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生物质颗粒烘烤技术与实践，是烟草行业践行绿色发展理念、实现烟叶烘烤节能减排、推进生态文明建设的重要举措。《生物质颗粒烘烤技术与实践》共分9章，第一章介绍了生物质燃料的概况；第二章主要介绍了烟用生物质颗粒燃料的发展；第三章分析了烟用生物质燃料的特点；第四章阐述了烟用生物质颗粒燃料的燃烧装置；第五章说明了烟用生物质颗粒燃料的烘烤技术；第六章介绍了烟用生物质颗粒燃料的生产加工；第七章阐述了烟用生物质颗粒燃料的管理模式；第八章分析了烟用生物质颗粒燃料烘烤的节能减排；第九章分析了烟用生物质颗粒燃料和燃煤烘烤的各项数据。
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目录第一章 生物质燃料概述 1第一节 生物质燃料与环境保护 1一、生物质燃料 1二、生物质燃料燃烧 8三、环境保护 10第二节 生物质燃料的定义与特点 13一、生物质燃料的定义 13二、生物质燃料的特点 13三、生物质成型燃料的特点 15第三节 生物质燃料的利用 16一、生物质燃料的利用现状 16二、生物质燃料的利用技术 18第四节 生物质燃料开发的影响 27一、生物质燃料开发的必要性 27二、生物质燃料开发的意义 28第二章 烟用生物质燃料的发展 31第一节 烟用生物质燃料的前景 31一、生物质能的引入 31二、烟用生物质燃料的引入 31第二节 烟用生物质燃料的研究 34一、燃烧设备替代的研究 34二、生物质燃煤块替代烟用燃煤项目研究与推广 35三、清洁能源部分替代煤炭在密集烤房中应用技术研究与推广 39四、密集烤房替代能源综合配套技术研究与推广 42五、自动化节能环保新能源烘烤技术研究与示范 43六、以烟秆为主的生物质能源烟叶烘烤技术推广应用 48七、颗粒型生物质燃料在烟叶烘烤中的应用研究 49第三节 烟用生物质燃料的燃烧过程 53第四节 烟用生物质燃料的推广 54一、生物质燃烧机的推广 54二、云南省生物质加工厂的分布 55三、云南省补贴资金的投入 55第三章 烟用生物质燃料的特点 56第一节 烟用生物质燃料的总体要求 56第二节 烟用生物质燃料的原料组成 57一、农作物秸秆 57二、能源作物 58三、畜禽粪便 59四、农产品加工业副产品 60第三节 烟用生物质燃料的配方特性 60一、烟用生物质燃料的分类 60二、烟用生物质燃料配方的作用 61三、烟用生物质燃料配方的要求 61四、**烟用生物质燃料配方 62第四节 烟用生物质燃料的检验、包装、 运输、贮存和库内管理 63一、烟用生物质燃料的检验 63二、烟用生物质燃料的包装 64三、烟用生物质燃料的运输 64四、烟用生物质燃料的贮存 64五、烟用生物质燃料的库内管理 65第五节 烟用生物质燃料的灰分利用 65一、烟用生物质燃料灰分利用的意义 66二、烟用生物质燃料灰分的主要成分 66三、生物质灰分利用的途径 68四、生物质灰分在烤烟栽培上的利用 69第四章 烟用生物质颗粒燃料燃烧装置 70第一节 烟用生物质颗粒燃料燃烧装置的形成 70一、燃烧器的起源 70二、国内外烟用生物质颗粒燃料燃烧设备的发展 71三、我国烟用生物质颗粒燃料燃烧装置的形成 72第二节 烟用生物质颗粒燃料燃烧装置的组成 74一、工作原理 74二、基本结构 74三、各结构的组成及基本功能 74第三节 烟用生物质颗粒燃料一体式烘烤设备 79一、换热器 80二、炉体 80三、供料燃烧装置 81第四节 烟用生物质颗粒燃料燃烧装置的设计要求及注意事项 82一、环保要求 82二、省工降本要求 83三、智能化要求 83四、性能要求 83第五节 烟用生物质颗粒燃料燃烧装置的使用 90一、运输方法 90二、安装方法 90三、调试方法 91四、操作方法 92第六节 烟用生物质颗粒燃料燃烧装置的注意事项 95一、烘烤前设备自检 95二、使用过程中的注意事项 96三、使用前的检查 97四、烤季结束后的保养 97五、出现的问题 97六、生物质颗粒燃料采购、保存注意事项 100七、与燃煤烘烤的异同 101第五章 烟用生物质颗粒燃料的烘烤技术 103第一节 工艺要求 103一、生产工艺 103二、烘烤要求 104第二节 烘烤工艺 105一、叶尖变黄阶段 105二、叶肉变黄阶段 105三、全炉变黄阶段 105四、支脉变黄阶段 106五、叶片干燥阶段 107六、主脉干燥阶段 107第三节 烟用生物质颗粒烤后烟叶外观质量 107一、描述性统计特征 107二、指标间相关性分析 108三、等级间差异 108四、品种间差异 109第四节 烟用生物质颗粒燃料的内在品质 110一、感官质量评价体系 110二、化学成分 112第六章 烟用生物质颗粒燃料的生产加工 113第一节 国内外烟用生物质颗粒燃料成型技术的发展现状 113一、国外发展现状 113二、国内发展现状 113第二节 烟用生物质颗粒燃料主要生产设备的特点及应用 114一、粉碎机 114二、生物质颗粒成型设备 115三、影响烟用生物质颗粒成型的主要因素 122第三节 烟用生物质颗粒燃料生产线建设 125一、生产规模 125二、选址 125三、场地 126四、电力 126五、排污 126六、设备 126七、人员 127第四节 烟用生物质颗粒燃料的生产流程及生产注意事项 127一、生产流程 127二、生产注意事项 128第五节 烟用生物质颗粒燃料的生产模式 130一、保山市烟用生物质颗粒燃料生产模式 130二、生物质颗粒燃料生产加工模式 131三、运用团体标准规范烟用生物质颗粒燃料生产 133第七章 烟用生物质颗粒燃料的管理模式 135第一节 烟用生物质颗粒燃料的设备管理 135一、常规管理要求 135二、原料入库与贮存 136三、电控系统 136第二节 烟用生物质颗粒燃料的运行管理 137一、原料粉碎 137二、压缩成型 137三、除尘 139四、冷却 139五、称重包装 139六、成品贮存 140七、成品运输 140八、成品检测 140第三节 烟用生物质颗粒燃料的烘烤管理 140一、常规操作要求 140二、颗粒燃料入库与贮存 141三、燃烧机安装与调试 141四、烘烤操作 141五、燃烧机存放与维护 142第八章 烟用生物质颗粒燃料烘烤的节能减排 143第一节 其他能源烟叶烘烤节能减排 143一、太阳能 143二、电能 150三、天然气 153四、醇基燃料 153第二节 烟用生物质颗粒燃料与其他能源烘烤减排效果 154一、烟用生物质颗粒燃料烘烤 154二、太阳能烘烤 155三、电能烘烤 155四、天然气烘烤 155第三节 烟用生物质颗粒燃料的尾气检测 156第九章 烟用生物质颗粒燃料和燃煤烘烤的各项数据对比 157第一节 生物质颗粒燃料和燃煤烘烤的成本与热值对比 157第二节 生物质颗粒燃料和燃煤烘烤的烟叶经济性状对比 158参考文献 160
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第一章生物质燃料概述 第一节生物质燃料与环境保护 一、生物质燃料 近年来，随着全球气候极端事件的频发，国际油价波动，在化石能源短缺、环境污染的双重压力下，各个国家相继面临着资源需求不平衡的挑战，亟须加快能源战略的变化，推进能源结构的转型。我国在经济快速发展的过程中在很大程度上依赖化石能源，导致一些环境问题也暴露出来，如空气污染、土壤重金属超标、河流污染等问题越来越突出。积极发展环境友好的替代能源是缓解能源和环境问题的重要措施之一。对此，人类提出加快能源结构转变的策略，大力发展绿色可再生能源成为必然趋势。在可再生能源中，原料来源广泛的生物质能占据重要地位。生物质能是绿色植物通过直接或间接的光合作用将太阳能转变为化学能贮存在体内的一种能量。生物质能主要来源于农业有机废弃物、林业残留物、额外的农业土地利用残留物等。生物质能来源丰富、利用广泛，是农村地区*重要的可再生能源之一。生物质能作为一种绿色、低碳、清洁的可再生能源，对加快能源结构转型具有重要意义。生物质能是世界上重要的新能源，是继石油、煤炭、天然气之后发现的重要能源，其消耗量约占世界总能源消耗量的4%，被称为“世界第四大能源”，引起了各国的重视。目前生物质能研究技术成熟、应用广泛，在实现全球能源结构转型、应对全球气候变化、缓解能源供需矛盾、保护生态环境等方面发挥着重要作用。2015年世界各国生物质发电装机容量达到1亿kW，成型燃料和沼气产量分别约为3000万t和570亿m3，生物液体燃料消费量近1亿t。国家能源局在《生物质能发展“十三五”规划》中做出重要指示，提出到2020年我国生物质能要基本实现商业化和规模化利用，进而改变我国的能源结构现状，减少我国对煤炭和石油资源的依赖。 生物质燃料是生物质能中的一种重要转化形式，根据技术成熟度，国际能源署《交通用生物燃料技术线路图》将生物质燃料分为传统生物燃料和先进生物燃料（http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/Technology_Roadmap_Delivering_Sustainable_Bioenergy.pdf）。传统生物燃料的生产工艺成熟，已达到一定的商业生产规模，通常被称为**代生物燃料，包括糖和淀粉作物乙醇、油料作物生物柴油。典型原料包括甘蔗、甜菜等糖基作物，玉米、小麦等淀粉基作物，油菜、大豆、棕榈等油料作物，以及动物脂肪、餐饮废油等。先进生物燃料的生产技术仍处在研发、试点或示范阶段，通常被称为第二代或第三代生物燃料，包括以动物脂肪和植物油为原料的氧化植物油（HVO）、以木质纤维素生物质为原料的纤维素乙醇和生物质制油（BtL），以及以能源藻类为原料的藻类生物燃料等。除了生物质燃料，生物质能的利用形式还包括生物质发电、生物质燃气等。 生物质燃料以生物质材料燃烧作为燃料，一般主要是农林废弃物，如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等。生物质燃料中较为经济的是生物质成型燃料，其原料来源广泛，多为农林废弃物、茎状农作物、花生壳、树皮、锯末及固体废弃物（糠醛渣、食用菌渣等）等，经过专业设备在一定的温度和压力下经切片-粉碎-除杂-精粉-筛选-混合-软化-调质-挤压-烘干-冷却-质检-包装等工艺固化成型，进而加工成高密度、高热值的块状燃料，按照成型燃料的直径大小，可划分为颗粒状（直径<10mm）、块状（直径10～25mm）、棒状（直径>25mm）燃料。常用的成型块状燃料其直径一般为6～8mm，长度为其直径的4～5倍，破碎率小于1.5%～2.0%，干基含水量小于10%～15%；燃烧过程清洁环保，灰渣及烟气中污染物含量低，灰分含量小于1.5%，硫含量和氯含量均小于0.07%，氮含量小于0.5%，二氧化硫和氮氧化物的排放较少。此外，价格方面与化石能源燃料相比非常低廉，是替代常规化石能源的优质环保燃料，具有巨大的能源潜力。 （一）国外发展现状 2004年，荷兰乌得勒支大学Edward Smeets等对2050年全球生物质原料资源进行了预测，并估算了全球十大区域5种生物质原料来源的能源潜力，包括专用能源作物、农业剩余物、林业加工剩余物、畜禽粪便和城市生活垃圾。Edward Smeets等的研究根据饲料转化率、作物生产技术、畜禽生产体系以及水分供应（雨养或灌溉）的水平，设置了4种情景并估算了不同情景下全球及各区域的生物质能源潜力。结果表明，2050年全球生物质原料年产能折合标煤量分别为93.3亿t、175亿t、402亿t和503亿t，相当于2005年全球石油消费总量（38.4亿t）的2.4倍、4.6倍、10.5倍、13.1倍。在世界各区域中，东亚的生物质原料产出潜力排在第五位，在4种情景下分别为5.12亿t、7.17亿t、51.6亿t和64.2亿t。 生物质燃料的应用方式有多种，但技术较为成熟、可实现规模化开发利用的主要是生物质成型燃料（biomass briquette fuel），其是将农林废弃物作为原材料经过干燥、粉碎到一定粒度并混合，然后在高压或高温高压条件下，通过生物质中木质素的塑化黏合，把本来疏松的生物质原料颗粒压缩成形状规则、密度较大、燃烧值较高的各种成型（如块状、颗粒状等）燃料，可贮运和高效率燃烧使用的一种新型清洁燃料。 生物质成型燃料制备技术在西方发达国家已有近40年的发展历史，生产技术基本成熟。目前，国外在生物质成型燃料的制备方面主要采用以下4种生物质固化成型技术：①螺旋压缩式成型技术；②机械驱动冲压式成型技术；③液压驱动冲压式成型技术；④颗粒式成型技术。1930年，美国率先研制了螺旋式压缩成型机以及相应的燃烧设备。随后，日本也很快研制出了机械驱动活塞式成型技术，并成功研制了棒状燃料成型机，后又从美国引进了颗粒燃料成型技术。20世纪70～80年代，欧洲和亚洲一些国家也逐渐开始研究生物质固化成型技术，相继研制出压块状成型燃料与瓦楞状成型燃料，并建立了炭化、固化专业生产厂。此外，国外一些国家（美国、瑞典、德国、丹麦等）对生物质成型燃料制备过程中的一些关键参数基本制定了各自的标准体系。总体来看，这些关于固体生物质成型燃料的标准体系均非常重视燃烧过程中产品的灰分、挥发分、热值、水分，硫、氯、钾、铬、钙、铜等元素，以及有机卤素、添加剂、杂质等的含量，而且对于产品的外形尺寸、密度、含水率、机械强度等也非常重视。在这些标准技术下生产的生物质制品具有密度高、热值高、易于运输、使用方便、燃烧过程中CO？“零排放”等显著优势。截至2015年，全球生物质成型燃料产量约3000万t，其中世界最大的生物质成型燃料消费地区主要集中在欧洲，年均消费约1600万t。北欧国家生物质成型燃料消费所占比例较大，其中瑞典生物质成型燃料供热约占其国**热能源消费总量的70%。 （二）国内发展现状 与国外相比，我国的生物质成型燃料研究起步较晚。20世纪80年代，湖南衡阳市粮食机械厂从国外引进了一台螺旋压缩式生物质成型机，并根据外国样机情况于1985年制成了我国**台生物质成型压缩机。此后，生物质成型燃料制备技术在我国迅速发展，各大高校和科研院所都相继开展了相关的研究。20世纪90年代，河南农业大学和中国农业机械化科学研究院分别研制出了PB-I型机械冲压机和HPB系列液压驱动冲压式成型机。进入21世纪以来，我国又研制出了多种类型的环模、平模颗粒生物质成型机和具有强制喂料系统的成型机以及配套设备，并建立了能够适应多种生物质原料特性的固体成型燃料生产工艺路线与生产线。我国学者还对生物质成型燃料组分、燃烧性能、动力学特性开展了相关的机理研究。例如，河南农业大学的张百良等（2010）提出了构建我国固体生物质成型燃料标准体系的指导思想和原则，对标准体系的框架和内容提出了具体的分析和建议，为生物质成型设备的研发提供了夯实的数据支撑，并围绕生物质成型燃料原料组分和燃烧过程中使用的添加剂，从功能分类和作用机理的角度出发，开展了黏结剂、防腐降沉添加剂、助燃剂的研究。研究发现，生物质成型燃料原料的纤维素组分、孔隙率、压缩密度对其燃烧特性有影响。例如，李诗媛等（2013）通过实验研究发现，生物质成型燃料在流化床中能够稳定燃烧，且燃烧效率高达96.8%，但是烟气中HCl与SO？的排放浓度较高。生物质成型燃料具有水分和挥发分高、热值低、碱金属元素含量高的特点，其燃烧产物对燃烧设备造成腐蚀、积灰和结渣的不良影响。有研究人员对生物质成型燃料在燃烧设备中的结渣性进行了研究，发现生物质成型燃料的结渣性较为轻微，结渣区域大部分在还原层，结渣程度随着温度、过量空气系数、燃料粒径、料层厚度的增大而加剧。 我国每年有大量的农作物秸秆、林业剩余物、畜禽粪便、农产品加工剩余物和生活有机废弃物等没有被充分利用，这一方面浪费了宝贵的资源，另一方面造成了环境污染。通过多种途径和方法，生物质原料资源既能转化为能源，也可以生产生物基产品。石元春院士在论著《中国可再生能源发展战略研究丛书？生物质能卷》中测算了2005年我国主要有机废弃物（包括谷物秸秆、畜禽粪便、采伐加工林余物、采集育林薪柴、农林加工废弃物和城市有机垃圾）的年产生量和年可用量分别为5.66亿tce和3.65亿tce。在此基础上，石元春院士在《决胜生物质》中对我国2007年有机废弃物的实物产出量进行了估算，发现达到18.66亿t，折合标煤量5.97亿t，其中可用实物量及其折标煤量分别为11.65亿t和3.83亿t。Yang等（2007）估算了我国2007年的生物质能源资源总量，发现作物秸秆为1.42亿t、林业生物质为2.85亿t、畜禽粪便为4.40亿t、生活垃圾为1350万t、有机废水为646万t。2008年，农作物秸秆、林业剩余物和城市生活垃圾的能源潜力分别为14.7EJ（5.02亿tce）、3.9EJ（1.33亿tce）和0.2EJ（682万tce）。总体上，原料是制约我国生物质产业发展的重要因素，农林剩余物是我国生物质能源的重要组成部分，全面摸清其原料资源状况和分布特征，是发展生物质产业的重要基础。 综上，我国生物质资源丰富，能源利用潜力大（图1-1）。我国可作为能源利用的农作物秸秆及农产品加工剩余物、林业剩余物和能源作物、生活垃圾与有机废弃物等生物质资源总量每年约4.6亿tce。截至2015年，生物质能利用量约3500万tce，其中商品化的生物质能利用量约1800万tce。生物质发电和液体燃料产业已形成一定规模，生物质成型燃料、天然气等产业已起步，呈现良好发展势头。生物质成型燃料年利用量约800万tce，主要用于城镇供暖和工业供热等领域。生物质成型燃料供热产业处于规模化发展初期，生物质成型燃料机械制造、专用锅炉制造、燃料燃烧等技术日益成熟，具备规模化、产业化发展基础，在我国有较大的发展空间。 图1-1全国各省（自治区、直辖市）农林剩余物资源的能源潜力（标煤量，万t） （三）我国生物质燃料发展趋势 我国生物质资源具有总量丰富、分布范围广的特点。加之我国是农林业大国，具有包括农作物秸秆、禽畜粪便、林业生物质、工业有机废弃物和城市有机生活垃圾及废弃油脂在内的丰富生物质资源。1996～1998年，中国农业部与美国能源部共同开展关于中国生物质资源可获得性评价的研究工作，形成了中国*早的一项比较系统的生物质资源评估的研究报告，评估了1995年中国农作物稻秆、畜禽养殖场粪便、城市生活垃圾和林业加工废弃物资源的供应潜力（李京京和张鲁江，1998）。该研究报告指出，1995年全国农作物（稻谷、小麦、玉米、其他杂粮、豆类、薯类、油料作物、花生和甘蔗）秸秆的理论产量为6.05亿t，根据热值折合标煤3.03亿t，其中58.7%可用作能源。猪、牛、肉鸡和蛋鸡的可收集粪便量为8.51亿t，结合干物质含量和折标煤系数估算能源潜力为7840万tce，其中大中型养殖场粪便污水的能源潜力约为1160万tce；城镇生活垃圾清运量和木材剩余物分别为1.0
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