生物質(zhì)能的應用工程

第36卷第9期林業(yè)機械與木工設備Vol 36 No 92008年9月FORESTRY MACHINERY WOoDWORKING EQUIPMENTp生物質(zhì)能的應用工程張恩惠,王述洋(東北林業(yè)大學(xué)生物質(zhì)能技術(shù)工程中心,黑龍江哈爾濱150040)摘要:針對黑龍江省生物質(zhì)制燃油中試示范工程基地的建設,探索生物燃油規?；a(chǎn)的投資、設備、成本及實(shí)用技術(shù)等方面問(wèn)題,為生物燃油大規模生產(chǎn)及產(chǎn)業(yè)化提供參考。關(guān)鍵詞:中試基地;生物燃油;大規模生產(chǎn);實(shí)用技術(shù)中圖分類(lèi)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(zhì)制燃油中試示范T程基地的建設行聘任制,員工工資與績(jì)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(yè)大學(xué)在生物質(zhì)能新拔、合理使用和創(chuàng )新培訓。技術(shù)開(kāi)發(fā)與利用方面的人才優(yōu)勢、技術(shù)優(yōu)勢和成果優(yōu)本中試基地實(shí)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(yè)廢棄物)優(yōu)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(zhì)能技術(shù)創(chuàng )新和科研成果辦單位投入一部分的方式且實(shí)行股份制和董事會(huì )決策系統化、配套化、工程化的中試基地及研發(fā)平臺,為黑制?；亟ㄔO先期投資預計600萬(wàn)左右。龍江省地方經(jīng)濟建設提供成熟配套的生物質(zhì)能新能源產(chǎn)品的生產(chǎn)丁藝和技術(shù),并不斷推出具有高附加值的2中試基地建設技術(shù)支持新能源技術(shù)和新能源產(chǎn)品,為地方經(jīng)濟的發(fā)展及緩解基地建設技術(shù)支持依托東北林業(yè)大學(xué)生物質(zhì)能技國家的能源危機做貢獻。術(shù)工程中心,其擁有強大的生物質(zhì)能技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室和教育部東北林業(yè)大學(xué)生物質(zhì)材料重點(diǎn)實(shí)驗室,可用1中試基地建設投資方式實(shí)驗室總面積約8000m2。設有生物質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)實(shí)驗該中試基地是相對獨立的技術(shù)開(kāi)發(fā)實(shí)體,其性質(zhì)室、熱動(dòng)力機械材料實(shí)驗室、生物質(zhì)制氫實(shí)驗室、生物屬科研事業(yè)單位,實(shí)行企業(yè)化管理,下設技術(shù)開(kāi)發(fā)部、質(zhì)超臨界制油實(shí)驗室、生物質(zhì)液體和氣體燃料測定分生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)部、試驗檢測部、實(shí)習培訓部、技術(shù)銷(xiāo)售部、售析實(shí)驗室及生物質(zhì)燃料動(dòng)力機被(鍋爐、內燃機等)等后服務(wù)部、資金籌措與財務(wù)部、國際交流部等機構。實(shí)實(shí)驗室。配有價(jià)值2000多萬(wàn)元的多種專(zhuān)業(yè)實(shí)驗儀器和行聯(lián)合申報與承擔單位組成的董事會(huì )領(lǐng)導下的主任負設備M凵中國煤化工的實(shí)驗技術(shù)支持責制,董事會(huì )為基地最高決策機構。各部經(jīng)理和員工實(shí)CNMHG程中心早在1997收稿日期:2008-06-27年就開(kāi)始對國外有關(guān)生物燃油制取技術(shù)進(jìn)行跟蹤研基金項目:“863”計劃資助(2007AA057414);究,1998年開(kāi)始探索和試驗用生物質(zhì)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(kāi)始從事生物質(zhì)閃速熱解2林業(yè)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(zhì)制取清潔氣體燃料技術(shù)及應用技術(shù)中試生物質(zhì)閃速熱解液化實(shí)驗裝置,其每小時(shí)可熱解轉②用生物質(zhì)生產(chǎn)各種固體燃料、型煤技術(shù)及其應用化50kg千生物質(zhì)。自2000年以來(lái),該課題組先后承技術(shù)中試。擔了黑龍江省自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金、國③用生物質(zhì)高效生產(chǎn)沼氣技術(shù)及其高效應用技術(shù)家“948”“國際先進(jìn)農業(yè)技術(shù)引進(jìn)計劃”和“863”高科中試。技計劃等5項有關(guān)生物質(zhì)閃速熱解液化制取生物燃④生物柴油技術(shù)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(zhì)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(shí)施與發(fā)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(shí)的研發(fā)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(chǎn)工藝裝備本基地生產(chǎn)生物燃油采用快速熱裂解技術(shù),其生3.1主要研究項目產(chǎn)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(zhì)高效經(jīng)濟地生產(chǎn)生物燃油技術(shù)的中間理部分主要設備有儲料倉、自動(dòng)上料裝置、粗碎機、細試驗和生產(chǎn)示范;年產(chǎn)200000生物燃油的生產(chǎn)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(fā)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(shù)及其應用中試。器等;制油部分主要設備有自動(dòng)進(jìn)料器、主反應器、熱③生物燃料動(dòng)力機械及車(chē)輛技術(shù)中試載體加熱爐及用料循環(huán)裝置、兩級冷凝器、油泵及儲④生物質(zhì)能產(chǎn)品品位升級(升級成柴油、汽油級產(chǎn)油罐箏。品)技術(shù)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(zhì)能新能源產(chǎn)品應用及其裝備技術(shù)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(chǎn)高質(zhì)量的生物燃油。生物質(zhì)制燃油工藝流程如圖1所示。去十燥備原料倉生物質(zhì)碎機布帶除塵∥1冷水國冷風(fēng)機傳送帶旋風(fēng)分離器收集倉圖1生物質(zhì)制燃油工藝流程5生產(chǎn)成本預算含水率15%的生物質(zhì)原料18÷(1-15%)≈22(t)。5.1每天所需的生產(chǎn)原料預算②熱載體原料。因為本生產(chǎn)工藝要求熱載體與干生物質(zhì)的混合比例為10:1。根據日產(chǎn)量的規模,考慮到若年產(chǎn)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(zhì)每小時(shí)用量的105%計算)和含水率(按15%計算)則每天所需的生產(chǎn)原倍CNMHG料可以通過(guò)計算獲得。③熱載體加熱需氣化供熱生物質(zhì)原料。①制油用生物質(zhì)原料。干生物質(zhì)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(zhì)能的應用工程式中Q為熱量(kJ):m為質(zhì)量(kg);A為溫度差(℃);C3001×380=911000元為比熱容(kJkg℃)②生產(chǎn)用工。因為本工藝生產(chǎn)自動(dòng)化程度較高,用取生物質(zhì)比熱容為C生=08kJ^kg℃,每小時(shí)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(zhì)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(chǎn)維修費用。600℃時(shí)的熱量經(jīng)計算得:E=4536×10%(kJ)。水主要用于冷卻,用量不大,由于可循環(huán)利用,故這部設在熱解過(guò)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(jīng)計算得Q3=37644×10(kJ)。若設熱載體電費按實(shí)際的功率消耗,可按普通工業(yè)用電(電價(jià)輸送過(guò)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(shí)的熱量為Q=38796×10(k),此時(shí)熱載體溫300×035=162464400元)。度t=448℃C生產(chǎn)維修費用若按購買(mǎi)生產(chǎn)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(jīng)每年投入的維修費用為:340×5%=170萬(wàn)元)。計算得Q=149。12×l0(kJ)。若設熱載體加熱爐的能量生產(chǎn)費用總計約為27925萬(wàn)元。利用率為80%燃燒器燃燒效率為95%,則生物質(zhì)燃氣54其他費用預算每小時(shí)需提供的能量經(jīng)計算得:Q′=1512×10°(kD)。其他費用包括廠(chǎng)房建設和管理費用等。生物質(zhì)燃氣熱值為5000kJ/m3,所需生物質(zhì)燃氣為粗略估計需要廠(chǎng)房面積30×80=2400m2,這部分需要V=3024(m);單位物料產(chǎn)氣量為2mkg,所需生物質(zhì)資金約300萬(wàn)元人民幣;管理費用總計約為10萬(wàn)元年。原料為:m=1512(kg)每天干燥2t含水率為15%的生物質(zhì)原料的干燥55成品油成本預算爐可參考循環(huán)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(chǎng)房、設備投資回收時(shí)能耗為Q=945×10(kJ)。則制燃油每小時(shí)需生物質(zhì)燃期為3年,可粗略預算年生產(chǎn)300生物燃油的成本為:氣為V=189m3),氣化供熱的生物質(zhì)原料m=945(kg)前3年每噸的生產(chǎn)成本為:[279.25+10+(340+300)÷每小時(shí)需生物質(zhì)燃氣總量為V=4914(m3),生物質(zhì)31÷30041676(元)3年后每年的生產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)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(zhì)原料量。每天需要制油和制氣的6結束語(yǔ)生物質(zhì)原料為22+8=30(t)(含水率為15%)。黑龍江省是我國農業(yè)和林業(yè)大省,由于沒(méi)有先進(jìn)、經(jīng)濟和高效的利用技術(shù),每年都有大量的農林廢棄生52設備費用預算物質(zhì)被白白浪費。建立黑龍江省生物質(zhì)能技術(shù)中試基年產(chǎn)300生物燃油所需的設備可分為三類(lèi):①生地既能促進(jìn)黑龍江省生物質(zhì)能技術(shù)的快速發(fā)展,使其物質(zhì)燃氣制氣供熱主要設備;②生物質(zhì)制燃油預處理主盡快產(chǎn)業(yè)化解決該省及全國的能源短缺問(wèn)題,又能加要設備;③生物質(zhì)制燃油主要設備?？鞏|北老工業(yè)基地振興的步伐,完全符合國家及黑龍根據生產(chǎn)能力及相應的參數,經(jīng)過(guò)初步計算可選江省的中長(cháng)期發(fā)展規劃。定或研制相關(guān)的設備。經(jīng)初步預算,設備投資大約需主要參考文獻:340萬(wàn)元人民幣,設備功率合計約307kW。[1]趙軍,王述洋我國農業(yè)生物質(zhì)資源與利用[J.現代化農業(yè),2007,(1):30-31.53生產(chǎn)費用預算2】喬國朝,王述洋曹有為轉誰(shuí)式生物質(zhì)閃速熱解液化反應器生生產(chǎn)費用可粗略分為料、工和輔助費用能力的計算[J林業(yè)機械與木工設備,2006,34(5):34-36.①生產(chǎn)用料。每天需要生物質(zhì)原料約30,熱載體[3]李濱,王述洋Z5200錐式生物質(zhì)閃速熱解裝置液化冷凝技原料約75t。若建廠(chǎng)初期生物質(zhì)原料的成本約100元/術(shù)的研究[門(mén)]林業(yè)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(zhì)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(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng )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(huán),按第一作者簡(jiǎn)介:張恩惠(1965-),男,東北林業(yè)大學(xué)機電工每天10‰%耗損率計算)為:300005175+(75×1.0%)x程學(xué)院副教授,主要從事機電設備、生物能利用的研究。