李海軍
摘要: 家用生物質顆粒燃料爐是一種新型的炊事爐具, 是現行傳統爐具的更新換代產品, 具有良好的經濟效益和社會效益.
1前言
目前, 生物質能技術的研究與開發已成為世界熱門課題之一, 受到世界各國政府與科學家的關注. 許多國家都制定了研究開發計劃, 如日本的陽光計劃, 印度的綠色能源工程, 美國的能源農場等, 其中生物質能源的開發利用佔有相當大的份額. 國外很多生物質能源技術和裝置已經達到商業化應用程度, 同其他生物質能源技術相比較, 生物質顆粒燃料技術更容易實現大規模生產和使用. 使用生物質顆粒燃料的方便程度可與燃氣, 燃油等能源相媲美.
以美國, 瑞典和奧地利等國為例, 生物質能源的應用規模分別占該國一次性能源消耗量的4%, 16%和10%; 在美國, 生物質能源發電的總裝機容量已超過1萬MW, 單機容量達10~ 25MW; 在歐美, 針對一般居民家用的生物質顆粒燃料及配套的高效清潔燃燒取暖爐灶已非常普及. 我國十分重視生物質能源的開發和利用. 20世紀80年代以來, 我國政府一直將生物質能源利用技術的研究與應用列為重點科技攻關項目, 開展了生物質能利用新技術的研究和開發, 使生物質能技術有了進一步提高. 但我國生物質能的利用研究主要集中在大中型畜禽場沼氣工程技術, 秸稈氣化集中供氣技術和垃圾填埋發電技術等項目, 對於生物質顆粒燃料產品的生產加工與直接燃燒利用的研究還剛剛起步. 國內部分高校和科研機構開展了生物質顆粒成型技術的研究, 取得了一定成績.
相關專家及技術人員在充分研究分析生物質成型顆粒燃料的燃燒動力學特性基礎上, 針對生物質燃料揮發分高, 燃點低的特點, 研究設計出專門燃用生物質成型顆粒燃料的氣化, 燃燒一體化炊事爐具.
作為生物質冷成型顆粒燃料加工設備系統的配套燃燒設施, 該爐具採用氣化燃燒技術, 操作簡便, 點火容易, 火力強度大且易控制, 熱效率高, 只需要一次性將適量顆粒狀燃料投入料鬥中, 燃燒時用附設的旋鈕調節燃料投放的多少, 從而調控火力的大小, 燃燒狀態與秸稈, 木材等原材料燃燒時完全一樣, 而且無煙無嗆味. 由於燃燒充分, 基本沒有灰燼. 使用方式與燃煤灶相近, 卻比燃煤灶具乾淨, 比燃氣灶具安全. 為城市, 農村生活用能及工業用能提供了一種既環保又經濟, 安全的綠色消費方式, 是現行節柴灶, 節煤爐的更新換代產品, 廣泛適用於廣大農村地區的生活炊事用能.
2生物質成型顆粒燃料炊事爐的設計
2.1生物質成型顆粒燃料炊事爐的結構布置
設計的生物質成型顆粒燃料炊事爐採用雙層爐膽構即內外爐膽之間間隙為二次風道. 由一次風道和擋風板, 二次風道和擋風板, 加料口, 水套, 爐膛, 爐篦, 輻射受熱面, 爐灶口, 鍋圈, 擋火圈, 煙道, 煙囪等部分組成, 其結構布置如圖1所示. 雙層爐排的上爐門常開, 作為投燃料與供應空氣之用; 一次風道和擋風板用於供給爐膛空氣並調整爐膛內燃料的燃燒氣化速度, 二次風道和擋風板用於供給爐灶口空氣並調整燃氣的燃燒速度和狀態. 爐體上部設有水套, 用於吸收餘熱. 為防止煙氣短路, 在爐體側上部煙氣出口處加裝環形擋火圈.
2.2生物質成型顆粒燃料炊事爐的工作原理
生物質顆粒燃料經燃料爐加料口加到爐膛內的爐篦上, 通過一次風道點燃顆粒燃料, 待顆粒燃料燃燒後, 調節一次風道的擋風板, 使顆粒燃料缺氧燃燒, 產生可燃氣體; 同時調節二次風道的擋風板, 使產生的可燃氣體在爐灶口燃燒. 待生物質成型顆粒燃料產氣結束時, 調節一次風道的擋風板和調節二次風道的擋風板, 使餘碳繼續燃燒直至燃盡. 水套可吸收煙道和爐體側面餘熱, 以提高爐子的熱效率.
3生物質成型顆粒燃料炊事爐效益分析
研製開發生物質成型顆粒燃料炊事爐, 面向千家萬戶, 市場是廣闊的. 從長遠看, 它的生存能力仍將取決於經濟效益和社會效益, 對一家一戶來說, 生物質成型顆粒燃料炊事爐的生存能力將取決於該產品用戶是否買得起, 用得起, 用得住. 因此, 對生物質成型顆粒燃料炊事爐, 燃煤爐, 生物質秸稈直燒爐即傳統柴灶的上火速度, 炊事火力強度, 燃料消耗量, 炊事效率, 餘熱效率等熱性能參數, 及排煙中CO, NO x, SO 2, 排煙溫度, 排煙含塵濃度等環保指標進行比較, 來分析生物質成型顆粒燃料炊事爐的經濟效益和社會效益.
3.1經濟效益
生物質成型顆粒燃料炊事爐的經濟效益有兩部分, 一部分是生產企業效益, 一部分是用戶效益.
3.1.1生產企業效益
3.1.1.1生產生物質成型顆粒燃料炊事爐具企業效益
生物質成型顆粒燃料炊事爐與其他同類產品相比, 具有生產工藝相對比較簡單, 生產投資較小. 對於已有爐具生產基礎的企業, 不需再增加其他專用設備, 僅需按圖紙和規定生產工藝生產, 對所用材料備用部分流動資金即可投入生物質成型顆粒燃料炊事爐的生產, 每台成本僅為200~ 300元, 利潤相當可觀.
3.1.1.2生產生物質成型顆粒燃料企業效益
生產生物質成型顆粒燃料主要是回收農民農田裡的各種生物質秸杆, 進行粉碎, 然後由生物質顆粒成型機製成生物質成型顆粒燃料, 再賣給農戶用於炊事. 若一個企業日產生物質成型顆粒10噸, 則年產量可達3600噸, 生物質秸稈回收價為每公斤0.2元, 生物質成型顆粒售出價為每公斤0.5元, 扣除電費, 工人工資, 設備折舊等費用, 平均每公斤生物質成型顆粒燃淨利潤0.1元, 每年創淨利潤可達360萬元.
3.1.2用戶收益
3.1.2.1與同類物料直接燃燒相比
(1)省料. 農村傳統老式鍋灶, 總效率為12%~ 15%. 因燃燒不完全, 煙霧大, 火力低, 傳熱效率低, 使這一效率只有12%左右. 使用生物質成型顆粒燃料炊事爐總效率為30%~ 40%, 可節省物料2~ 3倍.
(2)省錢. 據統計我國每一農戶年產秸稈柴草可達6000kg, 按目前市場平均價0.2元/kg出售計算, 每年可創收1200元. 用生物質成型顆粒燃料炊事爐, 實際每日耗約(三餐)5kg生物質成型顆粒燃料, 日需0.5元/kg×5kg=2.5元, 年需用為900元, 與使用農村傳統老式鍋灶相比, 1年可節省近300元.
(3)省時. 生物質成型顆粒燃料炊事爐產生的燃氣燃燒強度高, 升溫快, 節省炊事時間. 老式鍋灶燒開5kg水需時25~ 30min; 生物質成型顆粒燃料炊事爐為12~ 15min, 節約一半時間.
(4)省勞力. 老式爐灶做飯時, 需有專人或半勞力添柴燒火; 生物質成型顆粒燃料炊事爐正常情況下不需看管, 自動燃燒.
3.1.2.2與燃煤爐相比
(1)省錢. 燃燒煤炭, 據統計我國每一農戶炊事日耗能需10kg煤的熱量, 按目前市場平均煤價360元/t計算, 每日需支出燃煤費3.6元; 用生物質成型顆粒燃料炊事爐, 實際每日耗(三餐)5kg生物質成型顆粒燃料, 日需0.5元/kg×5kg=2.5元, 1年可節省近400元.
(2)生物質成型顆粒燃料炊事爐比燃煤爐清潔衛生.
3.1.2.3與液化石油氣相比
使用生物質成型顆粒燃料炊事爐最直觀的優點就是省錢. 一罐液化石油氣平均價格為75元/罐, 則日需支出液化氣費為3.5元. 若用生物質成型顆粒燃料炊事爐, 實際每日耗(三餐)5kg生物質成型顆粒燃料, 日需0.5元/kg×5kg=2.5元, 1年可節省近360元.
以上可以清楚看出, 使用生物質成型顆粒燃料炊事爐其運行使用成本之低, 經濟效益之顯著, 遠遠超過其它常規能源產品.
為了更清楚地表明使用生物質成型顆粒燃料炊事爐的經濟性, 以四口之家為例, 比較使用不同爐具的經濟性如表1:
綜上所述, 用生物質成型顆粒燃料炊事爐, 與直接燃燒秸柴和煤相比, 突出的是省料, 省錢, 省時和省勞力.
3.2社會效益
生物質成型顆粒燃料炊事爐效率高, 一般家庭每天只需4~ 5公斤生物質成型顆粒燃料即可滿足日常需要, 改善了農家的生活條件, 使農家廚房能保持乾淨衛生的環境. 產品在廣大農村推廣後, 可以減少90%的煙塵排放量, 使空氣得到淨化, 具有顯著的環境效益. 生物質成型顆粒燃料的燃燒過程中, 所排放的主要汙染物有煙塵, SO 2, NO x和CO. 其與民用煤爐的主要汙染物的排放濃度比較如表2.
每台生物質成型顆粒燃料炊事爐每年可燃燒180kg秸稈, 可替代115.2kg的燃煤, 每年能夠減排CO 2約265kg, SO 2約1.84kg及煙塵約0.086kg(以燃煤中含硫1.0%, 灰分21%計).
4結束語
生物質成型顆粒燃料炊事爐的研製為廣大居民提供了家庭型, 小型化生物質秸稈氣化, 燃燒一體化爐灶. 它突破了秸稈氣化機組不能單戶使用, 不能小型化, 難以普及推廣的缺陷, 填補了國內空白. 為生物質成型顆粒燃料的配套專門爐具, 提高了他們生活舒適的文明程度, 節約了炊事時間與勞動量, 使環境和庭院衛生有了明顯改善; 同時該爐具的研製擴寬了生物質秸稈使用的範圍, 從而推動了生物質能集中供氣的推廣與應用, 更有效地提高秸稈的利用率, 減少了秸稈直接燃用和燃燒給環境造成的汙染, 適合現代化社會的需要.
總之, 推廣應用生物質成型顆粒燃料炊事爐, 對於中小型企業, 尤其是生產加工能力有限, 資金相對有限的農村企業, 易於實現快速致富, 是一個可行性較高的項目. 此外, 為秸稈的大幅度增值和潔淨燃燒開闢了一條可持續發展的道路. 廣泛適用於各個領域, 極大地滿足了人們的熱能需要, 特別是在農村市場易於大規模的普及推廣, 市場前景不可估量.
