1、秸稈成型
顆粒燃料現(xiàn)狀
生物質(zhì)能是指生物質(zhì)中所蘊(yùn)藏的化學(xué)能，是綠色植物經(jīng)光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后儲(chǔ)藏于自身的能量，是地球上唯一可再生的碳源，可以被加工轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。隨著中國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，能源緊張和環(huán)境污染的問(wèn)題日漸凸顯，發(fā)展清潔能源和尋求常規(guī)煤炭等能源的潔凈燃燒技術(shù)的需求日趨緊迫。每年農(nóng)作物收獲季節(jié)大面積焚燒秸稈造成環(huán)境的嚴(yán)重污染，也增加了社會(huì)對(duì)廢棄秸稈處理的關(guān)注，不斷從另一個(gè)側(cè)面推動(dòng)著秸稈資源轉(zhuǎn)化進(jìn)程，富通新能源生產(chǎn)銷售的
秸稈顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制農(nóng)作物秸稈成型顆粒燃料，秸稈顆粒機(jī)壓制的顆粒然倆如下所示：
中國(guó)將生物質(zhì)能作為一種可再生、清潔新型能源的研究和開(kāi)發(fā)利用始于20世紀(jì)80年代，產(chǎn)量已從5a前的30萬(wàn)t提高到了目前的300萬(wàn)t以上，發(fā)展迅速，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在較大差距。秸稈成型顆粒燃料生產(chǎn)機(jī)械和產(chǎn)品種類缺乏相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因而產(chǎn)品參差不齊，相對(duì)于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展還有較大差距。
2、秸稈成型顆粒燃料特性
2.1資源特性
中國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，有著豐富的農(nóng)作物秸稈資源。依據(jù)目前的糧食產(chǎn)量和草谷比，計(jì)算得出中國(guó)年秸稈生產(chǎn)量約為6億t，按照25%可用作能源計(jì)算，約有1.5億t秸稈可用來(lái)生產(chǎn)成型顆粒燃料。但同時(shí)也應(yīng)看到，中國(guó)的農(nóng)田還是分散種植，不利于大規(guī)模的機(jī)械化作業(yè)，因此秸稈資源相對(duì)比較分散，加之秸稈體積大、密度低和單位發(fā)熱值受采收時(shí)間影響，導(dǎo)致秸稈資源收集和儲(chǔ)存比煤炭等燃料困難。
2.2物化特性
秸稈成型顆粒燃料是通過(guò)將收集的松散秸稈經(jīng)脫水、粉碎后擠壓成形狀較為規(guī)則且較大密度的棒狀、塊狀、球狀或顆粒狀的固體燃料，日前以棒狀和顆粒狀較為常見(jiàn)。壓縮成墅燃料物化特性已不同于秸稈，解決了秸稈堆積密度小、能量密度低、不易儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)娜秉c(diǎn)，密度、發(fā)熱值會(huì)隨壓縮方式、生產(chǎn)工藝不同而變化，主要參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 秸稈成型顆粒燃料的主要參數(shù)
|
水分/% |
灰分/% |
揮發(fā)分/% |
固定碳/% |
硫分/% |
堿金屬/% |
硅/% |
密度/（g/cm-3） |
低位發(fā)熱量/（MJ/kg） |
|
8 |
5.93 |
70 |
10～17 |
0.08～0.30 |
1 |
0.2～0.8 |
0.8～1.3 |
15.55 |
2.3燃燒特性
秸稈成型顆粒燃料較散狀秸稈燃燒性能大大改善，燃燒效率可以由秸稈直接散燒的10% - 15%提高到30%～40%。同時(shí)相對(duì)于煤炭有著揮發(fā)性高、易引燃、灰分少的優(yōu)點(diǎn)，煙氣中僅有微量SO2，作為可再生能源可實(shí)現(xiàn)CO2零排放、環(huán)境污染小。
2.3.1 秸稈成型顆粒燃料的點(diǎn)火性能
秸稈成型顆粒燃料致密的結(jié)構(gòu)會(huì)抑制成型顆粒燃料燃燒時(shí)揮發(fā)分向外析出速度和空氣向內(nèi)擴(kuò)散的速度，同時(shí)還會(huì)降低熱量由外向內(nèi)的傳播速度，秸稈成型顆粒燃料的點(diǎn)火性能比散狀生物質(zhì)秸稈明顯下降。實(shí)驗(yàn)表明點(diǎn)火所需時(shí)間約為2～3min，影響點(diǎn)火性能的主要因素為生物質(zhì)成型顆粒燃料的結(jié)構(gòu)致密度（密度）、揮發(fā)分含量以及固定碳含量。生物質(zhì)成型顆粒燃料的點(diǎn)火溫度、點(diǎn)火時(shí)長(zhǎng)隨著其密度的增加而升高和延長(zhǎng)，密度為1.29／cm3的秸稈成型顆粒燃料點(diǎn)火時(shí)間比密度0.89／cm3的要長(zhǎng)1倍以上；點(diǎn)火溫度在300～400℃，比原生物質(zhì)秸稈提高50℃左右；揮發(fā)分含量越高的秸稈成型顆粒燃料越容易點(diǎn)燃著火，總的來(lái)看，秸稈成型顆粒燃料的點(diǎn)火特性更趨于原秸稈點(diǎn)火特性而優(yōu)于型煤。
2.3.2秸稈成型顆粒燃料的燃燒機(jī)理
秸稈成型顆粒燃料在爐膛燃燒時(shí)，燃燒類似型煤的燃燒過(guò)程屬于靜態(tài)滲透式擴(kuò)散燃燒，但仍不失生物質(zhì)秸稈散燒的特性。整個(gè)燃燒過(guò)程可以參照煤炭的燃燒機(jī)理大致劃分為點(diǎn)火（揮發(fā)物燃燒）、擴(kuò)散燃燒（可燃?xì)怏w與碳混合燃燒）、平穩(wěn)燃燒（焦炭燃燒）、燃燼（灰燼，殘余微量焦炭）4個(gè)階段。①點(diǎn)火秸稈成型顆粒燃料表面可燃揮發(fā)物燃燒，進(jìn)行可燃?xì)怏w和氧氣的放熱化學(xué)反應(yīng)，形成火焰。由于其結(jié)構(gòu)密實(shí)、無(wú)孔縫，導(dǎo)熱系數(shù)小，可燃揮發(fā)氣體釋放速度慢，所以燃燒緩慢、火焰長(zhǎng)而無(wú)力。隨著秸稈成型顆粒燃料受熱后內(nèi)部的揮發(fā)分緩慢、持續(xù)析出、燃燒持續(xù)約10 min。②擴(kuò)散燃燒隨著燃燒溫度的不斷升高，燃燒開(kāi)始進(jìn)入表面焦炭過(guò)渡燃燒階段，生物質(zhì)成型顆粒燃料表層的碳開(kāi)始燃燒和少量由內(nèi)部逸出的可燃?xì)怏w的燃燒，炭化不斷向燃料內(nèi)部發(fā)展。③平穩(wěn)燃燒隨著燃燒的持續(xù)，藍(lán)色外焰變薄，火焰變得短而有力，燃燒開(kāi)始變得猛烈，燃燒向更深的焦炭層滲透。這個(gè)階段在燃料表面進(jìn)行的是CO的燃燒，燃料內(nèi)層則是炭燃燒。由于空氣和煙氣場(chǎng)的相對(duì)擴(kuò)散，生物質(zhì)成型顆粒燃料內(nèi)部得不到足夠空氣，纖維素、木質(zhì)素在高溫下被氣化生成CO2、H2，CH4等可燃?xì)怏w，它們不斷向外擴(kuò)散燃燒保證燃燒平穩(wěn)進(jìn)行，直至火焰逐漸變短、變強(qiáng)，這主要是焦炭的燃燒。④燃燼燃料中剩余碳繼續(xù)燃燒。這時(shí)可燃物基本燃盡，火焰變短，顏色開(kāi)始由亮變暗，直至消失，此時(shí)燃料已變成暗紅色灰塊，整個(gè)燃燒過(guò)程大約持續(xù)60 min。燃燒溫度變化曲線如圖l所示。燃燒的初始階段溫度上升較快，擴(kuò)散燃燒和平穩(wěn)燃燒階段溫度上升速度逐漸減慢，溫度較高，燃燼階段溫度開(kāi)始逐漸下降。
2.3.3秸稈成型顆粒燃料煙塵、沉積腐蝕生物質(zhì)秸稈成型顆粒燃料在生產(chǎn)過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)變化，成分與原生生物質(zhì)秸稈相差不大，而燃燒時(shí)所排放煙塵除數(shù)量（不高于200mg/m3）有所減少，其與原生物質(zhì)秸稈煙塵成分未有明顯差別，煙塵主要產(chǎn)物組分見(jiàn)表2。生物質(zhì)秸稈成型顆粒燃料Cl含量較高，會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛內(nèi)嚴(yán)重腐蝕，同時(shí)燃燼物易出現(xiàn)類似于煤炭的結(jié)渣現(xiàn)象，其沉積和腐蝕機(jī)理為秸稈中含有l(wèi)%以上的鉀及其它金屬元素，燃燒過(guò)程中易揮發(fā)的堿金屬鹽在700℃左右的高溫下進(jìn)入爐膛的氣相，揮發(fā)性灰分和其它細(xì)小顆粒一部分會(huì)在冷凝面上凝結(jié)形成初始沉積層。隨著溫度升高表面會(huì)出現(xiàn)熔融黏結(jié)面，較大的顆粒煙塵撞擊到初始沉積面上形成新的沉積層，當(dāng)爐膛溫度高于780℃時(shí)，這些沉積物形成玻璃狀的渣（復(fù)雜混合物），嚴(yán)重結(jié)渣導(dǎo)致鍋爐不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。一般大型生物質(zhì)鍋爐每10～12個(gè)月要停一次爐，進(jìn)行一周左右的清理。
表2 秸稈成型顆粒燃料煙塵排放主要產(chǎn)物含量
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成分 |
CO/% |
CO2/% |
SO2/（mg/m3） |
NOx/（mg/ m3） |
|
含量 |
0.3 |
5.9～11.4 |
＜900 |
＜650 |
生物質(zhì)秸稈成型顆粒燃料中CI含量高達(dá)0.2%～3. 0%，這是生物質(zhì)秸稈不同于煤及其它礦物質(zhì)燃料最顯著的特點(diǎn)。生物質(zhì)燃燒爐中，Cl2及各種形態(tài)的氯化物對(duì)水冷壁的腐蝕作用最大，因?yàn)镠CI和Cl2，具有穿透金屬氧化保護(hù)膜的能力，并與鐵反應(yīng)形成鐵的氯化物。在高溫、高氧化性環(huán)境的爐膛內(nèi)，氯化鐵極易再次被氧化而形成較厚的氧化鐵剝落層。煙塵中的SO2，S03與沉積層中鐵的氯化物反應(yīng)并生成（亞）硫酸鐵而放出Cl2，會(huì)重復(fù)氣態(tài)腐蝕過(guò)程，加劇爐膛腐蝕。另外，KCI，CrCl2和FeCl2堿金屬氯化物會(huì)與金屬表面或金屬氧化物反應(yīng)形成低熔點(diǎn)(350～450℃)共晶化合物，造成秸稈成型顆粒燃料結(jié)渣問(wèn)題。
2.4技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性
生物質(zhì)秸稈收購(gòu)價(jià)格為400元／t，加上運(yùn)輸費(fèi)用、儲(chǔ)存費(fèi)用、加工過(guò)程的人工和燃料費(fèi)、設(shè)備折舊等費(fèi)用，成本價(jià)在500～550元／t。此價(jià)格和目前的動(dòng)力煤炭銷售價(jià)格500～600元／t相比沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì)，但如果加上政府給予的清潔能源補(bǔ)貼，基本上能夠持平或有盈余。在煤炭?jī)r(jià)格高于600元／t后，再加上秸稈成型顆粒燃料不可比擬的環(huán)境效益，其所具有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)開(kāi)始顯現(xiàn)，尤其是用做小型鍋爐、鼓風(fēng)爐、炊事等農(nóng)村能源時(shí)就更加明顯。
3、結(jié) 論
1)生物質(zhì)成型顆粒燃料作為一種清潔可再生能源，有著相對(duì)較為豐富的資源，克服了秸稈的熱量密度低、不易儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題，但生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品亟待標(biāo)準(zhǔn)化以推動(dòng)和促進(jìn)生物質(zhì)成型顆粒燃料工業(yè)化進(jìn)程。
2)生物質(zhì)成型顆粒燃料的物理特性、點(diǎn)火特性更接近原生物質(zhì)，而優(yōu)于煤炭。燃燒過(guò)程屬于靜態(tài)滲透式擴(kuò)散燃燒，類似型煤，可以劃分為揮發(fā)物燃燒、擴(kuò)散燃燒、平穩(wěn)燃燒和燃燼4個(gè)階段，燃燒排放的煙塵濃度低，CO、C02、S02、N02濃度都比煤炭少，但較高的堿金屬和CI含量會(huì)導(dǎo)致受熱面金屬的腐蝕和煙塵沉積。
3)不計(jì)環(huán)境效益時(shí)，目前的生物質(zhì)成型顆粒燃料技術(shù)生產(chǎn)水平下的經(jīng)濟(jì)性與煤炭相比沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，需要政府的政策才能取得大的發(fā)展。
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