宋云蔚，虞益江，方琦

浙江省杭州市農(nóng)村能源辦公室

　　摘要：根據(jù)富陽(yáng)市以農(nóng)林廢棄物為主要生物質(zhì)原料的來(lái)源，設(shè)計(jì)對(duì)比試驗(yàn)，研究不同類型、不同配比原料對(duì)生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)品品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益的影響。通過(guò)試驗(yàn)確定以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％果樹枝條或油菜稈時(shí)，生產(chǎn)的產(chǎn)品在滿足一定品質(zhì)要求下經(jīng)濟(jì)效益最佳，在當(dāng)?shù)赝茝V應(yīng)用以80％竹屑+20％果樹枝條或油菜稈的原料配比生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)品，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也獲得了一定的社會(huì)效益和生態(tài)效益。

　　隨著規(guī)?；r(nóng)林產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在生產(chǎn)過(guò)程和加工過(guò)程中產(chǎn)生的農(nóng)林廢棄物也越來(lái)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(yáng)市當(dāng)?shù)乇容^常見(jiàn)的竹屑、木屑(主要為果樹枝條)、油菜稈、稻稈等四種類型的農(nóng)林廢棄物作為制取生物質(zhì)顆粒燃料的原料，研究不同類型的不同配比原料對(duì)顆粒燃料產(chǎn)品品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)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材料與方法

　　1.1材料

　　根據(jù)富陽(yáng)市農(nóng)林廢棄物的種類及產(chǎn)生量，本次試驗(yàn)選擇的原材料有四種類型，分別為竹屑、木屑、油菜稈和稻稈等，其中竹屑樣品來(lái)自于竹制品加工企業(yè)的生產(chǎn)廢棄物，含水率在40％～50％之間。木屑樣品為梨樹等果樹枝條。來(lái)源于果樹苗木種植的分散收集，木屑樣品的含水率在45％左右。油菜稈以及稻稈樣品一般來(lái)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方法

　　本次試驗(yàn)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(jī)(型號(hào)JVVZLH420T)，以及粉碎機(jī)(型號(hào)HX-800)、三回轉(zhuǎn)螺旋式烘干機(jī)、傳動(dòng)設(shè)備和除塵設(shè)備等。其主要工藝流程見(jiàn)圖1-1所示：

　　收集來(lái)的原料堆放在專用倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求分別配比混合，經(jīng)粉碎和烘干后，由顆粒成型機(jī)擠壓成型為生物質(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(cè)中心進(jìn)行檢測(cè)，以各檢測(cè)指標(biāo)為評(píng)價(jià)產(chǎn)品品質(zhì)的主要依據(jù)。

　　試驗(yàn)按照表1-1的要求分別設(shè)置10個(gè)處理，每個(gè)處理選取經(jīng)配比后的原料75噸、測(cè)試三天、每天2次重復(fù)、每次試驗(yàn)12.5噸原料、共計(jì)6次試驗(yàn)，即10個(gè)處理6次重復(fù)。共計(jì)30天完成測(cè)試試驗(yàn)?？刂品鬯楹笤系念w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(zhǎng)度30～60mm，記錄每個(gè)處理顆粒燃料產(chǎn)品的產(chǎn)量及生產(chǎn)過(guò)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(jì)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)為：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(jì)效益指標(biāo)主要包括原料收購(gòu)成本、勞動(dòng)力成本、機(jī)械損耗折舊成本、產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程能耗、產(chǎn)品銷售價(jià)格及銷售量等。其中勞動(dòng)力成本和機(jī)械損耗折舊成本對(duì)于10個(gè)處理來(lái)說(shuō)差別不大，可忽略，產(chǎn)品銷售價(jià)格為1000元/噸(熱值大于4200kcal/kg)，故本次試驗(yàn)主要考慮的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)為原料收購(gòu)成本及產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程能耗。原料收購(gòu)價(jià)為：竹屑：250元/噸，木屑(果樹枝條)：200元/噸，油菜稈：150元/噸，稻稈：400元/噸。

　　2結(jié)果與分析

　　本次試驗(yàn)分30天完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，對(duì)10個(gè)處理生產(chǎn)的產(chǎn)品分別做工業(yè)分析和元素分析檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2-1所示：

　　以每次試驗(yàn)12.5噸原料為基礎(chǔ)，選取每個(gè)處理6次重復(fù)試驗(yàn)的平均值作為計(jì)算原料消耗等的依據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果如表2-2。

　　生物質(zhì)顆粒燃料從原料到產(chǎn)品主要經(jīng)過(guò)粉碎、烘干和制粒成型三個(gè)環(huán)節(jié)，這三個(gè)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。每次試驗(yàn)以12.5噸原料為基礎(chǔ)，測(cè)試記錄每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能源消耗量，選取6次重復(fù)試驗(yàn)的平均值，最終能耗以標(biāo)煤來(lái)折算(其中電能按等價(jià)值折算，系數(shù)為0.313kgCe/kWh，柴薪折算系數(shù)為0.571kgCelkg)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2-3所示：

　　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

　　從圖2-1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)品全水分含量的跟竹屑在原料中的含量成反比。

　　處理2、處理5和處理8三個(gè)樣品的固定碳和灰分的含量相比其他樣品要低，從原料配比看，三個(gè)樣品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稈等其他生物質(zhì)原料。

　　10個(gè)樣品揮發(fā)分含量在74％～78％之間，而且隨原料配比的不同呈不規(guī)律變化，即原料的配比對(duì)揮發(fā)分的影響不大。

　　2.1.2低位發(fā)熱量情況分析

　　由圖2-2可已知，處理1的低位發(fā)熱量最高，達(dá)到了4536kcal/kg，處理10的低位發(fā)熱量最低，為3976kcal/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

　　從圖2-3可以看出，全硫含量隨著原料中油菜稈和稻稈含量的增加呈微弱上升趨勢(shì)，但都在0.25％以下，樣品的全硫含量相對(duì)較低，對(duì)環(huán)境的影響較小。

　　綜上所述，按處理1到處理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％竹屑做原料(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(jì)效益情況分析

　　2.2.1原料及產(chǎn)品單耗情況分析

　　由表2-2可知，原料及產(chǎn)品單耗情況指標(biāo)主要為單位產(chǎn)品原料消耗量和單位產(chǎn)品原料成本，具體走勢(shì)圖如下：

　　從圖2-4和圖2-5中可以看出，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至處理10的指標(biāo)比前5個(gè)處理有優(yōu)勢(shì)，處理9的每噸產(chǎn)品原料消耗量最低。經(jīng)濟(jì)效益最好。從單位產(chǎn)品原料成本指標(biāo)看，處理3、處理5、處理6、處理8和處理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(guò)程的能耗分析

　　從表2-3可知，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(fèi)用支出是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的主要成本支出。所以在下圖中，烘干環(huán)節(jié)的電耗單獨(dú)列出。

　　由圖2-6可知，從電耗角度來(lái)看，顆粒成型機(jī)的電能消耗量最大，占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程電耗的57％以上。從樣品的角度看，處理6、處理9及處理10的綜合能耗最低，經(jīng)濟(jì)效益最佳。

　　綜合顆粒燃料產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)，以低位發(fā)熱量指標(biāo)大于4200kcal/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(jì)效益最佳，適合該地區(qū)大力推廣使用。

　　3結(jié)論

　　綜合以上原料配比試驗(yàn)對(duì)顆粒燃料產(chǎn)品性能及經(jīng)濟(jì)效益的影響結(jié)果，總結(jié)如下：

　　(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(jì)效益角度出發(fā)，采用80％竹屑+20％果樹枝條或油菜稈等其他農(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、油菜稈等農(nóng)林廢棄物原材料的收購(gòu)價(jià)格較低，生產(chǎn)顆粒燃料過(guò)程中的能源費(fèi)用支出最少。

　　(3)從環(huán)境效益角度出發(fā)，本次試驗(yàn)的10個(gè)樣品四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(shí)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(jì)性和資源再利用性，選擇80％竹屑+20％油菜稈的原料配比為最優(yōu)，達(dá)到社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益的最佳效果。