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洪成梅，徐士洪，魏良國(guó)
(沭陽(yáng)縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站，江蘇沭陽(yáng)223600)
摘要：利用農(nóng)業(yè)的廢棄物及各類(lèi)秸稈或雜草，經(jīng)粉碎、蒸汽攪拌，在一定的溫度下進(jìn)行擠壓(壓縮)、干燥等工序，制成生物質(zhì)顆粒燃料，替代煤、石油等不可再生燃料，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。
1概述
1.1能源及環(huán)境狀況
中國(guó)目前的能源以煤炭和石油為主。但消耗的石油資源一半以上需要進(jìn)口。
中國(guó)大氣屬于典型的/煤煙型0污染，根據(jù)國(guó)家環(huán)?？偩值墓骘@示，全國(guó)城市空氣中總懸浮微粒濃度普遍超標(biāo)，平均濃度達(dá)309Lg/m3；SO2濃度較高，部分城市污染相當(dāng)嚴(yán)重，北方城市平均達(dá)到83Lg/m3。大氣中硫氧化物、氮氧化物嚴(yán)重超標(biāo)，導(dǎo)致了全國(guó)大部分地區(qū)出現(xiàn)酸雨，不僅破壞生態(tài)環(huán)境，而且加劇建筑物、鐵道、橋梁的腐蝕與破損，給工農(nóng)業(yè)帶來(lái)巨大的損失。
1.2生物質(zhì)顆粒燃料研制開(kāi)發(fā)的必要性
由于全國(guó)能源與環(huán)境狀況都面臨十分嚴(yán)峻的危機(jī)，因此，改變能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，防治大氣污染已成為社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展所面臨的重要課題。尋找清潔能源替代煤、石油等化石能源迫在眉睫。生物質(zhì)能源作為一種可再生的清潔能源越來(lái)越受到各方面重視。生物質(zhì)能源是指蘊(yùn)藏在生物中的能量，是綠色植物通過(guò)葉綠素，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存在生物內(nèi)部的能量。以秸稈這種生物質(zhì)原料為例，全國(guó)年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈約7億，t折合標(biāo)準(zhǔn)煤約3.5億，t深層開(kāi)發(fā)潛力十分巨大。生物質(zhì)的利用可分為很多種，將生物質(zhì)加工成壓縮顆粒燃料是一種先進(jìn)的生物質(zhì)利用的方式。燃燒后生成的灰分是優(yōu)良的天然肥料。目前生物質(zhì)顆粒燃料氣化燃燒是一種清潔環(huán)保的燃燒方式，符合國(guó)情，對(duì)減少污染物排放，保護(hù)大氣環(huán)境，具有重要意義。生物質(zhì)顆粒燃料中S的含量不到煤炭的1/10，其替代煤燃燒，可有效減少大氣中SO2的排放量，生物質(zhì)顆粒燃料的研制開(kāi)發(fā)是符合國(guó)情的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一條新路。
2技術(shù)原理及工藝流程
2.1技術(shù)原理
利用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料，是大連鑫寶生物質(zhì)有限公司的專(zhuān)利技術(shù)(專(zhuān)利受理號(hào)為：200510106619.1)，其生產(chǎn)設(shè)備均為專(zhuān)利產(chǎn)品(專(zhuān)利受理號(hào)為：20052009118.6)。通過(guò)先進(jìn)的工藝技術(shù)，將農(nóng)作物秸稈壓縮顆粒燃料的燃燒過(guò)程與煤的燃燒過(guò)程相似，可以分為干燥、揮發(fā)份析出及著火、焦碳燃燒等過(guò)程。當(dāng)顆粒受熱時(shí)，顆粒中部分水分首先蒸發(fā)出來(lái)，顆粒被干燥；溫度繼續(xù)升高時(shí)，發(fā)生熱解反應(yīng)，使燃料中揮發(fā)份析出，熱解過(guò)程中揮發(fā)份析出后，剩余的就是焦碳和灰份組成的固態(tài)可燃物。
揮發(fā)份比焦碳易于著火，當(dāng)溫度與氧氣供給條件達(dá)到著火點(diǎn)時(shí)，揮發(fā)份首先著火，當(dāng)揮發(fā)份基本燃盡時(shí)，焦碳方開(kāi)始燃燒，出現(xiàn)極短的藍(lán)色火焰。
2.2工藝流程
生物質(zhì)顆粒燃料，是將農(nóng)作物廢棄物(秸稈等)通過(guò)先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，加工成一定尺寸的顆粒狀燃料，產(chǎn)品熱值高、強(qiáng)度好、污染物含量低、性能穩(wěn)定、經(jīng)濁性好，具體的工藝流程如下：
農(nóng)作物廢棄物(秸稈等)收集-干燥-粉碎-配料-熱壓縮-成型-造粒-裝袋-入庫(kù)
2.3制備方法
(1)以玉米秸稈和水稻秸稈為原料
經(jīng)自然干燥，至含水率在16%(質(zhì)量)以下；將干燥后的原料用粉碎機(jī)粉碎成至8mm以下的粉料，篩網(wǎng)孔徑為6~8mm；將粉料加水后，用混料機(jī)進(jìn)行混合均勻，控制含水率為18%~22%(質(zhì)量)；將混合均勻的物料經(jīng)蒸汽軟化，傳送到造粒機(jī)內(nèi)擠壓造粒，壓制成直徑為6~9mm、長(zhǎng)度為20~30mm的顆粒，含水率為17%~18%(質(zhì)量)；將秸稈顆粒輸送到冷卻器內(nèi)冷卻、篩選，使顆粒溫度：40e，顆粒成型率為96%，顆粒含水率為12%。用特制聚丙烯復(fù)膜編織袋包裝成以25kg/袋的成品。
(2)以稻殼為原料
工序與(1)相同，顆粒成型率為96%，顆粒含水率為2%。用特制聚丙烯復(fù)膜編織袋包裝成以25kg/袋的成品。
2.4主要設(shè)備
工藝中所需要的主要設(shè)備，有粉碎機(jī)、混粒機(jī)、造粒機(jī)、輸送機(jī)、冷卻器、生物質(zhì)燃料鍋爐等。
3技術(shù)指標(biāo)及創(chuàng)新
3.1主要技術(shù)性能指標(biāo)
顆粒直徑：9.5mm；顆粒長(zhǎng)度20~30mm；水分：12%；顆粒碎末：10kg/t(必須過(guò)篩)；顆粒密度\1.0t/m3；燃料熱值：16747.2kJ/kg(鋸末70%、玉米稈30%)；純玉米稈：5909184kJ/kg；灰分：12%，顆粒配料不得有土、石粉。
3.2技術(shù)創(chuàng)新
農(nóng)作物秸稈顆粒燃料技術(shù)是屬于生物質(zhì)能應(yīng)用領(lǐng)域，在不添加任何添加劑的情況下，將農(nóng)作物秸稈制成顆粒燃料，密度大、成型率高、熱值高；只需少量的蒸汽就可生產(chǎn)顆粒燃料。該產(chǎn)品不僅可用于專(zhuān)用鍋爐、取暖爐、壁爐等燃料，同時(shí)還可以作為牲畜的飼料。
4效益分析
4.1經(jīng)濟(jì)效益
(1)原料成本估算
顆粒燃料的原材料為農(nóng)作物秸稈，收購(gòu)價(jià)為100元/，t去除水分、殘?jiān)蛽p耗，則折合為20元/；t原材料成本總計(jì)為120元/t。
(2)其他費(fèi)用
包括燃料動(dòng)力費(fèi)、工資福利、設(shè)備折舊、貸款利息等，生產(chǎn)1t產(chǎn)品需130元。
(3)合計(jì)
生產(chǎn)1t產(chǎn)品成本為250元。每噸產(chǎn)品按450元計(jì)算，生產(chǎn)10萬(wàn)t農(nóng)作物秸稈顆粒燃料的生產(chǎn)線：年銷(xiāo)售額10*450=4500萬(wàn)元；年利潤(rùn)10*200=2000萬(wàn)元。
4.2環(huán)境效益
農(nóng)作物秸稈處置不當(dāng)，將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的污染。把農(nóng)作物秸稈制成顆粒燃料，經(jīng)過(guò)特制的氣化鍋爐燃燒，熱效率達(dá)81%，CO2、SO2近于零排放，可以替代煤、油等不可再生燃料，減少了廢棄物對(duì)環(huán)境的影響。經(jīng)計(jì)算，燃用1t顆粒燃料，可減排CO21500kg，SO225kg，有效地改善了城鄉(xiāng)空氣環(huán)境質(zhì)量。
4.3社會(huì)效益
項(xiàng)目的建成，不僅可增加農(nóng)民收入，還擴(kuò)大了就業(yè)，減少社會(huì)失業(yè)人員；其次，產(chǎn)品可以替代不可再生能源，解決能源危機(jī)，對(duì)建立可持續(xù)的能源系統(tǒng)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有一定的社會(huì)效益。
5市場(chǎng)發(fā)展分析
目前，國(guó)內(nèi)大中城市均已全面禁止使用小型燃煤鍋爐，燃油、燃?xì)?、電加熱鍋爐受到燃料和電價(jià)的制約，很多用戶不能承受其高昂的運(yùn)行費(fèi)用。以南京市的市場(chǎng)分析，0.35MW各型鍋爐每小時(shí)運(yùn)行費(fèi)用比較如表1。
從表1可以看出，一年運(yùn)行300d、每天運(yùn)行8h的洗浴用生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐，僅運(yùn)行費(fèi)用就比燃油鍋爐節(jié)省27萬(wàn)元左右，比燃?xì)忮仩t節(jié)省20萬(wàn)元左右，比電加熱鍋爐節(jié)省37萬(wàn)元左右。生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐具有極其突出的經(jīng)濟(jì)性，可以預(yù)見(jiàn)，隨著產(chǎn)品規(guī)模的不斷擴(kuò)大，農(nóng)業(yè)廢棄物將全部成為有用的能源之一。
6推廣應(yīng)用前景
生物質(zhì)顆粒燃料利用廢棄的農(nóng)作物為原料，就地取材，就地生產(chǎn)，降低了農(nóng)業(yè)廢棄物運(yùn)輸成本，并減少運(yùn)輸過(guò)程中的污染，其產(chǎn)品具有節(jié)能、環(huán)保、節(jié)省不可再生資源等特點(diǎn)，緩解了電力、石油短缺的矛盾。根據(jù)遼寧省環(huán)保監(jiān)測(cè)中心站和遼寧省鍋爐產(chǎn)品性能質(zhì)量監(jiān)督檢查站對(duì)該燃料在鍋爐中應(yīng)用效果的同步檢測(cè)，各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)均優(yōu)于I類(lèi)區(qū)II時(shí)段的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，環(huán)保節(jié)能效果顯著。隨著生物質(zhì)燃料鍋爐的推廣應(yīng)用，對(duì)生物質(zhì)顆粒燃料的需求也必然大幅增加，作為一種潔凈、可再生能源，還可努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，開(kāi)發(fā)配套產(chǎn)品，前景廣闊，目前已有40個(gè)生產(chǎn)點(diǎn)從事該產(chǎn)品的生產(chǎn)。 |
