山西省柠条生物质固化成型燃料的研发展望
时间：2020-09-26 08:05:45 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
我省是能源大省，环境污染属典型的燃煤型重污染，每消耗一吨标准煤，向环境排放17.87kgSO2、15.39kg烟尘、7.50kg工业粉尘与96.06kg工业固体废弃物。全省有16个城市的二氧化硫年平均浓度超过国家二级标准1.9倍，总悬浮颗粒物的年平均浓度超过国家二级标准1.35倍，26条河流的101个监测断面中，有68.3％的断面属于重度和严重污染。
山西以煤炭为支柱产业的经济模式导致区域经济发展很不平衡性，至2007年，全省57个贫困县中未解决温饱的贫困人口、解决温饱但很不稳定的低收入人口共计284万，这些区域农民人均纯收入为2289元。而每吨燃煤价格在450元左右（2007年），因价格昂贵，贫困地区有33.4%（约94.9万人）的农户仍以柴草作为主要燃料。
这种资源优势、污染严重及经济发展失衡的矛盾成为制约了山西社会、经济可持续发展的瓶颈。寻求、研发环保型、可再生性的生物质能源成为山西未来调整能源与产业结构的重大战略。也是我省减少污染、保护环境、促进农村经济发展，建设社会主义新农村的重要举措。
一、我省开发柠条生物质固化成型燃料的优势
1. 我省柠条资源丰富且燃烧性能良好
柠条（Caragana microphylla Lam）广泛分布于我省忻州、大同、朔州等地，是一种优质的多年生落叶灌木，但每隔3~5年需平茬一次，否则会衰退、枯死。山西省现有柠条面积为950万亩，每年可收获柠条干物质300万吨。从柠条的材性特征来看，若将其压缩成密度为0.8～1.5g/cm3成型燃料，热值可达4376.1kcal/kg（优质煤的标准），燃烧室温度为1000℃以上，5kg的成型燃料可保持5h左右不熄火。
2. 政策支持
长期以来，党中央国务院高度重视生物质能源的利用工作，相继出台了一系列政策法规鼓励和支持相关产业的发展。《中华人民共和国可再生能源法》第十六条规定“国家鼓励清洁、高效地开发利用生物质燃料”。《可再生能源中长期发展规划》提出到2010年固体成型燃料年利用量达到100万t以上，2020年达到5000万t。国家林业局于2005年7月成立了林木生物质能源领导小组、设立了林木生物质能源办公室,将固体成型燃料的研发确定为林业生物质能源建设规划的七个重点领域之一，柠条作为固体成型燃料的主要培育树种提到了议事日程；
2006年1月1日《中华人民共和国可再生能源法》正式实施。2008年山西省林业局长会议上提出了对柠条固化成型燃料开发的支持。
二、柠条成型工艺与设备的研发现状
内蒙古机械配件厂研发出了柠条割灌机，机重50kg，割茬高度可以调整，生产率为6-8亩/小时，这为柠条生物质原材料的采收提供了设备支撑。
粉碎是致密成型技术中重要的前期处理工序、山东华力电机公司研发了型号为Y90L—2的柠条削片粉碎机，额定转速为2840r/min，削片颗粒度为10mm左右，达到了成型燃料的加工要求。
迄今为止，尚无柠条生物质固化成型燃料生产的系统报道，但柠条饲料的成型试验及规模化生产表明，柠条具有很好的成型效果。应用于其它生物质成型燃料加工的成型工艺及物料适应性好的成型设备，可为柠条生物质成型燃料的研究、小试、中试及规模化生产提供很好的技术依托。
三、效益分析
我省拥有丰富的柠条资源，且这一资源不会枯竭，开发利用潜力十分巨大。通过柠条生物质成型燃料的研发，既可满足许多偏僻、贫困山区的生活燃料问题，又可增加农民收入。按1.6kg干柠条相当于1kg标准煤，人均烧煤量1.5t/年计算，则300万吨柠条生物质成型燃料可满足我省125万人口每年的燃料问题。有研究表明，柠条生物质成型燃料的纯利润为150元／t，那么我省300万吨的柠条成型燃料可实现年利润4.5亿元人民币。
从环境保护角度来看，柠条生物质能源是一种CO2零排放的能源，其灰分含量为2.87%、烟气中的CO、SO2、NOx等成分的浓度大大低于《锅炉大气污染物排放标准》，达到了国家环保要求。
从生态价值的角度来看，柠条生物质成型燃料的开发利用符合生态系统“生产—消费—分解—再生产”为特征的物质循环与能量流动规律，对维护生态系统良性循环具有促进作用。
四、研发展望
能源竞争日益激烈，传统能源面临枯竭，生物质能源的开发利用受到世界各国的高度重视。在此背景下，原材料的选择与能源开发需满足如下条件：一是能源开发与环境保护的双赢；
二是原材料在一定区域分布的广泛性；
三是实现能源最高利用率的技术措施；
四是生物质能源开发应对当地贫困人口的生活质量具有较高的影响力；
就山西而言，将柠条加工为固体燃料能充分满足这些要求，开发前景十分广阔。目前，我国加工生物质固化成型燃料的形状主要有棒状、块状和颗粒状。这几种形状燃料的加工方法均为传统生产方法，普遍存在设备能耗过高、磨损严重和使用寿命短、产品价格昂贵等问题。以生产颗粒状燃料方法为例，它与现有的生产颗粒状饲料相似，即原料从设备环模内部加入，经压辊碾压挤出环模而成颗粒状。该工艺流程需要消耗大量能量，首先是颗粒压制成型过程中，压强达到50～100MPa，原料在高压下发生变形、升温，温度可达100～120℃，电动机的驱动需要消耗大量的电能；
其次是原料的含水率要求在12％左右，为此，很多原料要达到含水率标准才能用于制粒；
再者是压制出来的热颗粒需冷却后方可包装。这些工艺流程均需消耗大量能源，致使产品成本居高不下。要解决这些问题，一是加大科研投入，积极研发新材料、新工艺、新设备和新产品，降低能耗，减少生产成本；
二是引进先进设备与成果，消化吸收，形成产业化生产；
三是加大政府扶持力度，对研发单位和生物质能用户进行补贴，提高研发与使用的积极性。
山西省林业调查规划院 王庆云
山西以煤炭为支柱产业的经济模式导致区域经济发展很不平衡性，至2007年，全省57个贫困县中未解决温饱的贫困人口、解决温饱但很不稳定的低收入人口共计284万，这些区域农民人均纯收入为2289元。而每吨燃煤价格在450元左右（2007年），因价格昂贵，贫困地区有33.4%（约94.9万人）的农户仍以柴草作为主要燃料。
这种资源优势、污染严重及经济发展失衡的矛盾成为制约了山西社会、经济可持续发展的瓶颈。寻求、研发环保型、可再生性的生物质能源成为山西未来调整能源与产业结构的重大战略。也是我省减少污染、保护环境、促进农村经济发展，建设社会主义新农村的重要举措。
一、我省开发柠条生物质固化成型燃料的优势
1. 我省柠条资源丰富且燃烧性能良好
柠条（Caragana microphylla Lam）广泛分布于我省忻州、大同、朔州等地，是一种优质的多年生落叶灌木，但每隔3~5年需平茬一次，否则会衰退、枯死。山西省现有柠条面积为950万亩，每年可收获柠条干物质300万吨。从柠条的材性特征来看，若将其压缩成密度为0.8～1.5g/cm3成型燃料，热值可达4376.1kcal/kg（优质煤的标准），燃烧室温度为1000℃以上，5kg的成型燃料可保持5h左右不熄火。
2. 政策支持
长期以来，党中央国务院高度重视生物质能源的利用工作，相继出台了一系列政策法规鼓励和支持相关产业的发展。《中华人民共和国可再生能源法》第十六条规定“国家鼓励清洁、高效地开发利用生物质燃料”。《可再生能源中长期发展规划》提出到2010年固体成型燃料年利用量达到100万t以上，2020年达到5000万t。国家林业局于2005年7月成立了林木生物质能源领导小组、设立了林木生物质能源办公室,将固体成型燃料的研发确定为林业生物质能源建设规划的七个重点领域之一，柠条作为固体成型燃料的主要培育树种提到了议事日程；
2006年1月1日《中华人民共和国可再生能源法》正式实施。2008年山西省林业局长会议上提出了对柠条固化成型燃料开发的支持。
二、柠条成型工艺与设备的研发现状
内蒙古机械配件厂研发出了柠条割灌机，机重50kg，割茬高度可以调整，生产率为6-8亩/小时，这为柠条生物质原材料的采收提供了设备支撑。
粉碎是致密成型技术中重要的前期处理工序、山东华力电机公司研发了型号为Y90L—2的柠条削片粉碎机，额定转速为2840r/min，削片颗粒度为10mm左右，达到了成型燃料的加工要求。
迄今为止，尚无柠条生物质固化成型燃料生产的系统报道，但柠条饲料的成型试验及规模化生产表明，柠条具有很好的成型效果。应用于其它生物质成型燃料加工的成型工艺及物料适应性好的成型设备，可为柠条生物质成型燃料的研究、小试、中试及规模化生产提供很好的技术依托。
三、效益分析
我省拥有丰富的柠条资源，且这一资源不会枯竭，开发利用潜力十分巨大。通过柠条生物质成型燃料的研发，既可满足许多偏僻、贫困山区的生活燃料问题，又可增加农民收入。按1.6kg干柠条相当于1kg标准煤，人均烧煤量1.5t/年计算，则300万吨柠条生物质成型燃料可满足我省125万人口每年的燃料问题。有研究表明，柠条生物质成型燃料的纯利润为150元／t，那么我省300万吨的柠条成型燃料可实现年利润4.5亿元人民币。
从环境保护角度来看，柠条生物质能源是一种CO2零排放的能源，其灰分含量为2.87%、烟气中的CO、SO2、NOx等成分的浓度大大低于《锅炉大气污染物排放标准》，达到了国家环保要求。
从生态价值的角度来看，柠条生物质成型燃料的开发利用符合生态系统“生产—消费—分解—再生产”为特征的物质循环与能量流动规律，对维护生态系统良性循环具有促进作用。
四、研发展望
能源竞争日益激烈，传统能源面临枯竭，生物质能源的开发利用受到世界各国的高度重视。在此背景下，原材料的选择与能源开发需满足如下条件：一是能源开发与环境保护的双赢；
二是原材料在一定区域分布的广泛性；
三是实现能源最高利用率的技术措施；
四是生物质能源开发应对当地贫困人口的生活质量具有较高的影响力；
就山西而言，将柠条加工为固体燃料能充分满足这些要求，开发前景十分广阔。目前，我国加工生物质固化成型燃料的形状主要有棒状、块状和颗粒状。这几种形状燃料的加工方法均为传统生产方法，普遍存在设备能耗过高、磨损严重和使用寿命短、产品价格昂贵等问题。以生产颗粒状燃料方法为例，它与现有的生产颗粒状饲料相似，即原料从设备环模内部加入，经压辊碾压挤出环模而成颗粒状。该工艺流程需要消耗大量能量，首先是颗粒压制成型过程中，压强达到50～100MPa，原料在高压下发生变形、升温，温度可达100～120℃，电动机的驱动需要消耗大量的电能；
其次是原料的含水率要求在12％左右，为此，很多原料要达到含水率标准才能用于制粒；
再者是压制出来的热颗粒需冷却后方可包装。这些工艺流程均需消耗大量能源，致使产品成本居高不下。要解决这些问题，一是加大科研投入，积极研发新材料、新工艺、新设备和新产品，降低能耗，减少生产成本；
二是引进先进设备与成果，消化吸收，形成产业化生产；
三是加大政府扶持力度，对研发单位和生物质能用户进行补贴，提高研发与使用的积极性。
山西省林业调查规划院 王庆云
