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河北省农林生物质能资源量估算及开发应用 木屑颗粒机|秸秆颗粒机|秸秆压块机|木屑制粒机|生物质颗粒机|富通新能源 / 13-11-01

    生物质能是以生物质为载体,将太阳能以化学能的形式贮存在生物中的一种能量形式,它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是重要的可再生能源资源,可以作为热能的来源,为人类提供基本燃料。其中,农林生物质能是可以利用的生物质能的重要组成部分,主要包括农作物秸秆、粮食加工剩余物、林业“三剩物”(采伐剩余物、造材剩余物、木材加工剩余物)和废旧木质材料等。
    农作物秸秆其实也是一种很好的资源,如果可以其中回收经秸秆粉碎机粉碎然后再经过秸秆压块机秸秆颗粒机、饲料颗粒机压制成生物质燃料饲料供燃烧和牲畜食用不是也是一个两全其美的方法么,而且,如果拿到外面销售老百姓也可以增加收入。
    开发和利用生物质能已成为当今世界工业化国家节约能源和保护环境的重要手段。
    河北省是我国传统的农业大省,农作物秸秆及林业废弃物的产生量巨大。但由于缺少适用、高效、清洁的利用技术,这些资源没有得到充分的利用。同时,广大农民在房前屋后堆放农作物秸秆,易造成村容村貌的“脏乱差”,还存在火灾的隐患。收获季节,在田间地头焚烧秸秆,会造成严重的环境污染。因此,生物质能的开发和利用有广阔的前景。
1、河北省农林生物质能资源状况
    农业生物质主要包括农作物秸秆和农产品加工过程中剩余的稻壳、蔗渣、玉米芯等。林业生物质主要包括林木采伐、修剪的剩余物,林木造材剩余物和木材加工过程中的锯末、木屑和树皮等剩余物(通称林业“三剩物”)以及废旧木质材料及其木材加工剩余物。
    河北省耕地面积广阔。2000—2005年间,粮食年总产量均在2 300万吨以上。其中,2005年粮食总产量达2 598.6万吨,若按草谷比1.2测算,该年农作物秸秆资源量可达3 118.3万吨,是一个庞大的数字。
1.1  农作物秸秆资源量
由于我国生物质能源开发利用尚处于起步阶段,完善的生物质资源的评价方法尚未建立。一般根据农作物的产量和当地农作物的草谷比大致估算各种农作物秸秆的产量。而不同农作物在生长过程中根、茎、叶、果实的生长程度不同,各农作物的草谷比也不同。由此,可以采用以下的公式来计算农作物秸秆的总量。即:
 颗粒机秸秆压块机
式中,M是农作物秸秆总量,单位为吨(或万吨);a为农作物产品的草谷比;m为农作物产量,单位为吨(或万吨)。
    表1列出了2002~2005年河北省主要农作物产品的产量[1-4]。根据河北省不同农作物产品的草谷比,计算出了相应的麦秸、稻草、豆秸、玉米秸和棉杆的产量,并根据公式(1)得出了这4年间每年的农作物秸秆资源总量。
颗粒机秸秆压块机
    由于受收获方式、秸秆使用习惯、当地经济发展状况、交通运输状况和市场需求变化等多种因素影响,农作物秸秆不能全部被收集,实际能够获得的量大约为总量的80%—85%。而收集的农作物秸秆除用于堆肥、畜禽饲料、工业原料及民用炊事、取暖等用途之外,大约有一半以上的秸秆变成废物。根据表1显示,河北省农作物秸秆的年总产量在3 000万吨以上,照此估计,其中约有1 500万吨以上秸秆被废弃。而秸秆作为燃料,其热值一般在3 300 kcal/kg—4 000 kcal/kg,约相当于标煤的1/2。如果将此蕴藏的生物质能进行转化,可折合标煤750万吨。
1.2农作物加工剩余物资源量
    粮食加工剩余物主要包括稻壳、甘蔗渣、玉米芯等。这些农作物加工剩余物数量巨大,产地相对集中,易于收集处理。河北省是玉米的主产区,2002~2005年,年产量均在1 000万吨以上。按玉米粒和玉米芯各占50%来算,玉米芯总量在500万吨以上。河北省稻谷、甘蔗的产量很低,稻壳、蔗渣的量可以忽略。农作物加工剩余物资源量仅以玉料芯来计,按其热值为1/2的标煤热值计算,500万吨玉米芯可折合标煤约250万吨。
1.3林业“三剩物”资源量
    森林的重要作用是其生态效益,并且由于国家对森林防护、地质保护、采运条件等要求,林木并不能被全部采伐用做生物质能,所以,林木生物质能的资源量与森林蓄积量间并没有很大的相关性。
    河北省的森木资源不丰富。根据河北省“十一五”期间年采伐限额237.5万m3,可折算出生物量约278.6万吨,估计每年可产生采伐剩余物和造材剩余物140万吨左右。而木材加工主要是锯材和人造板的加工。据2002年河北省林业产业普查结果情况通报表明,当年河北省木材加工企业有14 000多家,其中人造板企业2 559家,人造板年产量近1100万m2;锯材产量约为75万m3,估计木材加工剩余物量430万吨左右。就林业“三剩物”的总量来看,是全国该类剩余物的产量大省。木材加工剩余物的量是采伐、造材剩余物的3倍左右。因此,林木生物质能的总量并不由森林资源量决定。河北省林林“三剩物”的年产量约570万吨。而林木生物质的平均燃烧热值约在4 500 kcal/kg,如果将这些“三剩物”的生物质能进行转化,可折合标煤约370万吨。
    综上所述,河北省潜在的农林生物质能的年产量约相当于1 400万吨标煤,若以每家农户年耗煤2吨来计,则可供700万农户一年燃料所需。从农林生物质能低硫、低灰分、二氧化碳零排放的环境效益以及资源可持续利用的社会效益和经济效益来看,农林生物质能的开发利用有着重要的意义。
2、生物质能开发利用前景
    国家“十一五”规划纲要提出要“加快开发生物质能,扩大生物质固体成型燃料、燃料乙醇和生物柴油生产能力”。《中华人民共和国可再生能源法》也明文规定“国家鼓励清洁、高效地开发利用生物质燃料,鼓励发展能源作物”,“国家鼓励生产和利用生物液体燃料”。国家科技部也已连续在四个国家“五年计划”中将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目,开展了生物质能利用技术的研究与开发。如大中型沼气工程、生物质成型燃料、气化与气化发电、生物质液体燃料等。这些政策、法律和技术研究的导向,为生物质能的开发和利用指明了方向,即生物燃料、成型燃料、燃烧发电和生物质热解气化。
2.1生物燃料
    生物燃料包括燃料乙醇和生物柴油。燃料乙醇可以利用粮食、甘薯、木薯、甜高梁及纤维素等作为原料制成。而纤维素乙醇就是利用麦秸、稻草、玉米秸、木材等含纤维素的农林生物质水解、发酵、蒸馏、脱水后生产而来。由于纤维素乙醇具有资源丰富、可改善环境等优点,符合发展循环经济的要求,因而纤维素水解生产乙醇的技术被认为是最具开发利用前景的技术之一。
    近年来国外纤维素乙醇的研究和开发的步伐发展很快。美国计划在2012年使纤维素乙醇投放市场并具经济竞争性。2004年,加拿大在渥太华建成了世界首座规模化的纤维素乙醇生产厂,日处理麦秸40吨。瑞典也提出了“纤维素乙醇全部代替石油燃料”的中长期规划。
    目前,随着国内一些相关的国家高新技术发展研究项目和重点科技攻关项目的实施以及国家燃料乙醇替代汽油工程的启动,纤维素燃料乙醇的研发工作也取得了一定的进展。国家“863”计划资助的“纤维素废弃物制取乙醇技术”取得了较大进展。另外,企业与大专院校共同合作进行纤维素乙醇研发
和中试,也成为该技术不断发展的一种模式,涌现出了一大批致力于燃料乙醇技术开发的优秀企业。而河北省是个农业大省,具有得天独厚的资源条件,纤维素乙醇的开发前景良好。
2.2成型燃料
    生物质成型燃料是将生物质进行挤压或冲压加工后生产出来的密度在0.9~1.3t/rn3、具有相当热值的颗粒状、块状或捧状燃料(经过颗粒机、秸秆压块机、木屑颗粒机压制成而的生物质颗粒燃料),可以广泛用于家庭炊事炉、采暖炉、小型热水锅炉等。目前,生物质成型燃料的生产技术主要有两种,一是热压缩挤压成型技术,二是高压模腔成型技术。热压缩成型工艺一般由原料预处理一千燥一挤压一冷却几个环节组成,其中
挤压技术常采用螺杆挤压成型或滚环挤压成型等。高压模腔成型技术是采用对模腔加载高压,使模腔内的生物质原料受压成型的技术,一般用液压作动力,推动活塞,给成型模具加压,压制为块状或棒状燃料。
    生物质成型燃料的研究在国外已经历了半个多世纪。20世纪90年代,欧洲、美洲、亚洲的一些国家在生活领域就较多应用了生物质成型燃料。目前,欧洲已有近百家成型燃料加工厂,其中以丹麦、瑞典、奥地利等国家发展速度最快。美国已经在许多州建设了成型燃料的规模化生产厂。在亚洲、越南、印度、菲律宾等国家用林木生物质为原料进行成型燃料的生产,以解决生活所需的燃料。
    国内生物质成型燃料技术的自主研发始于20世纪90年代前后,经过近20年的发展,现已形成几种影响较大的成型燃料的生产装备。具有代表性的有北京国能惠远生物质能发展有限企业研发的生物质常温固化成型技术,其生产的成型燃料已在北京市怀柔区进行试点。此外,河南省科学院能源所开发的秸秆冷成型燃料技术、北京欧迈科技有限企业的方形柱状颗粒燃料生产装备等也取得了进展。在河北省,由河北富润企业开发的秸秆颗粒燃料成型机也取得了很好的业绩,开发出了年生产能力为1 000吨、2000吨、4000吨的系列设备,为河北省秸秆的合理利用开拓了道路。
    河北省不仅是农业大省,也是人口大省,有农户近千万户,每年用于炊事、采暖所消耗的燃料大约为2 000万吨。而生物质成型燃料除了可以替代大量的煤炭燃料外,还可以实现C02零排放,S02、粉尘排放低于原煤、低于国标。因此,成型燃料有着很大的使用空间,开发前景良好。
2.3燃烧发电
    农林生物质可以直接燃烧发电(纯烧)、与化石燃料混合燃烧发电(混烧)以及气化后燃烧发电。目前,欧美一些国家在生物质发电方面已形成了相当大的规模,其中丹麦是世界上秸秆纯烧发电技术较先进的国家,在建和在运行的以农林生物质为原料的发电、热电联产和供热的工厂达100多座。其著名的能源投资企业BWE在多个国家推广使用了其生物质发电技术。美国是世界上林业生物质纯烧发电规模最大的国家,林业生物质发电厂超过500家,总装机达6GW左右。另外,瑞典、芬兰以及发展中国家的巴西、印度等国都是利用生物质发电技术较好的国家。
    目前在我国,甘蔗渣发电是农林生物质发电的主要方式。但甘蔗渣电厂多属于糖厂自备电厂,主要集中在广东、广西和云南等制糖业发达的省区。而以农林生物质为原料的示范项目工程的建设,也已于近两年开展起来。2004年,山东省单县龙基生物发电项目开始建设,设计规模为25 MW,年消耗秸秆约20万吨。2005年12月,中国节能投资企业投资建设的秸秆直燃发电示范项目在江苏省宿迁、句容两市先后开工建设。山东省枣庄市的十里泉发电厂引进了丹麦BWE企业的技术设备,对l台140 MW机组的锅炉燃烧器进行了秸秆混烧技术改造,现已竣工投产,这标志着我国生物质发电技术取得了新的重大进展。
    作为秸秆大省,目前,河北省正在计划建设20到30个生物质发电项目。2006年3月18日,一个全部采用国产设备、纯烧秸秆发电的示范项目在河北省晋州市开工建设,可年燃烧秸秆约17万~20万吨。开创了国内生物质纯烧发电技术的先河,也为河北省大规模建立生物质发电项目奠定了基础。
2.4生物质热解气化
    生物质热解气化是指农林生物质在高温条件下,与空气反应得到小分子可燃气体的过程。由于热解气化条件不同,可以分为秸秆、杂草等细软原料的气化和林木、薪柴等硬质原料的气化。生物质气化后,生成可燃气体,其用途与城市管道煤气相同,且燃烧稳定、热效率高,可用于农村生活用能集中供气、户用采暖、炊事。另外,还可用于大规模的气化发电系统。生物质的气化尤其是秸秆气化是相对比较成熟的技术,目前全国已有近400处秸秆气化集中供气示范点,主要集中在山东、河南、江苏、山西和河北等省。
    生物质气化与我国农村传统的直接燃烧秸秆、薪柴的利用方式比较,气体燃烧清洁卫生,不污染环境,对提高生物质能的利用率和能量转化率,改善室内空气质量、提高农民生活水平等都具有重要的意义。随着我国社会主义新农村建设的推进,农村地区生活用能商品化的加快,农民迫切需要新的优质、清洁的燃料。生物质热解气化正是开发利用生物质能的重要手段。
3、结语
    我国已在法律和政策上明确了生物质能的重要性,并提出要大力发展生物质能。而河北省是农业大省,也是秸秆大省,每年农林生物质资源产量大约在2 000万吨以上,可折合标准煤1 000万吨。这些资源的合理开发和高效利用,不仅能够解决当地农林废弃物的堆存问题,还可以减少空气污染、提高农民生活质量。同时对我国实现可持续发展、建设社会主义新农村、建立资源节约型、环境友好性社会都有着重要的意义。
    三门峡富通新能源生产销售颗粒机秸秆压块机、饲料颗粒机、木屑颗粒机等生物质燃料饲料成型机械设备,同时大家还有大量的生物质颗粒燃料出售。

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