溧阳市裕达机械有限公司

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 人类经历最长的能源时期是柴薪时代。从传说的燧人氏钻木取火开始,到瓦特改良蒸汽机为止,这段时期称为柴薪时代,少说也有百万年。那时的能源利用很简单,砍柴烧饭,炊烟袅袅,一派自然与人和谐相处的景象。可是现在不少人认为,烧柴是污染,原因很简单,因为看见黑黑的炊烟,甚至有人提出天然气“下乡”。

大家很重视雾霾,但得说明一个概念问题。柴薪是生物质,属于可再生能源,燃烧时不增加大气二氧化碳含量,若不处理,则排放的固体颗粒较多,多数为可见的大于PM10固体黑色颗粒,在南方民间,常用于熏肉,当然也夹杂有PM2.5;天然气是化石燃料,属于不可再生能源,燃烧时增加全球暖化,但没有颗粒排放,即不产生雾霾。

生物质利用可以分为两大类:

⑴ 传统的生物质利用:即生物质如木柴和废木料不经过加工直接利用,如取暖、发电;

⑵ 现代的生物质利用:通过加工成生物乙醇、生物丁醇、生物柴油等,生物质气化可以用于发电。

本文所说的颗粒燃料是指最古老的生物质利用,几百万年都是这样,但人们稍微提高了一点技术含量,就是加工成颗粒并将炉子改进了。人类不但没有抛弃烧柴,而且大发扬。

木屑颗粒成为暖气和加热能源始于20世纪80年代,最早在美国和加拿大应用,90年代才在奥地利和北欧国家广泛使用。德国从1999年至2000年之间是木质颗粒兴起时期,至2008年初,全德国有8万个家庭使用木质颗粒,而在北莱茵州就有超过8000个木质颗粒燃烧设备在使用中。木质颗粒盛行的原因是石油和天然气价格急剧上扬,以及木质颗粒本身具有使用方便并有环境保护等特性。

木质颗粒燃料的优势

木质颗粒是清洁燃烧、可再生的能源。现今各国正积极开发生产并推广木质颗粒这种可再生燃料,以减少对于石油及煤等化石燃料的依赖。木质颗粒燃料的特点是:

⑴ 温室气体减量。木质颗粒产生1MWh的能量净释放35kg二氧化碳,远低于电能的935kg以及暖气油料的375kg。若以一个家庭单位能由使用暖气油料转变使用木质颗粒,则每年可降低5000kg的二氧化碳排放。对于制造商而言,用在制造木质颗粒的能源量也很低,约为木质颗粒本身能量含量的3%。

⑵ 危险性小。运输和使用不会像使用油料能源那样漏失和爆炸;加热系统不产生臭氧,不考虑排放;燃烧时有很高的温度,没有废品,灰粉少。家庭使用时有成熟的自动进料系统,没有灰尘和污染。

⑶ 供应稳定。商业生产不必锯树,可由森林工业废料或者用粗植物纤维来加工,成本稳定,生产简单,便于运输和存放。

⑷ 价格优势。木质颗粒价格稳定,并比油气价格低,也不轻易受到影响。

除了单独使用木质颗粒以外,还可以木质颗粒燃烧设备与太阳能光电板结合。在夏季太阳光强烈时,不必启动木质颗粒燃烧设备;而在太阳辐射不足时,可启动木质颗粒燃烧设备来补足不够的能源需求。这种将两种不同能源结合在一起的发电设备,其中有系统调节器可随时按温度的高低,决定太阳能是否足够发电或应启动木质颗粒燃烧设备。若家庭中设置这种发电设备,一年可节省三分之一的能源费用。

木质颗粒的原料和特性

颗粒燃料(Pellet fuel)是从生物质压缩制成的烹饪取暖燃料,常用的是木质颗粒。木质颗粒通常从锯木及其他木制废品生产的压实颗粒,其他木本生物质如棕榈核壳、椰子壳及整树移除或在伐木之后剩余的树梢和树枝等,还有草类也可以颗粒化,形成草颗粒。还可以从不含有木质素的非木本形式制成,如酿造工业副产品——干燥的酒糟谷粒。

木质颗粒的生产

制造木质颗粒首先把废木材,如锯末、刨花及森林里自然枯死的树木,不添加任何化学黏结剂,通过一个锤磨机变成均匀的生面团状物质,再被压缩而成。这些物质被送入压缩机,在那里通过模具挤成颗粒,模具通孔具有所需大小的尺寸(直径一般为6 毫米,有时8 毫米或更大)。压缩机的高压使木材的温度大大增加,并且木质素略微塑化形成天然“胶水”在它冷却时把粒料粘一起。
木质颗粒可以通过螺旋推运器进料或由气动输送供给到木质颗粒燃烧炉(Pellet stove),自动送料能做到非常精准。高密度的颗粒燃料可以紧凑存储和方便长途运输。

木质颗粒燃烧炉不断改进

木屑颗粒的能源含量大约是4.7~5.2兆瓦·时/吨(~7450 Btu/磅)。高效率的木质颗粒炉(英语:Pellet stove)和锅炉已经被开发出来,通常提供超过85%的燃烧效率。相对于用液体或气体为燃料的系统,木质颗粒锅炉对于燃烧的速度和存在的控制是有限的;然而,由于这个原因使它们更适合于热水系统,因为热水系统有更大的储存热量的能力。在大型使用时,安装静电除尘器,旋风分离器,袋式除尘器或微粒过滤器,在正确维护与操作时是可以控制悬浮粒子PM2.5。

 

自1993年以来,木质颗粒燃烧炉、中央供暖炉及其他供暖器具已被陆续开发和销售。从2005年起化石燃料价格飙升,对颗粒供暖的需求在欧洲和北美有所增加,并且一个庞大的产业正在兴起。

木质颗粒的产量

根据国际能源署的任务40工作组(Task 40)报告,木质颗粒的生产从2006年到2010年间增加了一倍,超过1400万吨。在2012年的报告中,生物质能资源中心表示,它预计在北美地区木颗粒的生产在未来五年内将会再增加一倍。

2003年新西兰的木质颗粒总销售量是3000~5000吨。在近期建设的新木颗粒厂大幅增加了产能。美国有些公司进口欧洲制造的锅炉。截至2009年约有80万美国人使用木质颗粒的供热。2013年美国有233万吨木质颗粒用于供热。

 

由于政府法规不同,欧洲各地的使用情况有所不同。在荷兰,比利时和英国,颗粒主要被用于大型发电厂。在丹麦和瑞典,颗粒被用在大型发电厂、中等规模的区域供热系统以及小规模的住宅供热。在德国,奥地利,意大利和法国,颗粒大多被用于小规模的住宅用热和工业用热。在欧盟,木屑颗粒的最大用户是英国,丹麦,荷兰,瑞典,德国和比利时。2013年全球生产木质颗粒燃料2360万吨,主要在欧盟国家、美国、加拿大和俄罗斯生产。

草料颗粒生产在欧洲比北美更先进。草原料的好处是生长时间短(70天),且易于种植和加工。草料能产生木材的96%热量。制造颗粒的干草不需要干燥,使得加工成本小于木质颗粒。空气污染排放是令人关注的问题。与其他形式的的燃烧加热器比较,颗粒燃烧设备排放物如氮氧化物(NOx),硫氧化物(SOx)和挥发性有机化合物一般都非常低。

结 语

 

根据《Renewables 2014 Global Status Report》报道,传统的生物质利用占全球能源消费中的9%,显然,这个数据是很大的。中国也有公司生产,但市场不大,而且燃烧炉没有多大改进。更重要的是不被能源界注重。木质燃料主要在农村和城乡结合部利用,作为补充我国能源不足,也属于重要的举措。

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