淺析生物質(zhì)燃料的使用與生物質(zhì)固化成型設備的選擇

中國是一個人口大國,人均耕地不到0.1hm2,年產(chǎn)各類秸稈50億余t，去掉農(nóng)村直接作為燃料使用、飼料使用及秸稈還田使用30億t，那么還將剩余20億t秸稈作為廢棄物被浪費掉。近幾年，國家大力推動秸稈綜合利用工作，持續(xù)鼓勵秸稈成型燃料的轉(zhuǎn)化，2010年秸稈固化成型發(fā)展勢頭迅猛，但由于是新興產(chǎn)業(yè)，在我國起步較晚，目前轉(zhuǎn)化為秸稈壓塊燃料的使用量總體不足200萬t，所以說發(fā)展生物質(zhì)燃料產(chǎn)業(yè)是一個長遠趨勢。 　　1　生物質(zhì)固化成型燃料的特點 　　生物質(zhì)固化成型燃料（簡稱：生物質(zhì)燃料，俗稱：秸稈煤），是指在不需任何添加劑和粘合劑的情況下，利用新技術(shù)及專用設備將各種農(nóng)作物秸稈、木屑、鋸末、花生殼、玉米芯、稻殼、麥糠、樹枝葉、甘草、菌菇棒、可回收垃圾等壓縮碳化成型密度為0.7kg/dm3以上的清潔燃料，不僅儲存、運輸、使用方便，而且清潔環(huán)保，燃燒效率高，既可作為農(nóng)村居民的炊事和取暖燃料，也可作為城市分散供熱的燃料。其特點是： 　?。?）可再生性。生物質(zhì)屬可再生資源,生物質(zhì)能由于通過植物的光合作用可以再生,與風能、太陽能等同屬可再生能源,資源豐富,可保證能源的永續(xù)利用。 　?。?）低污染性。生物質(zhì)的硫含量、氮含量低，燃燒過程中生成的SOx、NOx較少，初步計算，為煤炭排放量的1/20。生物質(zhì)作為燃料時，排放的二氧化碳相當于其在生長時吸收的二氧化碳的量，因而對大氣的二氧化碳凈排放量按照國際慣例為零排放，可有效地減輕溫室效應。 　　（3）廣泛分布性。生物質(zhì)燃料的原料隨處可見，缺乏煤炭的地域，可充分利用生物質(zhì)能。 　?。?）生物質(zhì)燃料總量十分豐富。生物質(zhì)能是世界第四大能源,僅次于煤炭、石油和天然氣。 　　2　生物質(zhì)固化成型燃料的生產(chǎn)方式和基本性能 　　目前主要是通過生物質(zhì)成型設備把含水率10%～30%的秸稈等，通過揉絲、粉碎等方式進行前期處理后再壓制成型，代替燃煤作為燃料使用。不同的秸稈成型最佳點不同，即成型濕度點不同，一般含水率為18%～22%，鋸末、麥草、蘆葦、麥殼、稻殼是較難成型的生物質(zhì)。鋸末是因為不同種鋸沫的混雜，其木質(zhì)素在木材切割過程中析出，導致含量下降造成的，因此壓制時基準含水率僅在13%～16%，很難掌握，壓制成型后密度均在0.9kg/dm3以上；麥草等因為蠟質(zhì)層封閉木質(zhì)素的析出，硅含量高，導致難以壓制，一般采用回性脫蠟法可解決。目前個別采用生石灰、粘合劑等化學物質(zhì)增加粘合成形效果的做法，已經(jīng)失去綠色清潔能源的意義。 　?。?）秸稈燃料成型后的主要技術(shù)參數(shù)。密度0.70～1.40kg/dm3，灰分1%～20%，水分≤15%。熱值14226～18828kJ／kg，秸稈成型燃料塊的熱值因秸稈的種類差異而不同。以玉米秸稈為例：熱值約為標準煤的0.7～0.8倍，即1.25t的玉米秸稈成型燃料塊相當于1t煤的熱值，玉米秸稈成型燃料塊在配套的下燃式生物質(zhì)燃燒爐中燃燒，其燃燒效率是燃煤鍋爐的1.3～1.5倍，因此1t玉米秸稈成型燃料塊的熱量利用率與1t煤的熱量利用率相當。 　?。?）秸稈壓塊燃燒后的廢氣排放。CO零排放，NO214mg/m3（微量），SO246mg/m3，遠低于國家標準，可忽略不計；煙塵低于127mg/m3，遠低于國家標準。 　　（3）燃煤鍋爐可以直接使用生物質(zhì)成型燃料。生物質(zhì)燃料燃燒排放物完全符合環(huán)保標準，是國家相關(guān)部門認可的現(xiàn)代化清潔能源，通過使用不同形式的鍋爐試驗表明，現(xiàn)有的燃煤鍋爐完全適應生物質(zhì)燃料。 　?。?）生物質(zhì)燃料燃燒后的灰分處理。生物質(zhì)燃料燃盡率可達96%，剩余4%的灰分可以回收做鉀肥，實現(xiàn)了“秸稈－燃料－肥料”的有效循環(huán)。 　?。?）生物質(zhì)燃料的特點。生物質(zhì)成型燃料揮發(fā)份高，易析出，碳活性好，易燃，灰分少，點火快，更加節(jié)約燃料，降低使用成本。 　　3　生物質(zhì)秸稈固化成型設備的開發(fā)研究和技術(shù)對比 　　生物質(zhì)燃料固化成型技術(shù)是生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)化的核心。生物質(zhì)成型技術(shù)是指在一定溫度與壓力作用下，將分散的、形狀各異的生物質(zhì)原料壓制成密度較大的、具有各種規(guī)格的成型燃料的高新技術(shù)。該技術(shù)在我國起步較晚，使用的原料主要以農(nóng)作物秸稈為主。生物質(zhì)固化成型設備的開發(fā)利用主要是為了滿足生物質(zhì)固化成型加工生產(chǎn)的需要，其技術(shù)的研究核心是秸稈的適應性和生產(chǎn)的可靠性，其技術(shù)及發(fā)展進程決定著生物質(zhì)固化成型行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展及健康發(fā)展，必須盡快跨入世界先進行列，被人們所認識，被社會所接受。 　　3.1生物質(zhì)固化成型設備 　　按照生產(chǎn)方式分為顆粒壓制成型設備和塊狀壓制成型設備，兩者對比見表1。目前塊狀壓制成型設備逐漸被用戶認識和接受，更適合生物質(zhì)固化成型燃料生產(chǎn)的需要。 　　3.2我國行業(yè)推廣和市場應用的成型設備 　　從機械性能和構(gòu)造原理上劃分主要包括螺旋擠壓式成型機、機械活塞沖壓式成型機、環(huán)模輥壓式和液壓活塞沖壓式成型機四種；外觀上又區(qū)分為平模機、環(huán)模立式、環(huán)模臥式（環(huán)模平放）生物質(zhì)成型設備等。 　　螺旋擠壓成型機、機械活塞成型機與液壓活塞成型機總體看起步較早，漸近成熟，但生產(chǎn)效率低，能耗較高，其實際生產(chǎn)率在100～300kg/h，主要工作部件壽命低，難以適應工業(yè)化生產(chǎn)；平模機、環(huán)模機起步較晚，發(fā)展較快，占據(jù)了行業(yè)市場較高份額，主要工作部件壽命長，符合工業(yè)化發(fā)展趨勢；從技術(shù)指標來看，平模機、環(huán)模輥壓式成型機生產(chǎn)率高，生產(chǎn)成本低，有一定技術(shù)含量，配有熱處理工藝，成形效果好，適合規(guī)?；S生產(chǎn)，已被生產(chǎn)企業(yè)廣泛使用。現(xiàn)將平模和環(huán)模兩種形式做一比較： 　?。?）在使用方式上，環(huán)模機主機轉(zhuǎn)速一般為125～190hn/min，喂入量大，工作效率穩(wěn)定，產(chǎn)量高，耗電少，生產(chǎn)密度具有可調(diào)性；而平模機由于其轉(zhuǎn)速低于環(huán)模機等原因，一般為120hn/min左右，其產(chǎn)量小于環(huán)模機，由于其壓輪與模具間配合間隙為穩(wěn)定安裝，壓制密度大，不能調(diào)整，一定條件下滿足不了多方面需要。平模機雖具有結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，但產(chǎn)能較低，若需要產(chǎn)能在600kg/h以上的設備，使用環(huán)模機乃是最佳選擇。 　?。?）在機械結(jié)構(gòu)上，環(huán)模機壓輪與模具一般不直接接觸，減少了硬性摩擦，因此生物質(zhì)固化成型設備的主要易損件相對使用壽命較長，而平模機結(jié)構(gòu)簡單，制造技術(shù)低，易生產(chǎn)，但壓輪與模具多硬性接觸，損耗大。 　　（3）在工作形式上，平模機物料自身重量垂直進入壓制室，環(huán)模機物料采用機械強迫進料，高速旋轉(zhuǎn)離心分布進入離心制粒室。因此環(huán)模立式相對增加了機械動力損耗，加大了機械使用動力，但目前環(huán)模臥式基本解決了這項技術(shù)難題。 　　3.3環(huán)模臥式的特點 　?。?）結(jié)構(gòu)簡單，便于維修調(diào)整，調(diào)整用時是同類機型的1/5。 　?。?）能耗低。在相同條件下（同密度、水分、生產(chǎn)率）比同類機型耗能低30%。 　　（3）適應面寬。該設備可以適應多種類固體有機物使其致密壓縮成型，特別是水分的要求，比同類機型高5%。 　　（4）成型密度大，生產(chǎn)率高，已進入產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)。其他類別產(chǎn)品同級技術(shù)尚屬樣品試制階段。 　　（5）與其他類型固化成型機比，該設備具有生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高、對作業(yè)環(huán)境的適應性強等明顯優(yōu)勢。 　　綜合比較,環(huán)模臥式是目前較為理想的選擇性設備。 　　4　目前生物質(zhì)成型設備市場現(xiàn)狀 　　（1）設備機組可靠性能較差。目前，成型設備的可靠性是成型燃料產(chǎn)業(yè)化的主要制約因素，包括主要工作部件的工作壽命短，設備系統(tǒng)配合協(xié)調(diào)能力差，運行不穩(wěn)定等。 　　比如，技術(shù)比較成熟的螺桿擠壓式成型機，其螺桿磨損壽命不足100h。盡管國內(nèi)不少廠家及科研單位對此進行了研究，一定程度上提高了成型部件的耐磨性，有的部件壽命已達到500h，但其成本較高，生產(chǎn)工藝復雜。即使從國外進口的此類成型機組，也存在同樣的問題。 　　總之，目前國內(nèi)生物質(zhì)成型機普遍生產(chǎn)能力偏低，單位能耗過大，成型設備的工作可靠性差，仍需要大量的科技投入，以進行技術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)改進。自20世紀80年代以來，我國的生物質(zhì)成型技術(shù)開發(fā)與研究已經(jīng)取得了較大的發(fā)展，全國研究生產(chǎn)成型設備的企業(yè)或科研單位已有數(shù)十家。中國生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)化雛形正在形成，但是，要使之走向成熟，真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還需要克服一些制約因素，解決一些技術(shù)障礙。 　?。?）成型設備適應范圍小，規(guī)范標準不統(tǒng)一。國內(nèi)外相關(guān)研究機構(gòu)眾多，但是并沒有形成統(tǒng)一的理論體系和標準體系。現(xiàn)有成型機械（系統(tǒng)）千差萬別，適用范圍受到局限。比如，不同成型機械對原料的粒度和含水率要求各不相同。成型技術(shù)的研究與應用受當?shù)刭Y源的影響，也受技術(shù)本身的局限，不易形成統(tǒng)一的設計標準與規(guī)范，因此現(xiàn)有成型設備往往很難適用于形態(tài)多樣的原料。 　?。?）設備連續(xù)運行能力低。由于原料的供應受季節(jié)、成本、運輸半徑等影響,難以滿足連續(xù)生產(chǎn)的需求，設備只好間歇工作，一年中有多半時間處于閑置狀態(tài)，導致資源浪費，設備自然損耗嚴重，增加了設備回收年限。若要滿足設備連續(xù)生產(chǎn)，一要擴大運輸半徑，二要加大儲備倉庫，這兩種方法都會導致投資增加。最好的方法是設備具有廣泛的適應性，對原料“不挑剔”，這樣才可以最大限度地減少額外的投資。另外，由于關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵材料不過關(guān)，使得設備運行不穩(wěn)定，故障率較高，維修頻繁，影響連續(xù)生產(chǎn)。 　　5　建議 　　目前生物質(zhì)燃料加工市場混亂，成型燃料加工企業(yè)選擇生物質(zhì)固化成型設備，應注意以下幾點： 　?。?）選擇正規(guī)生產(chǎn)廠家。 　　（2）成型密度達到0.7以上，成形效果達到85%以上方能適應各項需要。 　　（3）能耗低，生產(chǎn)效率高，能夠保持連續(xù)作業(yè)，壓制成型過程中不能添加任何添加劑，包括白石灰等。 　?。?）堵機現(xiàn)象每百小時不超2%，平均生產(chǎn)能力與主機動力比高于20。 　?。?）生產(chǎn)條件要求簡單，易學習，易操作。 　　只有滿足了以上條件才有利于企業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)的需要。（作者單位：陸凱1.江蘇省農(nóng)機節(jié)能與維修技術(shù)指導中心　金寶強2.江蘇奧科瑞豐新能源有限公司）