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镇江原料对生物质能源颗粒产品品质及经济效益影响的 研究与应用

来源: 发布时间:2019-02-21 5212 次浏览

  摘要:根据富阳市以农林废弃物为主要生物质原料的 来源,设计对比试验,研究不同类型、不同配比原料对生物质能源颗粒产品品质及经济效益的 影响。结果表明:以竹屑为原料生产的 产品低位发热量更高、品质更佳;原料配比为80%竹屑+20%果树枝条或油菜杆时,生产的 产品在满足一定品质要求下经济效益更佳,在当地推广应用以80%竹屑+20%果树枝条或油菜杆的 原料配比生产生物质能源颗粒产品,取得了良好的 经济效益,同时也获得了一定的 社会效益和生态效益。
  随着规模化农林产业的 发展,在生产过程和加工过程中产生的 农林废弃物也越来越多。虽然目前开发和利用农林废弃物等生物质能已经引起了人们的 广泛关注,但是在很多地方处理农林废弃物的 方法仍然是焚烧和填埋等,农林废弃物的 利用率普遍较低。而制取生物质能源颗粒是目前农林废弃物利用的 主要方式之一,因此有效提高颗粒燃料产品的 品质就成了提高农林废弃物利用率的 主要方法。
  鉴于此,本课题选择(Select)富阳市当地比较常见的 竹屑、木屑(主要为果树枝条)、油菜杆、稻秆4种类型的 农林废弃物作为制取生物质能源颗粒的 原料,研究不同类型不同配比原料对颗粒燃料产品品质及经济效益的 影响,寻找产品品质及综合效益更优的 原料配比,以便在杭州地区推广应用[1]。
  1材料与方法
  1.1试验材料
  根据富阳市农林废弃物的 种类及产生量,此次试验选择的 原材料有4种类型,分别为竹屑、木屑、油菜杆和稻秆,其中竹屑样品来自于竹制品加工企业的 生产废弃物,含水率40%~50%;木屑样品为梨树等果树枝条,来源于果树苗木种植的 分散收集,含水率在45%左右;油菜杆以及稻秆样品一般来源于当地农业种植的 分散收集,含水率在20%左右。
  1.2试验方法
  此次试验采用冷压成型工艺,主要设备为环模式颗粒燃料成型机(型号JWZLH420T),粉碎机(型号HX-800)、三回转螺旋式烘干机、传动设备和除尘设备等。其主要工艺流程见1。
  收集的 原料堆放在专用仓库内,按试验设计要求分别配比混合,经粉碎和烘干后,由颗粒成型机挤压成型作为生物质能源颗粒。按照取样的 要求,抽取不同配比原料生产制备的 颗粒燃料样品,由浙江省煤炭地质勘查院煤炭质量检测中心进行检测,以各检测指标为评价产品品质的 主要依据。
  试验按照表1的 要求分别设置10个处理,每个处理选取经配比后的 原料75
  T、测试3d,每天2次重复,每次试验12.5t原料,共计6次试验,即10个处理6次重复,共计30d完成测试试验。控制粉碎后原料的 颗粒粒径在7mm左右,烘干后原料的 含水率在12%左右,最后的 产品规格为直径10m
  M、长度30~60mm,记录每个处理颗粒燃料产品的 产量及生产过程中各环节的 能耗数值。
  1.3产品品质及经济效益分析指标
  颗粒燃料产品(Product)品质分析指标主要根据样品的 工业分析和元素分析指标确定,具体技术指标有全水分(Mt)、灰分(Aad)、挥发分(Vad)、固定碳(FCad)、全硫(St,ad)以及低位发热量(Qnet)。
  经济效益指标主要包括原料收购成本、劳动力成本、机械损耗折旧成本、产品生产过程能耗、产品销售价格及销售量等。其中,劳动力成本和机械损耗折旧成本对于10个处理来说差别不大,可忽略,产品销售价格为1000元/t(热值大于17572.8kJ/kg),故此次试验主要考虑的 经济效益指标为原料收购成本及产品生产过程能耗。原料收购价为竹屑250元/t,木屑(果树枝条)200元/t,油菜杆150元/t,稻秆400元/t。
  2结果与分析
  2.1颗粒燃料产品(Product)品质指标分析
  2.1.1颗粒燃料工业分析技术指标情况分析。从表2、2可以看出,颗粒燃料的 全水分含量随着竹屑在原料中配比的 减少而增加,以竹屑为原料生产的 产品(Product)(处理1)全水分含量只有5.84%,而处理10的 全水分含量更高,达7.53%。产品全水分含量跟竹屑在原料中的 含量成反比。
  处理2、5、8的 固定碳和灰分的 含量相比其他样品要低,从原料配比看,3个处理都配比了一定量的 木屑原料,由此可知,木屑的 固定碳和灰分含量低于油菜杆等其他生物质原料。
  10个处理(processing)挥发分含量在74%~78%,而且随原料配比的 不同呈不规律变化,即原料的 配比对挥发分的 影响不大。
  2.1.2低位发热量情况分析。由3、表2可以看出,处理1的 低位发热量更高,达到了18978.62kJ/kg,处理10的 低位发热量更低,为16635.58kJ/kg,即随着原料中竹屑含量的 减少低位发热量随之降低。
  2.1.3颗粒燃料元素分析(Analyse)全硫含量指标分析。从表2、4可以看出,全硫含量随着原料中油菜杆和稻秆含量的 增加呈微弱上升趋势,但都在0.25%以下,样品的 全硫含量相对较低,对环境(environment)的 影响较小。
  综上所述,按处理1~8的 原料配比所生产的 产品,工业分析(Analyse)、元素分析及低位发热量等指标能够满足产品品质的 要求。其中,用竹屑作原料(处理1)所生产的 颗粒燃料产品品质更佳。
  2.2颗粒燃料产品经济(Economy)效益情况分析
  2.2.1原料及产品单耗情况分析。以每次试验12.5t原料为基础,选取每个处理6次重复试验的 平均值作为计算原料消耗等的 依据,试验结果见表3。从5、6可以看出,单位产品原料消耗量随着竹屑在原料配比中的 含量减少而减少,处理6~10的 指标比前5个处理有优势,处理9的 每吨产品原料消耗量更低,经济效益(Economic performance)更好。从单位产品原料成本指标看,处理3、5、6、8、9都较好,其中处理9更优,处理6次之。
  2.2.2产品生产过程的 能耗分析。生物质能源颗粒从原料(Raw material)到产品主要经过粉碎、烘干和制粒成型3个环节,这3个环节主要的 能源消耗为电能,以及烘干工艺中的 部分薪柴消耗[2-4]。
  每次试验以12.5t原料为基础,测试记录每个生产环节的 能源消耗量,选取6次重复试验的 平均值,最终能耗以标煤来折算(其中电能按等价值折算,系数为0.313kgce/kW·h,柴薪折算系数为0.571kgce/kg),测试结果见表4。生物质颗粒是在常温条件下利用压辊和环模对粉碎后的生物质秸秆、林业废弃物等原料进行冷态致密成型加工。可以看出,烘干环节的 能源消耗更大,成型(Forming)环节次之,粉碎环节能耗最少,在烘干环节中,柴耗占能耗的 比重在85%左右。由于烘干环节所用的 柴薪基本是自主提供,故电能费用支出是整个生产过程的 主要成本支出。
  由7可以看出,从电耗角度来看,颗粒成型机的 电能消耗量更大,占整个生产过程电耗的 57%以上。从样品的 角度看,处理6、9、10的 综合能耗更低,经济效益更佳。综合颗粒燃料产品品质指标和经济效益指标,以低位发热量指标大于17572.8kJ/kg的 为合格产品,处理6的 颗粒燃料产品品质和经济效益更佳,适合该地区大力推广使用。
  3结论
  (1)单从颗粒燃料的 产品品质(Character),即热值角度出发,采用竹屑原料所生产的 产品热值更高,品质更佳,基本可以代替原煤。
  (2)从经济效益(Economic performance)角度出发,采用80%竹屑+20%果树枝条或油菜杆等其他农林废弃物生产的 产品更佳,一方面产品热值能够达到客户的 要求,另一方面果树枝条、油菜杆等农林废弃物原材料(Material)的 收购价格较低,生产颗粒燃料(fuel)过程中的 能源费用支出最少。
  (3)从环境效益角度出发,此次试验的 10个处理4种原料都能够合理利用农林废弃物,并提高其利用效率。生物质颗粒是在常温条件下利用压辊和环模对粉碎后的生物质秸秆、林业废弃物等原料进行冷态致密成型加工。根据各地原材料的 实际情况,从颗粒燃料产品(Product)品质要求出发,结合经济性和资源再利用性,选择80%竹屑+20%油菜杆的 原料配比更优,达到社会、经济、环境3种效益的 更佳效果。
  4工程实例
  富阳瑞丰新能源有限企业是一家从事生物质固体成型燃料颗粒生产的 企业(Enterprise)。投产后,以竹屑为主要原料制取生物质能源颗粒,年可生产4300t颗粒燃料产品,消耗竹屑达9000t。经检测,产品热值在18828kJ/kg以上。竹屑的 收购价为250元/t,年原料收购成本为225万元。目前由于缺乏生物质能源颗粒的 相关标准,浙江省生物质能源颗粒的 市场价格以产品热值为参考,但不以产品热值为指标定价,只要热值大于17572.8kJ/kg,颗粒燃料产品的 价格都在1000元/t。
  根据试验结论,将原料配比改为80%竹屑+20%果树枝条、油菜杆等其他农林废弃物,经一段时间的 生产及检测,产品热值在17991.2kJ/kg左右,完全能够满足客户的 要求,且果树枝条、油菜杆等其他农林废弃物的 平均收购价格在150元/t,远低于竹屑,按照现在的 原料配比,以企业(Company)现有的 生产能力计,年原材料收购成本为207万元,年可节约原料成本18万元。
  以竹屑为原料生产的 产品能耗为100kg标煤/t,单位产品电耗为121kW·h/t,而以80%竹屑+20%果树枝条、油菜杆等为原料生产的 产品能耗为82kg标煤/t,单位产品电耗为106kW·h/t。生物质锅炉燃料生物质颗粒作为一种新型的颗粒燃料以其特有的优势赢得了广泛的认可;与传统的燃料相比,不仅具有经济优势也具有环保效益,完全符合了可持续发展的要求。按照年生产4300t颗粒燃料产品计,年可节约电能6.45万kW·h。
  综合原料成本和生产过程中能源消耗(consume)的 费用成本,用80%竹屑+20%果树枝条、油菜杆等代替以竹屑为原料生产颗粒燃料产品年可节约25万元。保证产品品质,又能节约成本,增加经济效益,还能改善由于焚烧柴薪、秸秆等带来的 环境污染现状,实现了社会效益、经济效益和环境效益的 共赢。
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