秸稈壓塊成型燃料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的可行性研究

1、秸稈壓塊成型燃料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的可行性研究摘要：通過對(duì)秸稈壓塊成型的主要技術(shù)、工藝設(shè)備、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的分析，確定了秸稈壓塊成型燃料在國內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)是可行的。秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)中的核心技術(shù)HPB-型液壓式生物質(zhì)成型機(jī)在工作原理的創(chuàng)新方面及配套技術(shù)和技術(shù)路線，顯示了秸稈壓塊成型燃料的生產(chǎn)在技術(shù)上是可行的；每套秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，不僅能節(jié)約大量的化石能源，又為2t以下的燃煤鍋爐提供了燃料，有廣闊的應(yīng)用情景；秸稈燃料塊燃燒后煙氣中CO、CO2、SO2、NOx等成分的排放均低于目前燃煤鍋爐規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了國家的環(huán)保要求，生態(tài)環(huán)保效益明顯。因此秸稈壓塊成型燃料的生產(chǎn)的在

2、國內(nèi)廣大農(nóng)村、城鎮(zhèn)實(shí)行產(chǎn)業(yè)化是可行的。 關(guān)鍵詞：秸稈；壓塊成型；燃燒；產(chǎn)業(yè)化；可行性 中國作為一個(gè)迅速崛起的發(fā)展中農(nóng)業(yè)大國，在保護(hù)環(huán)境的前提下，要實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，必須改變傳統(tǒng)的能源利用和能源生產(chǎn)方式，開發(fā)利用生物質(zhì)資源，生產(chǎn)清潔能源是一項(xiàng)必然的選擇。作為人類傳統(tǒng)燃料的農(nóng)作物秸稈，是來源于太陽能的一種可再生能源，具有資源豐富含碳量低的特點(diǎn)，加之在其生長過程中吸收大氣中的CO2而成為碳元素的匯（Sink）而被稱為清潔能源1。近年來隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，農(nóng)村生活用能中高品位的商品能源的比例增加，秸稈所占的比重正逐步下降。燃燒秸稈成為被替代的對(duì)象，田間地頭或田間焚燒的秸稈量逐年增加，

3、這種污染在收獲季節(jié)集中排放，使得短時(shí)間內(nèi)大氣質(zhì)量嚴(yán)重惡化，成為一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問題2。本科題主要研究了廢棄的農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化為高品位的能源，替代部分煤炭、石油等化石燃料，來提高農(nóng)民的收入，緩解農(nóng)村能源緊張的局面，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)村能源的可持續(xù)發(fā)展。 1 主要技術(shù)分析 1.1 技術(shù)路線 秸稈生物質(zhì)收集后先由太陽能預(yù)烘干系統(tǒng)進(jìn)行脫水，通過輸送帶進(jìn)入秸稈粉碎機(jī)，粉碎后的秸稈由氣力輸送裝置送入原料倉，再由輸送帶送入液壓式秸稈生物質(zhì)壓塊燃料成型機(jī)，成型后的秸稈棒塊即為燃料產(chǎn)品。 1.2核心技術(shù) 1.1.1 核心技術(shù) 研究課題的核心技術(shù)是秸稈生物質(zhì)壓塊成型技術(shù)。在克服螺旋式生物質(zhì)成型機(jī)存在的耗能高、主要易損件使用壽

4、命低的問題的基礎(chǔ)上經(jīng)過反復(fù)研究、試驗(yàn)和改進(jìn)，生產(chǎn)出了HPB秸稈液壓驅(qū)動(dòng)式秸稈成型機(jī)。 1.1.2 液壓成型機(jī)的工作原理 該機(jī)的突出特點(diǎn)是增加了2級(jí)預(yù)壓喂入機(jī)構(gòu)，液壓泵站輸出液力，通過電液閥控制，使雙出桿油缸帶動(dòng)左右沖桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。喂料斗中的生物質(zhì)原料首先經(jīng)過垂直攪龍和水平液壓油缸兩次預(yù)壓后，由雙出桿油缸上的沖桿推進(jìn)成型套筒內(nèi)，在合適的成型溫度下，套筒中的秸稈生物質(zhì)在外力的作用下使生物質(zhì)顆粒重新排列位置關(guān)系，并發(fā)生機(jī)械變形和塑性變形。在垂直于最大應(yīng)力的方向上，粒子主要以相互靠近結(jié)合的形式結(jié)合3。隨外力的增大，生物質(zhì)體積大幅度減小，容積密度顯著增大，生物質(zhì)內(nèi)部膠合外部焦化，并具有一定的形狀和強(qiáng)度。

5、沖桿不斷推擠，秸稈生物質(zhì)從兩端成型套筒中交替擠出，成為棒狀產(chǎn)品。 1.1.3成型技術(shù)的創(chuàng)新性 （1）國內(nèi)生物質(zhì)成型技術(shù)應(yīng)用較早，但很少用于成型秸稈，且能耗高和易損件壽命短，我們從94年開始研究至今，在國內(nèi)首次采用液壓驅(qū)動(dòng)成型秸稈,解決了這個(gè)問題； （2）成型過程采用了雙出桿油缸、雙向擠壓成型、2級(jí)預(yù)壓，提高了液壓系統(tǒng)的效率和生產(chǎn)率； （3）解決了成型過程中原料的含水率問題，過高，易放炮；過低，烘干能耗高。螺旋式成型一般要求原料的含水率小于13%，必須烘干。我們采用活塞套筒往復(fù)機(jī)構(gòu)，原料的含水率在18%左右，也能正常成型，原料不需要烘干，不僅減少了原料烘干的能耗，放炮現(xiàn)象也減少了； （4）變量泵

6、和行程開關(guān)的應(yīng)用、液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅降低了液壓系統(tǒng)工作的油溫，而且使液壓成型機(jī)的能耗也大大降低； （5）HPB液壓秸稈生物質(zhì)成型機(jī)采用了輸送帶自動(dòng)上料，不僅節(jié)約了人力成本，也改善了工作條件； （6）顯著提高了磨損件的使用壽命，活塞沖桿與原料之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，減少了沖桿與成型套筒之間的磨損?；钊麤_桿往復(fù)的運(yùn)動(dòng)速度較低，沖桿與套筒之間幾乎沒有生物質(zhì)微粒進(jìn)入，從而避免了磨損； （7）首次將成型棒塊燃料替代煤用于鍋爐供熱，并對(duì)其燃燒效果進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，試驗(yàn)設(shè)計(jì)了生物質(zhì)燃燒爐及供熱系統(tǒng)，燃燒和供熱效果良好； （8）運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)率可達(dá)400kg/h,能耗降為60kWh/t左右，產(chǎn)品價(jià)

7、格已低于現(xiàn)行煤價(jià)，具備大面積推廣的條件，可以進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。 1.3 配套技術(shù) 秸稈壓塊成型燃料塊燃燒技術(shù)、秸稈粉碎技術(shù)和太陽能烘干技術(shù)等。 2 經(jīng)濟(jì)效益分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 2.1 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析 2.1.1 秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線的經(jīng)濟(jì)效益分析 秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線建成后，每條生產(chǎn)線一個(gè)班次可成型秸稈34t（相當(dāng)于12畝的秸稈產(chǎn)量），可滿足2臺(tái)4t鍋爐1天所需的燃料。機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)廠家每年可向社會(huì)供給50套秸稈成型生產(chǎn)線及配套的生物質(zhì)燃燒爐。 秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線的經(jīng)濟(jì)效益主要來自秸稈成型前后每t秸稈獲得的凈收入部分，秸稈成型燃料塊的生產(chǎn)成本由6部分組成，即原料的收購價(jià)、成型過程的耗能

8、、用工費(fèi)、設(shè)備折舊、維修費(fèi)和其它費(fèi)用。秸稈原料的收購價(jià)，約為3060元/t(隨秸稈的種類、運(yùn)輸距離不同而不同)；成型過程的耗能為60kWh/t，折合30元/t；每套生產(chǎn)線需2名操作工人，每天生產(chǎn)3t左右的秸稈成型燃料塊，2名操作工人的工資按40元/天計(jì)算，用工折合14元/t；每套成型設(shè)備生產(chǎn)線的購價(jià)按10萬元計(jì)算，年生產(chǎn)量約1000t，按10年折舊，設(shè)備折舊為10元/t；維修費(fèi)約5元/t；其它費(fèi)用按10元/t計(jì)算。1t秸稈成型燃料塊的生產(chǎn)成本合計(jì)為99129元/t，目前鄭州地區(qū)煤的售價(jià)為300320元/t，若秸稈成型燃料塊的銷售價(jià)格為220240元/t，那么秸稈成型燃料塊的純利潤在90130元

9、/t，還是具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益的。 2.1.2 秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線設(shè)備的銷售效益 根據(jù)國內(nèi)的秸稈資源，全國每年可建50條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線設(shè)備銷售價(jià)按30萬元計(jì)算，作為加工和制造生產(chǎn)線設(shè)備的工廠每年的產(chǎn)值為1500萬元，利稅150萬元左右。生產(chǎn)線所需的工人主要是當(dāng)?shù)霓r(nóng)民，每條生產(chǎn)線可解決23人的就業(yè)問題，每位上線工人每月可以有400元左右收入。生產(chǎn)設(shè)備廠家可提高效益，上線工人還可以增加收入。 2.1.3 秸稈成型燃料的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益 調(diào)整成型壓力角就可使密度達(dá)到0.91.1，這樣的成型塊完全可以代替煤，在中部平原地區(qū)的價(jià)格基本是等同于煤，在東部、南部地區(qū)可大大低于煤，若規(guī)?；a(chǎn)，每戶農(nóng)民可

10、從田間得到100元/t左右的經(jīng)濟(jì)效益，更主要的是農(nóng)民不需要去拉煤，城鎮(zhèn)2t以下鍋爐減少了燒煤，秸稈生物質(zhì)成型燃料塊真正成了我國鄉(xiāng)、村的高品位支柱能源。 秸稈成型燃料塊的熱值以秸稈的種類不同而不同。玉米秸稈的熱值約為煤的0.70.8倍，即1.25t的玉米秸稈成型燃料塊相當(dāng)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1.31.5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(dāng)。1t玉米秸稈成型燃料塊的售價(jià)在略低于1t煤的價(jià)格情況下，玉米秸稈成型燃料塊替代煤作為供熱鍋爐、茶水爐等燃爐的燃料是具有市場(chǎng)前景的。 2.1.4 產(chǎn)品的售價(jià)、盈利

11、及推廣應(yīng)用預(yù)測(cè) 秸稈壓塊成型燃料技術(shù)成果進(jìn)入市場(chǎng)后，秸稈壓塊成型燃料的生產(chǎn)在農(nóng)區(qū)應(yīng)合理布局，這樣可以減少原料的運(yùn)輸費(fèi)。秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線的生產(chǎn)率按400kg/h，每天生產(chǎn)8h，每年生產(chǎn)按300天計(jì)算，每條生產(chǎn)線運(yùn)行后未來3年的推廣應(yīng)用和生產(chǎn)銷售預(yù)測(cè)如表1和表2。 表1 秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線設(shè)備推廣應(yīng)用預(yù)測(cè) 表2 秸稈壓塊成型燃料塊售價(jià)與盈利預(yù)測(cè) 從上述2表中可以看出秸稈生物質(zhì)壓塊成型燃料的經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。 2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 秸稈壓塊成型燃料塊在國內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)尚屬首次，該項(xiàng)目實(shí)施后產(chǎn)生的社會(huì)效益、生態(tài)環(huán)保效益是巨大的，對(duì)調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)增加農(nóng)民收入具有現(xiàn)實(shí)意義，因此有廣泛的推廣應(yīng)用前

12、景。秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線中的關(guān)鍵技術(shù)（壓塊成型）已得到解決，生產(chǎn)設(shè)備的機(jī)械加工也沒問題，與國外同類設(shè)備相比具有價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，暫不存在機(jī)械產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)問題。 秸稈壓塊成型燃料的風(fēng)險(xiǎn)性和不確定因素主要由兩個(gè)方面：一是國家的產(chǎn)業(yè)政策，二是秸稈原料的價(jià)格。秸稈成型燃料所用的原料主要是玉米秸稈，秸稈成型燃料可取代煤，但秸稈目前沒有價(jià)格，一旦該技術(shù)推廣后原料價(jià)格大幅度上漲，秸稈成型燃料與煤相比沒有競(jìng)爭(zhēng)能力，國家沒有在城鎮(zhèn)限制用煤政策，這就給秸稈成型燃料的推廣增加了難度，會(huì)減慢推廣應(yīng)用的速度，同時(shí)秸稈的收獲期是相當(dāng)短的一段時(shí)間，而且是大范圍、大區(qū)域同時(shí)進(jìn)行的，給秸稈的收集會(huì)帶來一定的困難。 我們認(rèn)為降低風(fēng)險(xiǎn)

13、的有效措施首先是國家政府部門的政策導(dǎo)向，保護(hù)環(huán)境、禁燒污染嚴(yán)重的燃煤鍋爐，禁燒秸稈、取締小型造紙廠，大力宣傳、普及推廣環(huán)保效益好的生物質(zhì)燃燒爐。政策上扶植農(nóng)區(qū)從事秸稈成型燃料生產(chǎn)的專業(yè)戶，使這項(xiàng)技術(shù)盡快推廣，以產(chǎn)生較好的社會(huì)、環(huán)保和生態(tài)效益。秸稈生物質(zhì)壓塊成型燃料實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線生產(chǎn)，形成了產(chǎn)業(yè)，農(nóng)民也擴(kuò)大了收入，同時(shí)也推動(dòng)了我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；其次是對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇最佳路線，保證生產(chǎn)線設(shè)備在制造加工過程中的質(zhì)量和精度，降低壓塊成型的成本，保證秸稈成型燃料塊產(chǎn)品的質(zhì)量也是能大面積推廣的關(guān)鍵，同時(shí)還有與此相關(guān)的大量組織經(jīng)營工作，有待逐步解決完善。 3 燃燒性能測(cè)試與可行性分析 3.1 秸

14、稈成型棒（塊）燃爐燃燒性能測(cè)試 將秸稈成型棒（塊）產(chǎn)品放入0.8t立式鍋爐中燃燒，通過噴淋式除塵器后，廢氣由煙囪中排出。經(jīng)試驗(yàn)，秸稈成型棒（塊）的密度在0.91.1g/cm3時(shí)，其燃燒效果最好，燃燒室溫度達(dá)1060，燃燒速度比煤快15%以上，正常燃燒狀態(tài)下，煙囪中無灰塵和灰煙排出，1次加入秸稈成型棒（塊）5kg,關(guān)閉風(fēng)門后，可保持4h以上不熄滅。煙塵的排放濃度為138mg/Nm3,SO2排放濃度僅為75mg/Nm3，大大低于鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GWPB31999）的指標(biāo)，達(dá)到了國家環(huán)保要求。 3.2 可行性分析 秸稈從粉碎成型燃燒所需設(shè)備必須配套，才能在農(nóng)村、城鎮(zhèn)推廣應(yīng)用。 （1）從秸稈資

15、源產(chǎn)量看，廣大農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的各種秸稈產(chǎn)量大、范圍廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)1996年中國農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量達(dá)5.7億t，主要包括玉米、小麥、水稻、大麥和油料等作物的秸稈，其中玉米秸稈15343萬t，麥稈10529萬t，稻稈17891萬t4。我國每年生產(chǎn)的農(nóng)作物秸稈總量約占全世界總量的20%30%。秸稈經(jīng)過熱壓成型達(dá)到一定的密度后再燃燒可提高燃燒溫度和熱利用率減少空氣環(huán)境的污染，燃燒速度快，節(jié)省了時(shí)間，可使秸稈成為高品位的能源產(chǎn)品加以利用。 （2）符合國家的環(huán)保政策，多數(shù)地區(qū)都采取了禁燒秸稈的措施，大中城市已基本取締了2t以下的燃煤鍋爐，改燃清潔燃料（天然氣或電），而清潔燃料的成本較高，當(dāng)秸稈壓塊成型機(jī)的生產(chǎn)率達(dá)到

16、200kg/h時(shí)，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算，秸稈壓塊成型燃料棒（塊）的成本價(jià)在180元/t左右5,6；當(dāng)秸稈壓塊成型機(jī)的生產(chǎn)率達(dá)到400kg/h以上時(shí)，秸稈壓塊成型燃料棒（塊）的成本價(jià)降為100130元/t，售價(jià)在220240元/t，完全可以替代煤作為城鎮(zhèn)中2t以下燃煤鍋爐的燃料，給秸稈利用找到了一條出路。 （3）灰塵及其它指標(biāo)的排放也比煤低，可實(shí)現(xiàn)CO2、SO2降排，減少溫室效應(yīng)，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的有效方法，環(huán)保效益明顯。 （4）秸稈粉碎機(jī)、成型機(jī)的加工工藝并不復(fù)雜，成本較低，成型機(jī)易損件的使用壽命在200h以上，粉碎與成型單位產(chǎn)品能耗可降至60kWh/t，將秸稈的粉碎和成型放在農(nóng)區(qū)，可以降低秸稈原料

17、的運(yùn)輸成本和成型費(fèi)用，農(nóng)民購置一套成型設(shè)備可在23年時(shí)間內(nèi)收回成本，完全可以在農(nóng)村中推廣應(yīng)用。燃爐的應(yīng)用可設(shè)在中、小城鎮(zhèn)或農(nóng)村，這樣秸稈從粉碎、成型到燃燒即可形成產(chǎn)業(yè)化。 （5）據(jù)國際可再生能源組織的預(yù)測(cè)，地下石油、天然氣及煤的貯量，按目前的利用速率只夠用60a左右，因此，秸稈生物質(zhì)可再生能源熱壓成型后作燃料，使其得到高品位的利用，是未來可再生能源的一個(gè)發(fā)展方向。 4.結(jié)論 秸稈壓塊成型用液壓驅(qū)動(dòng)式秸稈成型機(jī)作為主機(jī)，采用活塞套筒雙向擠壓間歇成型，可有效地降低能耗、延長易損件的使用壽命；秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線中的關(guān)鍵技術(shù)（壓塊成型）已得到解決，生產(chǎn)線設(shè)備的機(jī)械加工并不復(fù)雜，與國外同類設(shè)備相比具

18、有價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)；國內(nèi)的秸稈來源廣泛，作為加工和制造生產(chǎn)線設(shè)備的廠家能提高經(jīng)濟(jì)效益和利稅，可安排農(nóng)村富余勞動(dòng)力上線，增加他們的經(jīng)濟(jì)收入；秸稈棒（塊）在生物質(zhì)燃燒爐中的燃燒速度比煤快15%，煙氣中的CO、CO2、SO2及NOx的排放均達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，完全可以取代煤，從而解決秸稈荒燒問題，減少空氣污染，有顯著的生態(tài)環(huán)保效益；根據(jù)目前國際生物質(zhì)能源的利用現(xiàn)狀及未來可再生能源的發(fā)展趨勢(shì)，秸稈從收集、脫水、粉碎、成型到燃燒在中國農(nóng)村、城鎮(zhèn)中實(shí)行產(chǎn)業(yè)化有著廣闊的應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn)： 1 Lars Nikolaisen,Carsten Nielsen,Mogens G.Larsen et al.Straw for Energy Production, Denmark.1998 2 卞有生.生態(tài)農(nóng)業(yè)中廢棄物的處理與再生利用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2000 3 郭康權(quán),趙東等.植物材料壓縮成型時(shí)粒子的變形及結(jié)合形式.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào).1995,11（1）：139143 4 戴林,李景明,Ralph Overend.中國生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換發(fā)展與評(píng)價(jià).中國環(huán)境科學(xué)出版社.1