秸秆综合利用技术(与工艺)教学文稿.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,秸秆综合利用技术(与工艺),（,1,）,国外秸秆利用发展概况,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,1,、,国内外秸秆利用发展状况,目前，,发展中国家,38%,的能源来自秸秆能，不少,发达国家,也大量使用秸秆能：,农作物秸秆,是秸秆能的重要组成部分，占秸秆能的,50%,以上，因而，得到世界各国广泛而有效的利用。,美国,现在利用的秸秆能占全国能耗的,4%,（差不多与核能相当），计划近几年增加到,12%,20%,；,欧洲,能源消耗结构中秸秆能占到,20%,30%,，其中,丹麦达,35%,38%,，芬兰达,18%,，瑞典达,16%,，奥地利达,10%,，且有不断增长的趋势。,利,用,方,法,a.,直接燃烧,b.,转换成气体燃料,d.,转换成高效固体成型燃料,g.,做饲料等,c.,转换成夜体燃料,f.,机械化还田,e.,厌氧发酵制取沼气,2,（,1,）,国外秸秆利用发展概况,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,1,、,国内外秸秆利用发展状况,许多国家为了提高,秸秆直接燃烧,的热效率，研究出许多装置。,美国,研制的流化床式燃烧器，可以大大提高秸秆的燃烧效率；,欧洲,一些国家燃烧秸秆和其它秸秆能的锅炉已经商品化，中小型锅炉的热效率已达,70%,；,印度,等一些发展中国家，在农村普遍推广节柴灶，热效率已达到,30%,以上。,农作物秸秆的气化技术,在国外越来越受到重视，,加拿大,投放市场的三种秸秆气化炉；,M8505,、,M8010,、,M8620,，每小时可分别产生,526,、,1053,、,2090,万,kJ,的热量，它们可以利用秸秆、玉米芯、果壳、锯末、木片和粮食加工的下脚料为燃料，制取煤气替代燃气，驱动内燃机发电，一年可运行,6000h,，节省,50%,的费用。,利用,农牧物秸秆制取酒精或轻质燃油,的技术在国外也发展很快。,德国,研制的两步秸秆液化装置，可以对秸秆、木屑等秸秆进行液化处理，生产中质、轻质燃油和酒精燃料；,巴西,用发酵的方法从秸秆中生产酒精的技术已达到实用阶段，处于世界先进行列，酒精产量已从原来的,51,万,t,，猛增到,273,万,t,，并在全国统一实施了汽油里掺入,1/5,酒精的混合燃料制；,北欧,的瑞典、挪威、芬兰等国造纸工业发达，采用亚硫酸盐纸废液发酵生产酒精的比例很大。,3,（,1,）,国外秸秆利用发展概况,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,1,、,国内外秸秆利用发展状况,秸秆等物质致密成型和炭化技术,受到国外发达国家的普遍重视，这些国家投入大量的资金和技术力量研究开发致密成型和炭化技术及设备，并走在了该领域的前沿。,美国,建有,9,个生产能力,250t/d,的生产厂，另有,16,个州兴建了日产量为,300t,的树皮成型燃料加工厂；,日本,截止,1987,年就有十几个颗粒燃料工厂投入运行，年产秸秆颗粒燃料十几万吨，其中具有代表性的企业及其生产性能状况表,1,：,表,1,日本秸秆颗粒成型机产量及能耗,企,业 名 称,产,量,(,t/h,),耗 电 量,(,kWh/t,),颗粒密度,(,g/cm,3,),颗粒含水率,(%),枥木县今市市木材加工厂,静冈市成型燃料加工厂,仙台市栗驹木质燃料工厂,青森县平野木材公司工厂,2.08,1.06,0.81,0.71,51.80,60.44,73.80,91.55,1.34,1.35,1.29,1.25,15.40,10.93,6.11,8.83,平均,1.165,69.40,1.31,10.33,4,（,1,）,国外秸秆利用发展概况,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,1,、,国内外秸秆利用发展状况,意大利、丹麦、法国、德国、瑞典、瑞士,等欧洲国家建有秸秆颗粒燃料工厂,30,多家，机械冲压式成型燃料工厂,40,多家。,意大利,的阿基普公司开发出一种类似于玉米联合收割机那样的大型秸秆秸秆收获、致密、成型机械，能够直接在田间将秸秆收割、切碎、榨汁、烘干、成型，生产出瓦棱状固体成型燃料，其生产率可达,1hm,2,/h,。在产业发展的同时，国外开发出多种秸秆燃料成型机（见表,2,）,.,生产厂家,产品型号,成型方式,生产率,(kg/h),密,度,(,g/cm,3,),压块,(,mm),最大功耗,(,kW),平均比功耗,(W/kg,),比投资,($/kg),德国,Bastian,比利时,BMD Europ,美国,Spodane,奥地利,Pini&Kay,日本,Orioncod,日本,Orioncod,瑞典,Bogma,Bastimat60,Biomat T117,Pres-to-log,FG600,Spmm-562,Spmm-567,Spmm-850,fost,螺,旋,挤,压,50.0,800.0,800.0,600.0,150.0,215.0,500.0,80.0,1.18,1.07,1.11,1.22,1.10,1.10,1.10,1.16,60,95,28,62,40,53,55,4.0,75.0,75.0,55.0,15.0,19.0,22.0,4.0,56.0,65.6,64.2,64.2,100.0,95.7,72.2,133.3,133.0,81.7,79.5,48.5,表,2,国外部分秸秆压块成型机主要性能指标,5,（,1,）,国外秸秆利用发展概况,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,1,、,国内外秸秆利用发展状况,生产厂家,产品型号,成型方式,生产率,(kg/h),产品密度,(,g/cm,3,),压块,(,mm),最大功,耗(,kW),平均比功耗,(W/kg,),比投资,($/kg),瑞典,Bogma,丹麦,Destec,德国,Drupp,瑞士,Pawert,M 75,FP150,5,-2 pinton,I-90/200,机,械,冲,压,1000.0,675.0,2000.0,900.0,1.20,0.92,1.07,1.19,75,55,55,90,58.0,20.9,53.5,58.0,40.6,21.7,33.8,55.7,37.5,92.6,Comafer,FBN,RSN,Weima,Idra70/120,OL.D201m,SP 90,Th 30,Th 100,Th 100 twin,液,压,冲,压,100.0,65.0,67.5,30.0,525.0,1125.0,1.01,0.921.1,1.01,0.80.86,0.80.86,0.80.86,70,60,60,50,100,100,10.3,9.0,8.1,5.5,30.0,60.0,71.4,96.9,83.5,128.3,40.0,39.3,89.0,121.0,171.6,292.8,88.3,80.2,续表,2,国外部分秸秆压块成型机主要性能指标,6,（,1,）,国外秸秆利用发展概况,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,1,、,国内外秸秆利用发展状况,利用,农作物秸秆制取沼气,的研究在许多国家取得了成果。,美国,研究的秸秆两步发酵工艺，先对秸秆进行酸化处理，然后再厌氧发酵制取沼气，不仅大大提高了沼气发酵装置的产气率，而且减少了秸秆在装置中的滞留时间；,欧共体各国,建有,600,多座大中型沼气工程。其中绝大多数可用秸秆产生沼气。,国外,秸秆还田,大多采用,机械化作业方式,，在收获主产品的同时，将秸秆切成短截，均匀地撒在农田里，然后翻埋以增加土壤的有机质。,秸秆氨化,处理后,作饲料,，在一些国家得以广泛地推广，,丹麦,秸秆氨化率达,20%,，推动了养殖业的发展。,7,（,2,）,国内秸秆利用现状,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,1,、,国内外秸秆利用发展状况,我国秸秆资源：,我国地大物博，人口众多，农作物秸秆资源拥有量无疑在世界上是最多的。,同时，,我国秸秆资源具有显著特征：,a.,总储量大而人均占有量小,。我国幅员辽阔，太阳能资源丰富，全国约有,2/3,以上的陆地面积日照时间长，辐射强度高。据全国近,700,个观测站的实测资料，全国各地太阳能年辐射总量在,335,835kJ/cm,2,之间。因此，通过光合作用产生的秸秆能（颗粒与秸秆）储量大，分布广。然而我国农村人口众多，如果按每人占有的秸秆量来计算，则全国许多地区均为秸秆资源贫乏区。,b.,地区分布不平衡,。各省区分布不平衡，一半以上的秸秆资源集中在四川、河南、山东、安徽、河北、江苏、湖南、浙江、湖北等,9,个省，广大的西北地区等秸秆资源量较少。,c.,种类集中,。水稻、小麦、玉米是我国的主要粮食作物，其秸秆产量占秸秆资源总是的,74.76%,，其中稻草占,31.26%,，玉米等秸秆占,27.47%,，麦草占,16.03%,。,8,（,2,）,国内秸秆利用现状,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,1,、,国内外秸秆利用发展状况,我国秸秆资源利用技术及其发展,：,在我国，秸秆能占农村能源消耗结构的,68.7%,，其中秸秆、薪柴约占秸秆能的,70%,。为了提高秸秆的燃烧效率和应用范围，我国在,秸秆气化、固化、液化和高效燃烧领域,加大了研究力度，取得了可喜的成果。,农作物秸秆的气化技术,：我国在,80,年代初，即已开展了对秸秆气化技术的研究。,中国农业机械化科学研究院（简称中国农机院）,研制的,ND,系列秸秆气化炉，气化效率达,74.92%,，煤气热值达,6192.67 kJ/m,3,，被用于烘干、加热、温室供暖、动力发电等；,山东省能源研究所,研制的,XFL-600,型秸秆气化炉和农村集中供气装置，很好地解决了把农作物秸秆转换成使用方便、干净卫生的可燃气，并集中向农户供气；在山东省胶州市前石龙村建立了中国第一个乡村秸秆燃气供应网，向,100,户农民供炊事燃气。该系统日供气量,60010,9,m,3,，日供气时间,6,8h,，能源利用率高于,30%,，每户投资,624.78,元；,中国科学院广州能源所,研制的上吸式秸秆气化炉对气化原理、物料反应性能做了大量试验，对流化床气化炉也做了实验，产气热值达到,8360 kJ,以上。,9,（,2,）,国内秸秆利用现状,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,1,、,国内外秸秆利用发展状况,江苏省吴江县,生产的,稻壳气化炉,，利用碾米厂的下脚料气化后驱动发电机组，功率达,160kW,，这种小型稻壳发电机组，已有,30,多台套出口。我国主要有三种型式的秸秆气化炉在实际中应用，它们的技术状况和应用的情况见表,3,。,类型,气化炉直径,(,mm,),气 化 强 度,kg/,(,m,2,h),功,率,(MJ,/h,),应,用,情 况,研究单位,上吸式,1100,1000,240,180,2.9,1.6,生产供热,锅炉供热,广州能源所,南京林化所,下吸式,400,600,900,700,200,200,200,200,300,660,1490,900,茶叶烘干,木材烘干,锅炉供气,生活用气,中国农机院,中国农机院,中国农机院,山东能源所,层式下吸式,2000,1200,200,150,150,398,160,60,25,发电,发电,发电,商业部等,江苏省粮食局,广州能源所,表,3,我国秸秆气化技术应用状况,10,（,2,）,国内秸秆利用现状,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,1,、,国内外秸秆利用发展状况,我国研制的秸秆气化炉具有,可靠、耐用、结构简单和适用多种燃料,的特点，研究成果多表现为：最大限度地利用当地的农、林废弃物资源，化害为利，有利于环保；在功能上，适应多种作业需求，包括烘干、加热、炊事、供暖等；在设计上，采用一些特殊的结构，成功地解决了农、林废弃物水分和挥发分含量高、容量小、休止角大等因素给气化过程带来的困难；在结构上，强调可靠耐用、简易，采用固定床式，以空气为气化介质，实用性强。,农作物秸秆的致密成型技术,：,中国林业科学院林产化工所,通过对引进的样机消化吸收，系统完整地进行了成型工艺条件的试验，完成了木质成型燃料设备的试制，并建成了年产,1000t,棒状燃料的生产线。其后,西北农业大学,对该技术和成型工艺做了进一步的研究探讨，先后研制出了,JX-7.5,、,JX-11,和,SZJ-80A,三种型号的植物燃料成型机。为了使固体燃料升值，西北农业大学对植物成型燃料的炭化工艺进行了研究，并研制出,TW-40,型炭化炉，炭化后的固体炭可用于冶金工业和生活烘烤等领域。,11,（,2,）,国内秸秆利用现状,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,1,、,国内外秸秆利用发展状况,此外，,中国农机院能源动力所、辽宁省能源所、中国林业科学院林产化工所、中国农业工程研究设计院,等四院所，对秸秆冲压式压块技术及装置、挤压式压块技术及装置、烘烤技术及装置、多功能燃烧炉技术进行了攻关，解决了秸秆致密成型关键技术，使研究和开发水平上一个台阶。随着秸秆致密成型技术和炭化技术研究成果的出现，我国秸秆致密成型产业有了长足的发展，,20,世纪,90,年代以来，全国先后有多个中小型企业开展了这方面的工作，其中比较典型的秸秆致密成型设备和产品生产企业情况见表,4,和表,5,。,企业名称,产品型号,规模,(,台,/,a,),生产率,(,kg/h,),电耗,(,kW,h/t),江苏省连云港市东海粮食机械厂,陕西省武功县轻工机械厂,广西桂林市安元机制炭机械厂,河北省正定常宏木炭设备制造厂,西北农业大学农村能源研究室,江苏省南京林产化学工业研究所,辽宁省能源研究所产业基地,中国农机院能源动力所,江苏省盱眙国营九三,O五厂,OBM-88,SX7.5、11,JDA,SZJ80A,MD,SYJ35,MD型,150,200,150,150,200,100,120,85150,120,120,80,120,100,50100,110130,120.5,100,100,100,71.4,100,110,83.3,102.9,表,4,我国秸秆致密成型设备研究和生产单位,12,（,2,）,国内秸秆利用现状,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,1,、,国内外秸秆利用发展状况,表,5,我国秸秆致密成型和炭化产品生产企业,企业名称,设备情况,规模,(,t,/,a,),生产率,(,kg/t,),电耗,(万元/a),江苏省句容县石狮成型燃料厂,湖南省新晃县步头降乡实验厂,辽宁省沈阳郊区机制木炭厂,湖南省华容县生物木炭加工厂,广西桂林木炭开发公司,北京市光华木材厂,北京市红星农场机制木炭厂,河北省枣强县木炭开发公司,河北省正定常宏木炭开发公司,湖南京烨木炭加工厂,MD两台，干燥设备一套,C1001型炭化设备,2台成型机，3台炭化炉,2台成型机，2台炭化炉,2台成型机，2台炭化炉,6台成型机，1台炭化炉,3台成型机，1台炭化炉,4台成型机，2台炭化炉,4台成型机，4台炭化炉,C1001型炭化设备,960,396,300,500,500,1000,500,500,1000,500,200,400,1700,650,800,200,1500,1500,720,500,2.338,2.470,26.65,12.5,15.0,60.0,25.0,25.0,25.0,2.8,秸秆等致密成型原料丰富，取之不尽，用之不竭，成型后的固体燃料具有,体积小、密度大、储运方便；品位较高，燃烧特性优良；使用方便，干净卫生等优点,，可以替代矿物能源用于生产和生活领域。从未来能源消费形势看，加大秸秆能源利用是一种趋势，而秸秆致密成型燃料随着技术和规模的提高，其成本只会逐步降低，所以，其市场前景相当广阔。,13,（,2,）,国内秸秆利用现状,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,1,、,国内外秸秆利用发展状况,秸秆燃料高效燃烧装置,：,中国农业工程研究设计院,采用两段燃烧和离心惯性双级除尘原理，研制出,41.8,万、,250,万和,500,万,J/h,的三种高效燃烧炉。这种装置可将压成捆的秸秆、果壳、玉米芯等加入燃烧室，经充分燃烧后得到的烟道气再经充分除尘，并鼓入冷空气调节温度，得到洁净和温度可调的热烟道气，把热道气引入与其配套的设备中，可直接进行粮食、木柴、火柴梗、饲料等的烘干，热效率高达,85%,，烟道气含尘量小于,200mg/m,3,。经质检部门检测，用该设备烘干粮食与自然晾晒相比没有什么变化，有害物质含量低于自然晾晒。,农作物秸秆的多层次利用技术,：先把,秸秆氨化制成饲料,，然后经牲畜过腹后,入沼气池生产沼气,，最后用,沼渣和沼液作高效有机肥料和养殖营养饵料,。这种方法可以充分利用秸秆的营养成分，又能从饲料、燃料和肥料三方面实现良的生态性循环。,14,（,1,）黑龙江省秸秆资源统计,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,2,、黑龙江省秸秆资源现状,2011-2013,年统计显示，黑龙江省粮食作物总种植面积约,21173,万亩，总产量约,1047,亿斤（,524,亿公斤）。其中：,水稻,：,为,5171,万亩，亩产按,0.5,吨,/,亩计算，水稻产量为,2586,万吨，草谷比为,1.2,，,秸秆产量为,3100,万吨,；,玉米,：,为,10780,万亩，含水率按,14%,折算，亩产按,1.129,吨,/,亩计算，玉米产量为,12170,万吨，草谷比为,1.5,，,秸秆产量为,18255,万吨,；,大豆,：为,3105,万亩，亩产按,0.15,吨,/,亩计算，大豆产量为,465,万吨，草谷比为,1.6,，,秸秆产量为,744,万吨,；,小麦,：,为,600,万亩，亩产按,0.3,吨,/,亩计算，小麦产量为,180,万吨，草谷比为,1.5,，,秸秆产量为,270,万吨,；,杂粮,：为,1500,万亩，产量约为,160,万吨，草谷比为,1.5,，,秸秆产量为,240,万吨,。,黑龙江省农作物秸秆每年生产量为,22609,万吨,。平均发热值按,4000,大卡,/,公斤计算，折算成,标准煤为,12919,万吨,；,2012,年黑龙江省煤炭产量仅为,8267,万吨,，农作物秸秆年产量是全省煤炭产量的,1.56,倍,。,15,（,2,）黑龙江省秸秆资源利用的可行性途径,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,2,、黑龙江省秸秆资源,燃烧,：把柴薪、秸秆等固体秸秆（生物质）燃料的化学能转化为热能或电力。实例如图所示：,生物质循环利用示意图,生物质循环流化床锅炉（美国）,16,（,2,）黑龙江省秸秆资源利用的可行性途径,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,2,、黑龙江省秸秆资源,小型生物质供热系统（加拿大）,国,内,生,物,质,电,厂,17,（,2,）黑龙江省秸秆资源利用的可行性途径,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,2,、黑龙江省秸秆资源,气化,：将固体秸秆在缺乏空气的条件下加热至高温，分解出中热值可燃气，同时产生少量焦油和固体残留物。如图所示：,家,用,秸,秆,气,化,炉,秸,秆,气,化,站,18,（,2,）黑龙江省秸秆资源利用的可行性途径,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,2,、黑龙江省秸秆资源,热解炭化,：在隔绝空气的条件下加热木材，使固体秸秆分解，生成木炭和少量焦油及低热值可燃气。实例如图所示：,秸秆炭化设备,秸秆成捆炭化,19,（,2,）黑龙江省秸秆资源利用的可行性途径,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,2,、黑龙江省秸秆资源,制沼气,：通过厌氧微生物的作用，将有机物质转化为甲烷等。实例如图所示：,秸秆沼气,新津秸秆沼气,20,（,2,）黑龙江省秸秆资源利用的可行性途径,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,2,、黑龙江省秸秆资源,制乙醇,：在厌氧条件下将单糖和二糖物质直接转化为乙醇。秸秆制乙醇工艺简图如下所示：,秸秆类木质纤维制乙醇工艺简图,秸秆类木质纤维制乙醇 工程例图,21,（,3,）秸秆转化特点及应该考虑的因素,一、,国内外秸秆综合利用技术（与工艺）发展现状,2,、黑龙江省秸秆资源,秸秆转化特点,：,转换途径多样化；,秸秆能资源可梯度利用；,低品位能源向高品位能源转换；,能源工程与环境工程紧密结合。,秸秆转化应该考虑的因素,：,秸秆原料可获得性（秸秆以可持续的方式收获，秸秆获得可靠、安全、稳定，有长期合同）和质量,（原料发热量和水份含量等）；,燃料的运输、储存和大型锅炉需要的空间（运输、储存和燃烧设施）；,必需有责任心和可靠的操作人员（燃料和灰渣处理运行控制）；,有关空气质量和灰处理的环境法规（当地空气污染物的排放、低硫含量减少酸雨、温室气体零净值排放；颗粒,(,煤烟,),、气体污染物、微量致癌物等控制）；,保险和安全问题。,22,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,1,、,压缩成型机理,秸秆的压缩成型,是指在一定的温度、压力等条件下，用机械压缩（加热或不加热）的方法，将松散细碎的无定形秸秆原料挤压成质地致密、形状规则的成型燃料。,秸秆、稻壳、木屑等秸秆原料主要由,纤维素、半纤维素和木质素,等高分子组分组成，其中纤维素和半纤维是秸秆原料主要组分，木质素的含量则随植物木质化程度的高低而有一定的差别。在这三种组分中，,纤维素本身在压力作用下即可固化成型,；,木质素在温度为,70,110,时，发生软件，粘合力增加，起到粘结作用,。因此，秸秆本身已具备了压缩固化成型所必需的基本条件。,秸秆原料的结构通常都比较疏松，密度较小。这些质地松散的秸秆原料在受到一定的外部压力后，原料颗粒先后经历重新排列位置关系、颗粒机械变形和塑性流变阶段，体积大幅度减小，密度显著增大。由于非弹性或粘弹性的纤维分子之间的相互缠绕和绞合，在去除外部压力后，一般不能再恢复原来的结构形状。,23,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,1,、,压缩成型机理,对于,木质素等粘弹性组分含量较高,的原料，如果在成型温度达到木质素的软化点，则木质素就会发生塑性变形，从而将原料纤维紧密地粘结在一起，并维持既定的形状，成型燃料块经冷却降温后，强度增大，即可得到燃烧性能类似于木材的秸秆成型燃料块；对于,木质素含量较低的,原料，在压缩成型过程中，,加入少量的诸如粘土、淀粉、废纸浆等无机、有机和纤维类粘结剂,，也可以使压缩后的成型块维持致密的结构和既定的形状。秸秆压缩成型机理如图所示：,秸秆压缩成型机理简图,24,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,2,、,秸秆压缩成型过程中的主要影响因素,在秸秆压缩成型过程中，主要影响因素有：,原料的种类、含水率、粒度、成型压力、压缩成型模具的形状尺寸及加热温度,等。,（,1,）,原料的种类,：在不加热条件下进行压缩成型时，较难压缩的木质废料（在压力作用下变形较小）不易成型，而容易压缩的纤维状植物秸秆和树皮（在压力作用下变形较大）原料成型也较为容易。但是在加热条件下进行压缩成型时，木材废料中含量较高的木质素在高温下能起粘结作用，因此，其成型反而容易。,（,2,）,原料的粒度,：粒度小的原料比较容易压缩，粒径越小，在相同的压力下，其粒子的延伸率或变形率越大。即粒径越小，越容易成型；粒径越大，压缩成型越困难。原料粒度对成型机的效率和成型物的质量也有影响。,（,3,）,原料的含水率,：原料的含水率过高过低都不能很好地成型，应与成型方式和设备相适应。对于颗粒成型燃料，一般要求原料的含水率为,15%,25%,；对于棒状成型燃料，要求原料的含水率不大于,10%,。,25,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,2,、,秸秆压缩成型过程中的主要影响因素,（,4,）,成型压力与模具尺寸,：,成型压力,是植物材料压缩成型最基本的条件。只有施加足够的压力，原料才能被压缩成型。但是，,成型压力与模具的形状尺寸有密切关系,，成型机大都采用挤压和冲压成型方式，即原料从成型模具的一端连续压入，又从另一端连续挤出，原料挤压所需要的成型压力与容器内壁面的摩擦力相平衡，即机器只能产生和摩擦力相同大小的成型压力。而摩擦力的大小与模具的形状尺寸有直接关系。,（,5,）,加热温度,：秸秆原料压缩成型过程中的加热，,一方面,可使原料中含有的木质素软化，起到粘结剂的作用；,另一方面,还可以使原料本身变软，容易压缩。除此之外，加热温度，对成型机的工作效率也产生影响。对于棒状燃料成型机，当机器的结构尺寸确定后，,加热温度就应该调整到一个合理的范围,。温度过低，不但原料不能成型，而且功耗增加；温度增高，电机功耗减小，但成型压力减小，成型物挤压不实，密度变小，容易断裂破损。,26,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,3,、,秸秆压缩成型工艺类型,秸秆压缩成型工艺类型的划分方法有多种，根据主要工艺特征的差别，可以从广义上将秸秆压缩成型工艺划分为,冷压成型、热压成型、炭化成型和捆扎成型,等四种主要形式，如下图所示：,秸秆压缩成型工艺类型,27,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,3,、,秸秆压缩成型工艺类型,（,1,）,热压成型,：热压成型是目前普遍采用的秸秆压缩成型工艺，其主要工艺流程为：原料粉碎干燥混合挤压成型冷却包装。热压成型工艺采用的挤压成型设备主要有,螺杆连续挤压成型机、机械或液压驱动活塞式成型机和压辊式颗粒成型机,等几种形式。,螺杆连续挤压成型机,28,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,3,、,秸秆压缩成型工艺类型,活塞冲压式成型部件结构示意图,（驱动力：机械式或液压式）,平板模压辊式颗粒成型机,（压辊：可以是柱状也可以是圆锥状）,29,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,3,、,秸秆压缩成型工艺类型,（,2,）,冷压成型,：纤维类原料在常温下，浸泡数日水解处理后，纤维变得柔软、湿润、皱裂并部分降解，压缩成型特性明显改善，易于压缩成型。此工艺被广泛用于纤维板的生产，同样，利用简易成型木模和杠杆，将部分降解后的农林废弃物中的水分挤出，即可形成低密度的压缩成型燃料块。,（,3,）,捆扎成型,：对于秸秆、杂草、树枝、树叶等比较松散的燃料，利用细绳、藤条及其它捆扎材料，经适当压缩后将其捆扎成燃料捆，是,最原始、最简单的压缩技术,。原料经捆扎后，在一定程度上方便了运输、储存和使用，因而在世界各国得到了比较普遍的采用。国外在进行大规模的捆扎作业时，往往采用台架式打捆机，并且根据需要对原料进行一定程度的干燥处理。,30,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,4,、,秸秆固化工艺与应用案例,（,1,）,颗粒燃料生产工艺,：以日本某木材废料成型燃料工厂的工艺流程为例。,原料的一次和二次粉碎,：该厂的原料主要是树皮和小径木。在改选前，用水压剥皮机及环状剥皮机剥下的树皮同时送入定量给料机，再送入侧刀式粉碎机进行一次粉碎，然后再由锤片式粉碎机完成二次粉碎，最后送入高水分原料储存仓。,干燥和三次粉碎,：采用卧式回转滚筒干燥机，干燥机入口空气温度为,660,，出口温度为,55,60,。干燥后的原料再用锤片式粉碎机进行第三次粉碎后送入干燥原料仓内。,成型作业,：原料经螺旋给料器送入成型机上方的调湿器进行加水调湿，加水量由操作者根据成型机的能力、成型颗粒的质量等判别后进行调节。,后续作业,：由成型机排出的成型颗粒及未成型的粉末，其温度在,90,左右，所以后续作业采用冷却除湿机进行通风冷却后，用振动筛分选，成型颗粒由斗式提升机送到成品仓，未成型的粉末用气力输送回原料仓。,31,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,4,、,秸秆固化工艺与应用案例,（,2,）,棒状燃料及机制炭生产工艺,：,我国目前的秸秆固化技术和工艺水平，主要是以秸秆、锯屑、稻壳等为原料，经过干燥、粉碎后，挤压成秸秆燃料棒，然后用炭化炉炭化成机制炭。辽宁省沈阳市郊区机制炭厂即采用这种生产工艺。,该厂固定资产情况见表,6,，全年工作,300d,，日产燃料棒,3t,，年产燃料棒,900t,，,3t,燃料棒生产,1t,机制炭，年产机制炭,300t,。,表,6,沈阳郊区机制炭厂初始投资 （单位：万元）,固,定,资,金,设备投资,6.4,成型机,2台,炭化炉3台,烘干机1台,粉碎机1台,3,2.4,0.8,0.2,房屋,建筑,及其它,10,厂房,100,m,2,库房,50,m,2,运输车辆,其它,2,2,5,1,流动资金,2,总投资,18.4,32,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,4,、,秸秆固化工艺与应用案例,（,2,）,棒状燃料及机制炭生产工艺,：,根据当地原料、电力、劳动力秸秆和设备折旧、维修及产品包装费用，生产,1t,机制炭的成本由表,7,构成,.,根据市场调查，机制炭在国内市场最低价为,600,元,/t,，最高价,1500,2000,元,/t,。国际市场上，离岸价,170,200,美元,/t,。沈阳郊区机制炭厂机制炭销售秸秆,1200,1700,元，全年销售毛利润,36,万,51,万元，扣除生产成本和,5%,产品税，则年销售净利润为,11.89,万,26.14,万元。,表,7,沈阳郊区机制炭厂机制炭吨成本,项目序号,成本项目,单位,(,元,),单位,用量,金额,（元）,备注,1,2,3,4,5,6,7,原料,电费,工资,燃料,设备折旧,成型机折旧,干燥机折旧,炭化炉折旧,设备维修,包装,30,0.5,20,30,34.14,4.16,2.22,15,30,200,元,/,t,元,/,kWh,元,/,t(,人,d),元,/,t,元,/,t,元,/,t,元,/,t,元,/,t,元,/,t,元,/,t,3.6,300,10,0.6,1,8,5,5,1,1,108,150,200,21.6,34.14,4.16,2.22,15,30,200,1,t,棒耗原料,1.2,t,=3(4.16+2.22)+15,购价,:1.5万元/台,造价:1.0万元/台,购价:0.8万元/台,塑料袋+纸箱,8,合计,元,/,t,743.74,33,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,5,、,秸秆炭化工程,秸秆、薪柴、木材加工剩余物和秸秆固化成型燃料经过干燥后，置于炭化设备中，在缺氧的条件下焖烧，即可得到炭粉或木炭。其反应式为：,式中，为分解热（,kJ,）。,（,1,）,炭化工艺,：,秸秆等到秸秆炭化成型工艺主要有两种：,先炭化后成型工艺,：该工艺分为,炭粉制备、粘结剂混合、挤压成型和成品干燥,四大步骤，工艺流程下图所示：,秸,秆,炭,化,成,型,工,艺,流,程,图,34,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,5,、,秸秆炭化工程,首先将秸秆原料炭化或部分炭化，然后再加入一定量的粘结剂挤压成一定规格和形状的成品木炭。由于原料纤维结构在炭化过程中受到破坏，高分子组分受热裂解转换成炭并释放出挥发分（包括可燃气体、木醋液和木焦油等），因而其挤压成型特性得到改善，成型部件的机械磨损和挤压成型过程中的能量消耗降低消耗,2/3,左右（与热压成型工艺比）。,但是，炭化后的炭粉在挤压成型后维持既定形状的能力较差，储运和使用时容易开裂或破碎，所以，压缩成型时一般都要加入一定量的粘结剂。,先成型后炭化工艺,：先用压缩成型机将松散碎细的植物废料压缩成具有一定密度和形状的燃料棒，然后，用炭化炉将燃料棒炭化成机制木炭，其热值和品位可提高到,31.35MJ/kg,。其工艺流程为：,原料粉碎干燥成型炭化冷却包装,35,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,5,、,秸秆炭化工程,（,2,）,炭化设备与炭化方法,：秸秆及其固化成型燃料通常采用炉中烧炭法进行炭化，采用的炭化设备为,连续炭化炉和移动式炭化炉,。,连续炭化炉,：适用于稻壳、锯末等散粒状秸秆原料的炭化。,移动式炭化炉,：可用于炭化秸秆燃料棒。,（,3,）,炭化特性,：秸秆原料不同，炭化后的机制木炭的组分含量也不同。用,TW40,型炭化炉炭化几种常见秸秆成型燃料棒所得到的机制木炭的性能指标见表,8,。表,8,显示原料的木质素含量越高，灰分含量越小，其炭化产品的固定碳和热值也越高，灰分含量也越小。,原料种类,热值,(,kJ/kg,),固定碳,(%),含水率,(%),灰分,(%),稻壳,木屑,麦草,玉米秆,亚麻秆,粮醛渣,18.97,27.17,22.15,22.99,25.08,26.75,40.1,60.4,48.4,50.2,55.1,56.4,0.9,0.6,0.9,0.9,0.7,1.2,38.3,6.3,22.1,13.5,10.6,13.0,表,8,机制木炭的主要性能指标,36,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,5,、,秸秆炭化工程,机制木炭的产量和元素组成与炭化温度关系很大，其变化规律如表,9,所示。由表,9,可见，随着炭化温度的升高，木炭中固定碳含量增加，挥发分减少，,H,和,O,的含量降低。,表,9,不同温度下机制木炭的组成和产量,炭化温度,(%),木炭产量,(%),固定碳,(%),挥发分,(%),水分,(%),灰分,(%),H,(%),O,(%),350,400,450,500,550,33,36,27,30,24,26,23,24,20,22,66.96,71.64,80.77,84.55,85.75,30.58,25.48,17.47,11.89,10.65,2.50,2.60,4.67,4.99,5.34,2.46,2.88,1.76,3.56,1.6,5.11,4.90,4.15,3.90,3.20,20.99,19.00,13.60,8.40,6.70,37,二,、,秸秆压缩成型与炭化技术,5,、,秸秆炭化工程,（,4,）,炭化产品的应用,：机制木炭和秸秆粉粒炭以其独特的性能可广泛应用于日常生活和工农业生产。,日常生活,：可作取暖、野炊、烘烤食品、火锅的燃料以及冰箱除味剂等。,冶金行业,：用作有色金属冶炼时的还原剂、均温剂、抗结剂和钢铁热处理的渗碳剂。,化工行业,：是制造二硫化碳、碳化钙、四氯化硅及水煤气的主要原料，可以用作油漆、涂料的添加剂，制造墨粉、火药和炸药，作橡胶的加固剂等。,稻壳炭,：作为硅质源，用于提取电子工业的单晶硅，制造四氯化硅、硅钢片，烧结玻璃。,环保方面,：制做活性炭，用作油污吸咐剂、除霜剂及干燥剂。,建筑方面,：作为混凝土中的填料、耐火材料、绝热材料。,农林园艺,：可以改良土壤，升高地温，熏炒茶叶、干燥浆果、药材等。,畜禽养殖,：用作畜禽圈除臭剂，除湿剂。,38,三,、,秸秆热解气化技术,1,、气,化装置与工作原理,秸秆固体燃料的气化就是利用空气中的氧气或含氧物质作气化剂，将固体燃料中的碳氧化生成可燃气体的过程。,气化过程,包括固体燃料的干燥、干馏、还原和氧化过程，实现这一过程的设备称为,气化炉,。生物质气化炉分类如下图所示：,生物质气化炉分类,39,三,、,秸秆热解气化技术,1,、气,化装置与工作原理,（,1,）,上吸式气化炉,：燃料从上面加入，在气化过程中逐步下降，最后变成灰渣由下部排出。气化剂从下部导入，经过燃料层，形成煤气和干馏产物，从上部导出，这样就形成了一个连续、稳定的气化过程，在此过程中，气化炉内大致可分为,氧化层、还原层、干馏层和干燥层,，各层分别进行着复杂的氧化,-,还原反应。,上吸式气化炉工作原理,40,三,、,秸秆热解气化技术,1,、气,化装置与工作原理,（,2,）,下吸式气化炉,：燃料自气化炉上部加入，靠其重量逐渐下降。在炉身的一定高度处，空气自炉壁或炉中央送入，使燃料燃烧，煤气流过下面的还原层而从炉栅下吸出。因此，氧化层就位于空气入口处附近，而还原层反而在氧化层下面。因煤气是向下流动被吸出的，故称为下吸式气化炉。,下吸式气化炉工作原理,41,三,、,秸秆热解气化技术,1,、气,化装置与工作原理,（,3,）,平吸式气化炉,：空气从位于炉身一定高度外的风嘴以高速送入炉内，所产生的煤气由对面炉栅处被吸到炉外，因煤气水平流动，故称做平吸式气化炉。,平吸式气化炉工作简图,42,三,、,秸秆热解气化技术,1,、气,化装置与工作原理,（,4,）,鼓泡床（单流）气化炉,：鼓泡流化床气化炉是最简单的流化床气化炉。气化剂由布风板下部吹入炉内，与生物质原料混合并发生气化反应，生成的高温可燃气由上部排出。其,特点,是气流速度较慢，适用于颗粒较大的生物质原料，一般需增加热载体，由于飞灰和炭颗粒夹带严重，运行费用较高，因此较适用于大中型气化系统。,鼓泡床气化炉工作原理,43,三,、,秸秆热解气化技术,1,、气,化装置与工作原理,（,5,）