生物质固化成型燃料.docx
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生物质固化成型燃料
生物质固化成型燃料
生物质固化成型燃料
三、生物质固化成型燃料
生物质固化成型燃料技术是在必然温度和压力作用下，将各类分散的、没有必然形状的农林生物质通过搜集、干燥、粉碎等预处置后，利用特殊的生物质固化成型设备挤压成规那么的、密度较大的棒状、块状或颗粒状等成型燃料，从而提高其运输和贮存能力，改善
我国生物质固化成型燃料技术起步较晚，但进展迅速。
目前，北京、河南、河北、山东、江苏、安徽、辽宁、吉林、黑龙江等省、直辖市推行生物质固化成型燃料技术较多，据不完全统计，推行利用的各类固化成型燃料设备约有30多处（不含机制柴炭），其中包括部份由生产饲料转制生产燃料的企业，年总生产能力约5万~6万吨。
（一）国内外技术研发觉状
1.国外技术研发觉状早在20世纪30年代，美国就开始研究固化成型燃料技术并研制了螺旋式成型机。
在1976年，开发出了生物质颗粒燃烧设备。
日本于20世纪50年代引进
国外成型燃料的进展大体分为三个时期。
20世纪30年代至50年代为研究、示范、交叉引进时期，研究的着眼点以代替化石能源为目标。
20世纪70年代至90年代为第二时期，各国普遍重视了化石能源对环境的阻碍，对数量较大的、可再生的生物质能源产生了爱好，开展生物质固化成型燃料的研究，到90年代，欧洲、美洲和亚洲的一些国家在生活领域中比较大量地应用生物质固化成型燃料。
20世纪90年代后期至今为第三时期，第一以丹麦为首开展了规模化利用的研究工作，丹麦闻名的能源投资公司BWE率先研制成功了第一座生物质固化成型燃料发电厂，随后
目前，美国已经在25个州兴修了树皮成型燃料加工厂，天天生产燃料超过300吨。
但生物质固化成型燃料以欧洲的一些国家如丹麦、瑞典、奥地利进展最快。
例如，瑞典人均生物质固化成型燃料消耗量达到160千克/年。
欧洲现有近百家生物质固化成型燃料加工厂，农场以秸秆为原料，靠近城市的加工厂以木屑为原料。
南非在2003年建成了4座以木材加工废弃物为原料，年产量达到20万吨的成型燃料加工厂。
总之，国外生物质固化成型燃料技术进展有如下特点：
原料以木屑等林业废弃物为主，一样不利用农作物秸秆；生产技术大部份已经成熟，并达到规模化和商品化；成型燃料的用途已经由烧壁炉等生活用能为主转向了生产应用；设备制造比较标准，但能耗高，价钱高。
2.我国技术研发觉状
（1）研发觉状。
我国从20世纪80年代起开始致力于生物质固化成型燃料技术的研究，要紧引进韩国、日本、中国台湾等成套设备。
随后，荷兰、比利时等国家的技术和设备也接踵引入我国，并以螺杆成型机为主。
1999年，辽宁省能源研究所承担的"九五"国家科技攻关（重点）项目"秸秆的能源转化与利用综合系统"--生物质固化成型机组通过省级技术和投产鉴定，标志着我国棒状生物质固化成型燃料生产设备达到国际先进水平。
随后，河
南农业大学、中国林业科学研究院林产化学工业研究所等单位也推出了类似的产品。
21世纪初，河南农业大学等又推出活塞冲压式成型设备，辽宁省能源研究所那么在国内率先推出产量大、能耗低、原料适应性广的颗粒燃料设备。
不久前，该所又成功研制开发出可移动生物质固化成型燃料设备。
至此，我国已成功研制出各类类型的生物质固化成型燃料生产设备。
（2）各类型设备性能介绍。
①活塞冲压式成型机。
该机由河南农业大学和中国农业机械化科学研究院研制。
河南农业大学率先对冲压式生物质固化成型设备进行了应用研究，所设计的往复式活塞双向挤压成型机具有创新性。
生产实验和分析结果说明：
该成型机可显著提高易损件的利用寿命，降低单位产品能耗，工作平稳，成型靠得住，本钱低，投入回收期短，经济效益和环保效益明显，生产以秸秆为主的生物质原料，推行前景广漠。
但该类型设备所生产的燃料密度比较小。
②螺旋挤压式成型机。
中国林业科学研究院林产化学工业研究所率先开始研制螺旋挤压式棒状燃料成型机，要紧由加热装置、螺旋挤压装置和操纵装置组成。
但这些设备存在着一些诸如成型筒及螺旋轴磨损严峻、寿命较短、电耗大等缺点。
1999年辽宁省能源研究所成功研制开发生物质固化成型机组，该机组包括干燥、成型、炭化等设备。
2005年又研制开发了BIO-37型生物质固化成型机，该机产量可达到500千克/时，是目前国内产量最大的固化成型设备。
利用该设备能够大大减少人工本钱，提高经济效益。
③压辊式颗粒成型机。
北京老万生物质能科技从2000年开始研发农作物秸秆类生物质颗粒燃料，其固化成型技术要紧从瑞典引进。
可是在生物质颗粒燃料加热成型进程中，能量消耗较大。
为了降低颗粒燃料成型的能耗，辽宁省能源研究所研制开发了BIO-C55型颗粒燃料生产设备，这是一种在常温下生产颗粒燃料的成型机，采纳环模压辊式结构，由一台55千瓦的主电机驱动环模和压辊执行颗粒成型的挤压，通过调整上料电机的转速而实现供料量的操纵，颗粒燃料的生产效率可达到700-900千克/时。
另外，通过对不同物料成型机理的研究，总结出不同物料不同含水率情形下最正确的成型条件。
该功效已通过了省级科技功效鉴定。
④环模挤压成型。
要紧有两种，一种采纳内环模压辊挤压成型，一种采纳双环模对辊挤压成型，这两种都是由饲料成型设备改良而来。
前者以北京盛昌绿能科技改良美国技术为代表，是目前欧美国家的主流技术，设备采纳常温成型，适用原料为秸秆、木屑等各类农林废弃物；产品为颗粒状及方块状，设备生产能力1~4吨，环模工作寿命约600小时，依照配置其售价30万~60万元/套。
在北京市大兴区礼贤镇建有年产2万吨的示范工厂。
后者以国能惠远公司为代表，常温成型，要紧适用原料为木屑，过于干燥不易成型，成型后需要干燥处置，有黏结剂易于成型，产品为颗粒状，生产能力约300~500千克/时，模具工作寿命约400小时，售价约30万元/套。
北京怀柔区建有示范工厂。
⑤平模挤压成型。
由饲料成型设备改良而成，以吉林华光研究所为代表。
设备采纳常温成型，要紧适用原料为木屑等，产品颗粒状，设备生产能力50~300千克/时，平模工作寿命约400小时，售价5万~15万元/套。
在国内有少量应用。
我国一些科研单位针对成型设备存在的各类问题做了大量研究实验，对设备的关键部件进行了改良，还对各类成型机进行比较分析，综合其优势进行了设备改造。
但生产率低的问题需进一步研究解决，并加速生物质燃料专用燃烧锅炉的研发步伐，从而推动紧缩成型技术的商业化进展。
整体来讲，我国的生物质固化成型燃料有如下特点：
在全国范围内，还处于研究示范试点时期，设备的技术原理比较先进，本钱低廉，适合我国国情；规模化和市场化较差；治理不标准，支持政策缺乏，推行速度缓慢。
（二）工艺流程
生物质固化成型燃料技术进展至今，已开发了许多种成型工艺和成型机械。
可是作为生产燃料，主若是干燥物料的常温成型与热成型。
大体流程图如图1-9所示。
1.热成型工艺热成型工艺是目前普遍采纳的生物质固化成型工艺。
其工艺流程为：
原料粉碎→干燥混合→挤压成型→冷却包装。
热成型技术进展到今天，已有各类各样的成型工艺问世，总的看来能够依照原料被加热的部位不同，将其划分为两类：
一类是原料只在成型部位被加热，称为非预热热压成型工艺。
另一类是原料在进入紧缩机构之前和在成型部位被别离加热，称为预热热压成型工艺。
两种工艺的不同的地方在于预热热压成型工艺在原料进入成型机之前对其进行了预热处置。
可是从实际应用情形看，非预热热压成型工艺占主导地位。
2.常温成型工艺生物质常温成型工艺即在常温下将生物质颗粒高压挤压成型的进程。
常温成型工艺一样需要专门大的成型压力，为了降低成型压力，可在成型进程中加入必然的黏结剂。
若是黏结剂选择不合理，会对成型燃料的特性有所阻碍。
从环保角度，不加任何添加剂的常温成型是现代的主流。
一样成型工艺如图1-10所示。
3.其他成型工艺除上述要紧成型工艺外，还有炭化成型工艺。
该工艺能够分为两类，一类是先成型后炭化，一类是先炭化后成型。
（1）先成型后炭化工艺。
工艺流程为：
原料→粉碎干燥→成型→炭化→冷却包装。
先用紧缩成型机将松散碎细的植物废料紧缩成具有必然密度和形状的燃料棒，然后用炭化炉将燃料棒炭化成柴炭。
这种工艺具有有效价值。
（2）先炭化后成型工艺。
工艺流程为：
原料→粉碎除杂→炭化→混合黏结剂→挤压成型→千燥→包装。
先将生物质原料炭化成颗粒状炭粉，然后再添加必然量的黏结剂，用紧缩成型机挤压成必然规格和形状的成品炭。
这种成型方式使挤压成型特性取得改善，成型部件的机械磨损和挤压进程中的能量消耗降低。
可是，炭化后的原料在挤压成型后维持既定形状的能力较差，贮运和利历时容易开裂和破碎，因此紧缩成型时一样要加入必然量的黏结剂。
若是在成型进程中不利用黏结剂，要保证成型块的贮存和利用性能，那么需要较高的成型压力，这将明显提高成型机的造价。
这种成型方式在实际生产中很少见。
（三）进展潜力及趋势
1.我国进展生物质固化成型燃料的条件
（1）经济上的可行性。
固化成型燃料的经济可行性能够从两方面分析。
第一是固化成型燃料的价钱。
若是能够成立生物质原料的收购体系，保证操纵秸秆等原料的价钱在150元/吨之内是可能的；生物质固化成型燃料的加工费用为200元/吨左右，即能够操纵成型燃料的本钱在400元/吨之内。
生物质固化成型燃料的热值5~17兆焦/千克，而价钱在400元/吨的煤炭的热值约为18兆焦/千克，尽管在现时期内成型燃料的热值/价钱比稍高于煤炭，但生物质固化成型燃料是清洁能源，且煤炭的价钱将慢慢上扬。
因此在必然范围内以固化成型燃料代替煤是完全可能的。
第二是成型燃料设备的价钱。
尽管各类不同厂家、不同生产工艺的设备价钱相差较大，但建设一座年产成型燃料5000吨的生产线总投资在200万元之内，昔时能够回收全数投资。
（2）社会经济结构调整趋势。
我国大部份人口在农村，农村人口生活用能的大部份为原生生物质资源。
随着社会主义新农村建设和农村小康环保行动打算的实施，解决农村环境"脏、乱、差"的全然途径是解决柴火乱堆问题，最现实的方法确实是利用成型燃料。
另外，随着城市化进程的加速，小城镇建设将成为尔后进展重点，小城镇靠近农村，秸秆等资源来源方便，以成型燃料为这部份居民集中供暖，在技术上、经济上是可行的。
（3）产业结构调整趋势。
改变传统的不合理的能源结构，实施"节能减排"是实现我国产业结构调整的途径之一，进展清洁能源，实施多元化的能源进展战略是实现可持续进展战略的重要举措。
成型燃料加工简单、生物质热利用率高，必将在以后的生物质能源中占据重要位置。
生物质固化成型燃料的开发潜力相当庞大。
2.固化成型燃料的开发规模依照我国农业地域单位农田面积秸秆产量和搜集率计算，5万吨秸秆的搜集半径在15千米左右。
15~30千米原料价钱要比15千米之内原料价钱提高20%左右。
因此，成型燃料生产企业的生产规模应操纵在1万~5万吨为宜。
3.固化成型燃料的重点生产区域秸秆等生物质资源的用途普遍，生产固化成型燃料的生物质原料只能是原生生物质中的一小部份。
因此，固化成型燃料的生产应重点在如下区域展开。
一是商品粮集中生产区。
这种地域秸秆资源丰硕，常常显现农人当场燃烧秸秆的现象。
二是林区林产和薪柴生产区。
这种地域林业加工剩余物量大、易患。
三是生态爱惜区、河川源头地域和生态环境脆弱地域。
此类地域的水土流失对生态环境阻碍庞大，成型燃料热利用率高，少量的生物质资源经加工成成型燃料就能够够知足居民生活利用，能够有效幸免乱砍滥伐现象。
4.固化成型燃料的重点消费领域农村能源建设是提高农人生活质量的关键手腕，在沼气、生物质气化气无法从全然上解决农村尤其是北方农村冬季取暖问题的情形下，固化成型燃料那么能够解决炊事、取暖用能。
我国每一年因燃煤产生的S02达2500万吨，且逐年增加，为了解决由此造成的环境污染问题，各地接踵出台了大气污染整治方案，慢慢取缔小型燃煤锅炉。
很多企事业单位在燃油、燃气无法经受的情形下，燃用生物质成型燃料是最经济的选择。
（四）效益分析
国家"十一五"计划纲要中明确提出"扩大生物质固化成型燃料生产能力"。
国家进展和改革委员会生物质固化成型燃料进展计划提出，在2020年前，结合解决农村大体能源需要和改变农村用能方式，开展生物质颗粒燃料应用示范点建设年消耗颗粒燃料500万吨，代替300万吨煤。
到2020年，使生物质颗粒燃料成为普遍利用的一种优质燃料，消耗颗粒燃料5000万吨，代替3000万吨煤。
国家的相关政策及产业进展计划为生物质颗粒燃料设备的推行应用起到了庞大的推动作用。
生物质固化成型燃料原料利用率很高，去除尘土等杂质，原料利用率可达90%以上。
到2020年，我国秸秆等农林废弃物总量在8.5亿~9亿吨，生产5
000万吨成型燃料需要原料5500万吨，约占资源总量的7%。
由于生物质用途普遍，能够估量，5000万吨
是我国成型燃料年产量的极限。
5000万吨成型燃料能够折合3000万吨标准煤，占届时我国能源需求总量的1%；农人销售秸秆5500万吨，以每吨获利30元计算，使农人增收16.5亿元；成型燃料生产企业以每吨获利50元计算，年获利27.5亿元。
每一年消费5000万吨成型燃料，减排C021亿一1.5亿吨，减排S0280万~100万吨。
生产5000万吨成型燃料与秸秆的其他用途相结合，能够有效解决我国农村柴火垛问题，为新农村建设发挥重大作用，具有十分明显的环境效益。
四、农作物秸秆直接燃烧发电
生物质发电技术可分为直接燃烧、气化燃烧和混合燃烧发电等几种技术类型。
生物质燃烧发电（包括城市固体废物发电）技术类似燃煤技术，燃烧产生的蒸气通过汽轮机或蒸汽机系统驱动发电机发电，大体达到成熟时期，且风险最小，已经进入商业化应历时期。
混合燃烧是生物质利用现有电厂的设备，部份替代传统化石燃料进行利用的一种形式，分为直接混合燃烧、间接混合燃烧和并联燃烧三种方式，都已在示范或商业化项目中取得应用。
到2005年末，我国生物质发电装机容量约为2000兆瓦，其中蔗渣发电约1700兆瓦、垃圾发电约200兆瓦，其余为稻壳等农林生物质气化发电和沼气发电等。
2003年以来，国家进展和改革委员会前后批复了江苏如东、山东单县和河北晋州3个国家级秸秆发电示范项目，拉开了我国秸秆发电建设的序幕。
在《中华人民共和国可再生能源法》及其配套政策的支持下，我国秸秆发电迈出实质性步伐。
截至2006年末，由国家进展和改革委员会、地址进展和改革委员会核准生物质规模化发电项目近50处，总装机容量1500兆瓦，其中2006年核准38处，装机容量l284兆瓦，总投资约100亿元。
2007年估量至少还有10处以上生物质发电项目建成投产，装机容量200兆瓦左右。
山东单县、江苏宿迁和河北威县3
座发电站已投产发电，总装机容量8万千瓦。
进展秸秆发电，不仅能够有效减少由于在田间地头大量燃烧秸秆所造成的环境污染，变废为宝，化害为利，而且对增加农人收入，推动社会主义新农村建设都具有踊跃的作用。
建设一个2.5万千瓦的秸秆发电厂，每一年需要消耗秸秆20万吨，按每吨秸秆收购价200元计算，可为本地农人增加收入约4000万元，惠及的农户数量快要5万户，年人均增收约200元。
（一）国内外技术研发觉状
1.国外技术研发觉状1973年的石油危机，促使丹麦等发达国家开始研究生物质秸秆燃烧发电技术。
在BWE公司的技术支撑下，1988年诞生了世界上第一个生物质秸秆燃烧发电厂。
现在已有130家秸秆发电厂遍及丹麦，秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费量的24%以上，丹麦靠新兴替代能源由石油入口国一跃成为石油出口国。
此刻秸秆发电技术从丹麦走向了世界，并被联合国列为重点推行项目。
据资料显示，目前在丹麦、荷兰、瑞典、芬兰等欧洲国家，利用秸秆作为燃料发电的机组已有300多台。
丹麦开发了一种专门燃烧打捆秸秆的燃烧炉，利用液压式活塞将打捆秸秆通过输入通道持续地输送至水冷的移动炉排。
由于秸秆灰熔点较低，通过水冷炉墙或烟气循环的方式来操纵燃烧室的温度，使其不能超过900~C。
目前，丹麦已成立10几家秸秆发电厂，还有约lOO多家以秸秆或林木为燃料的供热厂。
丹麦已成为全世界秸秆直燃发电的领先者。
混合燃烧在美国进展良好，约有300多家发电厂采纳生物质与煤混合燃烧技术，装机容量达6000兆瓦，估量还有更多的发电厂将有可能采纳此技术；在挪威、瑞典也取得必然的应用。
荷兰Gelderland电厂是欧洲在大容量锅炉进行混合燃烧最重要的示范项目之一，以废木材为燃料，锅炉机组选用635兆瓦煤粉炉。
木材燃烧系统独立于燃煤系统，对锅炉运行状态没有阻碍。
系统于1995年投入利用，现已商业化运行。
每一年平均消耗约6万吨木材（干
重），相当于锅炉热量输入的3%~4%，替代燃煤约4.5万吨，输出电力20兆瓦，为以后混合燃烧项目提供了直接体会。
可是，秸秆等生物质发电若是失去了国家政策的扶持是很难生存的。
以丹麦为例，秸秆发电企业除免缴能源税、COz税等环境税，而且优先挪用秸秆产生的电、热，由政府保证最低上网电价、热价。
政府还对各发电运营商提出明确要求，各发电公司必需有必然比例的可再生能源容量。
2.我国技术研发觉状2006年12月1日，我国第一个国家级生物发电示范项目--山东省单县秸秆直燃发电项目投产发电。
单县秸秆发电项目是国家进展和改革委员会核准的第一个秸秆直燃发电示范项目，以棉花秸秆和林业废弃物为燃料，装机容量2.5万千
瓦，设计年发电量约1.6亿千瓦时，年消耗秸秆15万多吨。
该项目由国家电网公司控股的国能生物质发电投资建设，电站采纳丹麦BWE公司先进的生物质锅炉技术--高温高压水冷振动炉排燃烧技术，锅炉由济南锅炉厂制造，汽轮机和发电机均由国内企业生产。
国能生物质发电在电厂周边50千米半径范围内建设了8个秸秆搜集站，每一年可为本地农人增加约3000万元的收入。
与一样规模燃煤电厂相较，一年可节约标准煤7万余吨，减少C02排放10万吨。
江苏宿迁秸秆直燃发电示范项目于2006年12月20日点火运行。
这是我国建成的第一个采纳国产设备和技术的秸秆直燃发电项目。
该项目位于宿迁市宿豫区，一期总投资2.48亿元，总装机容量2.4万千瓦，设计年发电量：
1.3亿千瓦时，年耗稻麦秸秆16.2万吨，每一年为本地农人提供约5000万元的收入，实现年节煤10万吨，年减排C02
12万吨左右。
该工程由中节能生物质能投资和中国环境公司一起投资兴修。
该示范项目的建成将推动我国生物质直接燃烧技术和装备，从依托国外技术为主向自主创新为主的战略性转变。
国内相关机构也正在开展生物质与煤混合燃烧项目。
清华大学热能工程系与秦皇岛福电集团在75吨/时燃煤循环流化床锅炉上进行了混燃发电实验，实验说明，混燃比在20%之内，燃煤锅炉不必任何改良即可稳固运行。
2005年12月16日，我国首个秸秆与煤粉混烧发电项目在十里泉发电厂完工投产，标志着我国生物质发电技术取得了新的重大进展。
十里泉发电厂位于山东省枣庄市，是华电集团下属的华电国际电力股分的主力电厂之一，总装机容量约130万千瓦，其中30万千瓦机组2台，14万千瓦机组4台，12.5万千瓦机组1台。
秸秆与煤粉混烧发电技术是国际上比较先进的发电技术之一。
自2003年下半年开始，华电国际在北京龙基电力公司的协助下，对常规燃煤锅炉掺烧秸秆发电的可行性进行了充分的调研，引进了丹麦BWE公司的技术设备，对十里泉发电厂1台14万千瓦机组的锅炉（400吨/时）燃烧器进行了秸秆与煤粉混烧技术改造。
该项技术改造总投资8000多万元，增加了1套秸秆收购、贮存、粉
碎和输送设备，2台从丹麦入口的输入热负荷为3万千瓦的秸秆专用燃烧器，并对供风系统及相关操纵系统进行了优化。
锅炉改造后原有系统和参数不变，既可实现秸秆与煤粉混烧，也可单独烧煤。
该项目的成功运营，使我国实现了秸秆与煤粉混烧发电项目从理论到实践的冲破，为秸秆与煤粉混烧发电改造技术的推行应用奠定了坚实的基础。
（二）工艺流程
生物质发电技术工艺流程见图1-11。
（三）进展潜力及趋势
2006年1月1日正式实施的《中华人民共和国可再生能源法》，和依照该法公布实施的《可再生能源发电价钱和费用分摊治理试行方法》，为我国可再生能源发电提供了进展的社会空间和经济基础。
当前，国家对秸秆发电等可再生能源发电实行优惠电价政策，上网电价可高出燃煤发电的电价0.25元/千瓦时，而且还能够享受税收减免等一系列政策。
尔后，随着配套政策的完善、发电技术和装备的进步，和原料搜集和贮运体系的形成，我国秸秆发电产业必将取得稳步进展。
煤粉秸秆混燃技术的成功应用，为我国大量面临关停的小火电机组提供了改造进展的新机缘。
据统计，我国尚有总装机容量约1亿千瓦的小火电厂，平均每千瓦时发电煤耗在400克标准煤以上，有的乃至超过500克标准煤，高于大型先进发电机组煤耗30%~40%。
十里泉发电厂秸秆混烧发电项目的成功，为我国小火电机组的技术改造和再利用开辟了一条新的途径。
（四）效益分析
进展秸秆直燃发电，可减少温室气体和酸性气体等污染物的排放。
与传统化石燃料相较，秸秆等生物质能属于清洁能源，C02排放属于自然界的碳循环，不形成污染。
而且秸秆等生物质能含硫量极低，仅为0.3%，不到煤炭含硫量的1/4。
进展生物质能发电和生物颗粒燃料，实施煤炭代替，可显著减少C02和S02的排放。
投资建设一台2.5万千瓦级的生物质直燃发电项目，按年运行6000小时计算，年消耗农林废弃物约20万吨，年发电量约1.6亿千瓦时；在秸秆收购、加工、运输等方面，每一年可为本地农人增加收入达4500万~6000万元；围绕燃料收、贮、运等产业链条，能够直接吸纳本地农村劳动力1000多人。
与同类型火电机组相较，每一年可替代标准煤约5万吨，减排C02约15万吨。
燃烧后产生的草木灰，每一年可达8000吨左右，可作为钾肥还田利用。
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