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)進行脫水,通過輸送帶進入秸稈粉碎機,粉碎后的秸稈由氣力輸送裝置送入原料倉,再由輸送帶送入秸稈壓塊機,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)成型機存在的耗能高、主要易損件使用壽命低的問題的基礎(chǔ)上經(jīng)過反復(fù)研究、試驗和改進,生產(chǎn)出了HPB -III秸稈液壓驅(qū)動式秸稈成型機。
1.1.2液壓成型機的工作原理該機的突出特點是增加了2級預(yù)壓喂入機構(gòu),液壓泵站輸出液力,通過電液閥控制,使雙出桿油缸帶動左右沖桿作往復(fù)運動。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。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度。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
(2)成型過程采用了雙出桿油缸、雙向擠壓成型、2級預(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)變量泵和行程開關(guān)的應(yīng)用、液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計、散熱系統(tǒng)的設(shè)計不僅降低了液壓系統(tǒng)工作的油溫,而且使液壓成型機的能耗也大大降低;
(5) HPB-III液壓秸稈生物質(zhì)成型機采用了輸送帶自動上料,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運動,減少了沖桿與成型套筒之間的磨損;钊麤_桿往復(fù)的運動速度較低,沖桿與套簡之間幾乎沒有生物質(zhì)微粒進入,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,并對其燃燒效果進行了試驗測試,試驗設(shè)計了生物質(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)品價格已低于現(xiàn)行煤價,具備大面積推廣的條件,可以進行產(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)濟效益分析和風(fēng)險評估
2.1經(jīng)濟效益和社會效益分析
2. 1.1秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線的經(jīng)濟效益分析秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線建成后,每條生產(chǎn)線一個班次可成型秸稈3~4t(相當(dāng)于12畝的秸稈產(chǎn)量),可滿足2臺4t鍋爐l天所需的燃料。機械設(shè)備生產(chǎn)廠家每年可向社會供給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、成型過程的耗能、用工費、設(shè)備折舊、維修費和其它費用。秸稈原料的收購價,約為30~60元/t(隨秸稈的種類運輸距離不同而不同);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/天計算,用工折合14元/t;每套成型設(shè){價按10萬元計算,年生產(chǎn)量約1000t,按10年折舊,設(shè)備折舊為10元/t;維修費約5元,用按10元/t計算。It秸稈成型燃料塊的生產(chǎn)成本合計為99~129元/t,目前鄭州地區(qū)靜300~320元/t,若秸稈成型燃料塊的銷售價格為220~240元/t,那么秸稈成型燃料塊90 --130元/t,還是具有顯著的經(jīng)濟效益的。
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,全國每年可線,每條生產(chǎn)線設(shè)備銷售價按30萬元計算,作為加工和制造生產(chǎn)線設(shè)備的工廠每年的萬元,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2~,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,上線工人還入。
2.1.3秸稈成型燃料的經(jīng)濟和社會效益調(diào)整成型壓力角就可使密度達(dá)到0.9~1.1,:塊完全可以代替煤,在中部平原地區(qū)的價格基本是等同于煤,在東部、南部地區(qū)可大若規(guī)模化生產(chǎn),每戶農(nóng)民可從田間得到100元/t左右的經(jīng)濟效益,更主要的是農(nóng)民不需城鎮(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
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0.7~1. 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型爐中燃燒,其燃燒效率是燃煤鍋爐的1. 3~1.5倍,因此1t玉米秸稈成型燃料塊的熱量煤的熱量利用率相當(dāng)。It玉米秸稈成型燃料塊的售價在略低于It煤的價格情況下,玉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前景的。
2.1.4產(chǎn)品的售價、盈利及推廣應(yīng)用預(yù)測秸稈壓塊成型燃料技術(shù)成果進入市場后,: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輸費。秸稈壓塊成型燃料生率按400kg/h,每天生產(chǎn)8h,每年生產(chǎn)按300天計算,每條生產(chǎn)線運行后未來3年的推廣銷售預(yù)測如表1和表2。
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)濟效益是顯著的。
2.2風(fēng)險評估
秸稈壓塊成型燃料塊在國內(nèi)進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)尚屬首次,該項目實施后產(chǎn)生的社會;保效益是巨大的,對調(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)實意義,因此有廣泛的推,
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)備的機械加工也沒問題,與國外同類設(shè)備相比具有價格低廉的優(yōu)勢,暫不存在機械產(chǎn)品競爭問題。 秸稈壓塊成型燃料的風(fēng)險性和不確定因素主要由兩個方面:一是國家的產(chǎn)業(yè)政策,二是秸稈原料的價格。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,但秸稈目前沒有價格,一旦該技術(shù)推廣后原料價格大幅度上漲,秸稈成型燃料與煤相比沒有競爭能力,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,會減慢推廣應(yīng)用的速度,同時秸稈的收獲期是相當(dāng)短的一段時間,而且是大范圍、大區(qū)域同時進行的,給秸稈的收集會帶來一定的困難。
我們認(rèn)為降低風(fēng)險的有效措施首先是國家政府部門的政策導(dǎo)向,保護環(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,使這項技術(shù)盡快推廣,以產(chǎn)生較好的社會、環(huán)保和生態(tài)效益。秸稈生物質(zhì)壓塊成型燃料實現(xiàn)了生產(chǎn)線生產(chǎn),形成了產(chǎn)業(yè),農(nóng)民也擴大了收入,同時也推動了我國農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展;其次是對生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計,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、燃燒性能測試與可行性分析
3.1秸稈成型棒(塊)燃爐燃燒性能測試
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,秸稈成型棒(塊)的密度在0.9~1. lg/cm3時,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。煙氣中的c0、C02. S02、NOx等成分指標(biāo)的測試結(jié)果見表3。由表3可以看出,煙塵的排放濃度為13 8mg/Nm3,S02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)》( GWPB3-1999)的指標(biāo),達(dá)到了國家環(huán)保要求。
設(shè)各必須配套,才能在農(nóng)村、城鎮(zhèn)推廣應(yīng)用。
(1)從秸稈資源產(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t。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~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)秸稈壓塊成型機的生產(chǎn)率達(dá)到200kg/h時,經(jīng)過經(jīng)濟效益計算,秸稈壓塊成型燃料棒(塊)的成本價在180元/t左右[5,6]:當(dāng)秸稈壓塊成型機的生產(chǎn)率達(dá)到400kg/h以上時,秸稈壓塊成型燃料棒(塊)的成本價降為100~130元/t,售價在220~240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,可實現(xiàn)C02、S02降排,減少溫室效應(yīng),是保護生態(tài)環(huán)境的有效方法,環(huán)保效益明顯。
(4)秸稈粉碎機、成型機的加工工藝并不復(fù)雜,成本較低,成型機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),可以降低秸稈原料的運輸成本和成型費用,農(nóng)民購置一套成型設(shè)備可在2~3年時間內(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,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發(fā)展方向。
4.結(jié)論
秸稈壓塊成型用液壓驅(qū)動式秸稈成型機作為主機,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)備的機械加工并不復(fù)雜,與國外同類設(shè)備相比具有價格低廉的優(yōu)勢;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)濟效益和利稅,可安排農(nóng)村富余勞動力上線,增加他們的經(jīng)濟收入;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C0、C02、S02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,秸稈從收集、脫水、粉碎、,成型到燃燒在中國農(nóng)村、城鎮(zhèn)中實行產(chǎn)業(yè)化有著廣闊的應(yīng)用前景。
三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售秸稈壓塊機、木屑顆粒機、秸稈顆粒機等生物質(zhì)燃料成型機械設(shè)備。