生物質顆粒燃料

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”經過加工產生的柱狀環保新能源。生物質顆粒的直徑一般為6-10毫米。 ^[3] 

生物質成型燃料利用農林廢棄物為原材料，經過粉碎、混合、擠壓、烘乾等工藝，製成各種成型（如塊狀、顆粒狀等）的，可直接燃燒的一種新型清潔燃料。生物質成型燃料，多為莖狀農作物、花生殼、樹皮、鋸末以及固體廢棄物（糠醛渣、食用菌渣等）經過加工產生的塊狀燃料，生物質顆粒燃料的直徑一般為6-10毫米，長度為其直徑的4-5倍，破碎率小於1.5%-2.0%，幹基含水量小於10%-15%，灰分含量小於1.5%，硫含量和氯含量均小於0.07%，氮含量小於0.5%。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註。瑞典標準要求生物質顆粒的熱值一般應大於16.9 兆焦。 ^[2] 

生物質固體成型燃料技術就是在一定温度與壓力作用下，將各類原來分散的、沒有一定形狀的秸稈、樹枝等生物質，經乾燥和粉碎後，壓制成具有一定形狀的、密度較大的各種成型燃料的新技術。其產品為棒狀、塊狀和顆粒狀等各種成型燃料，密度可達0.8-1.4克/立方厘米，熱值為16720千焦/千克左右。其性能優於木材，相當於中質煙煤，可直接燃燒，燃燒特性明顯改善；同時具有黑煙少、火力旺、燃燒充分、不飛灰、乾淨衞生，氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）極微量排放等優點，而且便於運輸和貯存，成為商品，可代替煤炭在鍋爐中直接燃燒進行發電或供熱，也可用於解決農村地區的基本生活能源問題。 ^[1] 

秸稈類農業固體廢物原料直接燃燒會冒黑煙，燃燒不充分，對大氣環境造成污染。國家允許在農村作為生活薪材使用，但不允許在城市中使用，而且禁止農田秸稈焚燒。生物質成型燃料是將秸稈類農業固體廢物作為原材料，經過粉碎、混合、擠壓、烘乾等工藝，製成塊狀、顆粒等成型燃料，可直接燃燒的一種新型清潔燃料。 ^[4] 

生物質成型燃料成型加工的整套設備機組包括上料系統、成型系統、出料系統、配電系統。從原料到產品的主要生產設備有裝載機、粉碎機、輸送帶、成型壓塊機、造粒機、烘乾機、包裝機等。 ^[4] 

生物質成型燃料的主要生產工藝流程如圖3所示 ^[4] 

生物能源技術的研究與開發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利用佔有相當大的份額。 ^[5] 

國外很多生物能源技術和裝置已經達到商業化應用程度，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大規模生產和使用。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，生物能源的應用規模，分別佔該國一次性能源消耗量的4%、16%和10%；在美國，生物能源發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。 ^{[1]  [5]} 

中國也十分重視生物能源的開發和利用。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，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電技術等項目，對於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。 ^[6] 

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儘快產業化和商業化，對其推廣應用中存在的問題進行了分析，並探討了解決的對策與方法。 ^[3] 

利用現代生物化學技術，模擬天然煤的形成過程，將農作物秸稈等切碎或粉碎後，加入專業製劑，在高温高壓下進行煤化反應，可以製得具有天然煤樣品質的燃料。 ^[1] 

1. 複合生物工程菌將各種秸稈纖維的特質完全破壞，並和添加的化學成分一起使燃料在高温高壓下初步礦化，燃燒時再充分炭化而後穩定燃燒。 ^[1] 

2. 成型燃料密度大，使原來鬆散的物料變得“緻密無間”，從而限制了揮發物的逸出速度，延長了揮發物的燃燒時間，燃燒反應大部分只在成型燃料的表面進行。爐灶供給的空氣充足夠用，未燃嬈揮發部分的損失很少，從而減少了黑煙的產生。 ^[1] 

3. 因成型燃料質地密實，揮發物逸出後剩餘的炭結構也相對緊密，運動氣流不能將其解體，炭的燃燒可充分利用。在燃燒過程中可清楚地觀察到，藍色火焰包裹着明亮的炭塊，護温大大提高，燃燒時間明顯延長。 ^[1] 

1. 生物質顆粒燃料發熱量大，發熱量在3900-4800千卡/kg左右，經炭化後的發熱量高達7000-8000千卡/kg。 ^[7] 

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，石頭等不發熱反而耗熱的雜質，將直接為企業降低成本。 ^[7] 

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，企業將受益匪淺。 ^[7] 

4. 由於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，不污染環境。 ^[7] 

5. 生物質顆粒燃料清潔衞生，投料方便，減少工人的勞動強度，極大地改善了勞動環境，企業將減少用於勞動力方面的成本。 ^[7] 

6. 生物質顆粒燃料燃燒後灰碴極少，極大地減少堆放煤碴的場地，降低出碴費用。 ^[7] 

7. 生物質顆粒燃料燃燒後的灰燼是品位極高的優質有機鉀肥，可回收創利。 ^[7] 

8. 由於形狀為顆粒，壓縮了體積，節省了儲存空間，也便於運輸，減少了運輸成本。 ^[7] 

9. 燃燒效益高，易於燃盡，殘留的碳量少。與煤相比，揮發份含量高燃點低，易點燃；密度提高，能量密度大，燃燒持續時間大幅增加，可以直接在燃煤鍋爐上應用。 ^[7] 

10.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，具有環保效益。而且燃燒後的灰還可以作為鉀肥直接使用，節省了開支。 ^[7] 

1.傳統技術制粒成本高

中國採用的制粒方法均為傳統生產方法，木質顆粒的制粒原理見圖1，它與現有的飼料制粒方式相同，即原料從環模內部加入，經由壓輥碾壓擠出環模而成粒狀。其工藝流程見圖2，包括原料烘乾、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，原料在高壓下發生變形、升温，温度可達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，很多原料要烘乾以後才能用於制粒；第三，壓制出來的熱顆粒（顆粒温度可達95℃-110℃）要冷卻才能進行包裝。後2項工藝消耗的能量在制粒全過程中佔25%-35%，加之成型過程中對機器的磨損比較大，所以傳統顆粒成型機的產品製造成本較高。 ^[8] 

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。 ^[8] 

3.服務配套措施跟不上

生物質能顆粒產品生產出來後，運輸、貯藏、供應等服務措施跟不上，用户使用不方便。 ^[8] 

1.引進ETS制粒新技術、降低制粒成本

ETS（EcoTre System）是意大利研製開發的新型木質顆粒制粒生產系統。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乾燥即可直接用於制粒；成粒以後的升温只有10℃-15℃，壓制出來的顆粒温度一般只有55℃-60℃，無須冷卻即可直接進行包裝，通常可以去掉乾燥和冷卻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。對於不同的原料，ETS系統在整個生產製粒過程的單位能量消耗為25-60kWh/t、生產成本為68-128美元/t，而傳統工藝的單位能耗為80-180kWh/t，可見，ETS生產效率顯著提高。 ^[1] 

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。 ^[1] 

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。 ^[1] 

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。我國生物質成型燃料技術基礎好，設備水平與世界先進水平差別不很大，不足的是我國成型燃料的應用水平不高。 ^[1] 

2.加強生物質能源利用的宣傳力度

發展生物質能源具有良好的生態效益和社會效益。法國政府認為，發展生物質能源，不僅可以保護環境，緩和氣候變化，還能促進農業的可持續發展。 ^[9] 

美國的實踐表明，生物質能源發電的勞動密集程度比傳統發電方式高。將於2005年實施的法國生物質能源發展規劃，可為法國全境創造和提供3萬個就業崗位。中國勞動力成本低，發展生物質能源比發達國家更具競爭力，將為成千上萬的人創造就業機會。 ^[9] 

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税、環境保護税等政策來促進生物質能源的發展，使環保意識及可持續發展意識深入人心。 ^[3]