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生物質顆粒的特性
來源:
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作者:pro125f4a
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發(fā)布時間: 2017-04-10
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生物質燃料由秸稈、稻草、稻殼、花生殼、玉米芯、油茶殼、棉籽殼等以及"三剩物"經過加工產生的塊狀環(huán)保新能源。
基本特性
根據瑞典的以及歐盟的生物質顆粒分類標準，若以其中間分類值為例，則可以將生物質顆粒大致上描述為以下特性:生物質顆粒的直徑一般為6~10毫米，長度為其直徑的4~5倍，破碎率小于1.5%~2.0%，干基含水量小于15%，灰分含量小于2%，硫含量和氯含量均小于0.07%，氮含量小于0.5%。若使用添加劑，則應為農林產物，并且應標明使用的種類和數量。歐盟標準對生物質顆粒的熱值沒有提出具體的數值，但要求銷售商應予以標注。瑞典標準要求生物質顆粒的熱值一般應在16.9 兆焦上。
背景資料
基本特性
根據瑞典的以及歐盟的生物質顆粒分類標準，若以其中間分類值為例，則可以將生物質顆粒大致上描述為以下特性:生物質顆粒的直徑一般為6~10毫米，長度為其直徑的4~5倍，破碎率小于1.5%~2.0%，干基含水量小于15%，灰分含量小于2%，硫含量和氯含量均小于0.07%，氮含量小于0.5%。若使用添加劑，則應為農林產物，并且應標明使用的種類和數量。歐盟標準對生物質顆粒的熱值沒有提出具體的數值，但要求銷售商應予以標注。瑞典標準要求生物質顆粒的熱值一般應在16.9 兆焦上。
背景資料
生物質顆粒燃料生物能源技術的研究與開發(fā)已成為世界重大熱門課題之一，受到世界各國政府與科學家的關注。許多國家都制定了相應開發(fā)研究計劃，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，其中生物能源的開發(fā)利用占有相當大的份額。國外很多生物能源技術和裝置已經達到商業(yè)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(xiàn)大規(guī)模生產和使用。使用生物能源顆粒的方便程度可與燃氣、燃油等能源媲美。以美國、瑞典和奧地利等國為例，生物能源的應用規(guī)模，分別占該國一次性能源消耗量的4%、16%和10%;在美國，生物能源發(fā)電的總裝機容量已超過1MW，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。
中國也十分重視生物能源的開發(fā)和利用。20世紀80年代以來，中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(fā)，使生物質能技術有了進一步提高。但中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(fā)電技術等項目[1]，對于生物質能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。但是，生物質能源顆粒產品在中國推廣應用還很少，為了使中國生物質能源顆粒盡快產業(yè)化和商業(yè)化，我們對其推廣應用中存在的問題進行了分析，并探討了解決的對策與方法。
燃料優(yōu)勢
生物質顆粒燃料
1、生物質顆粒燃料發(fā)熱量大，發(fā)熱量在3900~4800千卡/kg左右，經炭化后的發(fā)熱量高達7000-8000千卡/kg。
2、生物質顆粒燃料純度高，不含其他不產生熱量的雜物，其含炭量75-85%，灰份3-6%，含水量1-3%，絕對不含煤矸石，石頭等不發(fā)熱反而耗熱的雜質，將直接為企業(yè)降低成本。
3、生物質顆粒燃料不含硫磷，不腐蝕鍋爐，可延長鍋爐的使用壽命，企業(yè)將受益匪淺。
4、由于生物質顆粒燃料不含硫磷，燃燒時不產生二氧化硫和五氧化二磷，因而不會導致酸雨產生，不污染大氣，不污染環(huán)境。
5、生物質顆粒燃料清潔衛(wèi)生，投料方便，減少工人的勞動強度，極大地改善了勞動環(huán)境，企業(yè)將減少用于勞動力方面的成本。
6、生物質顆粒燃料燃燒后灰碴極少，極大地減少堆放煤碴的場地，降低出碴費用。
7、生物質顆粒燃料燃燒后的灰燼是品位極高的優(yōu)質有機鉀肥，可回收創(chuàng)利。
8、生物質顆粒燃料是大自然恩賜于我們的可再生的能源，它是響應中央號召，創(chuàng)造節(jié)約性社會。
生物質顆粒作為一種新型的顆粒燃料以其特有的優(yōu)勢贏得了廣泛的認可。與傳統(tǒng)的燃料相比，不僅具有經濟優(yōu)勢也具有環(huán)保效益，完全符合了可持續(xù)發(fā)展的要求。
首先，由于形狀為顆粒，壓縮了體積，節(jié)省了儲存空間，也便于運輸，減少了運輸成本。
其次，燃燒效益高，易于燃盡，殘留的碳量少。與煤相比，揮發(fā)份含量高燃點低，易點燃;密度提高，能量密度大，燃燒持續(xù)時間大幅增加，可以直接在燃煤鍋爐上應用。
除此之外，生物質顆粒燃燒時有害氣體成分含量極低，排放的有害氣體少，具有環(huán)保效益。而且燃燒后的灰還可以作為鉀肥直接使用，節(jié)省了開支。
推廣問題
生物質顆粒燃料
1、傳統(tǒng)技術制粒成本高中國采用的制粒方法均為傳統(tǒng)生產方法，木質顆粒的制粒原理見圖1，它與現(xiàn)有的飼料制粒方式相同，即原料從環(huán)模內部加入，經由壓輥碾壓擠出環(huán)模而成粒狀。其工藝流程見圖2，包括原料烘干、壓制、冷卻、包裝等。該工藝流程需要消耗大量能量，首先在顆粒壓制成型過程中，壓強達到50~100MPa，原料在高壓下發(fā)生變形、升溫，溫度可達100℃~120℃，電動機的驅動需要消耗大量的電能;第二，原料的濕度要求在12%左右，濕度太高和太低都不能很好成粒，為了達到這個濕度，很多原料要烘干以后才能用于制粒;第三，壓制出來的熱顆粒(顆粒溫度可達95℃~110℃)要冷卻才能進行包裝。后2項工藝消耗的能量在制粒全過程中占25%~35%，加之成型過程中對機器的磨損比較大，所以傳統(tǒng)顆粒成型機的產品制造成本較高。
2、對生物質能顆粒認識不夠深大多數人對生物質能顆粒具有高能、環(huán)保、使用方便的特性認識不夠，甚至許多用能單位根本就不知道有生物質能顆粒產品，更談不上認識和應用。
3、服務配套措施跟不上生物質能顆粒產品生產出來后，運輸、貯藏、供應等服務措施跟不上，用戶使用不方便。
問題解決
1、引進ETS制粒新技術、降低制粒成本
生物質顆粒燃料ETS(EcoTre System)是意大利研制開發(fā)的新型木質顆粒制粒生產系統(tǒng)，原理見圖3。它對原料的濕度適應性強，濕度為10%~35%時就可以成粒，所以大部分原料不需要干燥即可直接用于制粒;成粒以后的升溫只有10%~15%;，壓制出來的顆粒溫度一般只有55%~60%;，無須冷卻即可直接進行包裝，通常可以去掉干燥和冷卻2道工序，如圖4所示。這種制粒方法能耗很低(比傳統(tǒng)的工藝方法減少60%~70%的能量消耗)，而且機器磨損也大大減小，總成本降低很多。對于不同的原料，ETS系統(tǒng)在整個生產制粒過程的單位能量消耗為25~60kWh/t、生產成本為68~128美元/t，而傳統(tǒng)工藝的單位能耗為80~180kWh/t，可見，ETS生產效率顯著提高。據調查，中國農村自制土灶的熱效率最高為20%~25%，即使經過改造，節(jié)柴灶的熱效率也僅為38%~40%。經測算，ETS制粒過程僅消耗其本身所含能量的1%左右，生物質能顆粒燃燒器(包括爐、灶等)的熱效率為87%~89%，因此按保守的估計，使用專用燃燒器燃用生物質顆粒產品可提高熱效率47%左右。木質顆粒在美國市場的小包裝零售價格為170美元/t，大包裝價格約為135美元/t;在瑞典的交貨價格為150美元/t;散裝的木質顆粒在阿姆斯特丹的離岸價為80美元/t。如果中國引進ETS技術生產木質顆粒，產品的生產成本比國外要低很多。經測算，批量生產成本為240元/t左右，零售價格為320元人民幣/t(39美元/t)，這樣的價格在國際市場上的競爭力是毋庸置疑的，在國內可與煤炭價格相抗衡。因此，在中國引進EST制粒技術是經濟的、可行的。
2、加強生物質能源利用的宣傳力度發(fā)展生物質能源具有良好的生態(tài)效益和社會效益。
法國政府認為，發(fā)展生物質能源，不僅可以保護環(huán)境，緩和氣候變化，還能促進農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展;使用生物質能源替代石油、煤炭等傳統(tǒng)能源，每年可減少原油進口量1,100萬t，相當于省下了25億到30億歐元，減排CO2 1,600萬t。美國的實踐表明，生物質能源發(fā)電的勞動密集程度比傳統(tǒng)發(fā)電方式高。將于2005年實施的法國生物質能源發(fā)展規(guī)劃，可為法國全境創(chuàng)造和提供3萬個就業(yè)崗位。中國勞動力成本低，發(fā)展生物質能源比發(fā)達國家更具競爭力，將為成千上萬的人創(chuàng)造就業(yè)機會。有數據表明，中國每100億元人民幣產值的生物質能源工業(yè)可提供100多萬個就業(yè)崗位。中國現(xiàn)有森林年均凈耗量34,395萬m3，其中薪材占29.8%，為10250萬m3 ;，如果將這些薪材制成木質顆粒用來發(fā)電(發(fā)電效率按30%計)，每年可發(fā)電1,230億kWh，每年可創(chuàng)產值369億元，增加369萬個工作崗位。
3、國家制定相應的配套政策
生物質燃料的推廣必須要國家的支持，國家應通過制定能源稅、環(huán)境保護稅等政策來促進生物質能源的發(fā)展，使環(huán)保意識及可持續(xù)發(fā)展意識深入人心。
技術參數
1、(以1000kg/h蒸汽鍋爐即每小時可以吧1000kg的水變成蒸汽的鍋爐為例)
2、(以每小時把1000kg的水從20℃加熱到60℃的熱水消耗的能量為例)
中國也十分重視生物能源的開發(fā)和利用。20世紀80年代以來，中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(fā)，使生物質能技術有了進一步提高。但中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(fā)電技術等項目[1]，對于生物質能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。但是，生物質能源顆粒產品在中國推廣應用還很少，為了使中國生物質能源顆粒盡快產業(yè)化和商業(yè)化，我們對其推廣應用中存在的問題進行了分析，并探討了解決的對策與方法。
燃料優(yōu)勢
生物質顆粒燃料
1、生物質顆粒燃料發(fā)熱量大，發(fā)熱量在3900~4800千卡/kg左右，經炭化后的發(fā)熱量高達7000-8000千卡/kg。
2、生物質顆粒燃料純度高，不含其他不產生熱量的雜物，其含炭量75-85%，灰份3-6%，含水量1-3%，絕對不含煤矸石，石頭等不發(fā)熱反而耗熱的雜質，將直接為企業(yè)降低成本。
3、生物質顆粒燃料不含硫磷，不腐蝕鍋爐，可延長鍋爐的使用壽命，企業(yè)將受益匪淺。
4、由于生物質顆粒燃料不含硫磷，燃燒時不產生二氧化硫和五氧化二磷，因而不會導致酸雨產生，不污染大氣，不污染環(huán)境。
5、生物質顆粒燃料清潔衛(wèi)生，投料方便，減少工人的勞動強度，極大地改善了勞動環(huán)境，企業(yè)將減少用于勞動力方面的成本。
6、生物質顆粒燃料燃燒后灰碴極少，極大地減少堆放煤碴的場地，降低出碴費用。
7、生物質顆粒燃料燃燒后的灰燼是品位極高的優(yōu)質有機鉀肥，可回收創(chuàng)利。
8、生物質顆粒燃料是大自然恩賜于我們的可再生的能源，它是響應中央號召，創(chuàng)造節(jié)約性社會。
生物質顆粒作為一種新型的顆粒燃料以其特有的優(yōu)勢贏得了廣泛的認可。與傳統(tǒng)的燃料相比，不僅具有經濟優(yōu)勢也具有環(huán)保效益，完全符合了可持續(xù)發(fā)展的要求。
首先，由于形狀為顆粒，壓縮了體積，節(jié)省了儲存空間，也便于運輸，減少了運輸成本。
其次，燃燒效益高，易于燃盡，殘留的碳量少。與煤相比，揮發(fā)份含量高燃點低，易點燃;密度提高，能量密度大，燃燒持續(xù)時間大幅增加，可以直接在燃煤鍋爐上應用。
除此之外，生物質顆粒燃燒時有害氣體成分含量極低，排放的有害氣體少，具有環(huán)保效益。而且燃燒后的灰還可以作為鉀肥直接使用，節(jié)省了開支。
推廣問題
生物質顆粒燃料
1、傳統(tǒng)技術制粒成本高中國采用的制粒方法均為傳統(tǒng)生產方法，木質顆粒的制粒原理見圖1，它與現(xiàn)有的飼料制粒方式相同，即原料從環(huán)模內部加入，經由壓輥碾壓擠出環(huán)模而成粒狀。其工藝流程見圖2，包括原料烘干、壓制、冷卻、包裝等。該工藝流程需要消耗大量能量，首先在顆粒壓制成型過程中，壓強達到50~100MPa，原料在高壓下發(fā)生變形、升溫，溫度可達100℃~120℃，電動機的驅動需要消耗大量的電能;第二，原料的濕度要求在12%左右，濕度太高和太低都不能很好成粒，為了達到這個濕度，很多原料要烘干以后才能用于制粒;第三，壓制出來的熱顆粒(顆粒溫度可達95℃~110℃)要冷卻才能進行包裝。后2項工藝消耗的能量在制粒全過程中占25%~35%，加之成型過程中對機器的磨損比較大，所以傳統(tǒng)顆粒成型機的產品制造成本較高。
2、對生物質能顆粒認識不夠深大多數人對生物質能顆粒具有高能、環(huán)保、使用方便的特性認識不夠，甚至許多用能單位根本就不知道有生物質能顆粒產品，更談不上認識和應用。
3、服務配套措施跟不上生物質能顆粒產品生產出來后，運輸、貯藏、供應等服務措施跟不上，用戶使用不方便。
問題解決
1、引進ETS制粒新技術、降低制粒成本
生物質顆粒燃料ETS(EcoTre System)是意大利研制開發(fā)的新型木質顆粒制粒生產系統(tǒng)，原理見圖3。它對原料的濕度適應性強，濕度為10%~35%時就可以成粒，所以大部分原料不需要干燥即可直接用于制粒;成粒以后的升溫只有10%~15%;，壓制出來的顆粒溫度一般只有55%~60%;，無須冷卻即可直接進行包裝，通常可以去掉干燥和冷卻2道工序，如圖4所示。這種制粒方法能耗很低(比傳統(tǒng)的工藝方法減少60%~70%的能量消耗)，而且機器磨損也大大減小，總成本降低很多。對于不同的原料，ETS系統(tǒng)在整個生產制粒過程的單位能量消耗為25~60kWh/t、生產成本為68~128美元/t，而傳統(tǒng)工藝的單位能耗為80~180kWh/t，可見，ETS生產效率顯著提高。據調查，中國農村自制土灶的熱效率最高為20%~25%，即使經過改造，節(jié)柴灶的熱效率也僅為38%~40%。經測算，ETS制粒過程僅消耗其本身所含能量的1%左右，生物質能顆粒燃燒器(包括爐、灶等)的熱效率為87%~89%，因此按保守的估計，使用專用燃燒器燃用生物質顆粒產品可提高熱效率47%左右。木質顆粒在美國市場的小包裝零售價格為170美元/t，大包裝價格約為135美元/t;在瑞典的交貨價格為150美元/t;散裝的木質顆粒在阿姆斯特丹的離岸價為80美元/t。如果中國引進ETS技術生產木質顆粒，產品的生產成本比國外要低很多。經測算，批量生產成本為240元/t左右，零售價格為320元人民幣/t(39美元/t)，這樣的價格在國際市場上的競爭力是毋庸置疑的，在國內可與煤炭價格相抗衡。因此，在中國引進EST制粒技術是經濟的、可行的。2、加強生物質能源利用的宣傳力度發(fā)展生物質能源具有良好的生態(tài)效益和社會效益。
法國政府認為，發(fā)展生物質能源，不僅可以保護環(huán)境，緩和氣候變化，還能促進農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展;使用生物質能源替代石油、煤炭等傳統(tǒng)能源，每年可減少原油進口量1,100萬t，相當于省下了25億到30億歐元，減排CO2 1,600萬t。美國的實踐表明，生物質能源發(fā)電的勞動密集程度比傳統(tǒng)發(fā)電方式高。將于2005年實施的法國生物質能源發(fā)展規(guī)劃，可為法國全境創(chuàng)造和提供3萬個就業(yè)崗位。中國勞動力成本低，發(fā)展生物質能源比發(fā)達國家更具競爭力，將為成千上萬的人創(chuàng)造就業(yè)機會。有數據表明，中國每100億元人民幣產值的生物質能源工業(yè)可提供100多萬個就業(yè)崗位。中國現(xiàn)有森林年均凈耗量34,395萬m3，其中薪材占29.8%，為10250萬m3 ;，如果將這些薪材制成木質顆粒用來發(fā)電(發(fā)電效率按30%計)，每年可發(fā)電1,230億kWh，每年可創(chuàng)產值369億元，增加369萬個工作崗位。
3、國家制定相應的配套政策
生物質燃料的推廣必須要國家的支持，國家應通過制定能源稅、環(huán)境保護稅等政策來促進生物質能源的發(fā)展，使環(huán)保意識及可持續(xù)發(fā)展意識深入人心。
技術參數
1、(以1000kg/h蒸汽鍋爐即每小時可以吧1000kg的水變成蒸汽的鍋爐為例)
2、(以每小時把1000kg的水從20℃加熱到60℃的熱水消耗的能量為例)
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