摘要：
根據富陽市以農林廢棄物為主要生物質原料的來源，設計對比試驗，研究不同類型、不同配比原料對生物質顆粒燃料產品品質及經濟效益的影響。通過試驗確定以100％竹屑為原料生產的產品低位發熱量最高、品質最佳，原料配比為80％竹屑+20％果樹枝條或油菜稈時，生產的產品在滿足一定品質要求下經濟效益最佳，在當地推廣應用以80％竹屑+20％果樹枝條或油菜稈的原料配比生產生物質顆粒燃料產品，取得了良好的經濟效益，同時也獲得了一定的社會效益和生態效益。我們河南省富通新能源科技有限公司生產銷售的秸稈顆粒機、木屑顆粒機、秸稈壓塊機設備是專業壓制生物質顆粒燃料的設備，壓制的不同種類的生物質顆粒燃料如下所示：
隨著規模化農林產業的發展，在生產過程和加工過程中產生的農林廢棄物也越來越多。雖然目前開發和利用農林廢棄物等生物質能已經引起了人們的廣泛關注，但是在很多地方處理農林廢棄物的方法仍然是焚燒和填埋等，農林廢棄物的利用率普遍較低。而制取生物質顆粒燃料是目前農林廢棄物利用的主要方式之一，因此有效提高顆粒燃料產品的品質就成了提高農林廢棄物利用率的主要方法。鑒于此，本課題選擇富陽市當地比較常見的竹屑、木屑(主要為果樹枝條)、油菜稈、稻稈等四種類型的農林廢棄物作為制取生物質顆粒燃料的原料，研究不同類型的不同配比原料對顆粒燃料產品品質及經濟效益的影響，尋找產品品質及綜合效益最優的原料配比，以便在杭州地區推廣應用。
隨著規模化農林產業的發展，在生產過程和加工過程中產生的農林廢棄物也越來越多。雖然目前開發和利用農林廢棄物等生物質能已經引起了人們的廣泛關注，但是在很多地方處理農林廢棄物的方法仍然是焚燒和填埋等，農林廢棄物的利用率普遍較低。而制取生物質顆粒燃料是目前農林廢棄物利用的主要方式之一，因此有效提高顆粒燃料產品的品質就成了提高農林廢棄物利用率的主要方法。鑒于此，本課題選擇富陽市當地比較常見的竹屑、木屑(主要為果樹枝條)、油菜稈、稻稈等四種類型的農林廢棄物作為制取生物質顆粒燃料的原料，研究不同類型的不同配比原料對顆粒燃料產品品質及經濟效益的影響，尋找產品品質及綜合效益最優的原料配比，以便在杭州地區推廣應用。
01材料與方法
1.1材料
根據富陽市農林廢棄物的種類及產生量，本次試驗選擇的原材料有四種類型，分別為竹屑、木屑、油菜稈和稻稈等，其中竹屑樣品來自于竹制品加工企業的生產廢棄物，含水率在40％～50％之間。木屑樣品為梨樹等果樹枝條。來源于果樹苗木種植的分散收集，木屑樣品的含水率在45％左右。油菜稈以及稻稈樣品一般來源于當地農業種植的分散收集，含水率在20％左右。
1.2方法
本次試驗采用冷壓成型工藝，主要設備為環模式顆粒燃料成型機(型號JVVZLH420T)，以及粉碎機(型號HX-800)、三回轉螺旋式烘干機、傳動設備和除塵設備等。其主要工藝流程見圖1-1所示：
收集來的原料堆放在專用倉庫內，按試驗設計要求分別配比混合，經粉碎和烘干后，由顆粒成型機擠壓成型為生物質顆粒燃料。按照取樣的要求，抽取不同配比原料生產制備的顆粒燃料樣品，由浙江省煤炭地質勘查院煤炭質量檢測中心進行檢測，以各檢測指標為評價產品品質的主要依據。
試驗按照表1-1的要求分別設置10個處理，每個處理選取經配比后的原料75噸、測試三天、每天2次重復、每次試驗12.5噸原料、共計6次試驗，即10個處理6次重復。共計30天完成測試試驗。控制粉碎后原料的顆粒粒徑在7mm左右，烘干后原料的含水率在12％左右，最后的產品規格為直徑10mm，長度30～60mm，記錄每個處理顆粒燃料產品的產量及生產過程中各環節的能耗數值。
1.3產品品質及經濟效益分析指標
顆粒燃料產品品質分析指標主要根據樣品的工業分析和元素分析指標確定，具體技術指標為：全水分(Mt)、灰分(Aad)、揮發分(Vad)、固定碳(FCad)、全硫(St，ad)以及低位發熱量(Qnet)。
經濟效益指標主要包括原料收購成本、勞動力成本、機械損耗折舊成本、產品生產過程能耗、產品銷售價格及銷售量等。其中勞動力成本和機械損耗折舊成本對于10個處理來說差別不大，可忽略，產品銷售價格為1000元/噸(熱值大于4200kcal/kg)，故本次試驗主要考慮的經濟效益指標為原料收購成本及產品生產過程能耗。原料收購價為：竹屑：250元/噸，木屑(果樹枝條)：200元/噸，油菜稈：150元/噸，稻稈：400元/噸。
02結果與分析
本次試驗分30天完成現場測試，對10個處理生產的產品分別做工業分析和元素分析檢測，檢測結果如表2-1所示：
以每次試驗12.5噸原料為基礎，選取每個處理6次重復試驗的平均值作為計算原料消耗等的依據，試驗結果如表2-2。
生物質顆粒燃料從原料到產品主要經過粉碎、烘干和制粒成型三個環節，這三個環節主要的能源消耗為電能，以及烘干工藝中的部分薪柴消耗。每次試驗以12.5噸原料為基礎，測試記錄每個生產環節的能源消耗量，選取6次重復試驗的平均值，最終能耗以標煤來折算(其中電能按等價值折算，系數為0.313kgCe/kWh，柴薪折算系數為0.571kgCelkg)，測試結果見表2-3所示：
2.1顆粒燃料產品品質指標分析
2.1.1顆粒燃料工業分析技術指標情況分析
從圖2-1可以看出，顆粒燃料的全水分含量隨著竹屑在原料中配比的減少而增加，以100％竹屑為原料生產的產品(處理1)全水分含量只有5.84％，而處理10的全水分含量最高，達7.53％。產品全水分含量的跟竹屑在原料中的含量成反比。
處理2、處理5和處理8三個樣品的固定碳和灰分的含量相比其他樣品要低，從原料配比看，三個樣品都配比了一定量的木屑原料，由此可知，木屑的固定碳和灰分含量低于油菜稈等其他生物質原料。
10個樣品揮發分含量在74％～78％之間，而且隨原料配比的不同呈不規律變化，即原料的配比對揮發分的影響不大。
2.1.2低位發熱量情況分析
由圖2-2可已知，處理1的低位發熱量最高，達到了4536kcal/kg，處理10的低位發熱量最低，為3976kcal/kg，即：隨著原料中竹屑含量的減少低位發熱量隨之降低。
2.1.3顆粒燃料元素分析全硫含量指標分析
從圖2-3可以看出，全硫含量隨著原料中油菜稈和稻稈含量的增加呈微弱上升趨勢，但都在0.25％以下，樣品的全硫含量相對較低，對環境的影響較小。
綜上所述，按處理1到處理8的原料配比所生產的產品，工業分析、元素分析及低位發熱量等指標能夠滿足產品品質的要求。其中用100％竹屑做原料(處理1)所生產的顆粒燃料產品品質最佳。
2.2顆粒燃料產品經濟效益情況分析
2.2.1原料及產品單耗情況分析
由表2-2可知，原料及產品單耗情況指標主要為單位產品原料消耗量和單位產品原料成本，具體走勢圖如下：
從圖2-4和圖2-5中可以看出，單位產品原料消耗量隨著竹屑在原料配比中的含量減少而減少，處理6至處理10的指標比前5個處理有優勢，處理9的每噸產品原料消耗量最低。經濟效益最好。從單位產品原料成本指標看，處理3、處理5、處理6、處理8和處理9都較好，其中處理9最優，處理6次之。
2.2.2產品生產過程的能耗分析
從表2-3可知，烘干環節的能源消耗最大，成型環節次之，粉碎環節能耗最少，在烘干環節中，柴耗占能耗的比重在85％左右。由于烘干環節所用的柴薪基本是自主提供，故電能費用支出是整個生產過程的主要成本支出。所以在下圖中，烘干環節的電耗單獨列出。
由圖2-6可知，從電耗角度來看，顆粒成型機的電能消耗量最大，占整個生產過程電耗的57％以上。從樣品的角度看，處理6、處理9及處理10的綜合能耗最低，經濟效益最佳。
綜合顆粒燃料產品品質指標和經濟效益指標，以低位發熱量指標大于4200kcal/kg的為合格產品，處理6的顆粒燃料產品品質和經濟效益最佳，適合該地區大力推廣使用。
03結論
綜合以上原料配比試驗對顆粒燃料產品性能及經濟效益的影響結果，總結如下：
(1)單從顆粒燃料的產品品質，即熱值角度出發，采用100％竹屑原料所生產的產品熱值最高，品質最佳，基本可以代替原煤。
(2)從經濟效益角度出發，采用80％竹屑+20％果樹枝條或油菜稈等其他農林廢棄物生產的產品最佳，一方面，產品熱值能夠達到客戶的要求，另一方面，果樹枝條、油菜稈等農林廢棄物原材料的收購價格較低，生產顆粒燃料過程中的能源費用支出最少。
(3)從環境效益角度出發，本次試驗的10個樣品四種原料都能夠合理利用農林廢棄物，并提高其利用效率。
根據各地原材料的實際情況，從顆粒燃料產品品質要求出發，結合經濟性和資源再利用性，選擇80％竹屑+20％油菜稈的原料配比為最優，達到社會效益、經濟效益、環境效益的最佳效果。
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