生物質(zhì)顆粒燃料制造技術(shù)研究現(xiàn)狀

1、生物質(zhì)顆粒燃料制造技術(shù)研究現(xiàn)狀摘要：生物質(zhì)顆粒燃料是一種清潔可再生能源,環(huán)模制粒機是其主要生產(chǎn)設(shè)備。本文對國內(nèi)外生物質(zhì)顆粒燃料的發(fā)展使用現(xiàn)狀及技術(shù)進行了調(diào)研與分析，分析了在我國的發(fā)展前景并對設(shè)備優(yōu)化進行了理論分析。關(guān)鍵詞：生物質(zhì)顆粒燃料 環(huán)模制粒機 清潔能源 改進設(shè)計investigate and survey of the manufacturing technology of biomass pellet fuel and the amelioration of pellet millabstracts: fuel pellets provide an alternative and cl

2、ean biomass energy, pellet mill is the main production facility of this fuel. this paper investigates and analyses the present development status home and abroad. it also prospects the development trends in china and theoretically optimize the pellet mill.key words: biomass pellet fuel; pellet mill;

3、 clean energy; amelioration design1 引言能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，不可再生資源的不斷消耗使得開發(fā)利用以生物燃料為代表的可再生綠色環(huán)保生物質(zhì)能源，已成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇和發(fā)展方向。生物質(zhì)能既可以補充常規(guī)能源的短缺，也具有重大的環(huán)境效益。同其他生物質(zhì)能源技術(shù)相比較，生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)更容易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和使用，使用生物質(zhì)顆粒的方便程度可與燃氣、燃油等能源媲美。2 生物質(zhì)燃料發(fā)展的必要性傳統(tǒng)能源的消耗量在不斷增大，資源匱乏嚴重需要開發(fā)新能源。我國擁有豐富的生物質(zhì)顆粒燃料資源, 目前可供利用開發(fā)的資源主要包括: 農(nóng)作物秸稈、薪材、加工剩余物和城市固

4、體有機垃圾中的廢舊木料等。據(jù)理論測算, 我國木質(zhì)顆粒燃料資源可達50 億t 左右。生物質(zhì)顆粒燃料通常是指直徑小于25 mm的圓柱體狀固體成型燃料， 顆粒密度較壓縮前明顯增大，可達1.21.4 kg/m3；體積縮小75%90%，便于貯存和運輸；尺寸均勻，流動性好，便于實現(xiàn)自動化傳輸和燃燒。顆粒燃料在制造過程中不需添加膠黏劑, 是一種天然的生物質(zhì)燃料。由于含水率較低, 助燃空氣容易調(diào)節(jié), 燃燒效率高, 燃燒時產(chǎn)生的煙氣平均排放量為1. 2 g/ h, 遠低于美國環(huán)保局規(guī)定的7 .5 g/ h 的排放標準。由于生物質(zhì)顆粒燃料經(jīng)過高溫壓縮, 大大節(jié)約了儲存空間, 也便于運輸。生物質(zhì)顆粒燃料能大大提高材

5、料的燃燒效率, 制成一定密度的粒狀或塊狀燃料, 熱效率可提高80% 以上。據(jù)測算, 1. 2 t 的木質(zhì)顆粒燃料所產(chǎn)生的熱量, 相當于1 t 煤產(chǎn)生的熱量。生物顆粒燃料取自于自然狀態(tài)的生物廢料, 不含有易裂變、爆炸等化學(xué)物質(zhì), 不會像其他能源那樣, 發(fā)生中毒、爆炸、泄漏等事故。3 國內(nèi)外生物質(zhì)顆粒燃料發(fā)展概況3.1 國外生物質(zhì)顆粒燃料使用狀況及制造技術(shù)發(fā)展3.1.1 發(fā)展歷程生物質(zhì)顆粒燃料燃燒器的應(yīng)用始于20世紀70年代但是直到20世紀80年代后期，由于發(fā)生世界能源危機，石油價格上漲，才使得歐洲許多國家（如瑞典、芬蘭、比利時、法國、德國、意大利等）都十分重視生物質(zhì)成型燃料技術(shù)的研究和開發(fā)，目前

6、已形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，成效顯著。目前法國開始使用秸稈的壓縮粒作為奶牛飼料，近年來也開始研究、生產(chǎn)塊狀燃料，由多種林業(yè)廢棄物生產(chǎn)的壓縮成型燃料已經(jīng)達到了實用階段。3.1.2 顆粒成型工藝烘干：由于鋸末的含水量較高（通常在50%左右），因此，首先要對其進行烘干處理，使原料水分達到9%12%，以滿足成型要求，烘干設(shè)備采用直接加熱旋轉(zhuǎn)鼓。細粉：烘干后的原料要進一步細粉，一般原料顆粒尺寸要求是1mm，設(shè)備采用錘式細粉機。調(diào)制處理：指為軟化原料中的木質(zhì)纖維，在原料中要補充增加高溫蒸汽。超過一半的顆粒燃料廠在生產(chǎn)過程中采用調(diào)制處理。顆粒成型：大多數(shù)顆粒燃料企業(yè)采用模輥擠壓成型原理，即采用立式環(huán)模成型機，生產(chǎn)量為

7、24 t/h。關(guān)鍵部件使用壽命長，環(huán)模壽命在20003000h，壓輥的壽命在10001500h。冷卻：從顆粒機擠出來的成型顆粒的溫度為100 左右，這種狀態(tài)的顆粒易破碎，不宜貯運。生產(chǎn)后均需對顆粒進行冷卻降溫，通常采用的設(shè)備是逆流式冷卻器。分類包裝：顆粒燃料加工出來冷卻后，按照用戶需求不同要進行分類、包裝。包裝規(guī)格按照不同用戶，一般分為小袋裝（為16 kg），大袋裝（為900 kg），針對大型用戶，如熱電廠等，采用直接散裝，用卡車或輪船運輸。3.1.3 使用情況分析以美國、瑞典和奧地利等國為例，生物能源的應(yīng)用規(guī)模，分別占該國一次性能源消耗量的4%、16%和10%；在美國，生物能源發(fā)電的總裝機容

8、量已超過1mw，單機容量達1025mw；日本、美國及歐洲一些國家生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備已經(jīng)定型，并形成了產(chǎn)業(yè)化，在加熱、供暖、干燥、發(fā)電等領(lǐng)域已普遍推廣應(yīng)用，針對一般居民家用的生物質(zhì)顆粒燃料及配套的高效清潔燃燒取暖爐灶已非常普及，結(jié)合燃燒器具的研發(fā)，其熱效率可達到80%95%。3.2 國內(nèi)生物質(zhì)顆粒燃料使用狀況及制造技術(shù)發(fā)展3.2.1 發(fā)展歷程相對而言，我國在這方面的研發(fā)和生產(chǎn)起步較晚但我國也十分重視生物能源的開發(fā)和利用。20世紀80年代以來，我國政府一直將生物質(zhì)能源利用技術(shù)的研究與應(yīng)用列為重點科技攻關(guān)項目，開展了生物質(zhì)能利用新技術(shù)的研究和開發(fā)，使生物質(zhì)能技術(shù)有了進一步提高。80年代引進開發(fā)的

9、螺旋推進式秸稈成型機，近幾年形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。但我國生物質(zhì)能的利用研究主要集中在大中型畜禽場沼氣工程技術(shù)、秸稈氣化集中供氣技術(shù)和垃圾填埋發(fā)電技術(shù)等項目，對于生物質(zhì)能顆粒燃料產(chǎn)品的生產(chǎn)加工與直接燃燒利用的研究還剛剛起步。國內(nèi)部分高校和科研機構(gòu)開展了生物質(zhì)顆粒成型技術(shù)的研究,取得了一定成績。近幾年形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。3.2.2 使用情況分析80年代引進開發(fā)的螺旋推進式秸稈成型機，近幾年形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。但我國生物質(zhì)能的利用研究主要集中在大中型畜禽場沼氣工程技術(shù)、秸稈氣化集中供氣技術(shù)和垃圾填埋發(fā)電技術(shù)等項目，對于生物質(zhì)能顆粒燃料產(chǎn)品的生產(chǎn)加工與直接燃燒利用的研究還剛剛起步。 國內(nèi)部分高校和

10、科研機構(gòu)開展了生物質(zhì)顆粒成型技術(shù)的研究,取得了一定成績。近幾年形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。例如，遼寧省能源研究所研制的顆粒成型機，南京林產(chǎn)化工研究所研制的多功能成型機，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院研制的活塞式液壓成型機，在國內(nèi)都已形成了產(chǎn)業(yè)化。1998 年江蘇正昌糧機集團公司開發(fā)了內(nèi)壓環(huán)模式顆粒成型機其生產(chǎn)能力為250300kg/h，生產(chǎn)的顆粒成型燃料可用于家庭或暖房取暖；同年南京市平亞取暖器材有限公司從美國引進適用于家庭使用的取暖爐，通過國內(nèi)消化吸收，形成了工業(yè)化生產(chǎn)，另外，還從美國引進了一套生產(chǎn)能力為1.5t/h 的顆粒成型燃料生產(chǎn)線，1999 年開始正式生產(chǎn)；老萬生物質(zhì)能科技有限公司成立于2002

11、 年，其公司的董事長從2000年就開始研發(fā)農(nóng)作物秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料及其燃燒供暖設(shè)備，目前主要生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料和各種用于燃燒顆粒燃料的燃燒器具，有暖風壁爐、水暖爐、炊事爐等系列爐具，這些爐具的熱效率可達到86.07%，各項排放指標均達到了國家環(huán)保標準和歐洲現(xiàn)行的環(huán)保標準。原中南林學(xué)院從 2002 年起，在引進國外（瑞典）技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了生物質(zhì)顆粒燃料成型機和使用顆粒燃料的環(huán)保節(jié)能灶和取暖爐。生物質(zhì)顆粒燃料成型機是在國產(chǎn)飼料制粒機的基礎(chǔ)上結(jié)合瑞典生物質(zhì)顆粒燃料成型機技術(shù)研制而成的。在吸收國外燃燒爐技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國實際情況開發(fā)的一種兼炊事與供熱水相結(jié)合的顆粒生物質(zhì)燃料燃燒灶該節(jié)能灶的燃燒

12、室采用二次供氧方式，使燃料的燃燒更充分，提高了熱能的利用率；環(huán)保節(jié)能取暖爐是在引進國外環(huán)保節(jié)能壁爐的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的實際情況，通過改變外觀尺寸、改進顆粒燃料供料系統(tǒng)、增加換熱管面積等開發(fā)出的適合我國家庭使用的取暖爐。3.3 發(fā)展趨勢與建議3.3.1 國家對生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)和應(yīng)用的相關(guān)政策進行不斷完善并且制定燃料標準體系目前我國已制定了生物質(zhì)能源相關(guān)法律、規(guī)劃，并通過多項成型燃料行業(yè)標準，初步建立了我國的生物質(zhì)成型燃料標準體系。但我國的成型燃料產(chǎn)業(yè)處于初級發(fā)展階段，還沒有被市場完全接受，要制定明確的促進成型燃料開發(fā)與利用的政策和措施，并保障已有法律和政策措施能夠有效實施，應(yīng)重點在設(shè)備制造和成

13、型燃料利用市場開拓方面予以大力扶持；制定完善生物質(zhì)爐具、鍋爐、燃燒器等燃燒設(shè)備方面的技術(shù)條件、標準。3.3.2 健全質(zhì)量保障體系，建立國家級的生物質(zhì)燃料與燃燒設(shè)備檢測認證中心歐盟國家有成熟完善的質(zhì)量保障體系，在成型燃料、燃燒設(shè)備進入市場前，要經(jīng)過檢測部門的檢測認證。由于我國的成型燃料剛剛起步，質(zhì)量保障體系還不完善，成型燃料、燃燒設(shè)備在沒有經(jīng)過檢測認證的情況下就進入市場，這導(dǎo)致了成型燃料質(zhì)量、燃燒設(shè)備質(zhì)量參差不齊， 影響了生物質(zhì)固體成型燃料的產(chǎn)業(yè)化進程，因此，在目前科研機構(gòu)的基礎(chǔ)上，建立一個集科研、檢測、市場開發(fā)三位一體的綜合研究機構(gòu)，促進科研開發(fā)，掌握市場最前沿的信息，促進科研成果向市場的轉(zhuǎn)化

14、，使科研成果體現(xiàn)出自身巨大的社會經(jīng)濟價值；同時借鑒歐盟國家成型燃料方面的檢測經(jīng)驗，建立國家級的生物質(zhì)固體成型燃料檢測認證中心、生物質(zhì)固體成型燃料燃燒設(shè)備檢測認證中心。3.3.3 加大典型區(qū)域示范推廣，實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn),多與原料來源相結(jié)合我國的成型燃料以農(nóng)作物秸稈為原料， 考慮秸稈的運輸半徑、成本以及秸稈存儲等問題，我國的成型燃料企業(yè)應(yīng)以具有年產(chǎn)1 萬2 萬t 生產(chǎn)能力的中型企業(yè)為主，以實現(xiàn)成型燃料的規(guī)?；a(chǎn)，同時考慮到我國地域遼闊、各地氣候差異大、秸稈特性不同的特點，應(yīng)在不同區(qū)域建立示范項目，促進我國生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)化發(fā)展， 使之完全商業(yè)化、市場化。3.3.4 進一步研究生物質(zhì)的成型機理，改

15、進設(shè)備的設(shè)計，最大限度地減少易損件和降低設(shè)備的成型能耗目前市場上已形成產(chǎn)品的生物質(zhì)成型燃料成型設(shè)備主要以加熱成型為主，存在能耗較高、成型部件（擠壓螺旋、成型模具、環(huán)模、壓輥等）易磨損等問題。應(yīng)通過對生物質(zhì)材料成型機理的研究，改變成型方式，盡可能地減少物料與成型模具之間形成的摩擦，從而增加成型模具的使用壽命，降低成本。木質(zhì)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(zhì)顆粒在阿姆斯特丹的離岸價為80美元/t。如果我國引進ets技術(shù)生產(chǎn)木質(zhì)顆粒，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本比國外要低很多。經(jīng)測算，批量生產(chǎn)的成本為240元/t左右，零售價格

16、為329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(nèi)可與煤炭價格相抗衡。因此改進技術(shù)也是提高利用率的有效方法之一。4 環(huán)模制粒技術(shù)的研究4.1 制粒機主要組成與工作原理環(huán)模制粒機由主電機、齒輪箱減速裝置、主軸、驅(qū)動軸、環(huán)模、壓輥、強制喂料器、切刀組件及機身和門等組成。電動機帶動環(huán)模旋轉(zhuǎn)"由進入環(huán)模上的物料帶動壓輥轉(zhuǎn)動,當物料被強制喂料器送入工作區(qū)內(nèi)"隨著環(huán)模和壓輥的轉(zhuǎn)動"壓輥前的物料被擠入壓縮區(qū),物料在壓縮區(qū)被擠壓"物料之間的空隙急速縮小"物料內(nèi)部的壓力及密度增大"物料的彈性變形轉(zhuǎn)為塑性變形&quo

17、t;達到一定密度的物料被壓入模孔!經(jīng)過一定時間的保壓"具有一定密度的物料擠出?？淄?quot;成為生物質(zhì)顆粒燃料。4.2 環(huán)模制粒技術(shù)研究現(xiàn)狀環(huán)模制粒機發(fā)展的整個歷程來看，環(huán)模制粒機的工作原理沒有變化，而環(huán)模制粒機的制造水平和技術(shù)性能大有改進。目前世界上使用較為廣泛，比較典型的環(huán)模制粒機主要有以下幾種: cpm公司生產(chǎn)的環(huán)模制粒機采用斜齒齒輪減速箱傳動結(jié)構(gòu)，齒輪減速箱可以通過手動換擋實現(xiàn)雙速交換。環(huán)模固定在大齒輪傳遞的空心軸上旋轉(zhuǎn)，壓輥則固定在用制動裝置固定的實心軸上，為動模型制粒機。環(huán)模采用三分式環(huán)模夾固定，裝拆方便，配有自動循環(huán)潤滑系統(tǒng)設(shè)備，使用更安全。b位址er公司生產(chǎn)的環(huán)模制

18、粒機機采用雙壓輥、環(huán)模式、單電機三角皮帶傳動結(jié)構(gòu)。單位生產(chǎn)效率高，運行費用低，結(jié)構(gòu)比較簡單，操作維修方便。系統(tǒng)可以方便地實行自動潤滑和自動控制。采用單電機側(cè)傳動，空心軸、環(huán)模、主軸、壓輥和大皮帶傳動等總成，外加皮帶傳動的張力等均由主軸尾部懸臂支承，承載負荷大、且屬于偏載荷狀態(tài)。 設(shè)計、驗算和裝配的配合要求較高。munch公司生產(chǎn)的環(huán)模制粒機有環(huán)模、錐形壓輥平模制粒機兩種，環(huán)模制粒機的結(jié)構(gòu)形式和英國umt公司單級同步齒形帶傳動的形式基本相同。munch公司生產(chǎn)的環(huán)模制粒機采用三角帶傳動，大皮帶輪的寬度比較寬，采用鑄鐵鑄造整體機座，整機重量偏重，但運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低，大皮帶輪的慣性作用有利于節(jié)能。環(huán)

19、模的固定結(jié)構(gòu)宜改用cpm三分式環(huán)模夾，如采用螺栓固定式，則單側(cè)操作大大延長了換模時間。系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動潤滑和自動控制。三輥式環(huán)模制粒機是以英國umt公司為代表的一種典型環(huán)模制粒機。國內(nèi)外多家公司均生產(chǎn)類似的產(chǎn)品，傳動方式分為齒輪式和皮帶式兩種。umt公司生產(chǎn)的皇冠牌三輥式環(huán)模制粒機均采用同步齒形帶傳動，其中350b型采用雙電機同步齒形帶一級傳動，其他型號均采用雙電機三角帶、同步齒形帶二級傳動。5 結(jié)論 生物質(zhì)顆粒燃料具有良好的發(fā)展前景,但因為資源類型的不同國外的發(fā)展經(jīng)驗并不能夠完全借鑒于我國.我國應(yīng)制定相應(yīng)政策鼓勵并有效的監(jiān)督生物質(zhì)顆粒燃料及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與規(guī)范.環(huán)模制粒機的發(fā)展具有很大潛力

20、,選取適合的物料投送角度,增設(shè)導(dǎo)料-勻料輥等方法都可以有效提高環(huán)模制粒機的生產(chǎn)效率參考文獻1張無敵，董錦艷，等.生物質(zhì)能利用j.太陽能，2000，（1）.2張無敵，寧洪川，等.我國生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)開發(fā)利用現(xiàn)狀j.能源研究與利用，2000，（2）.3呂文，王春峰，王國勝，等.中國林木生物質(zhì)能源發(fā)展?jié)摿ρ芯縥.林產(chǎn)工業(yè)，2006，（1）：6-11.4劉圣勇，陳開碇，張百良，國內(nèi)外生物質(zhì)成型燃料及燃燒設(shè)備研究與開發(fā)現(xiàn)狀j.可再生能源，2002，（4）.5何元斌.生物質(zhì)壓縮成型燃料及成型技術(shù)（一）j.農(nóng)村能源，1995，（5）.6閔恩澤，等“.生物能源和生物化工產(chǎn)品科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研討會”工作報告

21、r.2005-04-10.7鄧可蘊.21世紀我國生物質(zhì)能發(fā)展戰(zhàn)略j.中國電力，2000，33.（9）：82-84.8俞國勝，袁湘月，等.中國林木生物質(zhì)能源開發(fā)利用技術(shù)設(shè)備研究j.林產(chǎn)工業(yè)，2006，（1）：22-34.9羅娟，侯書林，趙立欣，等.生物質(zhì)顆粒燃料燃燒設(shè)備的研究進展j. 可再生能源，2009，27 (6)：90 -95.10吳創(chuàng)之，周肇秋，陰秀麗，等.我國生物質(zhì)能源發(fā)展現(xiàn)狀與思考j.農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2009，40（1）：91-99.11汪業(yè)林.北歐國家的生物質(zhì)能開發(fā)及啟示j安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2006，11（3）：72-7512袁艷文，林聰，趙立欣，等.生物質(zhì)固體成型燃料抗

22、結(jié)渣研究進展j.可再生能源，2009，27(5)：54-57.13王久臣，戴林，田宜水，等.中國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析j農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23（9）：276-282.14姚向君, 王革華, 田宜水. 國外生物質(zhì)能的政策與實踐m . 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2007.15劉守新,李海潮,張世潤,木質(zhì)生物能源技術(shù)研究j.中國農(nóng)副特產(chǎn)，2001，（3）：37-39.待添加的隱藏文字內(nèi)容316岳峰, 雷廷宙, 朱金陵, 等. 家用生物質(zhì)顆粒燃料爐的研制j.可再生能源, 2005,(6): 44- 45.17維魯. 瓦雷斯. 生物質(zhì)燃料用戶手冊m . 王革華, 原緄, 譯. 北京: 化學(xué)

23、工業(yè)出版社, 200718王淮東, 王曉東, 武力菁, 等. 生物質(zhì)成型燃料爐灶結(jié)渣特性及影響因素試驗研究 j. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008, ( 2): 206- 209.19王惺, 李定凱, 倪維斗, 等. 生物質(zhì)壓縮顆粒的燃燒特性 j. 燃燒科學(xué)與技術(shù), 2007, ( 1): 86- 90.20嚴永林,生物質(zhì)燃燒爐的進料裝置j2木工機床,2003(3):4021王翠蘋,李定凱,等.生物質(zhì)成型顆粒燃料燃燒特性的試驗研究j.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2006,1022劉圣勇,張百良,等. 雙層爐排生物質(zhì)成型燃料鍋爐設(shè)計與研究j.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2003,6.23石元春, 漫談生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用 r/

24、 eb http: / /tech. qq. com/ a/ 20060831/ 000329. htm.24swedish national energy administration，bio-fuel and ashes，asurvey，2000/1.25swedish national energy administration，this is bio-energy，svebio fact sheet：12/98.26john i z thermal energy, electricity and transportation fuels from w ood j.forest prod j, 2006( 1) : 6-14.27ayhan demirbas. combustion characteristics of different biomass fuels j. progress in energy and combust