李海軍

(中原工學院，河南鄭州450007)

　　摘要：家用生物質(zhì)顆粒燃料爐是一種新型的炊事爐具，是現(xiàn)行傳統(tǒng)爐具的更新?lián)Q代產(chǎn)品，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

　　1前言

　　目前，生物質(zhì)能技術(shù)的研究與開發(fā)已成為世界熱門課題之一，受到世界各國政府與科學家的關(guān)注。許多國家都制定了研究開發(fā)計劃，如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場等，其中生物質(zhì)能源的開發(fā)利用占有相當大的份額。國外很多生物質(zhì)能源技術(shù)和裝置已經(jīng)達到商業(yè)化應(yīng)用程度，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)顆粒燃料的方便程度可與燃氣、燃油等能源相媲美。

　　以美國、瑞典和奧地利等國為例，生物質(zhì)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，生物質(zhì)能源發(fā)電的總裝機容量已超過1萬MW，單機容量達10～25MW；在歐美，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。我國十分重視生物質(zhì)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。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)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。

　　相關(guān)專家及技術(shù)人員在充分研究分析生物質(zhì)成型顆粒燃料的燃燒動力學特性基礎(chǔ)上，針對生物質(zhì)燃料揮發(fā)分高、燃點低的特點，研究設(shè)計出專門燃用生物質(zhì)成型顆粒燃料的氣化、燃燒一體化炊事爐具。

　　作為生物質(zhì)冷成型顆粒燃料加工設(shè)備系統(tǒng)的配套燃燒設(shè)施，該爐具采用氣化燃燒技術(shù)，操作簡便、點火容易、火力強度大且易控制、熱效率高，只需要一次性將適量顆粒狀燃料投入料斗中，燃燒時用附設(shè)的旋鈕調(diào)節(jié)燃料投放的多少，從而調(diào)控火力的大小，燃燒狀態(tài)與秸稈、木材等原材料燃燒時完全一樣，而且無煙無嗆味。由于燃燒充分，基本沒有灰燼。使用方式與燃煤灶相近，卻比燃煤灶具干凈、比燃氣灶具安全。為城市、農(nóng)村生活用能及工業(yè)用能提供了一種既環(huán)保又經(jīng)濟、安全的綠色消費方式，是現(xiàn)行節(jié)柴灶、節(jié)煤爐的更新?lián)Q代產(chǎn)品，廣泛適用于廣大農(nóng)村地區(qū)的生活炊事用能。

　　2生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐的設(shè)計

　　2.1生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐的結(jié)構(gòu)布置

　　設(shè)計的生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐采用雙層爐膽構(gòu)即內(nèi)外爐膽之間間隙為二次風道。由一次風道和擋風板、二次風道和擋風板、加料口、水套、爐膛、爐篦、輻射受熱面、爐灶口、鍋圈、擋火圈、煙道、煙囪等部分組成，其結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。雙層爐排的上爐門常開，作為投燃料與供應(yīng)空氣之用；一次風道和擋風板用于供給爐膛空氣并調(diào)整爐膛內(nèi)燃料的燃燒氣化速度，二次風道和擋風板用于供給爐灶口空氣并調(diào)整燃氣的燃燒速度和狀態(tài)。爐體上部設(shè)有水套，用于吸收余熱。為防止煙氣短路，在爐體側(cè)上部煙氣出口處加裝環(huán)形擋火圈。

　　2.2生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐的工作原理

　　生物質(zhì)顆粒燃料經(jīng)燃料爐加料口加到爐膛內(nèi)的爐篦上，通過一次風道點燃顆粒燃料，待顆粒燃料燃燒后，調(diào)節(jié)一次風道的擋風板，使顆粒燃料缺氧燃燒，產(chǎn)生可燃氣體；同時調(diào)節(jié)二次風道的擋風板，使產(chǎn)生的可燃氣體在爐灶口燃燒。待生物質(zhì)成型顆粒燃料產(chǎn)氣結(jié)束時，調(diào)節(jié)一次風道的擋風板和調(diào)節(jié)二次風道的擋風板，使余碳繼續(xù)燃燒直至燃盡。水套可吸收煙道和爐體側(cè)面余熱，以提高爐子的熱效率。

　　3生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐效益分析

　　研制開發(fā)生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐，面向千家萬戶，市場是廣闊的。從長遠看，它的生存能力仍將取決于經(jīng)濟效益和社會效益，對一家一戶來說，生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐的生存能力將取決于該產(chǎn)品用戶是否買得起，用得起，用得住。因此，對生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐、燃煤爐、生物質(zhì)秸稈直燒爐即傳統(tǒng)柴灶的上火速度、炊事火力強度、燃料消耗量、炊事效率、余熱效率等熱性能參數(shù)，及排煙中CO、NO_x、SO₂、排煙溫度、排煙含塵濃度等環(huán)保指標進行比較，來分析生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐的經(jīng)濟效益和社會效益。

　　3.1經(jīng)濟效益

　　生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐的經(jīng)濟效益有兩部分，一部分是生產(chǎn)企業(yè)效益，一部分是用戶效益。

　　3.1.1生產(chǎn)企業(yè)效益

　　3.1.1.1生產(chǎn)生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐具企業(yè)效益

　　生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐與其他同類產(chǎn)品相比，具有生產(chǎn)工藝相對比較簡單，生產(chǎn)投資較小。對于已有爐具生產(chǎn)基礎(chǔ)的企業(yè)，不需再增加其他專用設(shè)備，僅需按圖紙和規(guī)定生產(chǎn)工藝生產(chǎn)，對所用材料備用部分流動資金即可投入生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐的生產(chǎn)，每臺成本僅為200～300元，利潤相當可觀。

　　3.1.1.2生產(chǎn)生物質(zhì)成型顆粒燃料企業(yè)效益

　　生產(chǎn)生物質(zhì)成型顆粒燃料主要是回收農(nóng)民農(nóng)田里的各種生物質(zhì)秸桿，進行粉碎，然后由生物質(zhì)顆粒成型機制成生物質(zhì)成型顆粒燃料，再賣給農(nóng)戶用于炊事。若一個企業(yè)日產(chǎn)生物質(zhì)成型顆粒10噸，則年產(chǎn)量可達3600噸，生物質(zhì)秸稈回收價為每公斤0.2元，生物質(zhì)成型顆粒售出價為每公斤0.5元，扣除電費、工人工資、設(shè)備折舊等費用，平均每公斤生物質(zhì)成型顆粒燃凈利潤0.1元，每年創(chuàng)凈利潤可達360萬元。

　　3.1.2用戶收益

　　3.1.2.1與同類物料直接燃燒相比

　　(1)省料。農(nóng)村傳統(tǒng)老式鍋灶，總效率為12%～15%。因燃燒不完全，煙霧大，火力低，傳熱效率低，使這一效率只有12%左右。使用生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐總效率為30%～40%，可節(jié)省物料2～3倍。

　　(2)省錢。據(jù)統(tǒng)計我國每一農(nóng)戶年產(chǎn)秸稈柴草可達6000kg，按目前市場平均價0.2元/kg出售計算，每年可創(chuàng)收1200元。用生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐，實際每日耗約(三餐)5kg生物質(zhì)成型顆粒燃料，日需0.5元/kg×5kg=2.5元，年需用為900元，與使用農(nóng)村傳統(tǒng)老式鍋灶相比，1年可節(jié)省近300元。

　　(3)省時。生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐產(chǎn)生的燃氣燃燒強度高，升溫快，節(jié)省炊事時間。老式鍋灶燒開5kg水需時25～30min；生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐為12～15min，節(jié)約一半時間。

　　(4)省勞力。老式爐灶做飯時，需有專人或半勞力添柴燒火；生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐正常情況下不需看管，自動燃燒。

　　3.1.2.2與燃煤爐相比

　　(1)省錢。燃燒煤炭，據(jù)統(tǒng)計我國每一農(nóng)戶炊事日耗能需10kg煤的熱量，按目前市場平均煤價360元/t計算，每日需支出燃煤費3.6元；用生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐，實際每日耗(三餐)5kg生物質(zhì)成型顆粒燃料，日需0.5元/kg×5kg=2.5元，1年可節(jié)省近400元。

　　(2)生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐比燃煤爐清潔衛(wèi)生。

　　3.1.2.3與液化石油氣相比

　　使用生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐最直觀的優(yōu)點就是省錢。一罐液化石油氣平均價格為75元/罐，則日需支出液化氣費為3.5元。若用生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐，實際每日耗(三餐)5kg生物質(zhì)成型顆粒燃料，日需0.5元/kg×5kg=2.5元，1年可節(jié)省近360元。

　　以上可以清楚看出，使用生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐其運行使用成本之低，經(jīng)濟效益之顯著，遠遠超過其它常規(guī)能源產(chǎn)品。

　　為了更清楚地表明使用生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐的經(jīng)濟性，以四口之家為例，比較使用不同爐具的經(jīng)濟性如表1：

　　綜上所述，用生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐，與直接燃燒秸柴和煤相比，突出的是省料、省錢、省時和省勞力。

　　3.2社會效益

　　生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐效率高，一般家庭每天只需4～5公斤生物質(zhì)成型顆粒燃料即可滿足日常需要，改善了農(nóng)家的生活條件，使農(nóng)家廚房能保持干凈衛(wèi)生的環(huán)境。產(chǎn)品在廣大農(nóng)村推廣后，可以減少90%的煙塵排放量，使空氣得到凈化，具有顯著的環(huán)境效益。生物質(zhì)成型顆粒燃料的燃燒過程中，所排放的主要污染物有煙塵、SO₂、NO_x和CO。其與民用煤爐的主要污染物的排放濃度比較如表2。

　　每臺生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐每年可燃燒180kg秸稈，可替代115.2kg的燃煤，每年能夠減排CO₂約265kg，SO₂約1.84kg及煙塵約0.086kg(以燃煤中含硫1.0%，灰分21%計)。

　　4結(jié)束語

　　生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐的研制為廣大居民提供了家庭型、小型化生物質(zhì)秸稈氣化、燃燒一體化爐灶。它突破了秸稈氣化機組不能單戶使用，不能小型化，難以普及推廣的缺陷，填補了國內(nèi)空白。為生物質(zhì)成型顆粒燃料的配套專門爐具，提高了他們生活舒適的文明程度，節(jié)約了炊事時間與勞動量，使環(huán)境和庭院衛(wèi)生有了明顯改善；同時該爐具的研制擴寬了生物質(zhì)秸稈使用的范圍，從而推動了生物質(zhì)能集中供氣的推廣與應(yīng)用，更有效地提高秸稈的利用率，減少了秸稈直接燃用和燃燒給環(huán)境造成的污染，適合現(xiàn)代化社會的需要。

　　總之，推廣應(yīng)用生物質(zhì)成型顆粒燃料炊事爐，對于中小型企業(yè)，尤其是生產(chǎn)加工能力有限，資金相對有限的農(nóng)村企業(yè)，易于實現(xiàn)快速致富，是一個可行性較高的項目。此外，為秸稈的大幅度增值和潔凈燃燒開辟了一條可持續(xù)發(fā)展的道路。廣泛適用于各個領(lǐng)域，極大地滿足了人們的熱能需要，特別是在農(nóng)村市場易于大規(guī)模的普及推廣，市場前景不可估量。