宋云蔚，虞益江，方琦

（浙江省杭州市農(nóng)村能源辦公室，浙江杭州310020）

　　摘要：根據(jù)富陽市以農(nóng)林廢棄物為主要生物質(zhì)原料的來源，設(shè)計對比試驗，研究不同類型、不同配比原料對生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)品品質(zhì)及經(jīng)濟效益的影響。結(jié)果表明：以100%竹屑為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品低位發(fā)熱量最高、品質(zhì)最佳；原料配比為80%竹屑+20%果樹枝條或油菜桿時，生產(chǎn)的產(chǎn)品在滿足一定品質(zhì)要求下經(jīng)濟效益最佳，在當(dāng)?shù)赝茝V應(yīng)用以80%竹屑+20%果樹枝條或油菜桿的原料配比生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)品，取得了良好的經(jīng)濟效益，同時也獲得了一定的社會效益和生態(tài)效益。

　　隨著規(guī)模化農(nóng)林產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在生產(chǎn)過程和加工過程中產(chǎn)生的農(nóng)林廢棄物也越來越多。雖然目前開發(fā)和利用農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)能已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注，但是在很多地方處理農(nóng)林廢棄物的方法仍然是焚燒和填埋等，農(nóng)林廢棄物的利用率普遍較低。而制取生物質(zhì)顆粒燃料是目前農(nóng)林廢棄物利用的主要方式之一，因此有效提高顆粒燃料產(chǎn)品的品質(zhì)就成了提高農(nóng)林廢棄物利用率的主要方法。

　　鑒于此，本課題選擇富陽市當(dāng)?shù)乇容^常見的竹屑、木屑（主要為果樹枝條）、油菜桿、稻稈4種類型的農(nóng)林廢棄物作為制取生物質(zhì)顆粒燃料的原料，研究不同類型不同配比原料對顆粒燃料產(chǎn)品品質(zhì)及經(jīng)濟效益的影響，尋找產(chǎn)品品質(zhì)及綜合效益最優(yōu)的原料配比，以便在杭州地區(qū)推廣應(yīng)用^[1]。

　　1材料與方法

　　1.1試驗材料

　　根據(jù)富陽市農(nóng)林廢棄物的種類及產(chǎn)生量，此次試驗選擇的原材料有4種類型，分別為竹屑、木屑、油菜桿和稻稈，其中竹屑樣品來自于竹制品加工企業(yè)的生產(chǎn)廢棄物，含水率40%~50%；木屑樣品為梨樹等果樹枝條，來源于果樹苗木種植的分散收集，含水率在45%左右；油菜桿以及稻稈樣品一般來源于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)種植的分散收集，含水率在20%左右。

　　1.2試驗方法

　　此次試驗采用冷壓成型工藝，主要設(shè)備為環(huán)模式顆粒燃料成型機（型號JWZLH420T），粉碎機（型號HX-800）、三回轉(zhuǎn)螺旋式烘干機、傳動設(shè)備和除塵設(shè)備等。其主要工藝流程見圖1。

　　收集的原料堆放在專用倉庫內(nèi)，按試驗設(shè)計要求分別配比混合，經(jīng)粉碎和烘干后，由顆粒成型機擠壓成型作為生物質(zhì)顆粒燃料。按照取樣的要求，抽取不同配比原料生產(chǎn)制備的顆粒燃料樣品，由浙江省煤炭地質(zhì)勘查院煤炭質(zhì)量檢測中心進(jìn)行檢測，以各檢測指標(biāo)為評價產(chǎn)品品質(zhì)的主要依據(jù)。

　　試驗按照表1的要求分別設(shè)置10個處理，每個處理選取經(jīng)配比后的原料75t、測試3d，每天2次重復(fù)，每次試驗12.5t原料，共計6次試驗，即10個處理6次重復(fù)，共計30d完成測試試驗。控制粉碎后原料的顆粒粒徑在7mm左右，烘干后原料的含水率在12%左右，最后的產(chǎn)品規(guī)格為直徑10mm、長度30~60mm，記錄每個處理顆粒燃料產(chǎn)品的產(chǎn)量及生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的能耗數(shù)值。

　　1.3產(chǎn)品品質(zhì)及經(jīng)濟效益分析指標(biāo)

　　顆粒燃料產(chǎn)品品質(zhì)分析指標(biāo)主要根據(jù)樣品的工業(yè)分析和元素分析指標(biāo)確定，具體技術(shù)指標(biāo)有全水分（Mt）、灰分（Aad）、揮發(fā)分（Vad）、固定碳（FCad）、全硫（St，ad）以及低位發(fā)熱量（Qnet）。

　　經(jīng)濟效益指標(biāo)主要包括原料收購成本、勞動力成本、機械損耗折舊成本、產(chǎn)品生產(chǎn)過程能耗、產(chǎn)品銷售價格及銷售量等。其中，勞動力成本和機械損耗折舊成本對于10個處理來說差別不大，可忽略，產(chǎn)品銷售價格為1000元/t（熱值大于17572.8kJ/kg），故此次試驗主要考慮的經(jīng)濟效益指標(biāo)為原料收購成本及產(chǎn)品生產(chǎn)過程能耗。原料收購價為竹屑250元/t，木屑（果樹枝條）200元/t，油菜桿150元/t，稻稈400元/t。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1顆粒燃料產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)分析

　　2.1.1顆粒燃料工業(yè)分析技術(shù)指標(biāo)情況分析。從表2、圖2可以看出，顆粒燃料的全水分含量隨著竹屑在原料中配比的減少而增加，以100%竹屑為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品（處理1）全水分含量只有5.84%，而處理10的全水分含量最高，達(dá)7.53%。產(chǎn)品全水分含量跟竹屑在原料中的含量成反比。

　　處理2、5、8的固定碳和灰分的含量相比其他樣品要低，從原料配比看，3個處理都配比了一定量的木屑原料，由此可知，木屑的固定碳和灰分含量低于油菜桿等其他生物質(zhì)原料。

　　10個處理揮發(fā)分含量在74%~78%，而且隨原料配比的不同呈不規(guī)律變化，即原料的配比對揮發(fā)分的影響不大。

　　2.1.2低位發(fā)熱量情況分析。由圖3、表2可以看出，處理1的低位發(fā)熱量最高，達(dá)到了18978.62kJ/kg，處理10的低位發(fā)熱量最低，為16635.58kJ/kg，即隨著原料中竹屑含量的減少低位發(fā)熱量隨之降低。

　　2.1.3顆粒燃料元素分析全硫含量指標(biāo)分析。從表2、圖4可以看出，全硫含量隨著原料中油菜桿和稻稈含量的增加呈微弱上升趨勢，但都在0.25%以下，樣品的全硫含量相對較低，對環(huán)境的影響較小。

　　綜上所述，按處理1~8的原料配比所生產(chǎn)的產(chǎn)品，工業(yè)分析、元素分析及低位發(fā)熱量等指標(biāo)能夠滿足產(chǎn)品品質(zhì)的要求。其中，用100%竹屑作原料（處理1）所生產(chǎn)的顆粒燃料產(chǎn)品品質(zhì)最佳。

　　2.2顆粒燃料產(chǎn)品經(jīng)濟效益情況分析

　　2.2.1原料及產(chǎn)品單耗情況分析。以每次試驗12.5t原料為基礎(chǔ)，選取每個處理6次重復(fù)試驗的平均值作為計算原料消耗等的依據(jù)，試驗結(jié)果見表3。從圖5、6可以看出，單位產(chǎn)品原料消耗量隨著竹屑在原料配比中的含量減少而減少，處理6~10的指標(biāo)比前5個處理有優(yōu)勢，處理9的每噸產(chǎn)品原料消耗量最低，經(jīng)濟效益最好。從單位產(chǎn)品原料成本指標(biāo)看，處理3、5、6、8、9都較好，其中處理9最優(yōu)，處理6次之。

　　2.2.2產(chǎn)品生產(chǎn)過程的能耗分析。生物質(zhì)顆粒燃料從原料到產(chǎn)品主要經(jīng)過粉碎、烘干和制粒成型3個環(huán)節(jié)，這3個環(huán)節(jié)主要的能源消耗為電能，以及烘干工藝中的部分薪柴消耗^[2-4]。

　　每次試驗以12.5t原料為基礎(chǔ)，測試記錄每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能源消耗量，選取6次重復(fù)試驗的平均值，最終能耗以標(biāo)煤來折算（其中電能按等價值折算，系數(shù)為0.313kgce/kW·h，柴薪折算系數(shù)為0.571kgce/kg），測試結(jié)果見表4。可以看出，烘干環(huán)節(jié)的能源消耗最大，成型環(huán)節(jié)次之，粉碎環(huán)節(jié)能耗最少，在烘干環(huán)節(jié)中，柴耗占能耗的比重在85%左右。由于烘干環(huán)節(jié)所用的柴薪基本是自主提供，故電能費用支出是整個生產(chǎn)過程的主要成本支出。

　　由圖7可以看出，從電耗角度來看，顆粒成型機的電能消耗量最大，占整個生產(chǎn)過程電耗的57%以上。從樣品的角度看，處理6、9、10的綜合能耗最低，經(jīng)濟效益最佳。綜合顆粒燃料產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)和經(jīng)濟效益指標(biāo)，以低位發(fā)熱量指標(biāo)大于17572.8kJ/kg的為合格產(chǎn)品，處理6的顆粒燃料產(chǎn)品品質(zhì)和經(jīng)濟效益最佳，適合該地區(qū)大力推廣使用。

　　3結(jié)論

　　（1）單從顆粒燃料的產(chǎn)品品質(zhì)，即熱值角度出發(fā)，采用100%竹屑原料所生產(chǎn)的產(chǎn)品熱值最高，品質(zhì)最佳，基本可以代替原煤。

　　（2）從經(jīng)濟效益角度出發(fā)，采用80%竹屑+20%果樹枝條或油菜桿等其他農(nóng)林廢棄物生產(chǎn)的產(chǎn)品最佳，一方面產(chǎn)品熱值能夠達(dá)到客戶的要求，另一方面果樹枝條、油菜桿等農(nóng)林廢棄物原材料的收購價格較低，生產(chǎn)顆粒燃料過程中的能源費用支出最少。

　　（3）從環(huán)境效益角度出發(fā)，此次試驗的10個處理4種原料都能夠合理利用農(nóng)林廢棄物，并提高其利用效率。根據(jù)各地原材料的實際情況，從顆粒燃料產(chǎn)品品質(zhì)要求出發(fā)，結(jié)合經(jīng)濟性和資源再利用性，選擇80%竹屑+20%油菜桿的原料配比最優(yōu)，達(dá)到社會、經(jīng)濟、環(huán)境3種效益的最佳效果。

　　4工程實例

　　富陽瑞豐新能源有限公司是一家從事生物質(zhì)固體成型燃料顆粒生產(chǎn)的企業(yè)。投產(chǎn)后，以竹屑為主要原料制取生物質(zhì)顆粒燃料，年可生產(chǎn)4300t顆粒燃料產(chǎn)品，消耗竹屑達(dá)9000t。經(jīng)檢測，產(chǎn)品熱值在18828kJ/kg以上。竹屑的收購價為250元/t，年原料收購成本為225萬元。目前由于缺乏生物質(zhì)顆粒燃料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，浙江省生物質(zhì)顆粒燃料的市場價格以產(chǎn)品熱值為參考，但不以產(chǎn)品熱值為絕對指標(biāo)定價，只要熱值大于17572.8kJ/kg，顆粒燃料產(chǎn)品的價格都在1000元/t。

　　根據(jù)試驗結(jié)論，將原料配比改為80%竹屑+20%果樹枝條、油菜桿等其他農(nóng)林廢棄物，經(jīng)一段時間的生產(chǎn)及檢測，產(chǎn)品熱值在17991.2kJ/kg左右，完全能夠滿足客戶的要求，且果樹枝條、油菜桿等其他農(nóng)林廢棄物的平均收購價格在150元/t，遠(yuǎn)低于竹屑，按照現(xiàn)在的原料配比，以公司現(xiàn)有的生產(chǎn)能力計，年原材料收購成本為207萬元，年可節(jié)約原料成本18萬元。

　　以竹屑為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品能耗為100kg標(biāo)煤/t，單位產(chǎn)品電耗為121kW·h/t，而以80%竹屑+20%果樹枝條、油菜桿等為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品能耗為82kg標(biāo)煤/t，單位產(chǎn)品電耗為106kW·h/t。按照年生產(chǎn)4300t顆粒燃料產(chǎn)品計，年可節(jié)約電能6.45萬kW·h。

　　綜合原料成本和生產(chǎn)過程中能源消耗的費用成本，用80%竹屑+20%果樹枝條、油菜桿等代替以100%竹屑為原料生產(chǎn)顆粒燃料產(chǎn)品年可節(jié)約25萬元。保證產(chǎn)品品質(zhì)，又能節(jié)約成本，增加經(jīng)濟效益，還能改善由于焚燒柴薪、秸稈等帶來的環(huán)境污染現(xiàn)狀，實現(xiàn)了社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的共贏。

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