生物質(zhì)燃燒機的現(xiàn)在與未來-河北耀一節(jié)能設備制造有限責任公司
生物質(zhì)燃燒機的現(xiàn)在與未來
生物質(zhì)燃燒機的現(xiàn)在與未來
秸稈類生物質(zhì)能源，熱壓成型后作燃料，使其得到高品位的利用，是替代化石能源的理想能源之一，具有廣闊的發(fā)展前景。全文在論述了國內(nèi)外生物質(zhì)燃燒機發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，分析了中國生物質(zhì)燃燒機發(fā)展中的關鍵技術問題。提出了中國生物質(zhì)燃燒機的發(fā)展須進行工程化研究，發(fā)展市場應立足于農(nóng)村，同時需要的產(chǎn)業(yè)政策支持，對生物質(zhì)成型機磨損部位材料的快速磨損、熱處理工藝、運行參數(shù)試驗優(yōu)化、生產(chǎn)系統(tǒng)中的可靠性等關鍵技術問題需有待于進一步突破，_終實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
目前，能源消耗平均每年以3%的速度遞增，隨著化石能源資源的逐年減少，凸顯出了生物質(zhì)能源資源巨大的市場潛力，在經(jīng)歷了多次世界性石油危機之后，國內(nèi)外對生物質(zhì)能的廣泛利用重新得到了認識和發(fā)展。中國是一個農(nóng)業(yè)大國，8億多人口生活在農(nóng)村，一方面是生物質(zhì)資源的及其豐富，資源總量達6.5億t標準煤以上，農(nóng)村生活用能還處在依賴低品位利用的生物質(zhì)能源。另一方面是農(nóng)村能源的普遍短缺，尤其是_能源，能源供求矛盾_突出，每年約有2億多t的生物質(zhì)秸稈被廢棄或荒燒，造成了嚴重的空氣污染和霧霾，較大地影響了社會、經(jīng)濟、環(huán)境、生態(tài)和人們的生活，成為各級政府關切的一個嚴重社會問題。
生物質(zhì)燃燒機可將結構疏松的生物質(zhì)秸稈成型后作為高品位的能源加以有效利用，是解決能源短缺問題的支柱能源之一，排放物中含S很低，CO2零排放，遍布農(nóng)村，便于規(guī)模化收集和貯存，實現(xiàn)生物質(zhì)成型燃料的規(guī)模化生產(chǎn)和應用既能緩解農(nóng)村_能源短缺問題，又是減少生物質(zhì)秸稈荒燒、_空氣環(huán)境質(zhì)量的有效途徑。
一.生物質(zhì)燃燒機的現(xiàn)在與未來
1國外生物質(zhì)燃燒機的發(fā)展現(xiàn)狀
歐洲一些地區(qū)把秸稈加工技術主要用在了燃料和發(fā)電上，目的是作為油和煤的替代燃料。秸稈加工設備、鍋爐、熱風爐、發(fā)電設備等都已產(chǎn)業(yè)化，同時還把秸稈出口到中東一些地區(qū)。而USA是將秸稈作為重要的工業(yè)原料或飼料加工和出口，加工出的產(chǎn)品大多不是燃料，加工過程實現(xiàn)了全程機械化或工廠化，秸稈在田間的收集方式主要是“秸稈打捆”技術。
國內(nèi)外生物質(zhì)成型的主要方式有4種，即環(huán)模和平模式顆粒成型、螺旋擠壓式成型和活塞沖壓式成型。螺旋擠壓式成型機是_早研制生產(chǎn)的生物質(zhì)熱壓成型機，有比利時BMD、USA Spodance、奧地利pini&kay、日本等生產(chǎn)螺旋擠壓式成型機，但螺旋桿的磨損周期僅60h左右。這類成型機以其運行平穩(wěn)、生產(chǎn)連續(xù)、所產(chǎn)成型棒易燃（由于其空心結構以及表面的炭化層）等特性，在成型機市場中尤其是在印度、泰國、馬來西亞等東南亞地區(qū)和中國一直占據(jù)著主導地位。
日本從20世紀30年代_開始研究機械活塞沖壓式成型技術處理木材廢棄物，1983年又從USA引進了顆粒成型燃料生產(chǎn)技術。西歐一些地區(qū)在20世紀70年代已有了活塞沖壓式成型機和顆粒成型機。活塞沖壓式成型機改變了成型部件與原料的作用方式，大幅度提高了成型部件的使用壽命，顯著降低了單位產(chǎn)品能耗。根據(jù)驅(qū)動力來源不同，該類成型機可分為機械活塞沖壓式和液壓活塞沖壓式成型機[4]。生產(chǎn)機械活塞沖壓式成型機的有瑞典Bogma、丹麥Dester、德國Drupp、瑞士Pawert等，這類產(chǎn)品_問題是一次性投入大，每臺_少需10萬歐元以上，且曲軸偏磨問題很難解決。生產(chǎn)液壓沖壓式成型機的有英國Comafer、USA FBN、荷蘭RSN等，設備生產(chǎn)率較低，一般為為65～100kg/h。
2中國生物質(zhì)燃燒機的發(fā)展現(xiàn)狀
生物質(zhì)燃燒機在中國之所以得到應用和發(fā)展，是因為成型后的燃料產(chǎn)品具有的形狀和密度，密度可達0.8～1.3t/m3，能量密度與中質(zhì)煤相當，燃燒特性明顯_，火力長久、黑煙少、爐膛溫度高，且貯存、運輸、使用方便，干凈衛(wèi)生，可代替礦物能源用于工業(yè)生產(chǎn)和生活領域[4]。因此，作為生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的重要手段和方法，在中國越來越受到政府的重視。
縱觀中國生物質(zhì)燃燒機的發(fā)展過程，主要有下列特征：
（1）雖然經(jīng)歷了30多年的發(fā)展歷程，由于多種因素的影響至今仍然落后。中國從20世紀80年代才開始引進螺旋式生物質(zhì)成型機，至今已有30多年的歷史。近些年來，中國加大了在生物質(zhì)能源領域的投資力度，取得了顯著成效，但多數(shù)生物質(zhì)燃燒機企業(yè)仍處于工程化研究的初級階段，距離技術推廣的產(chǎn)業(yè)化目標仍然相差甚遠。
（2）生物質(zhì)燃燒機初期發(fā)展速度慢，后期發(fā)展速度快。在20世紀末的20年，生物質(zhì)燃燒機的發(fā)展雖然沒有大的突破，但在多家高等院校、研究院所、企業(yè)的示范作用下，吸引了上百家企業(yè)加入了這個行業(yè)，為生物質(zhì)燃燒機的快速發(fā)展奠定了基礎。近幾年，生物質(zhì)燃燒機的應用和燃料的生產(chǎn)已初步形成了一些規(guī)模。從2009年生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)能力不足50萬噸/年，每年以翻番的速度遞增，到2013年，生物質(zhì)成型燃料的生產(chǎn)能力已_過400萬噸/年，生物質(zhì)成型燃料設備生產(chǎn)企業(yè)近700家，生物質(zhì)成型燃料主要用作農(nóng)村居民炊事取暖、工業(yè)鍋爐等。
（3）生物質(zhì)成型燃料設備的生產(chǎn)企業(yè)多，種類、型號繁雜，發(fā)展初期模仿的多，具有自主知識產(chǎn)權的少。生物質(zhì)成型燃料設備主要有螺旋式、環(huán)模式、平模式、機械（液壓）沖壓式和對輥式;生產(chǎn)的燃料產(chǎn)品有塊狀、棒狀、顆粒狀等;有的研究單位和企業(yè)根本沒有掌握關鍵技術，_盲目進行低水平擴張或低端競爭，不利于行業(yè)的長遠發(fā)展;有的企業(yè)直接利用顆粒飼料機改造出了多種類型的環(huán)模式、平模式生物質(zhì)顆粒成型機，其生產(chǎn)率低、單位產(chǎn)品能耗高、易損件的使用壽命短，技術性能參差不齊，基本無法推廣。
（4）生物質(zhì)成型燃料行業(yè)的興起加快了生物質(zhì)爐具的快速發(fā)展，且生物質(zhì)成型燃料燃燒技術比成型技術成熟。河南農(nóng)業(yè)大學從秸稈燃燒特性試驗入手，研究出了“雙室燃燒、分級供氣”理論，用創(chuàng)新結構設計方法主動消除“結渣和沉積”現(xiàn)象，只需在8000h后檢查表面清理即可。經(jīng)鍋爐燃燒應用表明，生物質(zhì)成型燃料是一種燃燒特性優(yōu)于普通燃煤、價格低于煤、燃燒尾氣污染成分少于煤的燃料[5-6]。
（5）農(nóng)業(yè)部、能源局等部委先后立項制定生物質(zhì)燃燒機與設備方面的相關標準，規(guī)范了生物質(zhì)燃燒機行業(yè)市場。2010年9月農(nóng)業(yè)部頒布實施了生物質(zhì)固體成型燃料術語、生物質(zhì)固體成型燃料和成型設備技術條件、生物質(zhì)固體成型燃料和成型設備試驗方法等多項生物質(zhì)燃燒機方面的標準。2012年河南農(nóng)業(yè)大學從能源局獲批立項了環(huán)模式塊狀、平模式塊狀和活塞沖壓式棒狀生物質(zhì)燃料成型設備技術條件3個標準的制定，預計2014年5月頒布實施。
（6）分體模塊式環(huán)模生物質(zhì)燃料成型技術是國內(nèi)的_新研究成果，形成了中國特色。常用的環(huán)模結構形式有整體式、套筒式和分體模塊式3種，環(huán)模以套筒和分體模塊方式組合后，套筒和模塊的結構尺寸可以單體設計，分別加工，產(chǎn)品易于實現(xiàn)“三化”（標準化、系列化、通用化）。分體模塊式環(huán)模是由若干個模塊組合而成，分體模塊的結構尺寸、加工質(zhì)量和精度直接影響環(huán)模的使用壽命和成型設備的產(chǎn)量以及燃料產(chǎn)品的質(zhì)量，對用戶的使用成本也有很大影響[7]。
二.生物質(zhì)燃燒機發(fā)展中的關鍵技術
（1）單位產(chǎn)品能耗高的問題。能耗隨著成型燃料尺寸的減小而增加，顆粒成型耗能高，棒狀或塊狀成型耗能較低。套筒式平模和環(huán)模、分體模塊式環(huán)模結構的成型設備，單位產(chǎn)品能耗在28～35kWh/t;活塞沖壓式成型設備單位產(chǎn)品能耗在40～50kWh/t。目前棒狀或塊狀成型加工過程中的能耗問題已基本解決。
（2）成型可靠性低的問題。成型設備能否連續(xù)運轉(zhuǎn)主要取決于成型機組的可靠性。有些企業(yè)由于沒有自己的知識產(chǎn)權，僅憑幾張照片或一段錄像起家_開始步入生物質(zhì)燃燒機行業(yè)，這樣開發(fā)出的成型設備往往是經(jīng)過無數(shù)次反復試驗才形成樣機，在企業(yè)（公司）內(nèi)部技術人員的精心操作下還勉強運行，到了用戶手中幾乎無法正常運行，用戶極不滿意。這樣的企業(yè)往往是多年不見經(jīng)濟效益，_終轉(zhuǎn)行。生物質(zhì)燃燒機的現(xiàn)在與未來
（3）易損件耐磨性問題。生物質(zhì)成型燃料設備的快速磨損問題是制約產(chǎn)業(yè)化發(fā)展遇到的重要瓶頸問題，不同類型的成型設備，磨損部位也不相同，選用的材料不同，設備推廣狀況也不盡相同。螺旋擠壓式成型設備，其磨損的主要部位為螺旋桿頭部和成型套筒內(nèi)壁。由于螺旋桿與物料始終處于高速摩擦狀態(tài)，螺旋桿螺紋的磨損非常劇烈，尤其以螺旋桿頭部_后一圈螺旋葉片，磨損_為嚴重;環(huán)模及平模式成型設備是依靠壓輥與生物質(zhì)之間的高速相對運動從而把生物質(zhì)壓入成型模孔內(nèi)，壓輥外緣與成型模孔快速磨損情況同樣嚴重;活塞沖壓式成型設備的成型套筒是主要磨損部件，通常設計成錐形筒，錐角的選擇_為關鍵，由于采用了往復沖壓成型，在往復運動速度較低的條件下成型錐筒的磨損速度較慢;對輥式成型設備中的一對成型輥_耐磨。目前_的問題仍是成型模具的材料問題，國內(nèi)市場上生物質(zhì)成型設備使用維修周期一般在300h左右，耐磨性較低，使用壽命短。
（4）原料的收集和預處理問題。由于國內(nèi)地塊面積小且分散，秸稈收集機械化水平較低，打捆和定向收集沒提到日程，秸稈粉碎還田常作為政府的行政指令。因此目前秸稈收集是難點，有技術問題，也有社會認識的問題，要想把原料收集起來須從管理和技術體系上創(chuàng)新，并配以得力的政策和法規(guī)。沒有收集后充足的原料生物質(zhì)燃燒機_不可能迅速發(fā)展，生物質(zhì)原料的收集和預處理一直是制約成型燃料技術發(fā)展的技術瓶頸[4]。
（5）生物質(zhì)原料自身的多樣性及復雜性。一是生物質(zhì)原料的種類繁多，其木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)等成分含量有較大差別，受力變形情況也不一樣。二是生物質(zhì)原料力傳導性很差，反彈性很強，被壓縮成型的條件也有很大差異;三是生物質(zhì)原料堆積密度只有0.1～0.15g/cm3，要將其壓縮成密度為1.0～1.3g/cm3，如何提高原料喂入量是一個大難題;_后是生物質(zhì)原料的含水率隨季節(jié)、氣候、地域及秸稈種類不同相差很大，而成型工藝對原料含水率的要求又較嚴格，所以原料含水率問題成為制約熱壓成型的又一難題[4]。
（6）生物質(zhì)成型設備工作環(huán)境的不穩(wěn)定及多變性。生物質(zhì)原料在收集和存放過程中不可避免的會帶有一些泥土、粉塵和砂粒，這些物質(zhì)的存在一方面加劇了成型部件的快速磨損;另一方面還污染了成型設備的潤滑系統(tǒng)，影響設備的使用壽命和穩(wěn)定運行。因此，在生物質(zhì)原料在收集和存放過程中減少泥土、粉塵和砂粒的含量，可以提高成型設備易損件的使用壽命。
（7）與國內(nèi)外同類研究、同類技術的差異。與國內(nèi)外同類研究和技術綜合比較后，有下列不同點：
①規(guī)模化程度不同。國內(nèi)生物質(zhì)成型燃料設備的生產(chǎn)主要以單機為主，生物質(zhì)成型燃料的生產(chǎn)多以農(nóng)戶為經(jīng)營單元;國外生物質(zhì)成型燃料的生產(chǎn)是以生產(chǎn)線的方式進行規(guī)模化生產(chǎn)。
②產(chǎn)業(yè)方向不同。國內(nèi)以秸稈成型燃料為主，用于多種代煤燃爐;國外以木質(zhì)原料為主，用于發(fā)電和家用_取暖設備，成型加工秸稈比木質(zhì)原料技術難度大。
③成型燃料形狀不同。國內(nèi)環(huán)模和平模式機型多以成型棒狀（直徑30mm左右）或塊狀為主;國外以成型木質(zhì)顆粒（直徑10mm左右）環(huán)模成型機為主。
④磨損后維修方法不同。國內(nèi)環(huán)模和平模式機型磨損后實行模塊維修或單孔換件維修;國外實行整體_換模盤維修，磨具多為高質(zhì)合金，維修成本高。
⑤成型設備價格不同。國外成型燃料設備整體比國內(nèi)的成型設備價格高出8～10倍。
三.生物質(zhì)燃燒機的發(fā)展方向
（1）中國生物質(zhì)燃燒機的發(fā)展須首_行工程化研究。生物質(zhì)燃料成型技術的發(fā)展是一項系統(tǒng)工程，“工程化”研究不是整臺樣機的研究，是在集成多項技術基礎上的“再創(chuàng)新”，在集成多項技術構成新的設備系統(tǒng)后須進行工程化試驗，提煉成熟的指標，解決新的技術問題。生物質(zhì)的收集、干燥、粉碎、成型、燃燒所需技術與設備須配套、協(xié)同發(fā)展。
（2）中國生物質(zhì)燃燒機的發(fā)展應立足于農(nóng)村（場）或城鄉(xiāng)結合部。中國鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村的秸稈、農(nóng)林廢棄物量大充足，價格低廉，是生物質(zhì)燃燒機發(fā)展良好的基礎條件。工程化成型技術立足于農(nóng)村可減少生物質(zhì)原料和成型燃料產(chǎn)品的收集、貯存、運輸及供應問題。生物質(zhì)燃燒機的現(xiàn)在與未來
（3）中國生物質(zhì)燃燒機的發(fā)展需要產(chǎn)業(yè)政策的支持。從政策分析，該項技術符合中國能源、環(huán)保及建設節(jié)約型社會的要求。生物質(zhì)成型燃料燃燒后的灰塵及其它指標的排放均比煤低，可實現(xiàn)CO2、SO2降排，減少溫室效應，是保護生態(tài)環(huán)境、減少霧霾現(xiàn)象的有效途徑，環(huán)保效益突出。中國政府應調(diào)整扶持政策，支持有創(chuàng)新能力的大型企業(yè)投入這項產(chǎn)業(yè)，鼓勵農(nóng)機行業(yè)的生產(chǎn)和技術單位參加收集、貯存、加工成型、燃燒利用等環(huán)節(jié)的生產(chǎn)和創(chuàng)新活動。從規(guī)范市場的角度分析，要求國內(nèi)農(nóng)業(yè)、能源和環(huán)保部門盡快出臺包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)在內(nèi)的相關行業(yè)標準，規(guī)范生物質(zhì)燃燒機、設備和產(chǎn)銷市場，提高投資者的經(jīng)濟效益。
（4）生物質(zhì)成型燃料的關鍵技術還有待于突破。生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)設備（秸稈收集、粉碎、成型等設備）的加工工藝并不復雜，成本較低，操作簡單，使用方便。雖然一些企業(yè)生產(chǎn)的生物質(zhì)成型機易損件的使用壽命已達300～500h，粉碎與成型單位產(chǎn)品能耗已降至50kWh/t以下，但與產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化的要求仍相差甚遠。還需要進一步研究解決生物質(zhì)原料的收集、貯存問題;成型機磨損部位材料的快速磨損、熱處理工藝、運行參數(shù)試驗優(yōu)化等問題，如在環(huán)模、平模式成型機上改變成型模孔與輥輪之間切線的角度、增加正壓力，模輥間隙可調(diào)，降低輥輪的轉(zhuǎn)速，提高輥輪軸承的密封性，選擇耐磨性好的模輥材料，合適的原料粉碎粒度與含水率等，以提高成型燃料生產(chǎn)系統(tǒng)中的可靠性。
（5）中國生物質(zhì)燃燒機行業(yè)的發(fā)展_終是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。據(jù)國內(nèi)外能源組織的預測，地下石油、天燃氣及煤的貯量，按目前的利用速率只夠用60年左右。而秸稈類生物質(zhì)能源，熱壓成型后作燃料，使其得到高品位的利用，是替代化石能源的理想能源之一。根據(jù)中國能源發(fā)展規(guī)劃，在生物質(zhì)成型燃料的利用方面由目前的不足500萬t/年，到2020年要提高到2000萬t/年。因此，加大生物質(zhì)成型燃料的利用力度，提高生物質(zhì)成型燃料的生產(chǎn)能力和技術水平，實現(xiàn)生物質(zhì)成型燃料的利用目標，_和提高我國農(nóng)業(yè)資源利用效率具有重要意義。因此，生物質(zhì)燃燒機行業(yè)的發(fā)展實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化是中國生物質(zhì)能源利用的根本出路。
河北耀一_設備制造有限責任公司位于河北省肅寧縣，是一家勇于創(chuàng)新、充滿活力的高科技創(chuàng)新型企業(yè)，以_設備、余熱回收，有機廢氣處理，循環(huán)水處理，除塵器設備，油田節(jié)能，生物質(zhì)燃燒機，車間降溫，烘干機、智能節(jié)電設備、等節(jié)能產(chǎn)品的研發(fā)、制造、銷售為一體的高科技公司。生物質(zhì)燃燒機的現(xiàn)在與未來
河北耀一_設備制造有限公司生物質(zhì)燃燒機。針對燃油、燃氣價格的日益高漲以及政府對小型燃煤鍋爐的關停整頓，企事業(yè)單位難以承受的成本加大提高，因此需要改造原有的燃油、燃氣和燃煤鍋爐，利用廉價的生物質(zhì)能源，降低生產(chǎn)成本。我公司的科研人員歷經(jīng)數(shù)年，成功研制開發(fā)出商業(yè)用生物質(zhì)氣化燃燒裝置。在不改變原有的設備、管道的基礎上進行了大膽創(chuàng)新，使用戶的生產(chǎn)、生活成本大大降低，該設備采用機械連續(xù)投料連續(xù)氣化燃燒方式，能量利用率比直接燃燒提高三倍左右，真正做到環(huán)保、節(jié)能、效益高。
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