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在上世纪80年代中期已经出现了木屑颗粒燃料行业,随着住宅木屑颗粒炉的推广。此设备是能够减少颗粒物排放,远低于美国环境保护局(EPA)对柴灶排放新要求,为消费者提供自动化和便利的木材供暖方式。质量好的红木生物质颗粒炉的销量在90年代初迅速增加,在1994年达到顶峰。后来因天然气灶出现,增长逐渐趋于平缓。颗粒燃料销售量遵循住宅颗粒炉的需求曲线。在此期间,住宅用途占95%左右,其余为工业用途。1984年,在美国太平洋西北地区经营了两家颗粒厂。大多数质量好的红木生物质颗粒厂为小公司所有。然而,最近建成许多大型颗粒以应对欧洲不断上升的需求,欧洲已成为加拿大和美国主要的生物质颗粒出口目的地。使用的原料通常是木屑。刨花和木片比较少使用。这个行业是由许多独立的工厂组成,其唯一的业务是颗粒生产,这些工厂也是其它木材加工公司的一部分。这些独立的企业在公开市场上购买原材料,往往是更大的生产商。木屑颗粒行业是由一间间厂缓慢发展起来的。许多工厂需要6-18个月的调整规范期。启动阶段时间长是由于多种因素,包括:原材料变化、设计不当和工程,使用破旧或尺寸不合适的设备和缺乏经验的管理人员和生产工人的一部分。尽管如此,随着行业的逐渐成熟,条件不断改善,企业在进入这个行业之前,一般会提前做研究调查,设备/工程公司提供更好的整体工厂设计和安装,改善装备,借助其他颗粒生产商提供信息和协助。除了大型的颗粒生产厂,也有一些是个体户,特别是在农村地区大家自行用小型机械生产生物质颗粒燃料。这是一种自给自足的方式,满足周边地区用户需求,也是一种从现成的废料中获得经济效益的方法。
瑞典是这个行业的先行者之一,由于其突出的木材产业、增加能源独立的愿望和环境保育的承诺。使用生质量好的红木生物质颗粒用于能源生产可以追溯到上世纪70年代,在能源危机后,寻求化石燃料的替代品。在这个时候,用于生产动物饲料颗粒的技术已被改进,以适用于更致密的木质材料。瑞典木屑颗粒的生产计划在1970年后期启动,决定在穆拉建一个红木生物质颗粒批发。该工厂于1982年11月开始生产,不久后就出现问题了,因为成本远远高于预算。设备是将燃油锅炉改为生物质颗粒燃料锅炉。但是效率很低,不仅仅是因为颗粒质量很差。第一年的原料主要是树皮。颗粒灰分含量通常是2.5-17%。穆拉工厂于1986年倒闭。1984年在Vrgrda建了一间颗粒厂,于1989年倒闭。该厂的最后一个所有者是Volvo集团。在1987年,建于Kil的第一间干燥物料制粒厂,被设计为年产量为3000吨。这家工厂仍然在运作,是瑞典历史最悠久的商业化工厂。在90年代初,瑞典政府想出了矿物燃料征税的提案。此时它也限制二氧化碳的排放量。在短期内,燃烧化石燃料变得无利可图,随之生物燃料进入填补能源缺口。这是一个转折点,标志着木屑颗粒的使用开始快速增长。
石河子红木生物质颗粒成型技术的发展是一项系统工程,“工程化”研究不是整台样机的研究,是在集成多项技术基础上的“再创新”,在集成多项技术构成新的颗粒机设备系统后必须进行工程化试验,提炼成熟的指标,解决新的技术问题。质量好的红木生物质颗粒的收集、干燥、粉碎、成型、燃烧所需技术与设备必须配套、协同发展。与会专家建议生物质从传统的能源利用方式变成资源,并协同解决其中的一些基础科学问题;与此同时,国家应高度重视生物质高值利用,在国家重点研发计划中设立“生物质高效综合利用”专项,系统开展多联产技术创新和工程示范推广。应立足于农村(场)或城乡结合部,我国乡镇和农村的秸秆、农林废弃物量大充足,属可再生资源,价格低廉,是生物质成型燃料技术发展良好的基础条件。工程化成型技术立足于农村可减少生物质原料和成型燃料产品的收集、贮存、运输及供应问题。
英国仍然是主要颗粒消费国。首先,它与政府的政策相关,其中包括对红木生物质颗粒批发的补贴和支持。这就是一些燃煤电厂改造为生物质发电厂的原因。紧随英国后的国家是意大利、瑞典、丹麦、德国、比利时和荷兰。比利时、荷兰以及英国的生物质燃料颗粒大多用于发电站的电力。与此同时,意大利和德国使用的颗粒很大程度上是用于供热。在这些国家中,颗粒变得越来越受欢迎,因为他们的政府对天然气、石油和煤炭征收高额税。总的来说,欧盟在全球颗粒消费比重大约达到80%。第二大的质量好的红木生物质颗粒消费地区是北美。其占全球生物质消费量的11%。美国则是这个区域龙头。生物质燃料颗粒主要出口国在于世界各地生物质燃料颗粒需求的增加刺激了贸易的增长。美国和加拿大是世界上目前最大的颗粒出口国。数据显示,2013年美国出口277万公吨生物质燃料颗粒到欧盟。出口额估计3.47亿美元。美国农业部还宣布,到2020年发货的成本预计到10亿。紧随其后,加拿大也在不断增加。不列颠哥伦比亚省是加拿大主要生物质燃料颗粒产地。2013年加拿大出口量是2011年的两倍多。在2015年上半年,由于英国的出货量,这个数字相比上一年增加了1%,达到约78万吨。与此同时,出货到意大利和亚洲国家的数量已经显著减少。综上所述,全球生物质颗粒燃料市场过去几年里一直在迅速增长。目前,北美处于该行业世界领先地位。更重要的是,预计新的生物质颗粒燃料出口大国很快会出现。欧盟是世界上最大的生物质消费国。它与其国家政策相关,其中包括对颗粒行业的补贴、化石燃料的高税收以及与新的气候目目标。由于日益增长的需求,颗粒出口也在不断增加。
在“十三五”规划中,石河子红木生物质颗粒锅炉和余热锅炉这些可再生能源、循环利用能源装备是唱重头戏的,没有为什么,只是因为这些锅炉的燃料是非常有价值的。可再生、成本低、污染小、炉型效率高、覆盖广泛……目前,越来越多的省市出台了石河子红木生物质颗粒锅炉补贴办法、余热利用锅炉补助标准,为生物质锅炉、余热锅炉的广泛应用开拓了良好的市场前景。因此,锅炉市场出现了秸秆锅炉、糖醛渣锅炉、棕榈壳锅炉等。生物质燃料种类繁多,这些锅炉的炉型大致都是一样的,只是根据设计燃料的不同,锅炉的参数也不同。生物质锅炉燃料消耗量计算和燃气锅炉耗气量计算和燃煤锅炉耗煤量计算同理,也是由锅炉效率、燃料热值来决定的。尤其是燃料热值方面,燃料大都用于燃烧,各种排烟温度均超过水蒸汽的凝结温度,不可能使水蒸气的凝结热释放出来,所以在能源利用中一般都以燃料的应用的低位发热量作为计算基础。各国的选择不同,日本、北美各国均习惯用高位热值,而我国、前苏联、德国和经济合作与发展组织是按低位热值换算的,有的国家两种热值都采用。
(1)林业资源丰富,原料以林业剩余物为主。瑞典有丰富的森林资源,每年产生大量的林业剩余物,因此颗粒燃料原料以林业剩余物为主,包括锯末、刨花、木条等。与中国丰富的农作物秸秆资源相比,林业剩余物具有热值高、易远距离运输,同时物理特性相差不大,在质量好的红木生物质颗粒生产过程中不需要粉碎;但也存在问题,主要是由于锯末含水量较高,一般超过50%,因此在颗粒燃料加工前需增加烘干工序,这也部分增加了其生产成本。(2)颗粒燃料产业商业化,以大中型为主。瑞典颗粒燃料产业完全商业化生产,成型技术成熟,生产企业以大中型为主,生产能力达到220万吨,主要集中在35个大型生产企业;小型企业(年产量5000t以下)基本上是在已有刨花板、家具及锯末生产厂的基础上建立的,利用自己企业产生的锯末作为原料。(3)政府制定了完善的法律、法规以及鼓励政策。石河子红木生物质颗粒产业在90年代以后迅速发展的一个重要原因是国家制定了生物质能源鼓励政策,并以法律法规形式颁布,长期保持不变。如1991年颁布的二氧化碳排放税,使得大量区域供热中心采用的原料由石油转变为颗粒燃料,2003年的电力认证系统,鼓励电力生产商或电力供应商采用可再生能源生产的“绿电”,极大地促进了颗粒燃料的发展。(4)颗粒燃料相关标准不断完善。从上世纪90年代开始,瑞典研究机构就发布了颗粒燃料相关标准,并针对不同用户对颗粒燃料进行分类,完成了颗粒燃料、燃烧设备等标准、技术条件的测定。同时,瑞典颗粒燃料的标准、技术条件不断向欧盟标准靠近和完善。目前采用的检测分析方法大多采用了欧盟标准,尤其是在生物质炉具、锅炉的检测方面,大大促进了瑞典与欧盟各国间的颗粒燃料、燃烧设备的贸易。(5)燃烧技术及燃烧设备成熟。近几年来,瑞典的户用燃烧锅炉、采暖炉具产量不断扩大,这得益于燃烧技术及燃烧设备的发展。瑞典政府十分重视燃烧设备的开发与应用,目前瑞典许多研究机构、大学、企业等合作研究开发了燃烧设备,使得瑞典的燃烧设备以及燃烧技术处于国际领先地位。(6)拥有完善的质量保障体系。为保证颗粒燃料、燃烧设备产品质量,瑞典政府规定,在颗粒燃料、燃烧设备进入市场前,必须获得第三方的检测认证。瑞典国家技术研究所(SP)建立了自愿认证系统,即P-Mark认证体系,如进入欧盟市场时,需达到欧盟标准要求,即通过CE认证。这提高了颗粒燃料、燃烧设备的质量,保障了用户的利益。