我國生物質(zhì)顆粒燃料推廣應(yīng)用中存在的問題與發(fā)展對策

    1  引 言
    目前，生物能源技術(shù)的研究與開發(fā)已成為世界重大熱門課題之一，受到世界各國政府與科學(xué)家的關(guān)注。許多國家都制定了相應(yīng)開發(fā)研究計劃，如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場等，其中生物能源的開發(fā)利用占有相當(dāng)大的份額[1]。國外很多生物能源技術(shù)和裝置已經(jīng)達到商業(yè)化應(yīng)用程度，同其他生物質(zhì)能源技術(shù)相比較，生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)更容易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和使用。使用生物能源顆粒的方便程度可與燃氣、燃油等能源媲美。以美國、瑞典和奧地利等國為例，生物能源的應(yīng)用規(guī)模，分別占該國一次性能源消耗量的4%、16%和10%；在美國，生物能源發(fā)電的總裝機容量已超過1萬MW，單機容量達10～25MW；在歐美，針對一般居民家用的生物質(zhì)顆粒燃料及配套的高效清潔燃燒取暖爐灶已非常普及。

    我國也十分重視生物能源的開發(fā)和利用。20世紀(jì)80年代以來，我國一直將政府將生物質(zhì)能源利用技術(shù)的研究與應(yīng)用列為重點科技攻關(guān)項目，開展了生物質(zhì)能利用新技術(shù)的研究和開發(fā)，使生物質(zhì)能技術(shù)有了進一步提高。但我國生物質(zhì)能的利用研究主要集中在大中型畜禽場沼氣工程技術(shù)、秸稈氣化集中供氣技術(shù)和垃圾填埋發(fā)電技術(shù)等項目[1]，對于生物質(zhì)能顆粒燃料產(chǎn)品的生產(chǎn)加工與直接燃燒利用的研究還剛剛起步。

    國內(nèi)部分高校和科研機構(gòu)開展了生物質(zhì)顆粒成型技術(shù)的研究,取得了一定成績。但是，生物質(zhì)能源顆粒產(chǎn)品在我國推廣應(yīng)用還很少，為了使我國生物質(zhì)能源顆粒盡快產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化，我們對其推廣應(yīng)用中存在的問題進行了分析，并探討了解決的對策與方法。

    2  推廣應(yīng)用中存在的問題與分析
    2.1傳統(tǒng)制粒技術(shù)，制粒成本高
    目前，我國采用的制粒方法均為傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，木質(zhì)顆粒的制粒原理見圖1，它與現(xiàn)有的飼料制粒方式相同，即原料從環(huán)模內(nèi)部加入，經(jīng)由壓輥碾壓擠出環(huán)模而成粒狀。其工藝流程見圖2，包括原料烘干、壓制、冷卻、包裝等。

    該工藝流程需要消耗大量能量，首先在顆粒壓制成型過程中，壓強達到50～100MPa，原料在高壓下發(fā)生變形、升溫，溫度可達100℃～120℃，電動機的驅(qū)動需要消耗大量的電能[2]；第二，原料的濕度要求在12%左右，濕度太高和太低都不能很好成粒，為了達到這個濕度，很多原料要烘干以后才能用于制粒；第三，壓制出來的熱顆粒(顆粒溫度可達95℃～110℃)要冷卻才能進行包裝。后2項工藝消耗的能量在制粒全過程中占25%～35%，加之成型過程中對機器的磨損比較大，所以傳統(tǒng)顆粒成型機的產(chǎn)品制造成本較高。

    2.2 對生物質(zhì)能顆粒認(rèn)識不夠深
    大多數(shù)人對生物質(zhì)能顆粒具有高能、環(huán)保、使用方便的特性認(rèn)識不夠，甚至許多用能單位根本就不知道有生物質(zhì)能顆粒產(chǎn)品，更談不上認(rèn)識和應(yīng)用。

    2.3 服務(wù)配套措施跟不上
    生物質(zhì)能顆粒產(chǎn)品生產(chǎn)出來后，運輸、貯藏、供應(yīng)等服務(wù)措施跟不上，用戶使用不方便。

    3  解決的對策與方法
    3.1 引進ETS制粒新技術(shù)、降低制粒成本 
    ETS(EcoTre System)是意大利研制開發(fā)的新型木質(zhì)顆粒制粒生產(chǎn)系統(tǒng)，原理見圖3。它對原料的濕度適應(yīng)性強，濕度為10%～35%時就可以成粒，所以大部分原料不需要干燥即可直接用于制粒；成粒以后的升溫只有10℃～15℃，壓制出來的顆粒溫度一般只有55℃～60℃[3]，無須冷卻即可直接進行包裝，通常可以去掉干燥和冷卻2道工序，如圖4所示。這種制粒方法能耗很低(比傳統(tǒng)的工藝方法減少60%～70%的能量消耗)，而且機器磨損也大大減小，總成本降低很多。對于不同的原料，ETS系統(tǒng)在整個生產(chǎn)制粒過程的單位能量消耗為25～60kWh/t、生產(chǎn)成本為68～128美元/t，而傳統(tǒng)工藝的單位能耗為80～180kWh/t[3]，可見，ETS生產(chǎn)效率顯著提高。

圖2傳統(tǒng)制粒工藝流程

圖3 ETS制粒原理

圖4  ETS制粒工藝流程

    據(jù)調(diào)查，我國農(nóng)村自制土灶的熱效率最高為20%～25%，即使經(jīng)過改造，節(jié)柴灶的熱效率也僅為38%～40%[4]。經(jīng)測算，ETS制粒過程僅消耗其本身所含能量的1%左右，生物質(zhì)能顆粒燃燒器(包括爐、灶等)的熱效率為87%～89%，因此按保守的估計，使用專用燃燒器燃用生物質(zhì)顆粒產(chǎn)品可提高熱效率47%左右。

    木質(zhì)顆粒在美國市場的小包裝零售價格為170美元/t，大包裝價格約為135美元/t[2]；在瑞典的交貨價格為150美元/t；散裝的木質(zhì)顆粒在阿姆斯特丹的離岸價為80美元/t[2]。如果我國引進ETS技術(shù)生產(chǎn)木質(zhì)顆粒，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本比國外要低很多。經(jīng)測算，批量生產(chǎn)成本為240元/t左右，零售價格為320元人民幣/t(39美元/t)，這樣的價格在國際市場上的競爭力是毋庸置疑的，在國內(nèi)可與煤炭價格相抗衡。因此，在我國引進EST制粒技術(shù)是經(jīng)濟的、可行的。

    3.2 加強生物質(zhì)能源利用的宣傳力度
    發(fā)展生物質(zhì)能源具有良好的生態(tài)效益和社會效益。法國政府認(rèn)為，發(fā)展生物質(zhì)能源，不僅可以保護環(huán)境，緩和氣候變化，還能促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；使用生物質(zhì)能源替代石油、煤炭等傳統(tǒng)能源，每年可減少原油進口量1,100萬t，相當(dāng)于省下了25億到30億歐元，減排CO2 1,600萬t[10]。

    美國的實踐表明，生物質(zhì)能源發(fā)電的勞動密集程度比傳統(tǒng)發(fā)電方式高。將于2005年實施的法國生物質(zhì)能源發(fā)展規(guī)劃，可為法國全境創(chuàng)造和提供3萬個就業(yè)崗位[10]。我國勞動力成本低，發(fā)展生物質(zhì)能源比發(fā)達國家更具競爭力，將為成千上萬的人創(chuàng)造就業(yè)機會。有數(shù)據(jù)表明，我國每100億元人民幣產(chǎn)值的生物質(zhì)能源工業(yè)可提供100多萬個就業(yè)崗位。我國現(xiàn)有森林年均凈耗量34,395萬m3，其中薪材占29.8%，為10250萬m3 [4]，如果將這些薪材制成木質(zhì)顆粒用來發(fā)電(發(fā)電效率按30%計)，每年可發(fā)電1,230億kWh，每年可創(chuàng)產(chǎn)值369億元，增加369萬個工作崗位。

    3.3國家制定相應(yīng)的配套政策 
    國家應(yīng)通過制定能源稅、環(huán)境保護稅等政策來促進生物質(zhì)能源的發(fā)展，使環(huán)保意識及可持續(xù)發(fā)展意識深入人心。

    4  結(jié) 論
    綜上所述，降低整個制粒生產(chǎn)過程的成本，是生物質(zhì)顆粒燃料推廣應(yīng)用的關(guān)鍵，而引進ETS制粒生產(chǎn)技術(shù)可以有效解決這一關(guān)鍵問題。木質(zhì)顆粒生產(chǎn)成本降低以后，顆粒成品的當(dāng)量價格與煤相當(dāng)，可望從根本上取代燃煤。這樣，在不久的將來，國產(chǎn)的生物質(zhì)能源顆粒產(chǎn)品就有望進入我們的日常生活了。