五、環(huán)境許可原則
這里所指環(huán)境是生態(tài)環(huán)境。如前述我國每年允許秸稈能源化利用的數(shù)量約2億t,如果過量消費能源必然帶來還田、飼料等消費的減少,這樣就要影響當?shù)氐纳鷳B(tài)平衡,帶來嚴重的后果;另外,生物能源工世化生產(chǎn)系統(tǒng)中規(guī)模化儲存技術(shù)是亟待解決的瓶頸,在儲存‘L程化技術(shù)不突破的情況下進行規(guī)模化成型燃料生產(chǎn),就會出現(xiàn)三個問題。一是大面積占地;二是嚴重的安全問題;—是面源污染,風吹雨淋使秸稈熱值降低,腐爛釋放出大量甲烷氣體,污染環(huán)境。如果生產(chǎn)環(huán)境條件不具備而簡單上馬,帶來的效益就可能是負值,是不可持續(xù)的。
六、國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)的比較
同外多年來應用的成型機主要有兩類,一類是顆粒燃料成型機,另-類是棒狀或塊狀成型機,這兩類成型機生產(chǎn)的成型燃料的密度都可達到1.0 g/cm
3以上,顆粒燃料直徑8~12 mm,密度為1.1~1.3 g/cm'3,不同規(guī)格的環(huán)模
顆粒機是國外顆粒燃料成型機的主流機型,生產(chǎn)實現(xiàn)了自動化、規(guī);,產(chǎn)品實現(xiàn)了商業(yè)化,全部是木質(zhì)原料,目前全球有近7000萬t的顆粒燃料生產(chǎn)能力。燃爐配套,絕大多數(shù)用于生活取暖,熱水鍋爐等,少數(shù)用十小型發(fā)電。棒型或塊狀成型燃料主要在農(nóng)場應用,原料是作物秸稈,絕大多數(shù)是人螺距、大直徑擠壓機,產(chǎn)品直徑為50~110 mm.也有液壓驅(qū)動活塞沖壓式成型機,設備已實現(xiàn)原料收集、裝料、成型,綁捆運輸全套機械化,這類成型機在國外占生產(chǎn)能力的15%~20%。
國內(nèi)成型機目前進入市場較多的有三類。第一類是顆粒燃料成型機,我國的這類設備除進口外大多數(shù)是沿用飼料環(huán)模加工設備,應用的細長加工鉆頭也是進口買來的,目前生產(chǎn)技術(shù)沒有新的突破,這類產(chǎn)品原料與國外無大區(qū)別,基本上都是木質(zhì)原料,除用于國內(nèi)城市高檔取暖爐外,其余大都出口。從戰(zhàn)略上講,出口成型燃料對中國這個能源消耗大國來說是不能提倡的,因為用國內(nèi)的鋼鐵和高品位能源生產(chǎn)的綠色能源,生產(chǎn)過程中把污染留下,把中國同樣缺少的潔凈能源出口,然后再進口煤炭及其他能源,經(jīng)濟、能源、環(huán)境效益都是不合算的;
目前,中國90%以上的生物質(zhì)成型燃料是利用農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源。設備形式大多是立式環(huán)模成型機(主軸是垂直設置的環(huán)磨機),也有臥式環(huán)模成型機。成型孔是雙片組合式方孔(30~35) mm、 (35~40) mm,成型孔長度8~14 mm,喂入形式為輥壓式,輥輪轉(zhuǎn)速為50~100 r/min。這是我國的主流設備,也是中國自己創(chuàng)造的,具有自己獨立知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。因為中國主要的生產(chǎn)原料是秸稈,秸稈是所有生物質(zhì)中含有非金屬氧化物最多的原料,因此加工中磨損最快,也是最難以粉碎、耗能最高的資源,加之我國加工金屬細小長孔的能力不強,所以未采用秸稈類物質(zhì)生產(chǎn)顆粒的技術(shù)路線,而創(chuàng)造了輥壓式環(huán)磨或平模生物質(zhì)成型技術(shù)。這類燃料因保型段短,每次喂入料量小,因此密度一般小于1g/cm
3,外觀也不太好,但是適用,耗能很低,30 kW/h/t左右。多數(shù)用于戶用生活炊事、取暖燃爐,或熱水鍋爐。第三類是棒狀沖壓式成型機。這類設備國內(nèi)外都用于秸稈原料的加工,產(chǎn)品直徑為50~110 mm,密度較大(1~1.3 g/cm3),維修周期很長2000 h左右,生產(chǎn)率500 kg/h左右,單位耗能70 kW/h/t左右。多用于壁爐取暖、4 t以上熱水鍋爐。國內(nèi)研究較多,有雙向單頭,也有雙向多頭。設備多用液壓驅(qū)動,也有機械驅(qū)動,整體技術(shù)比較成熟,運行比較平穩(wěn)。
關于螺桿類成型機,中國有兩種用處:一種是加工生物質(zhì)碳化用的木質(zhì)空心棒料,這種產(chǎn)品生產(chǎn)總體不屬于能源范疇(當然也有利用碳化過程放出的部分揮發(fā)分作燃料的);另一種是農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物的“熟料”資源,我國每年生產(chǎn)糠醛、酒糟、醋糟、牛糞等幾千萬噸,在生產(chǎn)廠區(qū)堆積成害,這些原料含熱值較低10 MJ/kg左右,含水分較高,40%左右,國內(nèi)目前生產(chǎn)的大螺距、大直徑多孔螺旋擠壓成型機適用于這類生物質(zhì)加工,生產(chǎn)率5 t/h以上。但是產(chǎn)品密度很低,一般為0.3~0.5 g/cm
3,遠低于農(nóng)業(yè)行業(yè)標準,產(chǎn)品需要再晾干脫水。螺桿類成型機不適合加工秸稈類生物質(zhì),因為成型螺桿維修周期近40 h。基于上述情況,螺桿類成型機沒有列入農(nóng)業(yè)行業(yè)標準。
七、中國技術(shù)路線的確定
根據(jù)上述原則,中國生物質(zhì)成型燃料的發(fā)展宜采用以下技術(shù)路線:機械化收集一大段粉碎一濕儲存一立式環(huán)模輥壓塊狀成型一雙燃室分段燃燒小型生物質(zhì)鍋爐、熱風爐、取暖爐應用。
以農(nóng)作物秸稈為主要原料的塊狀生物質(zhì)成型燃料,即斷面為30 mmX30 mm,直徑為25~35 mm的“壓塊”成型機(秸稈壓塊機)是主流機型,設備形式以立式環(huán)模為主,其次是圓柱平模機型;秸稈粉碎機以切斷為主,不需揉搓;活塞沖壓式成型機是適于秸稈類原料作成型燃料的加上設備,產(chǎn)品密度大、外觀質(zhì)量較高,便于商品化經(jīng)營,設備穩(wěn)定連續(xù)工作性能好,粉碎多用切斷式,耗能低,但其生產(chǎn)率不高。秸稈類原料不宜采用顆粒成型機加工。
以木質(zhì)生物質(zhì)資源為主要原料的環(huán)模顆粒,也是我國生物質(zhì)成型燃料發(fā)展的重要機型之一,適用于木質(zhì)原料比較豐富、比較集中的地區(qū)。這種設備設計和工程技術(shù)方面國際上都比較成熟,但我國大型環(huán)模機械制造能力較差,國產(chǎn)設備大都套用飼料加工技術(shù),成型腔表面硬度小于R
c60,用于加工秸稈類成型燃料磨損太快,修復成本高,顆
粒設備及產(chǎn)品成本也很高,消費市場受經(jīng)濟因素約束在國內(nèi)發(fā)展不快。作為能源資源出口對國家環(huán)保、經(jīng)濟并無太多益處。因此在2020年前,如無新的開拓市場的政策支持,很難成為成型燃料的主導產(chǎn)品。
大棒型燃料(直徑50~100 mm)成型機,無論是液壓驅(qū)動,還是機械驅(qū)動都是解決難于加工原料的重要設備機型。例如,高纖維棉花稈,東北高寒區(qū)玉米稈,煙稈、亞麻等。粉碎使用大段切割機,應用市場上要是工業(yè)鍋爐及壁爐、暖炕等。
2030年以前,我國生物質(zhì)利用的主要形式是生物質(zhì)成型燃料,生物質(zhì)大中型沼氣和生物質(zhì)汽化技術(shù)。而能夠規(guī)模化利用固體生物質(zhì)秸稈原料、能投比比較高、經(jīng)濟上合算、適用范圍廣泛、技術(shù)成熟、易于產(chǎn)業(yè)化、便于進行市場化運作的首選是生物質(zhì)成型燃料。