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生物质致密成型技术处理农林废弃物

文档作者：杜立新文档来源：辽宁省鞍山市环境保护研究所		点击数：	更新时间： 2024年07月31日
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2010年第1期(总第58期)
纱痧钰i夏与芋钍
SHANXI ENERGY AND CONSERVATION 2010年2月
§l⋯-．⋯⋯”Ⅷ
篓王俸研囊墓
生物质致密成型技术处理农林废弃物
杜立新
(辽宁省鞍山市环境保护研究所，辽宁鞍山114004)
摘要：利用生物质致密成型技术处理农林废弃物，使其成为密实的燃料，并对成型燃料进行炭化，制成机制木炭。该
技术对木材加工企业处理农林废弃物，具有较好的经济效益和环境效益。
关键词： 生物质；致密成型；机制木炭
中图分类号：$216 文献标识码： A 文章编号： 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
在木材加工企业中，利用原木制成定型材和木制
品的同时，将产生大量的废弃物。资料显示，原木到板
材的加工过程中产生的废弃物占8％～12％，把木材加
工成木工板，产生的废弃物7％～10％。数量如此巨大
的木材加工废弃物呈木屑、锯末和刨花等状态，堆密度
非常小，往往在厂区或附近堆积如山。
利用生物质致密成型技术，把木材加工废弃物制
成可利用的优质燃料，是合理利用资源的有效途径，既
能对废弃物进行资源化处理，也能使企业取得较好的
经济效益。
1生物质致密成型技术
生物质致密成型技术是将各种生物质资源和包括
木屑、秸秆和稻壳等农林废弃物，通过机械加压、加热
使原来松散的原料压缩成具有一定形状和强度、密度
较大的成型燃料棒的技术。该技术使生物质的燃烧性
能大为改善，燃烧效率和燃料利用率大为提高，可替代
薪柴或煤作为生活及生产能源。成型燃料再经炭化加
工，可制成机制木炭¨J。
1．1生物质致密成型原理
植物细胞中含有纤维素、半纤维素和木质素。纤
维素和木质素是植物的主要成分。在木材中纤维素的
收稿日期：2010．01—19
作者简介：杜立新，1969年生，女，山东莒县人，1992年毕业于
沈阳农业大学生物能源专业，高级工程师。
含量占40％～55％。
纤维素呈白色，密度为1．50 g／cm3～1．56 g／cm3，
比热为1．33 kJ／(kg·K)～1．38 kJ／(kg·K)。具有一定
含水率的纤维素，在力的作用下可以形成一定形状。
木质素是以苯丙烷单体为骨架，具有网状结构的无定
型高分子化合物。木质素属于非晶体，没有熔点，但有
软化点。当温度在70℃～110℃时，木质素软化，且黏
合力增加；在200℃～300℃时软化加剧达到液化。此
时，施加一定的压力，可使其与纤维素紧密黏结，同时
与临近的颗粒互相胶结。生物质致密成型就是使含有
纤维素、木质素的松散生物质，在一定温度和压力的工
艺条件下，制成密实的成型燃料。
1．2生物质致密成型的工艺条件
热压成型工艺是目前普遍采用的生物质致密成型
工艺，其工艺条件主要有物料性状、压力、温度和挤压
速度等。
1．2．1 物料性状
为了适应热压成型工艺的要求，物料应经过预处
理的过程。进入热挤压工序的物料粒径应在5 mm以
下，物料的长度应小于25 mm。
物料的含水率是保证挤压过程的重要条件。如果
物料含水率过高，过量的水分在热挤压时产生蒸汽，出
现“放炮”现象；如果物料含水率太低，挤压时不易成
型。一般物料的含水率在6％～8％左右，比较适宜生
物质的成型，可以得到密实的成型燃料。
1．2．2压力
成型压力的大小随着原料性状和对成型燃料的密
度要求而变化。一般情况下，采用螺旋挤压工艺，依靠
·21 ·
万方数据
2010年第1期矽参红；夏占芋钍2010年2月
挤压螺杆不断地把物料向前输送、推进和挤压。此时，
其压力取决于螺旋副的几何尺寸、挤压副的配合尺寸
和机械动力等，挤压压力须在30 MPa以上。这样成型
的燃料的密度在1．0 g／cm3～1．4 g／cm3之间【2I。
1．2．3温度
在一定的温度条件下，物料中的木质素软化、液
化，充当成型』：艺的黏结剂，有利于物料的成型。在挤
压过程中，物料在挤压、摩擦的作用下发热，促进了木
质素的软化。当其温度达不到木质素液化的温度要求
时，需要外加热给予补偿。另外，对挤压副的加热使成
型燃料的表面炭化，形成对成型燃料前进的润滑剂，有
利于减少挤压动力的投人。实验表明最佳成型温度应
该控制在150℃～200℃。
1．2．4挤压速度
挤出速度不仅影响生产效率，还直接影响成型燃
料的产品质鼍。物料经过挤压成型后，其内部残存较
大的内应力，如果不能在挤压过程中把内应力消除，将
会在出口处发生膨胀，降低产品的密度。因此，成型燃
料在挤压副中的停留时间是保证产品质鼍的蕈要条
件。从物料开始挤压到成型燃料从出口出来所滞留的
时间为30 s，即挤压速度为1 m／min。
2生物质致密成型工艺过程与制品
2．1 生物质致密成型工艺过程及设备
生物质致密成型工艺过程见图1。
图1 生物质致密成型工艺过程
生物质致密成型工艺过程的各种设备包括：储料
仓、输送机、环保除尘设备、消防安保设备、回收利用设
备和烟尘处理设备等。这些设备连同控制系统组成r
生产流水线(见图2)。该系统的主要设备如下。
2．1．1 生物质固化成型机
生物质固化成型机是成型燃料生产的核心设备。
它由挤压螺杆、成型套筒、支承托架、减速传动部分、电
加热套圈、电动机和电控箱等组成。螺杆和套筒分别
采用高耐磨材料制成，从根本上解决了成型机维修最
大、螺杆使用寿命短等问题。设备连续化生产能力强，
生产的成型燃料密度高、质量好。
2．1．2物料干燥系统
物料干燥设备能将潮湿的物料脱水，使物料达到
含水率工艺要求(5％～10％)b J。该系统由热风炉(包
括鼓引风机、除尘设备和烟囱等)、回转圆筒干燥机、气
流干燥段、引风机、旋风分离器、布袋除尘器和烟囱等
构成，具有十燥能力强、生产量大、安全性能好、排放能
达标等特点。
2．1．3炭化设备
·22 ·
该设备可把成型燃料棒通过加热裂解的过程制成
机制木炭。针对不同的需要，有3种类型设备町供用
户选择：外热间歇式干馏釜、移动式炭化炉和砖土窑。
目前，在中国用砖土窑烧炭还是普遍采用的1种方法，
在国外也被广泛地采用。
1一料斗；2一皮带输送机；3一筛选机；4一输送机；5一热风炉；
6一回转圆筒干燥机；7一风机；8一分离器；9一料仓；10一布袋除
尘器；1l一输送机；12一成型机；13一钢网输送机；14一风机；
15一分离器
图2 生物质致密成型工艺过程和设备
2．2产品及其用途
生物质致密成刑技术的生产的产品，主要有成型
燃料和机制木炭。成型燃料棒和机制木炭的性能指标
列于表l。
表1 成型燃料棒和机制木炭的性能指标
项目燃料棒机制炭
挥发物含量(％) 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
热值(kJ／kg) 15 500～19 200 >30 000
成喇燃料棒和机制木炭均有较广泛的应用，机制
炭产品的成本和利润见表2。
表2单位机制炭产品的成本和利润表
项目消耗定额成本(利润)金额
原料费3 t 300元
动力(电)费330 kW·h 280元
人工费15元／(人·日) 195元
燃料费100元
包装费120元
折旧费10元
销售费用50元
财务费用20元
管理费50元
不可预见费20元
总成本1 145元／t
低位销售价1 501)元／t
利润355元／t
年利润106．5×104元／a
燃料棒可以代替煤炭作为生产和生活能源；机制
炭不仅是优质燃料，还可以当作活性炭、干燥剂、除味
剂的原料。I下转第27页)
万方数据
2010年第1期申建巾：汽轮机凝汽器结垢造成能源损失的量化分析2010年2月
2节能量化分析
根据8月10日和8月
算节能量。
3．1凝汽器排气量的计算
根据12 Mw机组发电功率为12 Mw凝汽器排气
16 Et试验时的发电负荷计量为75 t／h的情况计算，凝汽器除垢前热量损失量为：
2．1 根据排汽量为50 t／h得出热量损失量
a)8月10日热鼍损失量。
2 500．9×50×103÷3 600=34．73X 103 kJ／s。
b)8月16日热量损失量。
2 475．5X 50×103÷3 600=34．38×103 kJ／s。
2．2热量损失差值(除垢效益)
34．73×103—34．38×103=0．35×103 ld,Is。
2．3修正热量损失差值
考虑到汽轮机机械效率(以99％)和发电机效率
(以99％)，计算修正热量损失差值。
0．35×103×0．99×0．99=0．326x 103 l‘J／s=
0．343×103 kW。
2．4计算全年收益(以1年运行325天计)
0．343×103×24×325=2 675．4×103 kW·h。
以电价0．445元／kw·h计算，每年收益折合人民
币119．1×104元。
凝汽器经过除垢处理后，多发电2 675．4×
103 kW·h／a。折合人民币119．1 x 104元／a。
多发了电的锅炉并没有多燃烧煤炭，相当于节约
煤2 675．4×103×0．400=1 070×103 kg=1 070 t。按
400元／t计算，合计节约42．8×104元。
环保效益分析，每年可减少排放温室效应气体
(C02)4 280 t／a，减少排放一定量的有害气体SOz。
由于排汽热焓减少，相应的循环冷却水需带走的
热量也减少，系统冷却塔处的蒸发量也减少，减少了水
的损耗。这部分效益还没有计算。
3根据标称功率运行计算节能量
2 500．9X 75×103÷3 600=52．102×103 kJ／s。
凝汽器除垢后热量损失量：
2 475．5×75×103÷3 600=51．57×10’l‘J／s。
3．2热量损失差值(除垢效益)
52．102×103—51．57×103=0．532×103 kJ／s。
3．3修正热量损失差值
考虑到汽轮机机械效率(以99％计)和发电机效率
(以99％计)修正热量损失差值。
0．532×103×0．99 x 0．99=0．521×103 kJ／s=
0．521×103 kW。
3．4计算全年收益(以1年运行325天计)
全年收益为：
0．521×103×24×325=4 063．8×103 kW-h。
以电价0．445元／kw·h计，收益折合人民币
180．8×104元／a。
a)凝汽器除垢后，多发电4 063．8×103 kW·h／a，
折合人民币180．8×104元／a。
b)多发了电的锅炉并没有多燃烧煤炭，相当于节
煤1 625．5 t，合人民币65×104元。
c)再就环保效益，减少排放温室排放气体(C02)
6 502 t／a，减少排放一定量的S02气体。
由于排汽热焓减少，相应的循环冷却水需带走的
热鼍也减少，系统冷却塔处的蒸发量也减少，减少了水
的损耗。这部分效益还没有计算。
4 结语
在工作中认真处理节能减排，强化技术改造，及时
清除凝汽器的结垢，就能取得节能减排的实际效果。
(上接第22页)
3经济效益分析
产量为3 000 t／a的机制木炭的生产技术的经济效
益(见表2)【41。
如果机制炭产品能打入国际市场，其经济效益更
加显著。
4 结语
利用生物质致密成型技术生产成型燃料，并进一
步经缺氧(或无氧)条件下的热裂解过程加工成机制木
炭，符合国家产业政策的产业。它具有投资小、工期
短、收效快等特点及广阔的市场前景。
参考文献：
[1]何元斌．生物质致密成型技术[A]．林维纪．能源之光[C]．
合肥：安徽农业出版社。1999：52．64．
[2] 袁全红，蒋恩臣．生物质成型螺杆的受力分析[J]．可再生
能源，2008(3)：59—61．
[3】伊晓路，孙立，郭东彦，等．生物质秸秆预处理技术[J]．
可再生能源，2005(2)：3l一33．
[4] 姜洋，邦军，王忠诚，等．生物质致密成型设备生产颗
粒燃料技术及经济分析【J】．可再生能源，2006(4)：81—83．
·27·

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