生物质能的应用工程

第36卷第9期林业机械与木工设备Vol 36 No 92008年9月FORESTRY MACHINERY WOoDWORKING EQUIPMENTp生物质能的应用工程张恩惠,王述洋(东北林业大学生物质能技术工程中心,黑龙江哈尔滨150040)摘要:针对黑龙江省生物质制燃油中试示范工程基地的建设,探索生物燃油规模化生产的投资、设备、成本及实用技术等方面问題,为生物燃油大规模生产及产业化提供参考。关键词:中试基地;生物燃油;大规模生产;实用技术中图分类号:S216文献标识码:A文章编号: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黑龙江省生物质制燃油中试示范T程基地的建设行聘任制,员工工资与绩效挂钩,并注重员工的培养选目的是将黑龙江省特别是东北林业大学在生物质能新拔、合理使用和创新培训。技术开发与利用方面的人才优势、技术优势和成果优本中试基地实施边建设边运行的策略,在建设资势与本省资源(农作物秸秆和林业废弃物)优势相结金筹措上采取从政府申请一部分,依托单位和共同承合,建立能够独立承担生物质能技术创新和科研成果办单位投入一部分的方式且实行股份制和董事会决策系统化、配套化、工程化的中试基地及研发平台,为黑制。基地建设先期投资预计600万左右。龙江省地方经济建设提供成熟配套的生物质能新能源产品的生产丁艺和技术,并不断推出具有高附加值的2中试基地建设技术支持新能源技术和新能源产品,为地方经济的发展及缓解基地建设技术支持依托东北林业大学生物质能技国家的能源危机做贡献。术工程中心,其拥有强大的生物质能技术专业实验室和教育部东北林业大学生物质材料重点实验室,可用1中试基地建设投资方式实验室总面积约8000m2。设有生物质热解动力学实验该中试基地是相对独立的技术开发实体,其性质室、热动力机械材料实验室、生物质制氢实验室、生物属科研事业单位,实行企业化管理,下设技术开发部、质超临界制油实验室、生物质液体和气体燃料测定分生产经营部、试验检测部、实习培训部、技术销售部、售析实验室及生物质燃料动力机被(锅炉、内燃机等)等后服务部、资金筹措与财务部、国际交流部等机构。实实验室。配有价值2000多万元的多种专业实验仪器和行联合申报与承担单位组成的董事会领导下的主任负设备M凵中国煤化工的实验技术支持责制,董事会为基地最高决策机构。各部经理和员工实CNMHG程中心早在1997收稿日期:2008-06-27年就开始对国外有关生物燃油制取技术进行跟踪研基金项目:“863”计划资助(2007AA057414);究,1998年开始探索和试验用生物质闪速热解制取黑龙江省博士后资助项目(LBH-Z06140生物燃油的工艺,199年开始从事生物质闪速热解2林业机械与木工设备第36卷装置的设计研究,2000年研制出我国首台zKR-50①用生物质制取清洁气体燃料技术及应用技术中试生物质闪速热解液化实验装置,其每小时可热解转②用生物质生产各种固体燃料、型煤技术及其应用化50kg千生物质。自2000年以来,该课题组先后承技术中试。担了黑龙江省自然科学基金、国家自然科学基金、国③用生物质高效生产沼气技术及其高效应用技术家“948”“国际先进农业技术引进计划”和“863”高科中试。技计划等5项有关生物质闪速热解液化制取生物燃④生物柴油技术及其应用中试。油的新工艺与新装置等课题。目前该课题组已完全33基地选址掌握了生物质闪速热解液化制取生物燃油的原理工艺和基本影响参数,为中试基地项目的实施与发该基地应建在农林废弃物丰富的地区,以原料收展奠定了坚实的研发基础。集半径小于(或等于)50-60km为宜。3中试基地建设内容4燃油生产工艺装备本基地生产生物燃油采用快速热裂解技术,其生3.1主要研究项目产工艺包括预处理制气供热和制油三大部分。预处①用生物质高效经济地生产生物燃油技术的中间理部分主要设备有储料仓、自动上料装置、粗碎机、细试验和生产示范;年产200000生物燃油的生产工碎机、输送机、分离除尘装置和干燥窑等;制气供热部艺及成套设备的研发和中试分主要设备有粗碎机、秸秆气化机组、储气柜和燃烧②“生物燃油-柴油”乳化燃料技术及其应用中试。器等;制油部分主要设备有自动进料器、主反应器、热③生物燃料动力机械及车辆技术中试载体加热炉及用料循环装置、两级冷凝器、油泵及储④生物质能产品品位升级(升级成柴油、汽油级产油罐筝。品)技术中试裂解反应器采用不用载气的斜槽式;热载体加热性生物质能新能源产品应用及其装备技术中试。采用串式复合加热炉;供热设备采用大功率秸秆气燃3.2辅助研究项目烧机。这些配置有利于降低成本和生产高质量的生物燃油。生物质制燃油工艺流程如图1所示。去十燥备原料仓生物质碎机布带除尘∥1冷水国冷风机传送带旋风分离器收集仓图1生物质制燃油工艺流程5生产成本预算含水率15%的生物质原料18÷(1-15%)≈22(t)。5.1每天所需的生产原料预算②热载体原料。因为本生产工艺要求热载体与干生物质的混合比例为10:1。根据日产量的规模,考虑到若年产300生物燃油,每年按300天(每天24h)热载团可设计为小于1h),因计算,考虑到原料的转化率(按60%计算)耗损率(按此质每小时用量的105%计算)和含水率(按15%计算)则每天所需的生产原倍CNMHG料可以通过计算获得。③热载体加热需气化供热生物质原料。①制油用生物质原料。干生物质原料:(3000300)÷物体放热或吸热可用下式计算:60%÷(1-5%)≈18(t)。Q=CmAt第9期张恩惠等:生物质能的应用工程式中Q为热量(kJ):m为质量(kg);A为温度差(℃);C3001×380=911000元为比热容(kJkg℃)②生产用工。因为本工艺生产自动化程度较高,用取生物质比热容为C生=08kJ^kg℃,每小时热解(温工相对较少。若按4人班,每天3班计算,则需12人厌;度约50℃)约750kg的干生物质需要的热量为:Q=若按每人每月600元工资计,则每年需工资费用为Cm生△t=31800kJ)。600×12×12=8640000(元)。取热载体比热容为C熟=024 cal/g℃,75热载体在③辅助费用。这项费用包括水、电及生产维修费用。600℃时的热量经计算得:E=4536×10%(kJ)。水主要用于冷却,用量不大,由于可循环利用,故这部设在热解过程中能量损失率为10%,则热解后热分费用可忽略不计。载体的余热经计算得Q3=37644×10(kJ)。若设热载体电费按实际的功率消耗,可按普通工业用电(电价输送过程能量损失率为10%,则热载体被输送到加热平均为035元kW,h计算,则每年的费用为:30×x24炉顶部时的热量为Q=38796×10(k),此时热载体温300×035=162464400元)。度t=448℃C生产维修费用若按购买生产设备费的5%计算,则将7.5t热载体从448℃加热到600C需要的热量经每年投入的维修费用为:340×5%=170万元)。计算得Q=149。12×l0(kJ)。若设热载体加热炉的能量生产费用总计约为27925万元。利用率为80%燃烧器燃烧效率为95%,则生物质燃气54其他费用预算每小时需提供的能量经计算得:Q′=1512×10°(kD)。其他费用包括厂房建设和管理费用等。生物质燃气热值为5000kJ/m3,所需生物质燃气为粗略估计需要厂房面积30×80=2400m2,这部分需要V=3024(m);单位物料产气量为2mkg,所需生物质资金约300万元人民币;管理费用总计约为10万元年。原料为:m=1512(kg)每天干燥2t含水率为15%的生物质原料的干燥55成品油成本预算炉可参考循环式粮食干燥机(XHC4选择参数。其每小根据以上各项成本预算,假设厂房、设备投资回收时能耗为Q=945×10(kJ)。则制燃油每小时需生物质燃期为3年,可粗略预算年生产300生物燃油的成本为:气为V=189m3),气化供热的生物质原料m=945(kg)前3年每吨的生产成本为:[279.25+10+(340+300)÷每小时需生物质燃气总量为V=4914(m3),生物质31÷30041676(元)3年后每年的生产成本为:(27925+制气原料为m=2457(kg),考虑原料含水率(15%)和损10)÷3000≈965(元)。若适当增加产量生物燃油的成失率(可按5%计算)则每天(按24h计算)需生物质原本还将相应下降有利于生物燃油的推广应用。料为:(2457×24)÷(1-15%)÷(1-5%)≈8(t)。④每天需生物质原料量。每天需要制油和制气的6结束语生物质原料为22+8=30(t)(含水率为15%)。黑龙江省是我国农业和林业大省,由于没有先进、经济和高效的利用技术,每年都有大量的农林废弃生52设备费用预算物质被白白浪费。建立黑龙江省生物质能技术中试基年产300生物燃油所需的设备可分为三类:①生地既能促进黑龙江省生物质能技术的快速发展,使其物质燃气制气供热主要设备;②生物质制燃油预处理主尽快产业化解决该省及全国的能源短缺问题,又能加要设备;③生物质制燃油主要设备。快东北老工业基地振兴的步伐,完全符合国家及黑龙根据生产能力及相应的参数,经过初步计算可选江省的中长期发展规划。定或研制相关的设备。经初步预算,设备投资大约需主要参考文献:340万元人民币,设备功率合计约307kW。[1]赵军,王述洋我国农业生物质资源与利用[J.现代化农业,2007,(1):30-31.53生产费用预算2】乔国朝,王述洋曹有为转谁式生物质闪速热解液化反应器生生产费用可粗略分为料、工和辅助费用能力的计算[J林业机械与木工设备,2006,34(5):34-36.①生产用料。每天需要生物质原料约30,热载体[3]李滨,王述洋Z5200锥式生物质闪速热解装置液化冷凝技原料约75t。若建厂初期生物质原料的成本约100元/术的研究[门]林业机械与木工设备,2006,34(1):16-18热载体原料的成本为380元。则每天的凉料费用为中国煤化工转锥式热解液化反应器的生物质原料:30×00300(元);热载体原料:5CNMH中分离器及输送管道的设75×380=285000(元)。计[].机电产品开发与创新,2006,19(6):41-42每年的原料费用(考虑到热载体原料可以循环,按第一作者简介:张恩惠(1965-),男,东北林业大学机电工每天10‰%耗损率计算)为:300005175+(75×1.0%)x程学院副教授,主要从事机电设备、生物能利用的研究。