朱振華，武正輝

（作者單位：山西省長治市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所）

摘要：介紹了生物質(zhì)顆粒燃料的發(fā)展前景、生產(chǎn)工藝、成型的前提、生產(chǎn)設(shè)備以及生物質(zhì)顆粒燃料的使用。

秸稈火災(zāi)煙害防控工作的根本出路在于能源化。秸稈能源化主要通過固化和氣化2個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)，如將秸稈等生物質(zhì)原料經(jīng)過熱塑擠壓成型，并達(dá)到一定的密度后可制成生物質(zhì)顆粒燃料。

生物質(zhì)顆粒燃料指的是將粉碎后的玉米、小麥、棉花、水稻、小麥和油料等農(nóng)作物秸稈或鋸末、樹葉等農(nóng)林廢棄物加入到顆粒成型機(jī)中，粉碎后的物料被壓輥與模具相對運(yùn)動產(chǎn)生的摩擦力擠壓成型。制成的生物質(zhì)顆粒燃料，可作為顆粒燃料專用爐具炊事取暖使用，還可作為生物質(zhì)工業(yè)鍋爐、火力發(fā)電的主要燃料，可替代燃煤。生物質(zhì)顆粒燃料具有易運(yùn)輸、易貯存、燃燒效率高等特點(diǎn)，是撿回另一半農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化利用的新課題。推廣使用生物質(zhì)顆粒燃料是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的好項(xiàng)目，可為長治市建設(shè)國家可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)區(qū)添磚加瓦。

1生物質(zhì)顆粒燃料發(fā)展前景

從政策看，《中華人民共和國可再生能源法》明確要求，加快開發(fā)生物質(zhì)能源，生物質(zhì)產(chǎn)品可享受地方政府補(bǔ)貼，可減免稅收。國家發(fā)改委、農(nóng)業(yè)部為了加快推進(jìn)秸稈綜合利用，實(shí)現(xiàn)秸稈的資源化、商品化，促進(jìn)資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)和農(nóng)民增收，于2009年2月9日制定了《編制秸稈綜合利用規(guī)劃的指導(dǎo)意見》，提出力爭到2015年秸稈的綜合利用超過80%，加大秸稈的利用是農(nóng)業(yè)和能源發(fā)展的必然選擇。

從原料看，每年我國農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量達(dá)7億t。農(nóng)林廢棄物數(shù)量大、種類多、分布廣，但回收利用率較低，沒有被充分利用，不但造成資源的浪費(fèi)，而且易造成環(huán)境污染，甚至引發(fā)火災(zāi)，威脅森林安全，威脅交通運(yùn)輸安全。長治市現(xiàn)有玉米、小麥、谷子等糧食作物22.67多萬hm2，年產(chǎn)秸稈約155萬t，加之各種農(nóng)林廢棄物保守計(jì)算可達(dá)300萬t，若能將其60%轉(zhuǎn)化為顆粒燃料，那么就等于建成1座年產(chǎn)120萬t的煤礦。

從秸稈顆粒燃料特點(diǎn)看有以下幾個(gè)方面：①利用在農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)過程中的廢棄物（農(nóng)作物秸稈、稻殼、花生殼、玉米芯、鋸末、樹枝、樹葉、木材邊角料等）作為原料，環(huán)保節(jié)能，安全性好，利于防火。②密度大，燃燒時(shí)間長。秸稈經(jīng)粉碎加工致密成型，顆粒燃料體積縮小4～6倍，大大延長了秸稈的燃燒時(shí)間。③燃燒、貯存和運(yùn)輸方便。④燃料直徑一般為4mm、6mm、8mm，長度為10～20mm，分不大于10%，密度不小于1100kg/m3，灰分不大于0.9%，熱值不小于1465.05萬J。

從應(yīng)用情況看，國外生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)及設(shè)備已經(jīng)趨于成熟，形成了完善的產(chǎn)業(yè)鏈體系。如在韓國、日本，政府免費(fèi)提供燃料供居民炊事、取暖使用。我國生物質(zhì)固體成型燃料產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)亦趨于成熟，生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)品在東北地區(qū)以及山東等省正如火如荼地推廣應(yīng)用中。

從用途看，生物質(zhì)顆粒燃料應(yīng)用范圍廣，可以代替木柴、液化氣等，廣泛用于生物質(zhì)秸稈發(fā)電廠、企事業(yè)單位鍋爐、生物質(zhì)秸稈氣化站、戶用型氣化爐、歐式取暖壁爐等。

2生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)工藝

生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)工藝為：原料回收→粉碎（粉料長度小于5mm）→調(diào)質(zhì)（含水率不大于15%）→壓制成型→輸出冷卻干燥→包裝運(yùn)輸。

3生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)型式

按結(jié)構(gòu)特征，生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)型式可分為對輥式、螺旋式、環(huán)模式和平模式。

3.1對輥式

對輥式的工作部件是一對表面有許多窩眼的壓輥，工作時(shí)兩輥相對運(yùn)動，將落入窩眼的粉料擠壓成顆粒。該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是擠壓作用時(shí)間短、顆粒密度低。

3.2螺旋式

螺旋式的結(jié)構(gòu)與絞肉機(jī)相似，由擠壓螺旋推進(jìn)器、壓縮室、?？缀颓袛嗟督M成，工作時(shí)擠壓螺旋推進(jìn)器把壓縮室內(nèi)的粉料向前推擠，使其穿過模板孔型成圓柱形，隨后被切刀切成粒狀。該結(jié)構(gòu)多用于生產(chǎn)膨化飼料，缺點(diǎn)是螺旋絞龍壽命短。

3.3環(huán)模式

環(huán)模式的工作部件是多孔厚壁環(huán)模，模的內(nèi)腔裝有2～3個(gè)壓輥，工作時(shí)壓輥或環(huán)模旋轉(zhuǎn)，壓輥將腔內(nèi)的粉料從?？字袎撼觯S后被切刀切成粒狀。制粒質(zhì)量較好，機(jī)組結(jié)構(gòu)大、成本高，多用于中型以上顆粒燃料加工廠。

3.4平模式

平模式在立軸上裝有壓輥，壓輥緊貼在多孔平模板上，當(dāng)壓輥或平模旋轉(zhuǎn)時(shí)，可把粉料從?？字袎撼觯纬芍鶢?，隨后被切刀切成粒狀。制粒質(zhì)量較好，機(jī)組結(jié)構(gòu)小、成本低，可用于中小型顆粒燃料加工廠。

顆粒燃料成型機(jī)關(guān)鍵技術(shù)是物料的喂入與擠出成型之間的配合，要吃得進(jìn)、吐得出。物料能否喂入是前提，喂入后能否擠出成型是關(guān)鍵。影響喂入與擠出成型的因素有粉料物理形狀、壓輥半徑、喂入刮板間歇、電機(jī)功率、模輥轉(zhuǎn)速、模棍間隙、物料含水率、?？仔螤畹?，只有這些影響因素達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一時(shí)，擠出和成形才能達(dá)到同步。

4生物質(zhì)顆粒原料成型的前提

4.1粉碎原料的單位密度越大越好

粉碎原料的單位密度越大，自流性越好，制粒產(chǎn)量越高。農(nóng)作物秸稈最好用粉碎機(jī)破碎成顆粒狀；用揉搓機(jī)粉碎加工而成的粉碎原料絲狀物較多，易架空，喂入性能不好，制粒產(chǎn)量低。

4.2物料水分含量要適宜

物料水分含量過高或過低，都將影響制粒的產(chǎn)量和質(zhì)量。若物料的水分過高，超過20%時(shí)，調(diào)質(zhì)困難，易造成物料在環(huán)模內(nèi)壁與壓輥之間打滑，導(dǎo)致環(huán)?？锥氯瑝翰怀鲱w粒，降低產(chǎn)量；還易造成顆粒發(fā)胖，密度低，光潔度差，質(zhì)量下降。若水分低于14%時(shí)，則物料與機(jī)器摩擦劇烈，出粉料，降低制粒產(chǎn)量。一般要求調(diào)質(zhì)前物料水分應(yīng)在15%～18%。

5生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)設(shè)備

生物質(zhì)燃料成型設(shè)備選型的原則是技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)適用、可靠性高、安全耐用、工藝成套性高、節(jié)能環(huán)保、維修經(jīng)濟(jì)方便、生產(chǎn)效率高等。目前，可靠性高的結(jié)構(gòu)為環(huán)模機(jī)與平模機(jī)，可根據(jù)個(gè)人的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、秸稈資源狀況和生產(chǎn)規(guī)模選定。

5.1大型生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)設(shè)備

占地面積約2000m2，生產(chǎn)所需成套設(shè)備約18萬元，主機(jī)功率約80kW，配套設(shè)備功率約22kW，生產(chǎn)能力約1.5t/h，每年可轉(zhuǎn)化秸稈原料4000t。該設(shè)備運(yùn)行需4名工作人員，配料、上料、主機(jī)控制、裝袋各1名。生產(chǎn)廠房、產(chǎn)品倉庫、辦公區(qū)可用簡易廠房代替，100萬元流動資金可投入運(yùn)行。

5.2中小型生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)設(shè)備

占地面積約200m2，生產(chǎn)所需設(shè)備約5～8萬元，主機(jī)功率約7.5～15kW，生產(chǎn)能力為0.1～0.3t/h，每年可轉(zhuǎn)化生物質(zhì)原料1000～3000t。該設(shè)備運(yùn)行需4名工作人員，配料、上料、主機(jī)控制、裝袋各1名。生產(chǎn)廠房、產(chǎn)品倉庫、辦公區(qū)可用簡易廠房代替，10萬元流動資金即可投入運(yùn)行。

6生物質(zhì)顆粒燃料的使用

成型后的生物質(zhì)顆粒燃料還具有類似于型煤的良好燃燒性能，而且與煤相比，具有含硫量小、灰分少、對環(huán)境污染輕的優(yōu)點(diǎn)。生物質(zhì)顆粒燃料與木柴相比，水分含量低，比重和熱值大，這樣有利于提高生物質(zhì)顆粒燃料爐具的熱效率。

因此，生物質(zhì)顆粒燃料廣泛用于生物質(zhì)秸稈發(fā)電廠、企事業(yè)單位鍋爐、生物質(zhì)秸稈氣化站、家庭專用爐具的炊事取暖、歐式取暖壁爐等，進(jìn)而替代燃煤，解決環(huán)境污染問題。

6.1戶用生物質(zhì)半氣化爐

戶用生物質(zhì)半氣化爐用途為家庭炊事、取暖單用或兩用。要求戶用生物質(zhì)爐具性能穩(wěn)定、點(diǎn)火容易、操作簡便、安全可靠、燃料適應(yīng)性較強(qiáng)、爐具價(jià)格合理，并有3年以上的使用壽命。性能一定要達(dá)到高效、低排放。生物質(zhì)燃料在爐膛里直接燃燒，并進(jìn)行合理配風(fēng)，伴有氣化成分，稱為生物質(zhì)半氣化爐。這種爐具二次風(fēng)作用非常明顯，一是補(bǔ)氧增加發(fā)熱量，二是進(jìn)一步加強(qiáng)煙氣的擾動，使燃燒更加充分。

目前大量用的是補(bǔ)空氣，也有補(bǔ)蒸氣的。爐具性能為：炊事爐熱效率大于35%，事采暖爐熱效率大于60%，采暖爐熱效率大于65%；煙塵排放濃度小于50g/m3；二氧化硫排放濃度小于30mg/m3；氮氧化物排放濃度小于150g/m3；一氧化碳排放濃度小于0.2%。

6.2生物質(zhì)壁爐

生物質(zhì)壁爐以生物質(zhì)顆粒原料為燃料。該產(chǎn)品采用先進(jìn)的控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自動點(diǎn)火、自動上料，具有節(jié)能、環(huán)保、清潔、安全、方便等優(yōu)點(diǎn)，是家庭、辦公場所、公共場所理想的取暖方式。

7結(jié)論

開發(fā)和利用秸稈顆粒燃料，為秸稈轉(zhuǎn)化提供了有效途徑。生物質(zhì)顆粒燃料是新型的環(huán)保清潔可再生能源，是生物質(zhì)開發(fā)利用的主要方向之一，符合目前國家產(chǎn)業(yè)政策，因此該產(chǎn)品有廣闊的市場空間。