中國作為一個迅速崛起的發(fā)展中農(nóng)業(yè)大國，在保護(hù)環(huán)境的前提下，要實現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，必須改變傳統(tǒng)的能源利用和能源生產(chǎn)方式，開發(fā)利用生物質(zhì)資源，生產(chǎn)清潔能源是一項必然的選擇。作為人類傳統(tǒng)燃料的農(nóng)作物秸稈，是來源于太陽能的一種可再生能源，具有資源豐富含碳量低的特點(diǎn)，加之在其生長過程中吸收大氣中的C02而成為碳元素的匯(Sink)而被稱為清潔能源。近年來隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，農(nóng)村生活用能中高品位的商品能源的比例增加，秸稈所占的比重正逐步下降。燃燒秸稈成為被替代的對象，田間地頭或田間焚燒的秸稈量逐年增加，這種污染在收獲季節(jié)集中排放，使得短時間內(nèi)大氣質(zhì)量嚴(yán)重惡化，成為一個嚴(yán)重的社會問題。本科題主要研究了廢棄的農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化為高品位的能源，替代部分煤炭、石油等化石燃料，來提高農(nóng)民的收入，緩解農(nóng)村能源緊張的局面，從而實現(xiàn)農(nóng)村能源的可持續(xù)發(fā)展。
1、主要技術(shù)分析
1.1技術(shù)路線
秸稈生物質(zhì)收集后先由太陽能預(yù)烘干系統(tǒng)進(jìn)行脫水，通過輸送帶進(jìn)入
秸稈粉碎機(jī)，粉碎后的秸稈由氣力輸送裝置送入原料倉，再由輸送帶送入
秸稈壓塊機(jī)，成型后的秸稈棒塊即為燃料產(chǎn)品。
1.2核心技術(shù)
1.1.1核心技術(shù)研究課題的核心技術(shù)是秸稈生物質(zhì)壓塊成型技術(shù)。在克服螺旋式生物質(zhì)成型機(jī)存在的耗能高、主要易損件使用壽命低的問題的基礎(chǔ)上經(jīng)過反復(fù)研究、試驗和改進(jìn)，生產(chǎn)出了HPB -III秸稈液壓驅(qū)動式秸稈成型機(jī)。
1.1.2液壓成型機(jī)的工作原理該機(jī)的突出特點(diǎn)是增加了2級預(yù)壓喂入機(jī)構(gòu)，液壓泵站輸出液力，通過電液閥控制，使雙出桿油缸帶動左右沖桿作往復(fù)運(yùn)動。喂料斗中的生物質(zhì)原料首先經(jīng)過垂直攪龍和水平液壓油缸兩次預(yù)壓后，由雙出桿油缸上的沖桿推進(jìn)成型套筒內(nèi)，在合適的成型溫度下，套筒中的秸稈生物質(zhì)在外力的作用下使生物質(zhì)顆粒重新排列位置關(guān)系，并發(fā)生機(jī)械變形和塑性變形。在垂直于最大應(yīng)力的方向上，粒子主要以相互靠近結(jié)合的形式結(jié)合。隨外力的增大，生物質(zhì)體積大幅度減小，容積密度顯著增大，生物質(zhì)內(nèi)部膠合外部焦化，并具有一定的形狀和強(qiáng)度。沖桿不斷推擠，秸稈生物質(zhì)從兩端成型套筒中交替擠出，成為棒狀產(chǎn)品。
1.1.3成型技術(shù)的創(chuàng)新性
(1)國內(nèi)生物質(zhì)成型技術(shù)應(yīng)用較早，但很少用于成型秸稈，且能耗高和易損件壽命短，我們從94年開始研究至今，在國內(nèi)首次采用液壓驅(qū)動成型秸稈，解決了這個問題；
(2)成型過程采用了雙出桿油缸、雙向擠壓成型、2級預(yù)壓，提高了液壓系統(tǒng)的效率和生產(chǎn)率；
(3)解決了成型過程中原料的含水率問題，過高，易放炮；過低，烘干能耗高。螺旋式成型一般要求原料的含水率小于13%，必須烘干。我們采用活塞套筒往復(fù)機(jī)構(gòu)，原料的含水率在18%左右，也能正常成型，原料不需要烘干，不僅減少了原料烘干的能耗，放炮現(xiàn)象也減少了；
(4)變量泵和行程開關(guān)的應(yīng)用、液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計、散熱系統(tǒng)的設(shè)計不僅降低了液壓系統(tǒng)工作的油溫，而且使液壓成型機(jī)的能耗也大大降低；
(5) HPB-III液壓秸稈生物質(zhì)成型機(jī)采用了輸送帶自動上料，不僅節(jié)約了人力成本，也改善了工作條件；
(6)顯著提高了磨損件的使用壽命，活塞沖桿與原料之間沒有相對運(yùn)動，減少了沖桿與成型套筒之間的磨損�；钊麤_桿往復(fù)的運(yùn)動速度較低，沖桿與套簡之間幾乎沒有生物質(zhì)微粒進(jìn)入，從而避免了磨損；
(7)首次將成型棒塊燃料替代煤用于鍋爐供熱，并對其燃燒效果進(jìn)行了試驗測試，試驗設(shè)計了生物質(zhì)燃燒爐及供熱系統(tǒng)，燃燒和供熱效果良好；
(8)運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)率可達(dá)400kg/h，能耗降為60kWh/t左右，產(chǎn)品價格已低于現(xiàn)行煤價，具備大面積推廣的條件，可以進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
1.3配套技術(shù)
秸稈壓塊成型燃料塊燃燒技術(shù)、秸稈粉碎技術(shù)和太陽能烘干技術(shù)等。
2、經(jīng)濟(jì)效益分析和風(fēng)險評估
2.1經(jīng)濟(jì)效益和社會效益分析
2. 1.1秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線的經(jīng)濟(jì)效益分析秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線建成后，每條生產(chǎn)線一個班次可成型秸稈3～4t（相當(dāng)于12畝的秸稈產(chǎn)量），可滿足2臺4t鍋爐l天所需的燃料。機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)廠家每年可向社會供給50套秸稈成型生產(chǎn)線及配套的生物質(zhì)燃燒爐。
秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線的經(jīng)濟(jì)效益主要來自秸稈成型前后每t秸稈獲得的凈收入部分，秸稈成型燃料塊的生產(chǎn)成本由6部分組成，即原料的收購價、成型過程的耗能、用工費(fèi)、設(shè)備折舊、維修費(fèi)和其它費(fèi)用。秸稈原料的收購價，約為30～60元／t（隨秸稈的種類運(yùn)輸距離不同而不同）；成型過程的耗能為60kWh/t，折合30元／t；每套生產(chǎn)線需2名操作工人，每天生產(chǎn)3t左右的秸稈
成型燃料塊，2名操作工人的工資按40元／天計算，用工折合14元/t;每套成型設(shè){價按10萬元計算，年生產(chǎn)量約1000t，按10年折舊，設(shè)備折舊為10元/t;維修費(fèi)約5元，用按10元／t計算。It秸稈成型燃料塊的生產(chǎn)成本合計為99～129元／t，目前鄭州地區(qū)靜300～320元／t，若秸稈成型燃料塊的銷售價格為220～240元/t，那么秸稈成型燃料塊90 --130元／t，還是具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益的。
2.1.2秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線設(shè)備的銷售效益根據(jù)國內(nèi)的秸稈資源，全國每年可線，每條生產(chǎn)線設(shè)備銷售價按30萬元計算，作為加工和制造生產(chǎn)線設(shè)備的工廠每年的萬元，利稅150萬元左右。生產(chǎn)線所需的工人主要是當(dāng)?shù)霓r(nóng)民，每條生產(chǎn)線可解決2～，題，每位上線工人每月可以有400元左右收入。生產(chǎn)設(shè)備廠家可提高效益，上線工人還入。
2.1.3秸稈成型燃料的經(jīng)濟(jì)和社會效益調(diào)整成型壓力角就可使密度達(dá)到0.9～1.1，：塊完全可以代替煤，在中部平原地區(qū)的價格基本是等同于煤，在東部、南部地區(qū)可大若規(guī)�；a(chǎn)，每戶農(nóng)民可從田間得到100元／t左右的經(jīng)濟(jì)效益，更主要的是農(nóng)民不需城鎮(zhèn)2t以下鍋爐減少了燒煤，秸稈生物質(zhì)成型燃料塊真正成了我國鄉(xiāng)、村的高品位支
秸稈成型燃料塊的熱值以秸稈的種類不同而不同。玉米秸稈的熱值約為煤的0.7～1. 25t的玉米秸稈成型燃料塊相當(dāng)于1t煤的熱值，玉米秸稈成型燃料塊在配套的下燃型爐中燃燒，其燃燒效率是燃煤鍋爐的1. 3～1.5倍，因此1t玉米秸稈成型燃料塊的熱量煤的熱量利用率相當(dāng)。It玉米秸稈成型燃料塊的售價在略低于It煤的價格情況下，玉燃料塊替代煤作為供熱鍋爐、茶水爐等燃爐的燃料是具有市場前景的。
2.1.4產(chǎn)品的售價、盈利及推廣應(yīng)用預(yù)測秸稈壓塊成型燃料技術(shù)成果進(jìn)入市場后，：型燃料的生產(chǎn)在農(nóng)區(qū)應(yīng)合理布局，這樣可以減少原料的運(yùn)輸費(fèi)。秸稈壓塊成型燃料生率按400kg/h，每天生產(chǎn)8h，每年生產(chǎn)按300天計算，每條生產(chǎn)線運(yùn)行后未來3年的推廣銷售預(yù)測如表1和表2。
從上述2表中可以看出秸稈生物質(zhì)壓塊成型燃料的經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。
2.2風(fēng)險評估
秸稈壓塊成型燃料塊在國內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)尚屬首次，該項目實施后產(chǎn)生的社會；保效益是巨大的，對調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)增加農(nóng)民收入具有現(xiàn)實意義，因此有廣泛的推，
秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線中的關(guān)鍵技術(shù)（壓塊成型）已得到解決，生產(chǎn)設(shè)備的機(jī)械加工也沒問題，與國外同類設(shè)備相比具有價格低廉的優(yōu)勢，暫不存在機(jī)械產(chǎn)品競爭問題。 秸稈壓塊成型燃料的風(fēng)險性和不確定因素主要由兩個方面：一是國家的產(chǎn)業(yè)政策，二是秸稈原料的價格。秸稈成型燃料所用的原料主要是玉米秸稈，秸稈成型燃料可取代煤，但秸稈目前沒有價格，一旦該技術(shù)推廣后原料價格大幅度上漲，秸稈成型燃料與煤相比沒有競爭能力，國家沒有在城鎮(zhèn)限制用煤政策，這就給秸稈成型燃料的推廣增加了難度，會減慢推廣應(yīng)用的速度，同時秸稈的收獲期是相當(dāng)短的一段時間，而且是大范圍、大區(qū)域同時進(jìn)行的，給秸稈的收集會帶來一定的困難。
我們認(rèn)為降低風(fēng)險的有效措施首先是國家政府部門的政策導(dǎo)向，保護(hù)環(huán)境、禁燒污染嚴(yán)重的燃煤鍋爐，禁燒秸稈、取締小型造紙廠，大力宣傳、普及推廣環(huán)保效益好的生物質(zhì)燃燒爐。政策上扶植農(nóng)區(qū)從事秸稈成型燃料生產(chǎn)的專業(yè)戶，使這項技術(shù)盡快推廣，以產(chǎn)生較好的社會、環(huán)保和生態(tài)效益。秸稈生物質(zhì)壓塊成型燃料實現(xiàn)了生產(chǎn)線生產(chǎn)，形成了產(chǎn)業(yè)，農(nóng)民也擴(kuò)大了收入，同時也推動了我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；其次是對生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，選擇最佳路線，保證生產(chǎn)線設(shè)備在制造加工過程中的質(zhì)量和精度，降低壓塊成型的成本，保證秸稈成型燃料塊產(chǎn)品的質(zhì)量也是能大面積推廣的關(guān)鍵，同時還有與此相關(guān)的大量組織經(jīng)營工作，有待逐步解決完善。
3、燃燒性能測試與可行性分析
3.1秸稈成型棒（塊）燃爐燃燒性能測試
將秸稈成型棒（塊）產(chǎn)品放入0. 8t立式鍋爐中燃燒，通過噴淋式除塵器后，廢氣由煙囪中排出。經(jīng)試驗，秸稈成型棒（塊）的密度在0.9～1. lg／cm3時，其燃燒效果最好，燃燒室溫度達(dá)1060℃，燃燒速度比煤快15%以上，正常燃燒狀態(tài)下，煙囪中無灰塵和灰煙排出，1次加入秸稈成型棒（塊）5kg，關(guān)閉風(fēng)門后，可保持4h以上不熄滅。煙氣中的c0、C02. S02、NOx等成分指標(biāo)的測試結(jié)果見表3。由表3可以看出，煙塵的排放濃度為13 8mg/Nm3，S02排放濃度僅為75mg/Nm3，大大低于《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( GWPB3-1999)的指標(biāo)，達(dá)到了國家環(huán)保要求。
設(shè)各必須配套，才能在農(nóng)村、城鎮(zhèn)推廣應(yīng)用。
(1)從秸稈資源產(chǎn)量看，廣大農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的各種秸稈產(chǎn)量大、范圍廣。據(jù)統(tǒng)計1996年中國農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量達(dá)5.7億t，主要包括玉米、小麥、水稻、大麥和油料等作物的秸稈，其中玉米秸稈15343萬t，麥稈10529萬t，稻稈17891萬t。我國每年生產(chǎn)的農(nóng)作物秸稈總量約占全世界總量的20%～30%。秸稈經(jīng)過熱壓成型達(dá)到～定的密度后再燃燒可提高燃燒溫度和熱利用率減少空氣環(huán)境的污染，燃燒速度快，節(jié)省了時間，可使秸稈成為高品位的能源產(chǎn)品加以利用。
(2)符合國家的環(huán)保政策，多數(shù)地區(qū)都采取了禁燒秸稈的措施，大中城市已基本取締了2t以下的燃煤鍋爐，改燃清潔燃料（天然氣或電），而清潔燃料的成本較高，當(dāng)秸稈壓塊成型機(jī)的生產(chǎn)率達(dá)到200kg/h時，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)效益計算，秸稈壓塊成型燃料棒（塊）的成本價在180元／t左右[5，6]：當(dāng)秸稈壓塊成型機(jī)的生產(chǎn)率達(dá)到400kg/h以上時，秸稈壓塊成型燃料棒（塊）的成本價降為100～130元／t，售價在220～240元／t，完全可以替代煤作為城鎮(zhèn)中2t以下燃煤鍋爐的燃料，給秸稈利用找到了一條出路。
(3)灰塵及其它指標(biāo)的排放也比煤低，可實現(xiàn)C02、S02降排，減少溫室效應(yīng)，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的有效方法，環(huán)保效益明顯。
(4)秸稈粉碎機(jī)、成型機(jī)的加工工藝并不復(fù)雜，成本較低，成型機(jī)易損件的使用壽命在200h以上，粉碎與成型單位產(chǎn)品能耗可降至60kWh/t，將秸稈的粉碎和成型放在農(nóng)區(qū)，可以降低秸稈原料的運(yùn)輸成本和成型費(fèi)用，農(nóng)民購置一套成型設(shè)備可在2～3年時間內(nèi)收回成本，完全可以在農(nóng)村中推廣應(yīng)用。燃爐的應(yīng)用可設(shè)在中、小城鎮(zhèn)或農(nóng)村，這樣秸稈從粉碎、成型到燃燒即可形成產(chǎn)業(yè)化。
(5)據(jù)國際可再生能源組織的預(yù)測，地下石油、天然氣及煤的貯量，按目前的利用速率只夠用60a左右，因此，秸稈生物質(zhì)可再生能源熱壓成型后作燃料，使其得到高品位的利用，是未來可再生能源的一個發(fā)展方向。
4．結(jié)論
秸稈壓塊成型用液壓驅(qū)動式秸稈成型機(jī)作為主機(jī)，采用活塞套筒雙向擠壓間歇成型，可有效地降低能耗、延長易損件的使用壽命；秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線中的關(guān)鍵技術(shù)（壓塊成型）已得到解決，生產(chǎn)線設(shè)備的機(jī)械加工并不復(fù)雜，與國外同類設(shè)備相比具有價格低廉的優(yōu)勢；國內(nèi)的秸稈來源廣泛，作為加工和制造生產(chǎn)線設(shè)備的廠家能提高經(jīng)濟(jì)效益和利稅，可安排農(nóng)村富余勞動力上線，增加他們的經(jīng)濟(jì)收入；秸稈棒（塊）在生物質(zhì)燃燒爐中的燃燒速度比煤快15%，煙氣中的C0、C02、S02及NOx的排放均達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，完全可以取代煤，從而解決秸稈荒燒問題，減少空氣污染，有顯著的生態(tài)環(huán)保效益；根據(jù)目前國際生物質(zhì)能源的利用現(xiàn)狀及未來可再生能源的發(fā)展趨勢，秸稈從收集、脫水、粉碎、，成型到燃燒在中國農(nóng)村、城鎮(zhèn)中實行產(chǎn)業(yè)化有著廣闊的應(yīng)用前景。
三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售
秸稈壓塊機(jī)、
木屑顆粒機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備。
