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生物質致密成型技術處理農林廢棄物

文檔作者：杜立新文檔來源：遼寧省鞍山市環(huán)境保護研究所		點擊數：	更新時間： 2024年07月31日
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2010年第1期(總第58期)
紗痧鈺i夏與芋釷
SHANXI ENERGY AND CONSERVATION 2010年2月
§l?-．??”Ⅷ
簍王俸研囊墓
生物質致密成型技術處理農林廢棄物
杜立新
(遼寧省鞍山市環(huán)境保護研究所，遼寧鞍山114004)
摘要：利用生物質致密成型技術處理農林廢棄物，使其成為密實的燃料，并對成型燃料進行炭化，制成機制木炭。該
技術對木材加工企業(yè)處理農林廢棄物，具有較好的經濟效益和環(huán)境效益。
關鍵詞： 生物質；致密成型；機制木炭
中圖分類號：$216 文獻標識碼： A 文章編號： 1674—3997．(2010)01—0021．02
Biomass Briquetting technology of farming and forestry residues
DU Li．xin
(Anshan City Environmental Protection Research Institute，Liaoning Province，Anshan 1 1 4004，Liaoning，China)
Abstract：This paper introduces principle of biomass briquetting technology．Bond cellulose and lignin of biomass closely by using
hot—extrusion process．The biomass is screw extruded at a very high pressure．Then the biomass is heated in the setort machines
and is converted to artificial charcoal．It is great advantages both socially and economically．
Key words：biomass；bfique；artificial charcoal
0 引言
在木材加工企業(yè)中，利用原木制成定型材和木制
品的同時，將產生大量的廢棄物。資料顯示，原木到板
材的加工過程中產生的廢棄物占8％～12％，把木材加
工成木工板，產生的廢棄物7％～10％。數量如此巨大
的木材加工廢棄物呈木屑、鋸末和刨花等狀態(tài)，堆密度
非常小，往往在廠區(qū)或附近堆積如山。
利用生物質致密成型技術，把木材加工廢棄物制
成可利用的優(yōu)質燃料，是合理利用資源的有效途徑，既
能對廢棄物進行資源化處理，也能使企業(yè)取得較好的
經濟效益。
1生物質致密成型技術
生物質致密成型技術是將各種生物質資源和包括
木屑、秸稈和稻殼等農林廢棄物，通過機械加壓、加熱
使原來松散的原料壓縮成具有一定形狀和強度、密度
較大的成型燃料棒的技術。該技術使生物質的燃燒性
能大為改善，燃燒效率和燃料利用率大為提高，可替代
薪柴或煤作為生活及生產能源。成型燃料再經炭化加
工，可制成機制木炭¨J。
1．1生物質致密成型原理
植物細胞中含有纖維素、半纖維素和木質素。纖
維素和木質素是植物的主要成分。在木材中纖維素的
收稿日期：2010．01—19
作者簡介：杜立新，1969年生，女，山東莒縣人，1992年畢業(yè)于
沈陽農業(yè)大學生物能源專業(yè)，高級工程師。
含量占40％～55％。
纖維素呈白色，密度為1．50 g／cm3～1．56 g／cm3，
比熱為1．33 kJ／(kg·K)～1．38 kJ／(kg·K)。具有一定
含水率的纖維素，在力的作用下可以形成一定形狀。
木質素是以苯丙烷單體為骨架，具有網狀結構的無定
型高分子化合物。木質素屬于非晶體，沒有熔點，但有
軟化點。當溫度在70℃～110℃時，木質素軟化，且黏
合力增加；在200℃～300℃時軟化加劇達到液化。此
時，施加一定的壓力，可使其與纖維素緊密黏結，同時
與臨近的顆粒互相膠結。生物質致密成型就是使含有
纖維素、木質素的松散生物質，在一定溫度和壓力的工
藝條件下，制成密實的成型燃料。
1．2生物質致密成型的工藝條件
熱壓成型工藝是目前普遍采用的生物質致密成型
工藝，其工藝條件主要有物料性狀、壓力、溫度和擠壓
速度等。
1．2．1 物料性狀
為了適應熱壓成型工藝的要求，物料應經過預處
理的過程。進入熱擠壓工序的物料粒徑應在5 mm以
下，物料的長度應小于25 mm。
物料的含水率是保證擠壓過程的重要條件。如果
物料含水率過高，過量的水分在熱擠壓時產生蒸汽，出
現“放炮”現象；如果物料含水率太低，擠壓時不易成
型。一般物料的含水率在6％～8％左右，比較適宜生
物質的成型，可以得到密實的成型燃料。
1．2．2壓力
成型壓力的大小隨著原料性狀和對成型燃料的密
度要求而變化。一般情況下，采用螺旋擠壓工藝，依靠
·21 ·
萬方數據
2010年第1期矽參紅；夏占芋釷2010年2月
擠壓螺桿不斷地把物料向前輸送、推進和擠壓。此時，
其壓力取決于螺旋副的幾何尺寸、擠壓副的配合尺寸
和機械動力等，擠壓壓力須在30 MPa以上。這樣成型
的燃料的密度在1．0 g／cm3～1．4 g／cm3之間【2I。
1．2．3溫度
在一定的溫度條件下，物料中的木質素軟化、液
化，充當成型』：藝的黏結劑，有利于物料的成型。在擠
壓過程中，物料在擠壓、摩擦的作用下發(fā)熱，促進了木
質素的軟化。當其溫度達不到木質素液化的溫度要求
時，需要外加熱給予補償。另外，對擠壓副的加熱使成
型燃料的表面炭化，形成對成型燃料前進的潤滑劑，有
利于減少擠壓動力的投人。實驗表明最佳成型溫度應
該控制在150℃～200℃。
1．2．4擠壓速度
擠出速度不僅影響生產效率，還直接影響成型燃
料的產品質鼉。物料經過擠壓成型后，其內部殘存較
大的內應力，如果不能在擠壓過程中把內應力消除，將
會在出口處發(fā)生膨脹，降低產品的密度。因此，成型燃
料在擠壓副中的停留時間是保證產品質鼉的蕈要條
件。從物料開始擠壓到成型燃料從出口出來所滯留的
時間為30 s，即擠壓速度為1 m／min。
2生物質致密成型工藝過程與制品
2．1 生物質致密成型工藝過程及設備
生物質致密成型工藝過程見圖1。
圖1 生物質致密成型工藝過程
生物質致密成型工藝過程的各種設備包括：儲料
倉、輸送機、環(huán)保除塵設備、消防安保設備、回收利用設
備和煙塵處理設備等。這些設備連同控制系統(tǒng)組成r
生產流水線(見圖2)。該系統(tǒng)的主要設備如下。
2．1．1 生物質固化成型機
生物質固化成型機是成型燃料生產的核心設備。
它由擠壓螺桿、成型套筒、支承托架、減速傳動部分、電
加熱套圈、電動機和電控箱等組成。螺桿和套筒分別
采用高耐磨材料制成，從根本上解決了成型機維修最
大、螺桿使用壽命短等問題。設備連續(xù)化生產能力強，
生產的成型燃料密度高、質量好。
2．1．2物料干燥系統(tǒng)
物料干燥設備能將潮濕的物料脫水，使物料達到
含水率工藝要求(5％～10％)b J。該系統(tǒng)由熱風爐(包
括鼓引風機、除塵設備和煙囪等)、回轉圓筒干燥機、氣
流干燥段、引風機、旋風分離器、布袋除塵器和煙囪等
構成，具有十燥能力強、生產量大、安全性能好、排放能
達標等特點。
2．1．3炭化設備
·22 ·
該設備可把成型燃料棒通過加熱裂解的過程制成
機制木炭。針對不同的需要，有3種類型設備町供用
戶選擇：外熱間歇式干餾釜、移動式炭化爐和磚土窯。
目前，在中國用磚土窯燒炭還是普遍采用的1種方法，
在國外也被廣泛地采用。
1一料斗；2一皮帶輸送機；3一篩選機；4一輸送機；5一熱風爐；
6一回轉圓筒干燥機；7一風機；8一分離器；9一料倉；10一布袋除
塵器；1l一輸送機；12一成型機；13一鋼網輸送機；14一風機；
15一分離器
圖2 生物質致密成型工藝過程和設備
2．2產品及其用途
生物質致密成刑技術的生產的產品，主要有成型
燃料和機制木炭。成型燃料棒和機制木炭的性能指標
列于表l。
表1 成型燃料棒和機制木炭的性能指標
項目燃料棒機制炭
揮發(fā)物含量(％) 12～18
固定碳含量(％) >75
含水量(％) 5．4～5．8 1．0～3．O
灰份(％) O．7～20 1．0～6．0
熱值(kJ／kg) 15 500～19 200 >30 000
成喇燃料棒和機制木炭均有較廣泛的應用，機制
炭產品的成本和利潤見表2。
表2單位機制炭產品的成本和利潤表
項目消耗定額成本(利潤)金額
原料費3 t 300元
動力(電)費330 kW·h 280元
人工費15元／(人·日) 195元
燃料費100元
包裝費120元
折舊費10元
銷售費用50元
財務費用20元
管理費50元
不可預見費20元
總成本1 145元／t
低位銷售價1 501)元／t
利潤355元／t
年利潤106．5×104元／a
燃料棒可以代替煤炭作為生產和生活能源；機制
炭不僅是優(yōu)質燃料，還可以當作活性炭、干燥劑、除味
劑的原料。I下轉第27頁)
萬方數據
2010年第1期申建巾：汽輪機凝汽器結垢造成能源損失的量化分析2010年2月
2節(jié)能量化分析
根據8月10日和8月
算節(jié)能量。
3．1凝汽器排氣量的計算
根據12 Mw機組發(fā)電功率為12 Mw凝汽器排氣
16 Et試驗時的發(fā)電負荷計量為75 t／h的情況計算，凝汽器除垢前熱量損失量為：
2．1 根據排汽量為50 t／h得出熱量損失量
a)8月10日熱鼉損失量。
2 500．9×50×103÷3 600=34．73X 103 kJ／s。
b)8月16日熱量損失量。
2 475．5X 50×103÷3 600=34．38×103 kJ／s。
2．2熱量損失差值(除垢效益)
34．73×103—34．38×103=0．35×103 ld,Is。
2．3修正熱量損失差值
考慮到汽輪機機械效率(以99％)和發(fā)電機效率
(以99％)，計算修正熱量損失差值。
0．35×103×0．99×0．99=0．326x 103 l‘J／s=
0．343×103 kW。
2．4計算全年收益(以1年運行325天計)
0．343×103×24×325=2 675．4×103 kW·h。
以電價0．445元／kw·h計算，每年收益折合人民
幣119．1×104元。
凝汽器經過除垢處理后，多發(fā)電2 675．4×
103 kW·h／a。折合人民幣119．1 x 104元／a。
多發(fā)了電的鍋爐并沒有多燃燒煤炭，相當于節(jié)約
煤2 675．4×103×0．400=1 070×103 kg=1 070 t。按
400元／t計算，合計節(jié)約42．8×104元。
環(huán)保效益分析，每年可減少排放溫室效應氣體
(C02)4 280 t／a，減少排放一定量的有害氣體SOz。
由于排汽熱焓減少，相應的循環(huán)冷卻水需帶走的
熱量也減少，系統(tǒng)冷卻塔處的蒸發(fā)量也減少，減少了水
的損耗。這部分效益還沒有計算。
3根據標稱功率運行計算節(jié)能量
2 500．9X 75×103÷3 600=52．102×103 kJ／s。
凝汽器除垢后熱量損失量：
2 475．5×75×103÷3 600=51．57×10’l‘J／s。
3．2熱量損失差值(除垢效益)
52．102×103—51．57×103=0．532×103 kJ／s。
3．3修正熱量損失差值
考慮到汽輪機機械效率(以99％計)和發(fā)電機效率
(以99％計)修正熱量損失差值。
0．532×103×0．99 x 0．99=0．521×103 kJ／s=
0．521×103 kW。
3．4計算全年收益(以1年運行325天計)
全年收益為：
0．521×103×24×325=4 063．8×103 kW-h。
以電價0．445元／kw·h計，收益折合人民幣
180．8×104元／a。
a)凝汽器除垢后，多發(fā)電4 063．8×103 kW·h／a，
折合人民幣180．8×104元／a。
b)多發(fā)了電的鍋爐并沒有多燃燒煤炭，相當于節(jié)
煤1 625．5 t，合人民幣65×104元。
c)再就環(huán)保效益，減少排放溫室排放氣體(C02)
6 502 t／a，減少排放一定量的S02氣體。
由于排汽熱焓減少，相應的循環(huán)冷卻水需帶走的
熱鼉也減少，系統(tǒng)冷卻塔處的蒸發(fā)量也減少，減少了水
的損耗。這部分效益還沒有計算。
4 結語
在工作中認真處理節(jié)能減排，強化技術改造，及時
清除凝汽器的結垢，就能取得節(jié)能減排的實際效果。
(上接第22頁)
3經濟效益分析
產量為3 000 t／a的機制木炭的生產技術的經濟效
益(見表2)【41。
如果機制炭產品能打入國際市場，其經濟效益更
加顯著。
4 結語
利用生物質致密成型技術生產成型燃料，并進一
步經缺氧(或無氧)條件下的熱裂解過程加工成機制木
炭，符合國家產業(yè)政策的產業(yè)。它具有投資小、工期
短、收效快等特點及廣闊的市場前景。
參考文獻：
[1]何元斌．生物質致密成型技術[A]．林維紀．能源之光[C]．
合肥：安徽農業(yè)出版社。1999：52．64．
[2] 袁全紅，蔣恩臣．生物質成型螺桿的受力分析[J]．可再生
能源，2008(3)：59—61．
[3】伊曉路，孫立，郭東彥，等．生物質秸稈預處理技術[J]．
可再生能源，2005(2)：3l一33．
[4] 姜洋，邦軍，王忠誠，等．生物質致密成型設備生產顆
粒燃料技術及經濟分析【J】．可再生能源，2006(4)：81—83．
·27·

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