生物質能的應用工程

第36卷第9期林業機械與木工設備Vol 36 No 92008年9月FORESTRY MACHINERY WOoDWORKING EQUIPMENTp生物質能的應用工程張恩惠,王述洋(東北林業大學生物質能技術工程中心,黑龍江哈爾濱150040)摘要:針對黑龍江省生物質制燃油中試示范工程基地的建設,探索生物燃油規?；a的投資、設備、成本及實用技術等方面問題,為生物燃油大規模生產及產業化提供參考。關鍵詞:中試基地;生物燃油;大規模生產;實用技術中圖分類號:S216文獻標識碼:A文章編號:1001-4462(2008)09-041-03Application Engineering of Biomass EnergyZHANG En-hui, WANG Shu-yangEngineering Center for Biomass Energy Technology of Northeast Forestry University, Harbin Heilongjiang 150040, China)Abstract: In view of the construction of the pilot base for hiomass energy technology of Heilongjiang Province, the investment,device, cost and practical technique related to large-scale bio-oil production are discussed so as to provide reference for thelarge scale bio -oil production and its industrializationKey words: test base; bio-oil; large-scale production; practical technology黑龍江省生物質制燃油中試示范T程基地的建設行聘任制,員工工資與績效掛鉤,并注重員工的培養選目的是將黑龍江省特別是東北林業大學在生物質能新拔、合理使用和創新培訓。技術開發與利用方面的人才優勢、技術優勢和成果優本中試基地實施邊建設邊運行的策略,在建設資勢與本省資源(農作物秸稈和林業廢棄物)優勢相結金籌措上采取從政府申請一部分,依托單位和共同承合,建立能夠獨立承擔生物質能技術創新和科研成果辦單位投入一部分的方式且實行股份制和董事會決策系統化、配套化、工程化的中試基地及研發平臺,為黑制?；亟ㄔO先期投資預計600萬左右。龍江省地方經濟建設提供成熟配套的生物質能新能源產品的生產丁藝和技術,并不斷推出具有高附加值的2中試基地建設技術支持新能源技術和新能源產品,為地方經濟的發展及緩解基地建設技術支持依托東北林業大學生物質能技國家的能源危機做貢獻。術工程中心,其擁有強大的生物質能技術專業實驗室和教育部東北林業大學生物質材料重點實驗室,可用1中試基地建設投資方式實驗室總面積約8000m2。設有生物質熱解動力學實驗該中試基地是相對獨立的技術開發實體,其性質室、熱動力機械材料實驗室、生物質制氫實驗室、生物屬科研事業單位,實行企業化管理,下設技術開發部、質超臨界制油實驗室、生物質液體和氣體燃料測定分生產經營部、試驗檢測部、實習培訓部、技術銷售部、售析實驗室及生物質燃料動力機被(鍋爐、內燃機等)等后服務部、資金籌措與財務部、國際交流部等機構。實實驗室。配有價值2000多萬元的多種專業實驗儀器和行聯合申報與承擔單位組成的董事會領導下的主任負設備M凵中國煤化工的實驗技術支持責制,董事會為基地最高決策機構。各部經理和員工實CNMHG程中心早在1997收稿日期:2008-06-27年就開始對國外有關生物燃油制取技術進行跟蹤研基金項目:“863”計劃資助(2007AA057414);究,1998年開始探索和試驗用生物質閃速熱解制取黑龍江省博士后資助項目(LBH-Z06140生物燃油的工藝,199年開始從事生物質閃速熱解2林業機械與木工設備第36卷裝置的設計研究,2000年研制出我國首臺zKR-50①用生物質制取清潔氣體燃料技術及應用技術中試生物質閃速熱解液化實驗裝置,其每小時可熱解轉②用生物質生產各種固體燃料、型煤技術及其應用化50kg千生物質。自2000年以來,該課題組先后承技術中試。擔了黑龍江省自然科學基金、國家自然科學基金、國③用生物質高效生產沼氣技術及其高效應用技術家“948”“國際先進農業技術引進計劃”和“863”高科中試。技計劃等5項有關生物質閃速熱解液化制取生物燃④生物柴油技術及其應用中試。油的新工藝與新裝置等課題。目前該課題組已完全33基地選址掌握了生物質閃速熱解液化制取生物燃油的原理工藝和基本影響參數,為中試基地項目的實施與發該基地應建在農林廢棄物豐富的地區,以原料收展奠定了堅實的研發基礎。集半徑小于(或等于)50-60km為宜。3中試基地建設內容4燃油生產工藝裝備本基地生產生物燃油采用快速熱裂解技術,其生3.1主要研究項目產工藝包括預處理制氣供熱和制油三大部分。預處①用生物質高效經濟地生產生物燃油技術的中間理部分主要設備有儲料倉、自動上料裝置、粗碎機、細試驗和生產示范;年產200000生物燃油的生產工碎機、輸送機、分離除塵裝置和干燥窯等;制氣供熱部藝及成套設備的研發和中試分主要設備有粗碎機、秸稈氣化機組、儲氣柜和燃燒②“生物燃油-柴油”乳化燃料技術及其應用中試。器等;制油部分主要設備有自動進料器、主反應器、熱③生物燃料動力機械及車輛技術中試載體加熱爐及用料循環裝置、兩級冷凝器、油泵及儲④生物質能產品品位升級(升級成柴油、汽油級產油罐箏。品)技術中試裂解反應器采用不用載氣的斜槽式;熱載體加熱性生物質能新能源產品應用及其裝備技術中試。采用串式復合加熱爐;供熱設備采用大功率秸稈氣燃3.2輔助研究項目燒機。這些配置有利于降低成本和生產高質量的生物燃油。生物質制燃油工藝流程如圖1所示。去十燥備原料倉生物質碎機布帶除塵∥1冷水國冷風機傳送帶旋風分離器收集倉圖1生物質制燃油工藝流程5生產成本預算含水率15%的生物質原料18÷(1-15%)≈22(t)。5.1每天所需的生產原料預算②熱載體原料。因為本生產工藝要求熱載體與干生物質的混合比例為10:1。根據日產量的規模,考慮到若年產300生物燃油,每年按300天(每天24h)熱載團可設計為小于1h),因計算,考慮到原料的轉化率(按60%計算)耗損率(按此質每小時用量的105%計算)和含水率(按15%計算)則每天所需的生產原倍CNMHG料可以通過計算獲得。③熱載體加熱需氣化供熱生物質原料。①制油用生物質原料。干生物質原料:(3000300)÷物體放熱或吸熱可用下式計算:60%÷(1-5%)≈18(t)。Q=CmAt第9期張恩惠等:生物質能的應用工程式中Q為熱量(kJ):m為質量(kg);A為溫度差(℃);C3001×380=911000元為比熱容(kJkg℃)②生產用工。因為本工藝生產自動化程度較高,用取生物質比熱容為C生=08kJ^kg℃,每小時熱解(溫工相對較少。若按4人班,每天3班計算,則需12人厭;度約50℃)約750kg的干生物質需要的熱量為:Q=若按每人每月600元工資計,則每年需工資費用為Cm生△t=31800kJ)。600×12×12=8640000(元)。取熱載體比熱容為C熟=024 cal/g℃,75熱載體在③輔助費用。這項費用包括水、電及生產維修費用。600℃時的熱量經計算得:E=4536×10%(kJ)。水主要用于冷卻,用量不大,由于可循環利用,故這部設在熱解過程中能量損失率為10%,則熱解后熱分費用可忽略不計。載體的余熱經計算得Q3=37644×10(kJ)。若設熱載體電費按實際的功率消耗,可按普通工業用電(電價輸送過程能量損失率為10%,則熱載體被輸送到加熱平均為035元kW,h計算,則每年的費用為:30×x24爐頂部時的熱量為Q=38796×10(k),此時熱載體溫300×035=162464400元)。度t=448℃C生產維修費用若按購買生產設備費的5%計算,則將7.5t熱載體從448℃加熱到600C需要的熱量經每年投入的維修費用為:340×5%=170萬元)。計算得Q=149。12×l0(kJ)。若設熱載體加熱爐的能量生產費用總計約為27925萬元。利用率為80%燃燒器燃燒效率為95%,則生物質燃氣54其他費用預算每小時需提供的能量經計算得:Q′=1512×10°(kD)。其他費用包括廠房建設和管理費用等。生物質燃氣熱值為5000kJ/m3,所需生物質燃氣為粗略估計需要廠房面積30×80=2400m2,這部分需要V=3024(m);單位物料產氣量為2mkg,所需生物質資金約300萬元人民幣;管理費用總計約為10萬元年。原料為:m=1512(kg)每天干燥2t含水率為15%的生物質原料的干燥55成品油成本預算爐可參考循環式糧食干燥機(XHC4選擇參數。其每小根據以上各項成本預算,假設廠房、設備投資回收時能耗為Q=945×10(kJ)。則制燃油每小時需生物質燃期為3年,可粗略預算年生產300生物燃油的成本為:氣為V=189m3),氣化供熱的生物質原料m=945(kg)前3年每噸的生產成本為:[279.25+10+(340+300)÷每小時需生物質燃氣總量為V=4914(m3),生物質31÷30041676(元)3年后每年的生產成本為:(27925+制氣原料為m=2457(kg),考慮原料含水率(15%)和損10)÷3000≈965(元)。若適當增加產量生物燃油的成失率(可按5%計算)則每天(按24h計算)需生物質原本還將相應下降有利于生物燃油的推廣應用。料為:(2457×24)÷(1-15%)÷(1-5%)≈8(t)。④每天需生物質原料量。每天需要制油和制氣的6結束語生物質原料為22+8=30(t)(含水率為15%)。黑龍江省是我國農業和林業大省,由于沒有先進、經濟和高效的利用技術,每年都有大量的農林廢棄生52設備費用預算物質被白白浪費。建立黑龍江省生物質能技術中試基年產300生物燃油所需的設備可分為三類:①生地既能促進黑龍江省生物質能技術的快速發展,使其物質燃氣制氣供熱主要設備;②生物質制燃油預處理主盡快產業化解決該省及全國的能源短缺問題,又能加要設備;③生物質制燃油主要設備?？鞏|北老工業基地振興的步伐,完全符合國家及黑龍根據生產能力及相應的參數,經過初步計算可選江省的中長期發展規劃。定或研制相關的設備。經初步預算,設備投資大約需主要參考文獻:340萬元人民幣,設備功率合計約307kW。[1]趙軍,王述洋我國農業生物質資源與利用[J.現代化農業,2007,(1):30-31.53生產費用預算2】喬國朝,王述洋曹有為轉誰式生物質閃速熱解液化反應器生生產費用可粗略分為料、工和輔助費用能力的計算[J林業機械與木工設備,2006,34(5):34-36.①生產用料。每天需要生物質原料約30,熱載體[3]李濱,王述洋Z5200錐式生物質閃速熱解裝置液化冷凝技原料約75t。若建廠初期生物質原料的成本約100元/術的研究[門]林業機械與木工設備,2006,34(1):16-18熱載體原料的成本為380元。則每天的涼料費用為中國煤化工轉錐式熱解液化反應器的生物質原料:30×00300(元);熱載體原料:5CNMH中分離器及輸送管道的設75×380=285000(元)。計[].機電產品開發與創新,2006,19(6):41-42每年的原料費用(考慮到熱載體原料可以循環,按第一作者簡介:張恩惠(1965-),男,東北林業大學機電工每天10‰%耗損率計算)為:300005175+(75×1.0%)x程學院副教授,主要從事機電設備、生物能利用的研究。