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生物質(zhì)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(zhì)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(jīng)過加工產(chǎn)生的塊狀環(huán)保新能源。
基本特性
根據(jù)瑞典的以及歐盟的生物質(zhì)顆粒分類標(biāo)準(zhǔn)，若以其中間分類值為例，則可以將生物質(zhì)顆粒大致上描述為以下特性:生物質(zhì)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(yīng)為農(nóng)林產(chǎn)物，并且應(yīng)標(biāo)明使用的種類和數(shù)量。歐盟標(biāo)準(zhǔn)對生物質(zhì)顆粒的熱值沒有提出具體的數(shù)值，但要求銷售商應(yīng)予以標(biāo)注。瑞典標(biāo)準(zhǔn)要求生物質(zhì)顆粒的熱值一般應(yīng)在16.9 兆焦上。
背景資料
基本特性
根據(jù)瑞典的以及歐盟的生物質(zhì)顆粒分類標(biāo)準(zhǔn)，若以其中間分類值為例，則可以將生物質(zhì)顆粒大致上描述為以下特性:生物質(zhì)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(yīng)為農(nóng)林產(chǎn)物，并且應(yīng)標(biāo)明使用的種類和數(shù)量。歐盟標(biāo)準(zhǔn)對生物質(zhì)顆粒的熱值沒有提出具體的數(shù)值，但要求銷售商應(yīng)予以標(biāo)注。瑞典標(biāo)準(zhǔn)要求生物質(zhì)顆粒的熱值一般應(yīng)在16.9 兆焦上。
背景資料
生物質(zhì)顆粒燃料生物能源技術(shù)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(xué)家的關(guān)注。許多國家都制定了相應(yīng)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(nóng)場等，其中生物能源的開發(fā)利用占有相當(dāng)大的份額。國外很多生物能源技術(shù)和裝置已經(jīng)達到商業(yè)化應(yīng)用程度，同其他生物質(zhì)能源技術(shù)相比較，生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)更容易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和使用。使用生物能源顆粒的方便程度可與燃?xì)?、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(yīng)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(zhì)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(jì)80年代以來，中國政府一直將生物質(zhì)能源利用技術(shù)的研究與應(yīng)用列為重點科技攻關(guān)項目，開展了生物質(zhì)能利用新技術(shù)的研究和開發(fā)，使生物質(zhì)能技術(shù)有了進一步提高。但中國生物質(zhì)能的利用研究主要集中在大中型畜禽場沼氣工程技術(shù)、秸稈氣化集中供氣技術(shù)和垃圾填埋發(fā)電技術(shù)等項目[1]，對于生物質(zhì)能顆粒燃料產(chǎn)品的生產(chǎn)加工與直接燃燒利用的研究還剛剛起步。
國內(nèi)部分高校和科研機構(gòu)開展了生物質(zhì)顆粒成型技術(shù)的研究，取得了一定成績。但是，生物質(zhì)能源顆粒產(chǎn)品在中國推廣應(yīng)用還很少，為了使中國生物質(zhì)能源顆粒盡快產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化，我們對其推廣應(yīng)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(zhì)顆粒燃料
1、生物質(zhì)顆粒燃料發(fā)熱量大，發(fā)熱量在3900~4800千卡/kg左右，經(jīng)炭化后的發(fā)熱量高達7000-8000千卡/kg。
2、生物質(zhì)顆粒燃料純度高，不含其他不產(chǎn)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(zhì)，將直接為企業(yè)降低成本。
3、生物質(zhì)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(zhì)顆粒燃料不含硫磷，燃燒時不產(chǎn)生二氧化硫和五氧化二磷，因而不會導(dǎo)致酸雨產(chǎn)生，不污染大氣，不污染環(huán)境。
5、生物質(zhì)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(zhì)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(zhì)顆粒燃料燃燒后的灰燼是品位極高的優(yōu)質(zhì)有機鉀肥，可回收創(chuàng)利。
8、生物質(zhì)顆粒燃料是大自然恩賜于我們的可再生的能源，它是響應(yīng)中央號召，創(chuàng)造節(jié)約性社會。
生物質(zhì)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(rèn)可。與傳統(tǒng)的燃料相比，不僅具有經(jīng)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(yīng)用。
除此之外，生物質(zhì)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(zhì)顆粒燃料
1、傳統(tǒng)技術(shù)制粒成本高中國采用的制粒方法均為傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，木質(zhì)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(nèi)部加入，經(jīng)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(qū)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(chǎn)品制造成本較高。
2、對生物質(zhì)能顆粒認(rèn)識不夠深大多數(shù)人對生物質(zhì)能顆粒具有高能、環(huán)保、使用方便的特性認(rèn)識不夠，甚至許多用能單位根本就不知道有生物質(zhì)能顆粒產(chǎn)品，更談不上認(rèn)識和應(yīng)用。
3、服務(wù)配套措施跟不上生物質(zhì)能顆粒產(chǎn)品生產(chǎn)出來后，運輸、貯藏、供應(yīng)等服務(wù)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(shù)、降低制粒成本
生物質(zhì)顆粒燃料ETS(EcoTre System)是意大利研制開發(fā)的新型木質(zhì)顆粒制粒生產(chǎn)系統(tǒng)，原理見圖3。它對原料的濕度適應(yīng)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?？梢匀サ舾稍锖屠鋮s2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(chǎn)制粒過程的單位能量消耗為25~60kWh/t、生產(chǎn)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(chǎn)效率顯著提高。據(jù)調(diào)查，中國農(nóng)村自制土灶的熱效率最高為20%~25%，即使經(jīng)過改造，節(jié)柴灶的熱效率也僅為38%~40%。經(jīng)測算，ETS制粒過程僅消耗其本身所含能量的1%左右，生物質(zhì)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(zhì)顆粒產(chǎn)品可提高熱效率47%左右。木質(zhì)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(zhì)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(shù)生產(chǎn)木質(zhì)顆粒，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本比國外要低很多。經(jīng)測算，批量生產(chǎn)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(nèi)可與煤炭價格相抗衡。因此，在中國引進EST制粒技術(shù)是經(jīng)濟的、可行的。
2、加強生物質(zhì)能源利用的宣傳力度發(fā)展生物質(zhì)能源具有良好的生態(tài)效益和社會效益。
法國政府認(rèn)為，發(fā)展生物質(zhì)能源，不僅可以保護環(huán)境，緩和氣候變化，還能促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展;使用生物質(zhì)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(dāng)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(shù)據(jù)表明，中國每100億元人民幣產(chǎn)值的生物質(zhì)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(zhì)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(chǎn)值369億元，增加369萬個工作崗位。
3、國家制定相應(yīng)的配套政策
生物質(zhì)燃料的推廣必須要國家的支持，國家應(yīng)通過制定能源稅、環(huán)境保護稅等政策來促進生物質(zhì)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(shù)參數(shù)
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(jì)80年代以來，中國政府一直將生物質(zhì)能源利用技術(shù)的研究與應(yīng)用列為重點科技攻關(guān)項目，開展了生物質(zhì)能利用新技術(shù)的研究和開發(fā)，使生物質(zhì)能技術(shù)有了進一步提高。但中國生物質(zhì)能的利用研究主要集中在大中型畜禽場沼氣工程技術(shù)、秸稈氣化集中供氣技術(shù)和垃圾填埋發(fā)電技術(shù)等項目[1]，對于生物質(zhì)能顆粒燃料產(chǎn)品的生產(chǎn)加工與直接燃燒利用的研究還剛剛起步。
國內(nèi)部分高校和科研機構(gòu)開展了生物質(zhì)顆粒成型技術(shù)的研究，取得了一定成績。但是，生物質(zhì)能源顆粒產(chǎn)品在中國推廣應(yīng)用還很少，為了使中國生物質(zhì)能源顆粒盡快產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化，我們對其推廣應(yīng)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(zhì)顆粒燃料
1、生物質(zhì)顆粒燃料發(fā)熱量大，發(fā)熱量在3900~4800千卡/kg左右，經(jīng)炭化后的發(fā)熱量高達7000-8000千卡/kg。
2、生物質(zhì)顆粒燃料純度高，不含其他不產(chǎn)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(zhì)，將直接為企業(yè)降低成本。
3、生物質(zhì)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(zhì)顆粒燃料不含硫磷，燃燒時不產(chǎn)生二氧化硫和五氧化二磷，因而不會導(dǎo)致酸雨產(chǎn)生，不污染大氣，不污染環(huán)境。
5、生物質(zhì)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(zhì)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(zhì)顆粒燃料燃燒后的灰燼是品位極高的優(yōu)質(zhì)有機鉀肥，可回收創(chuàng)利。
8、生物質(zhì)顆粒燃料是大自然恩賜于我們的可再生的能源，它是響應(yīng)中央號召，創(chuàng)造節(jié)約性社會。
生物質(zhì)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(rèn)可。與傳統(tǒng)的燃料相比，不僅具有經(jīng)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(yīng)用。
除此之外，生物質(zhì)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(zhì)顆粒燃料
1、傳統(tǒng)技術(shù)制粒成本高中國采用的制粒方法均為傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，木質(zhì)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(nèi)部加入，經(jīng)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(qū)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(chǎn)品制造成本較高。
2、對生物質(zhì)能顆粒認(rèn)識不夠深大多數(shù)人對生物質(zhì)能顆粒具有高能、環(huán)保、使用方便的特性認(rèn)識不夠，甚至許多用能單位根本就不知道有生物質(zhì)能顆粒產(chǎn)品，更談不上認(rèn)識和應(yīng)用。
3、服務(wù)配套措施跟不上生物質(zhì)能顆粒產(chǎn)品生產(chǎn)出來后，運輸、貯藏、供應(yīng)等服務(wù)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(shù)、降低制粒成本
生物質(zhì)顆粒燃料ETS(EcoTre System)是意大利研制開發(fā)的新型木質(zhì)顆粒制粒生產(chǎn)系統(tǒng)，原理見圖3。它對原料的濕度適應(yīng)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?？梢匀サ舾稍锖屠鋮s2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(chǎn)制粒過程的單位能量消耗為25~60kWh/t、生產(chǎn)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(chǎn)效率顯著提高。據(jù)調(diào)查，中國農(nóng)村自制土灶的熱效率最高為20%~25%，即使經(jīng)過改造，節(jié)柴灶的熱效率也僅為38%~40%。經(jīng)測算，ETS制粒過程僅消耗其本身所含能量的1%左右，生物質(zhì)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(zhì)顆粒產(chǎn)品可提高熱效率47%左右。木質(zhì)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(zhì)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(shù)生產(chǎn)木質(zhì)顆粒，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本比國外要低很多。經(jīng)測算，批量生產(chǎn)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(nèi)可與煤炭價格相抗衡。因此，在中國引進EST制粒技術(shù)是經(jīng)濟的、可行的。2、加強生物質(zhì)能源利用的宣傳力度發(fā)展生物質(zhì)能源具有良好的生態(tài)效益和社會效益。
法國政府認(rèn)為，發(fā)展生物質(zhì)能源，不僅可以保護環(huán)境，緩和氣候變化，還能促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展;使用生物質(zhì)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(dāng)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(shù)據(jù)表明，中國每100億元人民幣產(chǎn)值的生物質(zhì)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(zhì)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(chǎn)值369億元，增加369萬個工作崗位。
3、國家制定相應(yīng)的配套政策
生物質(zhì)燃料的推廣必須要國家的支持，國家應(yīng)通過制定能源稅、環(huán)境保護稅等政策來促進生物質(zhì)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(shù)參數(shù)
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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