朱振華, 武正輝
摘要: 介紹了生物質顆粒燃料的發展前景, 生產工藝, 成型的前提, 生產設備以及生物質顆粒燃料的使用.
秸稈火災煙害防控工作的根本出路在於能源化. 秸稈能源化主要通過固化和氣化2個途徑實現, 如將秸稈等生物質原料經過熱塑擠壓成型, 並達到一定的密度後可製成生物質顆粒燃料.
生物質顆粒燃料指的是將粉碎後的玉米, 小麥, 棉花, 水稻, 小麥和油料等農作物秸稈或鋸末, 樹葉等農林廢棄物加入到顆粒成型機中, 粉碎後的物料被壓輥與模具相對運動產生的摩擦力擠壓成型. 製成的生物質顆粒燃料, 可作為顆粒燃料專用爐具炊事取暖使用, 還可作為生物質工業鍋爐, 火力發電的主要燃料, 可替代燃煤. 生物質顆粒燃料具有易運輸, 易貯存, 燃燒效率高等特點, 是 '撿回另一半農業' 生物質資源化利用的新課題. 推廣使用生物質顆粒燃料是發展 '低碳經濟' 的好項目, 可為長治市建設 '國家可持續發展實驗區' 添磚加瓦.
1生物質顆粒燃料發展前景
從政策看, 《中華人民共和國可再生能源法》明確要求, 加快開發生物質能源, 生物質產品可享受地方政府補貼, 可減免稅收. 國家發改委, 農業部為了加快推進秸稈綜合利用, 實現秸稈的資源化, 商品化, 促進資源節約, 環境保護和農民增收, 於2009年2月9日制定了《編製秸稈綜合利用規劃的指導意見》, 提出力爭到2015年秸稈的綜合利用超過80%, 加大秸稈的利用是農業和能源發展的必然選擇.
從原料看, 每年我國農作物秸稈的產量達7億t. 農林廢棄物數量大, 種類多, 分布廣, 但回收利用率較低, 沒有被充分利用, 不但造成資源的浪費, 而且易造成環境汙染, 甚至引發火災, 威脅森林安全, 威脅交通運輸安全. 長治市現有玉米, 小麥, 穀子等糧食作物22.67多萬hm 2, 年產秸稈約155萬t, 加之各種農林廢棄物保守計算可達300萬t, 若能將其60%轉化為顆粒燃料, 那麼就等於建成1座年產120萬t的煤礦.
從秸稈顆粒燃料特點看有以下幾個方面: ①利用在農業和林業生產過程中的廢棄物 (農作物秸稈, 稻殼, 花生殼, 玉米芯, 鋸末, 樹枝, 樹葉, 木材邊角料等) 作為原料, 環保節能, 安全性好, 利於防火. ②密度大, 燃燒時間長. 秸稈經粉碎加工緻密成型, 顆粒燃料體積縮小4~ 6倍, 大大延長了秸稈的燃燒時間. ③燃燒, 貯存和運輸方便. ④燃料直徑一般為4mm, 6mm, 8mm, 長度為10~ 20mm, 分不大於10%, 密度不小於1100kg/m3, 灰分不大於0.9%, 熱值不小於1465.05萬J.
從應用情況看, 國外生物質固體成型燃料技術及設備已經趨於成熟, 形成了完善的產業鏈體系. 如在韓國, 日本, 政府免費提供燃料供居民炊事, 取暖使用. 我國生物質固體成型燃料產業化關鍵技術亦趨於成熟, 生物質顆粒燃料產品在東北地區以及山東等省正如火如荼地推廣應用中.
從用途看, 生物質顆粒燃料應用範圍廣, 可以代替木柴, 液化氣等, 廣泛用於生物質秸稈發電廠, 企事業單位鍋爐, 生物質秸稈氣化站, 戶用型氣化爐, 歐式取暖壁爐等.
2生物質顆粒燃料生產工藝
生物質顆粒燃料生產工藝為: 原料回收→粉碎 (粉料長度小於5mm) →調質 (含水率不大於15%) →壓製成型→輸出冷卻乾燥→包裝運輸.
3生物質顆粒燃料生產型式
按結構特徵, 生物質顆粒燃料生產型式可分為對輥式, 螺旋式, 環模式和平模式.
3.1對輥式
對輥式的工作部件是一對錶面有許多窩眼的壓輥, 工作時兩輥相對運動, 將落入窩眼的粉料擠壓成顆粒. 該結構的缺點是擠壓作用時間短, 顆粒密度低.
3.2螺旋式
螺旋式的結構與絞肉機相似, 由擠壓螺旋推進器, 壓縮室, 模孔和切斷刀組成, 工作時擠壓螺旋推進器把壓縮室內的粉料向前推擠, 使其穿過模板孔型成圓柱形, 隨後被切刀切成粒狀. 該結構多用於生產膨化飼料, 缺點是螺旋絞龍壽命短.
3.3環模式
環模式的工作部件是多孔厚壁環模, 模的內腔裝有2~ 3個壓輥, 工作時壓輥或環模旋轉, 壓輥將腔內的粉料從模孔中壓出, 隨後被切刀切成粒狀. 制粒質量較好, 機組結構大, 成本高, 多用於中型以上顆粒燃料加工廠.
3.4平模式
平模式在立軸上裝有壓輥, 壓輥緊貼在多孔平模板上, 當壓輥或平模旋轉時, 可把粉料從模孔中壓出, 形成柱狀, 隨後被切刀切成粒狀. 制粒質量較好, 機組結構小, 成本低, 可用於中小型顆粒燃料加工廠.
顆粒燃料成型機關鍵技術是物料的喂入與擠出成型之間的配合, 要 '吃' 得進, '吐' 得出. 物料能否喂入是前提, 喂入後能否擠出成型是關鍵. 影響喂入與擠出成型的因素有粉料物理形狀, 壓輥半徑, 喂入刮板間歇, 電機功率, 模輥轉速, 模棍間隙, 物料含水率, 模孔形狀等, 只有這些影響因素達到協調統一時, 擠出和成形才能達到同步.
4生物質顆粒原料成型的前提
4.1粉碎原料的單位密度越大越好
粉碎原料的單位密度越大, 自流性越好, 制粒產量越高. 農作物秸稈最好用粉碎機破碎成顆粒狀; 用揉搓機粉碎加工而成的粉碎原料絲狀物較多, 易架空, 喂入性能不好, 制粒產量低.
4.2物料水分含量要適宜
物料水分含量過高或過低, 都將影響制粒的產量和質量. 若物料的水分過高, 超過20%時, 調質困難, 易造成物料在環模內壁與壓輥之間打滑, 導致環模孔堵塞, 壓不出顆粒, 降低產量; 還易造成顆粒發胖, 密度低, 光潔度差, 質量下降. 若水分低於14%時, 則物料與機器摩擦劇烈, 出粉料, 降低制粒產量. 一般要求調質前物料水分應在15%~ 18%.
5生物質顆粒燃料生產設備
生物質燃料成型設備選型的原則是技術先進, 經濟適用, 可靠性高, 安全耐用, 工藝成套性高, 節能環保, 維修經濟方便, 生產效率高等. 目前, 可靠性高的結構為環模機與平模機, 可根據個人的經濟實力, 秸稈資源狀況和生產規模選定.
5.1大型生物質顆粒燃料生產設備
佔地面積約2000m 2, 生產所需成套設備約18萬元, 主機功率約80kW, 配套設備功率約22kW, 生產能力約1.5t/h, 每年可轉化秸稈原料4000t. 該設備運行需4名工作人員, 配料, 上料, 主機控制, 裝袋各1名. 生產廠房, 產品倉庫, 辦公區可用簡易廠房代替, 100萬元流動資金可投入運行.
5.2中小型生物質顆粒燃料生產設備
佔地面積約200m 2, 生產所需設備約5~ 8萬元, 主機功率約7.5~ 15kW, 生產能力為0.1~ 0.3t/h, 每年可轉化生物質原料1000~ 3000t. 該設備運行需4名工作人員, 配料, 上料, 主機控制, 裝袋各1名. 生產廠房, 產品倉庫, 辦公區可用簡易廠房代替, 10萬元流動資金即可投入運行.
6生物質顆粒燃料的使用
成型後的生物質顆粒燃料還具有類似於型煤的良好燃燒性能, 而且與煤相比, 具有含硫量小, 灰分少, 對環境汙染輕的優點. 生物質顆粒燃料與木柴相比, 水分含量低, 比重和熱值大, 這樣有利於提高生物質顆粒燃料爐具的熱效率.
因此, 生物質顆粒燃料廣泛用於生物質秸稈發電廠, 企事業單位鍋爐, 生物質秸稈氣化站, 家庭專用爐具的炊事取暖, 歐式取暖壁爐等, 進而替代燃煤, 解決環境汙染問題.
6.1戶用生物質半氣化爐
戶用生物質半氣化爐用途為家庭炊事, 取暖單用或兩用. 要求戶用生物質爐具性能穩定, 點火容易, 操作簡便, 安全可靠, 燃料適應性較強, 爐具價格合理, 並有3年以上的使用壽命. 性能一定要達到高效, 低排放. 生物質燃料在爐膛裡直接燃燒, 並進行合理配風, 伴有氣化成分, 稱為生物質半氣化爐. 這種爐具二次風作用非常明顯, 一是補氧增加發熱量, 二是進一步加強煙氣的擾動, 使燃燒更加充分.
目前大量用的是補空氣, 也有補蒸氣的. 爐具性能為: 炊事爐熱效率大於35%, 事採暖爐熱效率大於60%, 採暖爐熱效率大於65%; 煙塵排放濃度小於50g/m 3; 二氧化硫排放濃度小於30mg/m 3; 氮氧化物排放濃度小於150g/m 3; 一氧化碳排放濃度小於0.2%.
6.2生物質壁爐
生物質壁爐以生物質顆粒原料為燃料. 該產品採用先進的控制技術, 可實現自動點火, 自動上料, 具有節能, 環保, 清潔, 安全, 方便等優點, 是家庭, 辦公場所, 公共場所理想的取暖方式.
7結論
開發和利用秸稈顆粒燃料, 為秸稈轉化提供了有效途徑. 生物質顆粒燃料是新型的環保清潔可再生能源, 是生物質開發利用的主要方向之一, 符合目前國家產業政策, 因此該產品有廣闊的市場空間.
