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1、精品论文推荐生物质能固体成型新过程及其在中国应用的可行性栗俊德Victoria University, Australia摘 要：本文综述了中国农业生物质能资源的潜力，开发利用现状，及中长期开发利用战略目标。文章还指出了各项现有利用生物质能技术的缺陷。针对现有生物质能固化成型过程 的问题，我们介绍了一种新的固化成型过程，并对其在中国农村应用的可行性进行了分 析。关键词：生物质能，固化成型1 使用生物质能的好处生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，它以生物质为载体，直 接或间接地来源于绿色植物的光合作用。生物质能是一种可再生能源，它的开发利用，可 使农民增加收入， 可增加农民就业
2、机会，可替代燃煤，可减少二氧化碳净排放量, 可减少 环境污染。这里，我们只考虑生物质能固体成型的技术。2中国农业生物质能资源潜力中国农业生物质能资源1主要包括农作物秸秆、木材处理废料，畜禽粪便、农产品加 工副产品和能源作物等 （图 1），发展潜力巨大，空间广阔。据农业部统计，预计到 2010 年，主要农作物秸秆产量将达到 7.8 亿吨，其中约 4 亿吨可作为农业生物质能的原料，2005 年, 农产品加工业副产品包括稻壳、玉米芯、甘蔗渣等总量超过 1 亿吨， 每年有 3 亿 吨木材处理废料，还有大量的荒地可以用来种殖专门作生物质能的植物。图 1 生物质能资源3中国农业生物质能开发利用现状-7-目
3、前1，中国农村户用沼气已累计发展到 2200 万户左右，年产沼气约 90 亿立方米；建成养殖场沼气 3800 处，年产沼气约 2.5 亿立方米。截至 2005 年底，农村地区已累计推 广省柴节煤炉灶 1.89 亿户，普及率达 70%以上；已建设了秸秆集中供气站 539 处；生物质 燃烧发电也具有了一定的规模，到 2007 年底，生物质发电装机容量约为 220 万千瓦，消耗 农林废弃物约 130 多万吨。目前，由国家核准生物质规模化发电项目近 50 处，总装机1500 兆瓦。但每年只生产很少生物质能固化成型产品(20 万吨）。4中国农业生物质能开发利用战略目标根据农业生物质能产业发展规划1（20
4、07-2015 年），到 2010 年，中国农村户用沼气 总数达到 4000 万户（新建 1800 万户），占适宜农户的 30%左右，年生产沼气 155 亿立方 米；到 2015 年，农村户用沼气总数达到 6000 万户左右，年生产沼气 233 亿立方米左右， 并逐步推进沼气产业化发展。到 2010 年，结合解决农村基本能源需要和改变农村用能方 式，全国建成 400 个左右秸秆固化成型燃料应用示范点，秸秆固化成型燃料年利用量达到100 万吨左右4；建成 1000 处左右秸秆气化集中供气站，年产秸秆燃气 3.65 亿立方米。到2015 年，秸秆固化成型燃料年利用量达到 2000 万吨左右，建成
5、2000 处左右秸秆气化集中 供气站，年产秸秆燃气 7.3 亿立方米。5存在的问题5.1 原材料生物质能资源不集中，密度较低 (30 公里），提高了原材料的运输成 本。为保障正常运行，电站需要较大的原材料库存。 这不仅提高了投资成本， 而且不安 全。 与烧煤的电站相比，生物质能发电站装机量较小, 热效低 ( 30%）。中国现有的生物 质能发电站大部分都是在亏损的状况下运行。6生物质能固化成型的优点通过生物质能固化成型， 生物质能的密度加大 (800-1200 公斤/立方米), 从而减少了储 存空间，降低了产品的长距离运费。能在距原材料较近处加工，产品可作多种用处。固化 成型后的产品可替代燃煤，
6、可供农民做饭，农民取暖 (2002 年, 5300 万吨煤)，城市取暖和 工业锅炉 (2002 年, 2.7 亿吨煤)，发电 (2002 年, 4.7 亿吨煤)。 而且产品可供出口。图 2 是2005-2006 年固化生物质能在欧洲一些国家的价格2。图 2 固化生物质能在欧洲一些国家的价格 （2005-2006 年）按图 2 中 2006 年的平均价格 14EUR/GJ 计算, 生物质能固化成型产品相当于 RMB 2 元/公斤。7. 现有生物质能固化过程图 3 给出了现有生物质能固化的过程图。它有原材料收集，粉碎，烘干，固化，冷 却，及储藏几个步骤而完成3。图 3 现有生物质能固化的过程图现有
7、生物质能成型的产品有两种（图 4），一是生物质能成型块，一是生物质能成型 颗粒。前者一般作农用燃料， 而后者一般作工业用燃料。图 4 两种生物质能成型的产品现有生物质能成型过程具有如下的缺点：（1）电能耗高， 一般在 100 kWh/吨；（2） 机器部件易磨埙，易磨埙部件寿命一般小于 100 可操作小时；（3）产品须密封保管，在没 有密封的仓库里，如储藏时间超过 20 天，生物质能成型块将吸水而退化。8. 新的生物质能成型固化过程图 5 新的生物质能固化的过程图图 5 四 给出新的生物质能固化的过程图。与现有的过程相比，新的生物质能固化过程 只增加了烘烤部分。 这样，现有生物质能固化过程的其它
8、设备都可应用。 通过烘烤, 生物 质的强度大大降低， 从而使成型的能耗和部件磨埙大大降低。在烘烤过程中，将损失 30% 的重量， 但只损失 10%的能量。 这样，产品的能量密度将增加。而且损失的能量可回收 作烘烤用。图 6 给出了实现烘烤的示意图， 而图 73则给出了新的生物质能固化过程中产品的变 化过程。图 6 实现烘烤的示意图图 7 新的生物质能固化过程中产品的变化过程与现有的过程相比，新的生物质能固化过程具有以下优点：（1）电能需求减少 50% -70%4; (2) 机器部件磨损大大减少; (3) 产品对原材料种类的依赖减少 (见图 6)；（4）产品 不再吸水（hydrophobic）,
9、 不需要密封 （见图 7）；（5）产品便于长时间保存；（6）产品 燃烧效果好 烟少, 尘粒少。新的生物质能固化过程可在现有的固化成型过程上改进。这只需要增加一个流动床式 烘烤机， 一个燃烧室，一个气体对气体热交换器，和二个热风机。图 8 给出一个流动床式 烘烤机的工作图。 中国的浙江和长春有厂家生产这一设备。烘烤部分还可用图 9 所示的旋 转式烘烤机而实现。旋转式烘烤机可从美国进口。图 8 流动床式烘烤机的工作图图 9 旋转式烘烤机流动床式烘烤机的工作图9使用新的生物质能成型固化过程的经济回报9.1 投资及运行成本假设（1 吨/小时）一套新的生物质能成型固化过程需要六人操作和管理， 按每人工资
10、 15,000 元/年， 电 价为 0.6 元/度，原材料为麦秆, 玉米秆，原材料收购范围为两个村委，收购半径 4 公里， 设备（新的生物质能成型固化过程设备，供电，及原材料和产品运输设备）和厂房投资（土地和厂房）为 200 万。设备 和厂房折旧期假设为十五年。9.2 运行成本（年产 3000 吨产品）估算麦秆, 玉米秆的收购价格按每公斤 0.1 元，但考虑到运行过程中的损耗及水分，生产一 公斤产品的原材料价格可按 0.20 元/公斤计算。其他的运行成本包括：电费 0.03 元/公斤；机器部件替换，维修 0.02 元/公斤；运输费用 （司机工资及油费） 0.03 元/公斤；公资 0.03元/公
11、斤； 保险 0.01 元/公斤；设备，厂房折旧 0.044 元/公斤。运行成本总计为 0.364 元/公 斤。9.3 可获得的利润 （年产 3000 吨）由于新的生物质能固化成型的产品具有质量好，能量密度高，它的产品价格应可和燃 煤价格相比。按现在低品位燃煤的价格考虑，产品应可卖到 0.6 元/公斤。这样，每年在国 内销售可获得的利润为 70.8 万元。如果产品具有一定的规模，还可考虑出口。按 2006 年生物质能固化成型产品在欧洲的 价格，产品出口价格应可卖到 1.0 元/公斤。 这样每年出口可获得的利润为 193.8 万元。10. 可能的政策支持各级政府现在要求农民禁止燃烧秸秆， 这给实现
12、生物质能固化成型提供料好的条件。 通过购买农民的秸秆，让农民认识到储藏秸秆能增加收入。 这样农民会在自己的地头储藏 秸秆 （只占很小的面积），给原材料的全年收购提供供了方便。如果政府再能够鼓励或要求一些砖瓦厂， 工业和取暖用的锅炉使用成型的生物质能而 不是燃煤，并要求以煤为燃料的电站使用 20%的成型生物质能，这将为成型生物质能提供 广阔的市场。11. 结论本文介绍了一种新的生物质能成型过程。 其产品质量优于现有的产品，所耗电能低， 设备零部件磨损低。新的生物质能固化成型过程能所需要的设备都可在市场上可买到。 由 于一套设备所需的原材料不是很多，每两个村委可建一个厂。 这样就降低了原材料的运输
13、 成本。通过让农民认识到储藏秸秆能增加收入而储藏秸秆于地头可解决秸秆储藏的难题， 如果政府能通过政策支持而保证市场，在中国农村使用新的生物质能成型是可行的。参考文献1 农业生物质能产业发展规划（20072015 年），2007。2 M. Peksa-Blanchard, P. Dolzan, A. Grassi, J. Heinim, M. Junginger, T. Ranta, and A. Walter, Global WoodPellets Markets and Industry: Policy Drivers, Market Status and Raw Material Potential, IEA Bioenergy Task 40,2007.3 J. Kiel, Torrefaction for biomass upgrading into commodity fuels, IEA Bioenergy Task 32 workshop “Fuel storage, handling and preparation and system analysis for biomass combustion technologies”, Berlin, 7 May 2007.4 可再生能源中长期发展规划, 中华人民共和国 国家发展和改革委员会, 2007。