秸杆生物燃料可行性分析报告 发布人:宇光铸造厂 发布时间:2009-01-05 一、生物燃料的原料来源加工工艺、特点及用途 1、秸杆燃料 秸杆燃料(即生物燃料)是利用农作物的玉米杆、麦草、稻草、花生壳、玉米芯、 秸杆燃料 棉花杆、大豆杆、杂草、树枝、树叶、锯末、树皮等固体废弃物为原料,经过粉碎、加压、 增密、成型,成为小棒状固体颗粒燃料。 2、工艺流程:原料收集→原料粉碎→机械制粒成型→装袋销售 根据农作物的收获期不同,要及时大量储存原料,随后粉碎、成型。成型时注意不要 随即装袋,因热涨冷缩的原理待冷却 40 分钟后,再装袋运输。 3、秸杆燃料的特点 成型后的颗粒燃料,比重大,体积小,耐燃烧,便于储存和运输。成型后的体积是原 料体积的 1/30~40,比重是原料的 10~15 倍(密度为:0.8-1.4)热值可达 3400~6000 大卡, 是高挥发酚的固体燃料。 4、秸杆燃料的用途 秸杆成型后的颗粒燃料是一种新型的生物能源,它可代替木柴、原煤、燃油、液化气 等,广泛用于取暖、生活炉灶、热水锅炉、工业锅炉、生物质发电厂等。 二、秸杆燃料的市场前景及效益 胡锦涛总书记明确指出:加强可再生能源的开发利用是应对日益严重的能源和环境问题 的必由之路,也是人类社会可持续发展的必由之路。 根据国家大力倡导和支持生物质能源的开发和利用,积极发展现代农业,推进社会主义 新农村建设的指示精神,加工生产“秸杆燃料”的投资者,无须办理营业执照,无须交纳任 何税收及管理费用,地方政府还有对生产加工者免费提供生产场地,减少收费,并提供资金 支持和经济补贴等相关优惠政策,减少投资负担,让投资者获取更大的经济效益。 秸秆燃料是一种新型的生物质再生能源,原料到处可取,加工成本低,利润空间大,用 户可在田间地头,变废为宝,增加收入。可喜的是该项目是环保节能利国利民的好项目。用 户可一次投资,终身受益,具有长期稳定的经济收入保证。 秸秆燃料成型加工的成本与利润核算按日产 10 吨计算。 1、秸秆原料收购价(最高估算)100 元/吨 2、粉碎成本(玉米杆)粉碎动力 5.5KW×0.8 元/度=4.4 元/吨 3、成型加工成本,动力 22KW×0.8 元/度=17.6 元/吨 4、需工人共 5 人×40 元/人=200 元÷10 吨=20 元/吨 总成本:100 元+4.4 元+17.6 元+20 元=142 元/吨(成本) 5、利润:市场最低售价 350 元-142 元=208 元 6、日产 10 吨×208=2080 元/日获利 若一年按 10 个月计算: 3000 吨×208 元/吨=624000 元,即年可获利 624000 元。 巩义市宇光铸造厂不但生产和销售整套的生产设备,还在本省之内常年回收和包销秸秆 燃料产品, 包销价每吨 350 元;愿意让我厂回收和包销产品的用户可与我厂签订长期永久性的 合作协议。 近年来,国家大力倡导和支持对生物质能源的开发和利用,先后在全国各地投建生物质 发电厂一百一十多家,而“秸秆燃料”的产量,远远满足不了市场的需求,市场销售价格 45 0 元—550 元/吨,形成供不应求的局面。 据国际可再生能源组织的预测,地下石油、天然气及煤的储量,按目前的开采利用率仅够适 用 60 年左右。因此,秸秆类生物质能源,是未来再生能源的一个重要发展方向。随着世界性 的能源匮乏,生物质再生能源的市场需求和利润空间将不可估量。 三、秸秆燃料的有关技术参数 成型后的秸秆颗粒燃料体积仅相当于原秸秆的 1/90~40,是同重量秸秆的 10~20 倍, 3 其密度为 0.8~1.4g/cm ,热值 3400~6000 大卡,灰份为 5\ufe6a左右,含硫量在千分之五一下, 是高挥发酚的固体燃料,燃料率达 95\ufe6a以上,留下灰份是优质的钾肥还田改良土壤。 以玉米秸秆燃料颗粒为例:将玉米秸秆燃料颗粒加入配套的生物质燃料炉中燃烧,其燃 烧率是燃煤锅炉的 1.3~1.5 倍,因此,一吨玉米杆颗粒燃料的热量利用率与一吨煤的热量相 同。 若将秸秆燃料颗粒放入 0.8 吨立式锅炉中燃烧,通过喷淋式除尘器后,废气由烟囱中排 出。经过测试,秸秆燃料的密度在 1.0~1.27g/cm3 时,其燃烧效果最后,燃烧室温度达 106 0°,燃烧度比煤快 15\ufe6a以上,正常燃烧状态下,烟囱中无灰尘和灰烟排出,1 次加入秸秆燃 料颗粒 5 公斤,关闭风门后,可保持 4 小时以上不熄灭。烟气中的 Co、Co2、So2、NoX 等成 3 3 分指标的测试及烟尘的排放浓度为 138mg/cm ,So2 排放浓度仅为 75mg/cm ,大大低于《锅炉 大气污染物排放标准》(GWPB3-1999)的指标,达到了国家环保要求。 生物质秸秆燃料热值分析表与对比 燃料 种类 玉米杆 玉米芯 麦秆 稻草 稻壳 杂草 豆杆 花生壳 高粱杆 棉杆 6.1 4.87 4.39 3.61 5.62 5.43 5.1 7.88 4.71 6.78 工业分析成分\ufe6a 元素组成\ufe6a Ko2 钾 13.8 — 20.4 9.93 0.60-1.60 13.6 16.33 — 13.6 24.7 低位热值 Kj/Kg 2.6 — 0.33 0.15 — 1.68 2.86 — 1.12 -2.1 17746 17730 18532 17636 16017 16204 16157 21417 15066 18089 低位热值 kcal/Kg 4245.45 4241.63 4433.49 4219.14 3831.82 3876.56 3865.31 5123.68 3604.31 4327.51 水分 灰份 挥发份 固体碳 H 氢 C 碳 S 硫 N 氮 P 磷 4.7 5.93 8.9 12.2 17.82 9.4 3.13 1.6 8.91 3.97 76 71.95 67.36 67.8 62.61 68.72 74.56 68.1 68.9 68.54 13.2 17.25 19.32 16.39 13.95 16.4 17.12 22.42 17.48 20.71 6 6 6.2 5.3 6.2 5.24 5.81 6.7 6.09 5.7 49.3 47.2 49.6 48.3 49.4 41 44.79 54.9 48.63 49.8 0.11 0.01 0.07 0.09 0.4 0.22 0.11 0.1 0.01 0.22 0.7 0.48 0.61 0.81 0.3 1.59 5.85 1.37 0.36 0.69 注:1kcal=4.18 KJ 巩义市宇光铸造厂 工程部、技术部 公司地址:河南省巩义市康店工业区 电话:0371-65125503 网址:www.hayuguang.cn 邮箱:hayuguang@163.com 1:把秸杆粉碎后可以燃烧,为什么要把它们制成颗粒燃料呢? 秸杆发电主要问题在于秸杆能流密度太低,燃烧时要占用数倍的锅炉燃烧空间(相 对于燃烧煤粉的),还有运输不便,颗粒燃料经过加工,相当程度的解决了上述问题,但又 加上了加工成本,我觉得有点不划算。 我曾在唐山一发电厂实习,知道发电厂里的锅炉是烧煤粉的,这样可以增加反应面 积,烧秸杆也可以把它们磨碎后再燃烧,何苦再把它们压制成颗粒燃料呢? 答:你提的问题有一定的普遍性,很多人都有这个疑惑,为什么要制粒呢? 煤粉的成份与秸杆粉末的成份相差很大,首先是比重不同,两者相差 3~4 倍,再 者就是闪烧时间不同,秸杆粉末如果采用沸腾燃烧的话,因为闪烧时间很短,可以说 是爆燃,因此,如果沿用烧煤粉的炉具,那么需要改造的内容就很多了,设计和开发 都比较麻烦。而制粒后燃烧就不同了,它可以沿用原来普通燃煤锅炉直接燃烧,基本 上不需要改造锅炉或者经少量改造即可。虽然制粒过程要消耗能量,但是由于运输的 方便性以及降低制粒能耗的结果,两者在使用效果和花费抵消后基本上没有什么差别 了。不知道这样解答是否满意? 2:秸秆压成的颗粒直接燃烧,燃烧方式为层燃,鼓风机从下面鼓风,秸秆颗粒燃烧结焦 严重,哪位高手知道结焦的成分,结焦原因,怎样解决结焦问题? 答:简单回复如下: 1、 基于生物质颗粒的燃烧特性, 必须做到一次风给足约 65%左右, 二次风给到 25% 左右,三次风给 10%左右,过空系数约为 1.2-1.4。 2、由于生物质颗粒的灰熔点较低,炉膛温度不能大于 950℃,燃层温度不能大于 800℃。因此须降低炉温,即加大给风量,减少给料量和料层厚度,保证层厚均匀, 避免死口和火口,这样能有效避免结焦。 3、在层燃炉上,防止结焦还有一个重要措施,就是须保证炉排的冷却和运动,可采取 水冷或者空冷,以及振动或往复移动的办法,还可以用链条炉排的办法来解决。 3 问:生物质颗粒燃料燃烧时,怎么会无烟尘和二氧化硫呢?加工过程有脱硫过程吗? 答:生物质燃料本身含硫量就极少,通常含量不超过 0.05%,烟气中二氧化硫的排放 浓度一般也不会超过 10ppm,哪来的二氧化硫污染呢?至于烟尘排放,那就要看炉 子的除尘系统性能了,通常用一级萨克龙除尘就可以做到每立方米 100mg 以下,如 果再加上一级布袋除尘,做到每立方米 30mg 以下一点不难,比燃油燃气锅炉的标准 不差。 4 问:生物质颗粒成型,使用现在已经成熟的饲料成形机不是一样吗? 答:直接用饲料颗粒成型机,当然也可以生产颗粒燃料,不信可以拿饲料颗粒去烧。 但是有个最头痛的问题就是,首先,饲料颗粒多少钱一吨?颗粒燃料多少钱一吨? 如果你觉得饲料颗粒的价格可以作为颗粒燃料来使用的话,那就无话可说了! 再者,畜禽饲料颗粒成型的配方中,有大量的淀粉,含一定水分的淀粉是非常好的 黏合剂,只要很小的压力就可以使颗粒成型;草饲料颗粒成型的配方中也有一定的黏 合剂,相对来说也比较好成型;颗粒燃料就不行了,由于其成品价格的限制和环保要 求,不允许有任何添加剂,通常的原料也不含有黏合剂,这样,使得燃料颗粒成型非 常难,多少研究者费尽心机,也无法做到既经济又实用的方法生产出这种颗粒,曾经 是业内人士不可逾越的障碍。 现在,这个问题总算得到解决了,得到了两全其美的解决. 5 问:颗粒燃料的燃烧时间是多少? 这关系到是否能推广到民用,虽然颗粒燃料的燃烧值相当于煤或者高于煤,但 燃烧的时间比较短,居民是不愿意用这个的。 答:任何参数的测定都是有条件的,燃烧时间也一样,要在相同条件下进行比较的话, 颗粒燃料的燃烧时间是比煤炭(这里指无烟煤,如果用烟煤比较,那应该是差不多), 但是这个比较没有意义,为什么?因为没有可比性,无烟煤在自然通风条件下燃烧, 没有烟,但是颗粒燃料是不能在自然通风的条件下完全燃烧的,必须要加风才能燃烧 完全,这是不同的地方,在这点上,颗粒燃料有点像烟煤,但是,并不因为这样,烟 煤就没有市场了,相反,烟煤在工业上的应用比无烟煤并不逊色。 颗粒燃料的热值与一般的中值电煤是差不多的. 6:颗粒燃料的燃烧时间只有煤炭的 1/2~2/3,那么颗粒燃料热值低燃烧时间短,用 量必然大,那和燃煤比经济效益有在哪那? 答:假如颗粒燃烧时间为燃煤的 1/2,那么在同样的时间内用料增加 1 倍,那么总热 量是不是增加 1 倍?那么折算成单位时间内发出的热量是不是 1 倍?设秸杆热值为 3700 大卡,那么在同样时间内是不是相当于放出 7400 大卡的热量?那么 7400 大 卡的煤炭和 4500 大卡的煤炭价格差多少?应该不止 1 倍的价格吧?据本人所知, 4300 大卡的煤炭价格为 400 元/吨时,6500 大卡的煤炭价格为 650 元/吨。 燃烧效益不是用燃烧时间来衡量的,是用单位热值的价格来衡量的,也就是说, 发出同样的热量所发费的代价高低来衡量燃烧效益的。 举个例子来说,4300 大卡的低值电煤价格为 400 元/吨,经计算,它的单位热值 价格为 22.22 元/GJ;5800 大卡的优质电煤价格为 550 元/吨,它的单位热值价格 为 22.65 元/GJ;4300 大卡木质颗粒的价格为 380 元/吨,那么它的单位热值价格 为 21.11 元/GJ。显然,当木质颗粒的价格不高于 380 元/吨时,就比煤炭便宜。 燃烧时间的长短与燃烧效益无关,只是当燃烧时间太短,直至发生“爆燃”会使锅炉 产生不安全隐患时,才要考虑避免其发生 生物质固化成型技术及其展望 摘 要: 本文比较详细、 全面地讨论了生物质固化成型技术的基本原理、 工艺过程和技术关键, 介绍了目前生物质固化成型装备的现状、用户的要求特点及重点要求地区或行业。 保证成型燃料具有较大密度、成型机连续运转及选择合适的碳化工艺是该技术装备的关键, 当以木炭为最终产品时这一点尤为重要。 木屑、秸秆、稻壳等均可作为生物质固化成型的原料,但当木炭为最终产品时,木屑是 唯一的原料。 目前,我国的生物质固化成型装备在设备的实用性、系列化、规模化上还很不足,这一 问题以成型机最为突出。生物质固化成型技术装备有十分广泛的应用领域,林区、林产品加 工业集中区、农作物秸秆质优量大区,均是该装备的市场。 前 言 生物质是一种可再生的物质资源,但它作为能源物质利用基本上还是直接燃烧来获取热 能。由于生物质的燃烧特性较差,所以有效利用率很低。随着我国农村生活水平的日益提高, 相当大量的生物质未得以有效、充分的利用。我国每年因制材、林产品加工产生的木屑的数 量也十分巨大,其中绝大部分废弃。如何将这些宝贵的生物质能资源转化为方便、清洁的能 源形式,其经济、社会效益都是十分明显的。作为生物质能转化途径之一的固化成型技术已 引起人们的关注和兴趣。以作者为首的课题研究小组经几年的研制开发,在生物质固化成型 技术和装备上取得了突破性结果,成套设备的运行结果显示了这一技术巨大的市场潜力。 生物质固化成型的过程 2.1 成型原理 植物细胞中除含有纤维素、半纤维素还含有木质素(木素),木素是具有芳香族特性的 结构单体,为丙烷型的立体结构高分子化合物。在阔叶木、针叶木中木素含量为 27%~32% (干基),禾草类木素含量为 14%~25%。虽然在各种植物中都含有木素,但它们的组成、 结构并不完全一样。木素属非晶体,没有熔点但有软化点,当温度为 70~110℃时粘合力开 始增加,木素在适当温度下(200~300℃)会软化、液化,此时加以一定的压力使其与纤维 素紧密粘接并与相邻颗粒互相胶接,冷却后即可固化成型,因此采用热压法成型秸秆(或木 屑)燃料可不用任何添加剂、粘接剂,大大降低了加工成本,而且利用木素软化、液化的特 点,适当提高热压成型时的温度有利于减小挤压动力。生物质成型燃料就是利用这一原理以 生物质固化成型机经热挤压制得的。 2.2 成型的工艺过程 生物质成型是有条件的,它对原料的种类、粒度、含水率都有一定的要求。秸秆、麦秸 等需进行适当的粉碎,几乎所有的物料都要进行干燥。为进一步提高成型燃料的使用价值, 扩展应用领域,可进行碳化,所以生物质固化成型的工艺过程可表述为: 原料 → 预处理 → 干燥 → 成型 → 碳化 → 木炭 木屑、稻壳等由于粒度细小,筛除杂物即可直接使用,秸秆、麦秸需经专用设备粉碎至 粒度在 10mm 以下。生物质的含水率一般在 20%~40%,因此干燥是必不可少的过程。干燥 方式一般宜采用气流式干燥,以生物质燃烧产生的烟道气为热源,物料在干燥管内干燥后由 旋风分离器排出。 成型是生物质固化技术的核心,成型的方式有多种,但目前使用最多的还是以螺杆为输送和 压缩物料的连续挤出,其特点是成型燃料的密度大,表面质量好,最主要的是成型燃料碳化 后所得木炭的质量好。根据物料的种类和含水率,控制适宜的成型温度即可得到密度较大、 表面光滑、无明显裂纹、任意长度的中空棒状成型燃料。 碳化虽不是生物质固化成型技术不可或缺的, 但在很多情况下却是十分主要的辅助手段。 碳化的方式有连续内热式干馏法、外热间歇式干馏法和烧炭法。连续内热式适于大规模连续 化生产,烧炭法适于小规模经营,外热间歇式则适于各种情况。木屑、刨花等原料生产的成 型燃料更适合碳化,秸秆、稻壳等原料由于灰分大,除特殊情况外均不碳化。 生物质固化成型的技术关键 生物质固化成型的设备包括粉碎机、干燥设备、成型机、碳化釜等。成型是整个过程的 决定性步骤,故成型机的性能决定了产品质量和生产成本。因物料的种类、含水率等的差异, 造成了成型技术的复杂性和工艺的不确定性。由于成型螺杆的工作环境极端恶劣,使得螺杆 使用寿命很短。 3.1 成型条件 原料的含水率 原料的含水率对棒状燃料的成型过程及产品质量影响很大,当原料水分过高时,加热过 程中产生的蒸气不能顺利地从燃料中心孔排出,造成表面开裂,严重时产生爆鸣,但含水率 太低成型也很困难,这是因为微量水分对木素的软化、塑化有促进作用。如表 1: 表 1 原料含水率对成型的影响 1. 对木屑、秸秆等物料,成型的适宜含水率范围为 6%~10%。我们从表 1 还可以得到 这样的结论,不同种类的物料虽木素含量有较大差异,但成型所需适宜含水率基本一 致。 2. 成型温度 成型温度对成型过程 、 产品质量、 产量都有一定的影响。 2 是温度对不同物料成型的影响。 表 表 2 温度对不同物料成型的影响 *成型快慢系同一物料的相对比较结果。 显然,过低的温度(<200℃)传入出料筒内的热量很少,不足以使原料中木素塑化,加大原 料与出料筒之间的磨擦,造成出料筒堵塞,无法成型;过高的温度(>280℃)原料分解严重, 输送过快,不能形成有效的压力,也无法成型。总之,不同物料所需成型温度相差不大,一 般控制在 240~260℃之间。 3.2 生物质固化成型的技术关键 生物质固化成型是一项应用范围比较广的技术,但作为能源转化的途径,仍有一些关键技术 问题困扰着人们,这些问题可归结为: 螺杆的使用寿命 物料的压缩是螺杆和出料筒配合完成的,即螺杆的几何尺寸和出料筒几何尺寸必须在一定的 范围内才能在较快的挤出速度下获得较大密度的成型燃料。螺杆是在较高温度和压力下工作 的,螺杆与物料始终处于干磨擦状态,导致螺杆的磨损非常快。当螺杆磨损到一定程度时, 螺杆与出料筒失去尺寸配合,成型就无法进行。因此,压缩区螺纹的磨损决定了螺杆的使用 寿命,螺杆的使用寿命成为生物质固化成型设备和技术实用价值的决定性因素。 对螺杆的磨损,各研究和生产厂家采取了很多办法,但由于受工艺技术等制约,都没有从根 本上解决问题。成型机的实际运行结果表明,螺杆的磨损只发现在一个导程范围内,解决这 部分的磨损,整个螺杆的磨损问题也就解决了。我们设计了一种带活动螺旋头的螺杆,选择 特殊耐磨材料制作活动螺旋头,实际运行结果是这种螺杆和使用寿命在 1000 小时以上。 成型燃料的密度 当成型燃料为最终产品时,密度不是很主要的问题,但当以木炭为最终产品时,成型燃料的 密度就成为十分重要的指标了。密度是由所用原料、设备等多因素决定的。纤维素、木素含 量低的物料如秸秆、稻壳等,不易得到密度大的成型燃料,碳化后所得木炭机械强度很差, 灰分大且热值低,使用上就受到很大限制。只有木屑、刨花等成型后碳化才是有价值的,因 此成型燃料的密度是产品质量的关键。 碳化技术 碳化是提高成型燃料使用价值的重要手段。碳化方式、碳化工艺直接决定了木炭的机械强度、 热值、生炭含量等主要性能指标。表 3 是几种碳化方式比较结果: 表 3 几种碳化方式的比较 表 3 的结果显示了不同碳化方式的差别,也充分体现了碳化方式和工艺的重要性。 4. 生物质固化成型的经济可行性 生物质固化成型工程,根据原料的不同,产品结构不同,规模不同,有着不同的经济效果, 现分别说明: 以木屑为原料生产机制木炭:综合各种碳化方式约 3 吨燃料棒可得 1 吨木炭,1 吨木屑 (干)一般 50 元,损耗 5%,则生产 1 吨木炭的原料费为 165 元,电费 260 元,人工费 24 0 元,其它费用 300 元,共计 960 元,木炭售价大约为 1400~1600 元,即生产 1 吨木炭可 获纯利 440~640 元,经济效益十分明显。 以秸秆为原料生产成型燃料:秸秆的价格各地不同,山东、河北等地已废弃在田间烧掉, 而有些地方价格在 50~100 元/吨不等。 由于秸秆的成型速度稍慢, 生产 1 吨成型燃料电费约 100 元,人工费 60 元,其它费用 50 元,共计 210~310 元,这样的价格在目前若以其代替 煤显然是不合算的,但在某些特殊的领域如陶瓷生产、炼钢等是十分有前途的。 以废木粉生产成型燃料:刨花板、人造板厂每天产生大量的木粉,这种木粉非常细碎且含有 大量的粘合剂而无任何用途,成为厂家的一个难题。但用它来生产成型燃料后烧锅炉,每年 可节约大量的煤,且其价格比煤还便宜。 5. 生物质固化成型技术装备的前景分析 先进的技术优势和良好的经济性构成了生物质固化技术装备进入市场的基本动力。