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生物质秸秆成型燃料关键技术与可行性分析 木屑颗粒机|秸秆颗粒机|秸秆压块机|木屑制粒机|生物质颗粒机|富通新能源 / 13-11-02

前言
    我国每年产生7亿吨左右的农作物秸秆,林业“三剩物”(采伐剩余物、造材剩余物、加工剩余物)8~10亿吨。目前收获、打捆、运输、储藏、干燥等环节的加工利用水平都比较低。尤其是在利用农作物秸秆作为煤的替代燃料方面基本上没有成功的模式,这样就导致了近几年出现的大面积荒烧现象,造成每年数亿吨的生物质能源白白浪费,还造成了大气的严重污染,大大加重了政府工作的负担。因此研究生物质成型燃料技术具有重大的能源、环境和经济效益,是农林经济的一项朝阳产业。
    富通新能源生产销售秸秆颗粒机秸秆压块机、饲料颗粒机等生物质颗粒燃料成型机械设备。
1、生物质成型燃料技术的研究现状
1.1国外生物质成型燃料技术的研究现状
    国外成型燃料的发展分为三个阶段。从20世纪30~50年代为研究、示范、交叉引进阶段,研究的着眼点以代替化石能源为目标。20世纪70~90年代为第二阶段,各国普遍重视了化石能源对环境的影响,对数量较大的、可再生的生物质能源产生了兴趣,开展生物质致密成型燃料的研究,到90年代。欧洲、美洲,亚洲的一些国家在生活领域比较大量地应用生物质致密成型燃料。20世纪90年代后期至今为第三阶段,首先以丹麦为首开展了规模化利用的研究工作,丹麦著名的能源投资企业BWE率先研制成功了第一座生物质致密成型燃料发电厂。美国将秸秆作为一种重要资源加工、出口。而且实现了全程机械化加工,有的已实现了工厂化生产。但美国秸秆利用的方向不是燃料,而是饲料或其他工业原料,其中秸秆收集的方式是从田间开始的,主要是“秸秆打捆”技术。日本从20世纪30年代就开始研究应用机械活塞式成型技术处理木材废弃物,并于1954年研制出棒状燃料成型机及相关的燃烧设备,1983年又从美国引进颗粒成型燃料生产技术。亚洲一些国家(泰国、印度、韩国、菲律宾等)在20世纪80年代已建了不少生物质成型、碳化专业生产厂,并研制出相关的燃烧设备。日本、美国及欧洲一些国家生物质成型燃料燃烧设备已经定型,并且形成了产业化,在加热、供暖、干燥、发电等领域已普遍推广应用;该类成型机在大幅度提高成型部件使用寿命的同时,也显著降低了单位产品能耗。
    国外生物质成型的主要方式有4种,即环模和平模式颗粒成型、螺旋挤压式成型、机械驱动活塞式成型和液压驱动活塞式成型。螺旋挤压式成型机是最早研制生产的生物质热压成型机。这类成型机以其运行平稳、生产连续、所产成型棒易燃(由于其空心结构以及表面的炭化层)等特性,在成型机市场中尤其是在印度、泰国、马来西亚等东南亚国家和我国一直占据着主导地位。
    国外生物质成型燃料技术发展有如下几个特点:(1)生产技术大部分已经成熟,并达到规模化和商品化:(2)成型燃料的用途已经由烧壁炉等生活用能为主转向了生产应用;(3)设备制造比较规范,但能耗高,价格高。
1.2国内物质成型燃料技术研究现状
    中国从20世纪80年代引进螺旋式生物质成型机。1990年以后,陕西武功、河南巩义、湖南农村能源办等单位先后研制和生产了几种不同规格的生物质成型机和碳化机组。20世纪90年代河南农业大学、中国农机能源动力所分别研究出PB-I型机械冲压式、HPB系列液压驱动式和CYJ机械冲压式成型机。21世纪以来生物质颗粒成型技术发展成熟。江苏正昌企业、吉林省华光所、河南省科学院能源所、河南德润等国内几十家企业在颗粒饲料机的基础上先后研究出了多种类型的环模、平模颗粒成型机。生物质成型方式有4种,即环模和平模式、螺旋挤压、机械活塞及液压活塞式。螺旋挤压成型研制最早,在印度、泰国、马来西亚等东南亚国家和我国一直占据着主导地位。
    总体来说,我国的生物质成型燃料有如下特点:(1)在全国范围内,还处于研究示范试点阶段,规模化和市场化较差;(2)设备的技术原理比较先进,成本低廉,适合我国国情;(3)设备稳定运行能力不高:(4)管理不规范,支撑政策缺乏,推广速度缓慢。
2、生物质秸秆成型燃料关键技术
2.1原料收集是制约成型燃料技术发展的技术瓶颈
    我国以秸秆为主的生物质原料在收集方面有两点不同于国外。一是土地管理制度是以家庭承包形式,地块小且分散,个别用户独立耕作,很难统一。二是目前秸秆收集机械化水平低,秸秆粉碎还田是多为政府的硬性行政指令,打捆和定向收集没提到日程。因此目前秸秆收集是难点,有技术问题,也有社会认识的问题,要想把原料收集起来必须从管理和技术体系上创新,并配以得力的政策和法规。没有收集后的充足原料生物质成型燃料技术就不可能迅速发展,生物质原料的收集是制约成型燃料技术发展的技术瓶颈。
2.2生物质原料自身的多样性及复杂性
    首先,生物质原料的种类繁多,其木质素、纤维素、半纤维素、果胶质等成分含量有较大差别,受力变形情况也不一样。其次,生物质原料力传导性很差,反弹性很强,被压缩成型的条件也有很大差异;再者,生物质原料堆积密度只有0. 1~0. 15g/cm3,要将其压缩成密度为1. 0~1. 3g/cm3,如何提高原料喂入量是一很大的难题;第四,生物质原料的含水量随季节、气候、地域及秸秆种类不同变化很大,而成型工艺对水分的要求又较严格,所以水分问题成为制约热压成型的又一难题。
2.3成型燃料设备工作环境的恶劣性
    生物质原料在收集过程中不可避免的会携带许多粉尘、泥土和砂粒,这些物质的存在一方面会加剧成型部件的磨损;另一方面还会对成型设备的润滑系统造成污染,从而影响设备的使用寿命和稳定运行。此外,以农民为主的技术和设备使用人员,考虑到其自身技术水平和操作能力,要求设备应具有较强的适应性和易操控性。
2.4成型燃料燃烧过程中的结渣与玷污倾向
    生物质原料中含有较多的钾、钙、铁、硅、铝等成分,在高温下极易燃烧沉灰形成结渣。成型燃料燃烧后形成的灰粒密度非常小,加之灰中碱金属氧化物含量高,所以易于在传热壁面形成结渣和沉积。
2.5成型燃料燃烧过程中低温条件下的焦油析出问题
    生物质成型燃料作为农村生活用能时,问断燃烧是主要特点,要求燃料和炉具具有良好的封火性能,并且由于封火后炉内温度降低,高挥发分含量的秸秆会有大量焦油析出,在短期内使烟囱、炉口等部位堵塞。
3、国内外生物质秸秆成型燃料技术比较分析
3.1工艺流程
3.2国外生物质秸秆成型燃料主要生产技术
    美国秸秆利用主要是打捆技术,用途不是作燃料,而是饲料或其他工业的原料。欧洲国家主要把生物质用作燃料和发电,替代油和煤,加工设备、锅炉、热风炉、发电设备等都已产业化、规模化。日本、美国及欧洲一些国家生物质成型燃料燃烧设备已经定型,且己产业化,在加热、供暖、干燥、发电等领域已普遍推广应用。
    目前国外生物质成型方式有4种,即环模和平模式、螺旋挤压、机械活塞及液压活塞式。螺旋挤压成型研制最早,在印度、泰国、马来西亚等东南亚国家和我国一直占据着主导地位。
3.3国内生物质秸秆成型燃料主要生产技术
    (1)螺旋挤压技术
    螺旋挤压成型技术是目前生产生物质成型燃料最常采用的技术,尤其是以机制炭为最终产品的用户,大都选用螺旋挤压成型机。螺旋挤压成型技术的优点是:成品密度高。以木屑、稻壳、麦草等为原料、成品质量好、热值高。更适合再加工成为炭化燃料。螺旋挤压成型技术的缺点是:产量低;能耗高;易损件寿命短;原料要求苛刻;放炮现象发生,一般要将原料含水率控制在8—12%之间,所以有的物料要进行预干燥处理,增加了加工成本。这一点,对于移动式的成型燃料加工系统来说也许是一个致命伤,因为与螺旋挤压成型工艺相衔接还需有配套的烘干机。
    (2)活塞冲压技术
    活塞冲压技术生产出的燃料成型密度较大,允许物料水分高达20%左右,但因为是油缸往复运动,间歇成型,生产率不高,产品质量不太稳定,不适宜炭化。活塞式的成型模腔容易磨损,一般100h要修一次,有含二氧化硅少的生物质材料可维持300h。2003年,河南农业大学等单位通过实施科技部。秸秆压块成型燃料产业化生产的可行性研究项目,开发了HPB-III型液压驱动式秸秆成型机,该设备采用活塞套筒双向挤压间歇成型。生产率为400kg/h;每吨料电耗降为60~70kWh。
    (3)辊模碾压技术
    用辊模辗压式成型机生产颗粒成型燃料一般不需要外部加热,依靠物料挤压成型时所产生的摩擦热,即可使物料软化和黏合,对原料的含水率要求且较宽,一般在10%~30%之间均能成型,成型最佳含水率为18%左右。于螺旋挤压和活塞冲压相比,辊模辗压成型法对物料的适应性最好。目前国内一些知名的饲料机械生产企业,在环模制粒机和平模制粒机的设计、制造方面,己积累了丰富的经验,某些方面已达到世界先进水平。
4、生物质秸秆成型燃料技术的可行性分析
    生物质秸秆从田间收集一千燥一粉碎一成型一燃烧所需设备必须配套,才能在农村、城镇推广应用"1。收集环节是瓶颈,必须配套发展生物质秸秆收集设备。生物质秸秆资源量大充足,覆盖面广,价格低,可以再生。农艺专家已提出秸秆应适量还田,不能连年全部还田,饲料化处理量有限,多数地区都采取了禁烧秸秆措施,为成型燃料技术的发展提供了原料保证。我国城市燃煤污染严重,大中城市已取缔2t以下燃煤锅炉,急于寻求清洁的替代能源,改燃天然气或电,成本较高,而天然气、石油短缺,大量依赖进口,己影响国家能源安全。这给成型燃料技术的发展带来了“机遇”。
    据预测,地下石油、天然气及煤的贮量,按目前的利用速率只够用60年左右,按FA02000年的最新报道到2050年前后生物质发电及高品位能源利用要占40%。可见生物质成型后作燃料,是未来国际可再生能源的发展方向。国家已制定了生物质能源中长期发展目标。在生物质成型燃料的利用方面由目前的不足50万t/年,提高到2020年的2000万t/年。给成型燃料技术的应用找到了“市场”。国家先后出台了很多生物质能源利用的相关法律法规,一些地区已把生物质成型燃料设备列入了农机补贴目录。《可再生能源法》2006年1月1日己正式实施。2009年农业部将颁布实施生物质成型燃料与成型设备技术条件、试验方法的标准。生物质成型设备和成型燃料的加工和生产将更加规范。生物质成型燃料燃烧后的灰尘及排放指标比煤低,可实现CO2、S02降排,减少温室效应,有效地保护生态环境。生物质成型燃料进入规模化生产后,不仅环保效益明显,而且还可安排农民就业,增加收入,经济和社会效益显著。
    从成型设备分析,成型燃料设备操作简单,使用方便,适合农村使用。粉碎机、成型机的加工工艺并不复杂,液压式成型机易损件的使用寿命已达1000h以上,粉碎与成型单位产品能耗可降至60kWh/t。成型燃料的生产设在农村,成型燃料炉的使用可设在中、小城镇或农村,这样秸秆从粉碎、成型到燃烧即可形成产业化。生物质专用燃烧炉及锅炉已基本成熟。设计的小型生物质燃烧炉(生活和取暖)已在农村应用,燃烧效果好,封火时间达12----24h。通过前几年的试点示范,已取得了成型燃料规模化生产的一些经验,探索了多种规模化生产示范模式和管理模式。成型燃料设备的稳定性、可靠性及主要性能指标都有较大提高。
    生物质成型燃料需求将大幅增加我国已颁布实施《可再生能源法》,将可再生能源的推广和使用纳入法制化、制度化轨道,以促进可再生能源的开发与利用,并希翼到2020年,使包括秸秆等生物质在内的可再生能源在我国全部能源供应中的比例由目前的7%增加到15%,生物质成型燃料的使用量也将由目前不足10万吨增加到5000万吨。
    生物质成型燃料加工技术将全面提升在生物质固化成型技术装备研究、开发方面,国内外发展总的趋势是:装备生产专业化、产品生产批量扩大化、生产装备系列化和标准化。国内则应在设备实用性、系列化上下功夫,不断降低成本并提高技术水平,为本世纪大规模开发利用生物质能提供必要的技术储备。
    生物质成型燃料发电将稳步发展与在普通锅炉、农家柴灶中推广使用生物质成型燃料相比,国外的经验证明,生物质成型燃料发电具有利用规模大、成本低的优点,而且较易得到国家优惠政策的支撑。显而易见,在我国这样一个有着丰富的秸秆等生物质资源、而化石资源却又少得可怜的发展中大国,随着低成本、规模化的秸秆成型燃料加工技术和掺烧发电技术的突破,成型燃料将首先在工业发电领域特别是小火电、小热电联产企业中得到广泛推广应用。
    三门峡富通新能源生产销售颗粒机秸秆颗粒机秸秆压块机等生物质燃料饲料成型机械设备,同时大家还有大量的生物质颗粒燃料出售。

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