1） 气化原料为纯碳，且碳全部转化为CO 。
（2） 按化学计量方程式供给空气和水蒸汽，且无剩余。
（3） 气化系统为绝热系统，碳和氧生成CO 的反应所放出的热量全部用于水蒸气分解反应，无热量损失。
理想的煤气组成（体积百分数）：=CO 41.6%，=2H 20.8%，=2N 37.6%煤气热值：7.503m MJ （1791.33m kcal ） 煤气产率：4.48kg m 3 冷煤气效率：100% 空气消耗：2.15kg m 3 蒸汽消耗：0.75kg kg气化过程计算气化过程计算是发生炉制气工段工艺设计的基础。
气化过程计算应确定：发生炉煤气组成、热值、产气率、蒸汽和空气耗率、其它副产品产率、气化效率、热效率等。
发生炉煤气气化过程计算方法有两种：一是控制计算法；二是综合计算法。
前者以实际测定的数据为计算依据，后者以一部分实测数据和一部分理论数据为计算依据。
以玉米芯为原料，制取混合发生炉煤气。
已知：（1）玉米芯的元素组成玉米芯热值=y l Q 高15.477kg MJ 低14.040kg MJ （2）焦油组成３（3）假定带出物为加入原料量的2％（重量）；（4）灰渣排出温度为300℃，灰渣含碳量为2％ （5）煤气出口温度为900℃；（6）假定气化100kg 烟煤用蒸汽21.6kg 求：用综合计算法计算： （1） 干煤气的组成和热值； （2） 干煤气产率； （3） 鼓风空气量；（4） 水蒸气分解率和煤气中水蒸气的含量； （5） 气化效率； （6） 炉壁的热损失。
计算基准为100kg 应用基入炉原料。
双流体床气化炉的设计及其优化控制气化技术是一种重要的能源转换方式，可以将固体燃料转化为可燃气体，用于发电，供热等领域。
双流体床气化炉是目前比较常见的气化设备之一。
本文将介绍双流体床气化炉的设计及其优化控制方法。
一、双流体床气化炉的原理双流体床气化炉是在气化床的基础上发展而来的新型气化设备。
它由上、下两个气化床组成。
上层气化床主要用于热解和部分氧化反应，下层气化床则用于完全氧化反应。
在操作过程中，先将固体燃料投入上层气化床中，同时向其中喷入少量氧气和水蒸气。
在高温气体的作用下，固体燃料会发生热解和部分氧化反应，形成可燃气体。
这些可燃气体随后会进入到下层气化床中，与更多的氧气反应，最终生成高温的气体，可以用于发电，供热等领域。
二、双流体床气化炉的设计1. 气化床的材料选择气化床的材料需要具有较高的耐高温性、抗磨损性、耐腐蚀性等特点。
目前常用的气化床材料有富钛渣、碳化硅、碳化钼等。
其中，富钛渣是一种较为常见的选择，因其化学稳定性好，热稳定性高。
2. 气化床的结构设计气化床的结构设计需要考虑到其防爆、防堵、散状物料的均匀分布等问题。
为此，设计时一般采用倾斜床面形式，使得散状物料可以均匀流动，减少气化床的阻力。
3. 气化炉的热力学计算在气化炉设计的过程中，需要进行热力学计算，以确定所需的燃料、气体流量、温度等参数。
其中，燃料的选择应该顾及到其能量含量，分解反应的速率等因素。
三、双流体床气化炉的优化控制1. 控制氧气的流量在控制气化炉的过程中，需要合理控制氧气的流量，以实现燃料的完全氧化反应。
一般来说，过多的氧气会导致废气的产生过多，影响气化炉的效率。
2. 控制水蒸气的流量水蒸气是气化炉中的重要参与物，其流量的控制可以影响气化反应的速率、产气量等因素。
因此，在优化控制过程中，需要合理控制水蒸气的流量，以达到最佳气化效率。
3. 控制气化床的温度气化床的温度是影响气化反应的关键参数之一。
过高或过低的温度都会导致气化过程的不稳定。
第21卷 第4期 ・1316・2001年8月动 力 工 程POWER ENGINEERING Vol.21No.4 Au g.,2001 文章编号:1000-6761(2001)04-1316-04Texaco 煤气化炉数学模型研究(2)——计算结果及分析李 政, 王天骄, 韩志明, 郑洪韬, 倪维斗(清华大学 热能工程系,北京100084)摘 要:利用论文第一部分建立的能够反映T ex aco 气化炉内部质量和能量平衡、并考虑了多种化学反应动力学的数学模型,详细计算了气化炉的主要运行参数(如水煤浆质量配比,氧气纯度,氧煤比,煤粉粒径,气化温度以及气化压力等)对气化炉性能的影响。
在展现各种参数对最终气化产物成分的影响的同时,分析和揭示了这些影响的内在机理和规律。
分析结果表明:气化温度是影响气化反应速度和最终产物成分的最关键因素。
表7参2关键词:Texaco ;煤气化;数学模型中图分类号:TK 229.8 文献标识码:A收稿日期:2000-02-15 修订日期:2000-05-22基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)项目作者简介:李 政(1965-),男,清华大学热能工程系教授,系副主任。
0 引 言本文是Tex aco 煤气化炉数学模型研究的性能计算与结果分析部分。
利用前文建立的气化炉数学模型,将分别研究各种运行参数对气化炉性能的影响。
这些操作参数包括:水煤浆煤水配比,用作气化剂的氧化浓度,氧煤质量配比,煤粉粒度,气化炉工作压力和气化温度。
其目的在于通过计算展现上述参数与出口产物的成分和数量间的关系,并利用化学反应原理,进一步研究和揭示气化炉内部过程和参数间的作用规律。
不难理解,气化炉出口煤气成分和碳转化率与固体颗粒在炉内的停留时间相关,停留时间越长,气化反应进行的越充分。
在不考虑煤中碳混入熔渣流出气化炉而不能完全转化的机械因素时,如果停留时间无限长,碳理论上可以完全转化。
而实际上,由于气化炉的长度有限,煤颗粒在炉内的停留时间是有限的。
户用型上吸式生物质气化炉的设计上吸式生物质气化炉是一种将生物质燃料转化为可燃气体的设备，广泛用于热能利用和发电系统中。
设计一个高效可靠的上吸式生物质气化炉，需要考虑以下几个方面。
首先，设计一个合适的炉膛结构。
炉膛是气化反应的主要区域，炉膛结构的合理设计能够提高生物质的气化效率和燃烧效果。
合理选择炉膛的尺寸和形状，使其能够充分利用反应床体积，提高气化效率。
另外，应考虑炉膛的材料选择，确保其耐高温和耐腐蚀性能，以及设计合理的进气和出气口。
其次，设计一个高效的气化反应床。
反应床是生物质气化反应的核心部分，通过调整反应床的形状和材料，可以提高气化效率。
常用的反应床材料有陶瓷、耐火材料、碳纤维等，选择合适的反应床材料能够提高反应床的耐高温性能和传热效率。
此外，反应床的形状也应适当设计，以便增加生物质和气体之间的接触面积，提高气化效率。
再次，设计一个有效的气体分离装置。
气体分离装置的设计可以有效地从气化产物中分离出可燃气体。
常见的气体分离装置有精制净化器、过滤器和冷却器等。
精制净化器可以去除气体中的灰尘和颗粒物，过滤器可以去除气体中的杂质和高分子化合物，冷却器可以将气体冷却到安全温度以便储存和利用。
最后，设计一个完善的安全控制系统。
生物质气化过程中产生的气体具有一定的危险性，因此设计一个完善的安全控制系统非常重要。
安全控制系统应包括气体泄漏监测和报警装置、过温保护装置和防爆装置等。
此外，还应设置完善的操作控制系统，以便对气化炉的运行进行实时监测和控制。
综上所述，设计一个高效可靠的上吸式生物质气化炉需要考虑炉膛结构、气化反应床、气体分离装置和安全控制系统等方面。
通过合理的设计和选择，可以提高气化炉的气化效率和燃烧效果，实现对生物质资源的高效利用。
课程：新能源开发与利用专业：农业机械化及其自动化姓名：XXX学号：XXXXXXXX教师：XXX小型家用气化炉设计及数值计算XXX（院系:南农工学院农机系学号：XXXXXXXX E-mail：XXXXXXX@）摘要：随着化石燃料资源的日益减少以及在利用过程中对环境造成的巨大破坏，生物质能的资源化利用正受到越来越多的重视。
而小型家用生物质气化技术由于具有结构简单，管路短，操作维护简单方便，耗资少等优点，适应于我国农村目前普遍的经济水平和组织体制。
本文结合我国农村的实际情况，设计出小型家用生物质上吸式气化炉。
该小型家用气化炉解决了现役气化炉中气化性能不理想，焦油含量高的问题。
相信此类气化炉将在未来占据一定规模的市场份额，逐步推广到我国农村偏远地区，为解决民生问题作出巨大贡献。
关键词：气化炉；生物质；数值设计；秸秆；净化装置Small Household Gasifier Design And Numerical CalculationXXX(departments: south NongJiXi a&m college student number: XXXXXXX E-mail:XXXXXXX@) Abstract:With the dwindling of fossil fuel resources and caused enormous damage to the environment in the process of utilization, biomass utilization is being more and more attention. And because small household biomass gasification technology has the advantages of simple structure, short line, simple and convenient operation and maintenance, less cost, adapted to the current general economic level and organization system in the rural areas. Combined with the actual situation of our country rural area, this paper designed a small household suction on the biomass gasifier. The small household gasifier has solved the active service in the gasifier gasification performance is not ideal, the problem of high tar content. Believe this kind of gasifier will occupy the market share of a certain size in the future, gradually to remote rural areas in China, the huge contribution to solve the problem of the people's livelihood.Key words:gasifier; biomass; numerical design; straw; purification plant0 引言在世界能源消耗中，生物质能源一直是人类赖以生存的重要能源，是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量的第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。
大量使用大自然馈赠的生物质能源，几乎不产生污染，资源可再生而不会枯竭，同时起着保护和改善生态环境的重要作用。
由此，我国小型家用生物质气化炉逐步进入人们的视野。
基于党和政府对生物质能开发利用的高度重视，给小型家用生物质气化炉的发展带来了机遇。
小型家用生物质气化炉相对于传统的粗燃烧炉具在生产数量、产品质量、加工能力等方面都占据着很大的优势，小型家用生物质气化炉是目前农户使用比较理想的生活设施，对于解决农村的节能减排、改善室内空气质量等问题有着重要的现实意义。
1 气化炉分类及原理概述1.1 气化炉分类气化炉是生物质气化设备的核心技术，大体上可分为两大类，即固定床气化炉和流化床气化炉。
1.1.1 固定床气化炉固定床气化炉是将切碎的生物质原料由炉子顶部加料口投入固定床气化炉中，物料在炉内基本上是按层次地进行气化反应，反应产生的气体在炉内的流动要靠风机来实现。
固定床气化炉的炉内反应速度较慢，按气体在炉内的流动方向，可将固定床气化炉分为下吸式、上吸式、横吸式和开心式四种类型。
其中，以上吸式气化炉为例。
上吸式气化炉的气一固呈逆向流动，运行过程中，物料从顶部加入后，被上升的热气流干燥而将水蒸气排除，干燥了的物料下降时被气流加热分解，而释放挥发分，剩余的炭继续下降时与上升的CO2以及水蒸气反应，CO2和H2O等还原为CO及H2等，余下的炭被底部进入的空气氧化，放出的燃烧热量为整个气化过程提供热源。
燃气在经过热分解层和干燥层时，将其携带的热量传递给物料，用于物料的热分解和干燥，同时降低其自身的温度，使炉子热效率大大提高。
上吸式气化炉热分解层和干燥层对燃气有一定的过滤作用，所以出炉的燃气中只含有少量灰分，且相较其他类型结构简单，加工制造容易，炉内阻力小。
1.1.2 流化床气化炉流化床气化炉的反应物料中常掺有精选过的惰性材料沙子，在吹入气化剂作用下，物料颗粒、沙子、气化剂接触充分，受热充分，在炉内呈“沸腾”燃烧状态，气化反应速度快，生产能力大，气化效率高。
炉内温度高而且恒定，焦油在高温下裂解生成气体，因而焦油含量较小，但出炉的燃气中含有较多的灰分。
流化床气化炉结构比较复杂，设备投资较大。
按气化炉结构和气化过程，可将流化床气化炉分为单流化床、循环流化床、双流化床和携带流化床四种类型，按吹入气化剂的压力大小，流化床气化炉又可分为常压流化床和加压流化床。
一般家用气化炉选择固定床气化炉。
1.2 气化炉原理生物质热解气化(简称气化)是一种热化学反应技术，它是指利用空气中的氧气、含氧的物质或水蒸汽作为气化剂，将生物质中的碳氧化成CO、H2、CH4等可燃气体的过程。
气化反应过程随着气化装置的类型、工艺流程、反应条件、气化剂种类、原料性质等条件的不同，其反应过程也不相同。
以上吸式气化炉为例，大致分为氧化反应、还原反应、裂解反应和秸秆的干燥。
1.2.1 氧化反应空气由气化炉的底部进入，在经过灰渣层时被加热，加热后的气体进入气化炉底部的氧化区，在这里同炽热的炭发生燃烧反应，生成二氧化碳同时放出热量，由于是限氧燃烧，氧气的供给是不充分的，因而不完全燃烧反应同时发生，生成一氧化碳，同时也放热量。
在氧化区，温度可达1000~1200℃，反应方程式为：C+O2=CO2+△H，△H=408.8千焦在氧化区进行的均为燃烧反应，并放出热量，也正是这部分反应热为还原区的还原反应、物料的裂解和干燥，提供了热源。
在氧化区中生成的热气体（一氧化碳和二氧化碳）进入气化炉的还原区，灰则落入下部的灰室中。
1.2.2 还原反应在还原区已没有氧气存在，在氧化反应中生成的二氧化碳在这里同炭及水蒸气发生还原反应，生成一氧化碳（CO）和氢气（H2）。
由于还原反应是吸热反应，还原区的温度也相应降低，约为700~900℃。
还原区的主要产物为一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）和氢气（H2），这些热气体同在氧化区生成的部分热气体进入上部的裂解区，而没有反应完的炭则落入氧化区。
1.2.3 裂解反应在氧化区和还原区生成的热气体，在上行过程中经过裂解层，同时将秸秆加热，当秸秆受热后发生裂解反应。
在反应中，秸秆中大部分的挥发分从固体中分离出去。
由于秸秆的裂解需要大量的热量，在裂解区温度已降到400~600℃。
在裂解反应中还有少量烃类物质的产生。
裂解区的主要产物为炭、氢气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油及其他烃类物质等，这些热气体继续上升，进入到干燥区，而炭则进入下面的还原区。
1.2.4 秸秆的干燥气化炉最上层为干燥区，从上面加入的物料直接进入到干燥区，物料在这里同下面三个反应区生成的热气体产物进行换热，使原料中的水分蒸发出去，该层温度为100~300℃。
干燥层的产物为干物料和水蒸气，水蒸气随着下面的三个反应区的产热排出气化炉，而干物料则落入裂解区。
气化实际上总是兼有燃料的干燥裂解过程。
气体产物中总是掺杂有燃料的干馏裂解产物，如焦油、醋酸、低温干馏气体。
所以在气化炉出口，产出气体成分主要为一氧化碳（CO），二氧化碳（CO2）、氢气（H2）、甲烷（CH4）、焦油及少量共他烃类，还有水蒸气及少量灰分。
2 气化炉总体方案的确定2.1 设计原则气化效率高，燃气质量好。
目前市场上许多生物质气化炉气化效率较低或是不稳定，燃气品质较差，因此，必须合理设计气化炉炉膛结构，提高气化品质。
物料适应性好。
由于农村生物质种类较多，设计出的生物质气化炉对原料应具有广泛的适应性;同时，由于面向各家用户，对于原料无需经过复杂的预处理，一般铡成小段即可。
坚固耐用、安全稳定。
选择合理的耐火材料与保温材料，设计合理的检修口，增加设备运行的可靠性，安全性和维修的简便性。
结构简单，操作方便，价格便宜。
由于生物质气化炉主要用于农村，面向农户，因此结构不能过于复杂，需要设计合理，便于日常操作;同时还要尽可能地降低成本，以利推广。
2.2 拟达到的主要技术指标气化效率稳定达到65%，生物质燃气低位发热量大于6.0MJ/Nm3，氧含量小于1.0%。
气化炉运行稳定，能够连续运行3小时左右，产气量6～83m以上，可供农户一天的炊事使用;封火时间12h以上。
2.3 气化炉的选型由于农村单户使用并不需要不断地添料，可以采取间歇式加料，而且输送管道短，产出的气体可以立马用掉，因此对可燃气中焦油含量要求并不严格，无需使用繁杂的设备脱除焦油。
所以，可选择上吸式气化系统作为小型家用生物质气化炉的基本炉型。
上吸式气化炉的主要特点是:通用性好，原料无需经过较为复杂的预处理过程，对原料的种类、尺寸、含水量等没有严格的要求；炉体结构简单，成本低，操作及维修方便；可燃气经过热分解层和干燥层时将热量传递给物料，自身温度降低，热效率较高；热分解层和干燥层对可燃气有过滤作用，出炉的可燃气灰分少；且炉排受进风冷却，工作比较可靠。
2.4 生物质气化原料的选定农作物秸秆、刨花等是我国农村和木材加工厂等最常见的生物质废弃物，资源广泛，成本低廉。
