周鋼霞

（遼寧省糧食科學(xué)研究所，沈陽 110032）

作為糧食行業(yè)較大的耗能環(huán)節(jié)之一，糧食干燥是我國糧食行業(yè)“節(jié)能減排”的重點(diǎn)。我國糧食干燥過程的熱源供給工藝還停留在20世紀(jì)90年代的水平，大部分干燥系統(tǒng)以燃燒原煤為主要熱源且沒有配備節(jié)能減排設(shè)施，燃煤爐爐體龐大，熱效率低，單位熱耗較高，不易控制風(fēng)溫，鋼材、水泥等建材消耗多，制造成本高，使用壽命短，燃煤會(huì)排放出大量的CO、CO2、SO2、SO3、NOX 等有害氣體與粉塵， 對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，不利于環(huán)保。隨著我國環(huán)保要求的不斷提高，煤、油作為熱源燃料已慢慢被禁止使用，因此使用生物質(zhì)燃料、綠色新能源已經(jīng)成為了必然的趨勢，現(xiàn)有的新能源主要有生物質(zhì)燃料、蒸汽、液化天然氣、電力、太陽能及微波等。隨著國家對環(huán)保的重視，糧食干燥行業(yè)已經(jīng)在廢氣排放、節(jié)能及環(huán)保方面做新的研究和應(yīng)用工作，部分干燥設(shè)備已經(jīng)或正在改為以柴油、石油副產(chǎn)品合成燃料為熱源，但占有比例相對較少，仍在初步發(fā)展過程中。

1 清潔能源在糧食干燥領(lǐng)域應(yīng)用的現(xiàn)狀分析

1.1 傳統(tǒng)燃煤熱源和新型能源使用性能特點(diǎn)對比分析

1.1.1 燃煤熱風(fēng)爐使用性能及特點(diǎn)

燃煤熱風(fēng)爐直接燃燒原煤，動(dòng)力消耗少，全部采用人工操作，設(shè)備投資少，燃料費(fèi)用低，但熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜且尺寸較大。其缺點(diǎn)是占地面積大、污染大，在打開爐門間歇加煤、間歇清渣時(shí)，大量冷風(fēng)進(jìn)入爐內(nèi)，爐膛溫度急劇下降，影響燃煤燃燒與供熱，造成供熱不穩(wěn)定。運(yùn)行過程中，大量排放廢氣煙塵，熱效率一般不超過70%。

1.1.2 燃稻殼熱風(fēng)爐使用性能及特點(diǎn)

燃稻殼爐采用固定床及沸騰床相結(jié)合，在燃燒過程中，稻殼呈浮動(dòng)狀態(tài)，配有二級(jí)助燃風(fēng)，壓縮氣體打散，加強(qiáng)稻殼及煙氣的擾動(dòng)，促進(jìn)其揮發(fā)成份及細(xì)小顆粒的燃盡，稻殼灰燼呈灰色粉末狀，整機(jī)熱效率高，低碳排放，引導(dǎo)了行業(yè)環(huán)保潮流。利用燃稻殼熱風(fēng)爐烘干糧食使稻殼變廢為寶，充分解決了稻殼再加工利用困難、板結(jié)土地及污染環(huán)境等問題，極大地節(jié)省了能源，降低了烘干成本，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.1.3 生物質(zhì)成型燃料熱風(fēng)爐使用性能及特點(diǎn)

生物質(zhì)成型燃料由農(nóng)作物秸稈、鋸末等分散生物質(zhì)原料經(jīng)專業(yè)設(shè)備加工而成的顆粒狀、塊狀或木片燃料，具有運(yùn)輸存儲(chǔ)方便、揮發(fā)分高、固定碳、S含量低、CO2零排放、SO2、氮氧化物低排放和可再生等特點(diǎn)，屬于國家支持推廣的新型燃料。生物質(zhì)成型燃料熱風(fēng)爐專門燃燒生物質(zhì)成型燃料。與傳統(tǒng)化石燃料相比，生物質(zhì)能源具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：①生物質(zhì)能源可以通過光合作用再生，與風(fēng)能和太陽能一樣同屬可再生能源，資源豐富，可以循環(huán)利用;②生物質(zhì)在生長中需要的CO2量相當(dāng)于作為燃料時(shí)排放的CO2量，生物質(zhì)作為燃料時(shí),在生長周期內(nèi),對大氣的CO2凈排放量近似于0,是碳平衡燃料；③低污染性：生物質(zhì)含硫、氮量低，燃燒時(shí)生成的SO2和NOX較少，硫和灰分含量僅為中質(zhì)煙煤的1/10左右，煙塵、SO2和NOX等污染物排放濃度較低，在使用專用鍋爐并配套袋式除塵器的條件下，可以達(dá)到《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13271-2014）要求。因此，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面，生物質(zhì)作為能源比煤炭等化石燃料具有更大的優(yōu)越性。

1.1.4 電熱儲(chǔ)能型糧食干燥熱風(fēng)爐使用性能及特點(diǎn)

電熱儲(chǔ)能式糧食干燥熱風(fēng)爐將夜間閑置的、廉價(jià)的低谷電或棄用電（風(fēng)電地區(qū)）轉(zhuǎn)換成熱能存儲(chǔ)在儲(chǔ)能爐內(nèi)，經(jīng)溫度調(diào)節(jié)裝置將儲(chǔ)能爐內(nèi)300～500℃的熱空氣轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的、適合糧食烘干需要的熱風(fēng)輸出，熱效率≥95%，電熱儲(chǔ)能爐工作過程廢渣、廢氣零排放，設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行，節(jié)約糧食干燥生產(chǎn)過程工人工資支出比例50%以上。電熱儲(chǔ)能爐利用電網(wǎng)低谷電儲(chǔ)熱，平衡電網(wǎng)移峰填谷的作用顯著，提高電網(wǎng)利用率，并解決了棄用風(fēng)電上網(wǎng)消納的難題。同時(shí)，電熱儲(chǔ)能爐不需要供熱燃料與廢渣的儲(chǔ)存場地，減少了土地占用。

1.1.5 醇基混合燃料型熱風(fēng)爐使用性能及特點(diǎn)

醇基混合燃料型熱風(fēng)爐主要是以熱能轉(zhuǎn)換成風(fēng)能的一種加熱設(shè)備，這種設(shè)備是將醇基混合燃料以物理方式進(jìn)入燃燒室燃燒，然后將熱能通過熱轉(zhuǎn)換區(qū)對燃燒室產(chǎn)生的熱量經(jīng)過風(fēng)機(jī)帶入送風(fēng)口，然后對糧食進(jìn)行加熱烘干。高效熱風(fēng)機(jī)的燃燒系統(tǒng)為物理燃燒法，風(fēng)溫在100～390℃。熱風(fēng)爐的熱轉(zhuǎn)換率達(dá)95%以上，具有高效、節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)。

1.2 傳統(tǒng)燃煤熱源和新型能源投資及運(yùn)行成本對比分析

以處理量為300 t/d、降水幅度為10%的糧食干燥機(jī)為例，分別進(jìn)行幾種清潔能源與常規(guī)燃煤熱風(fēng)爐的投資運(yùn)行成本對比分析見表1。

表1 清潔能源與常規(guī)燃煤熱風(fēng)爐的投資運(yùn)行成本對比分析

通過表1數(shù)據(jù)分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）燃煤型熱風(fēng)爐：一次性投資成本低，適合所有類型烘干機(jī)配套，運(yùn)行成本偏高，污染嚴(yán)重。

（2）燃稻殼燃燒爐：一次性投資成本較低，目前只適合稻谷烘干機(jī)配套，運(yùn)行成本低，低碳排放、較環(huán)保。

（3）生物質(zhì)燃料型：一次性投資成本與燃煤型熱風(fēng)爐相當(dāng)，目前只適合烘干稻谷等一次性降水幅度降低的糧食作物，運(yùn)行成本略低于燃煤型熱風(fēng)爐，低碳排放、較環(huán)保。

（4）電熱儲(chǔ)能式熱風(fēng)爐：一次性投資成高，目前只適合電力充足或棄用電較多地區(qū)，在無政策性用電的情況下運(yùn)行成本稍高，無污染物排放。

（5）醇基混合燃料型：熱風(fēng)爐一次性投資成本低，目前只適合小型烘干機(jī)配套，運(yùn)行成本稍高，無污染物排放。

1.3 清潔能源在糧食干燥領(lǐng)域應(yīng)用中存在的問題

（1）傳統(tǒng)燃煤型熱風(fēng)爐使用簡單，司爐工技術(shù)比較熟練，在糧食烘干這樣季節(jié)性比較強(qiáng)的操作單元，企業(yè)不設(shè)專門的司爐工，操作工隨時(shí)招來就上崗，可節(jié)約人工大量成本。

（2）非燃煤型熱風(fēng)爐的一次性投資高于燃煤型熱風(fēng)爐，企業(yè)負(fù)擔(dān)較重。特別是電熱儲(chǔ)能式熱風(fēng)爐一次性投資3倍于燃煤型熱風(fēng)爐，雖然社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著，但是目前企業(yè)的普遍反映就是“好東西用不起”。

（3）對生物質(zhì)成型燃料認(rèn)識(shí)不夠深。大多數(shù)人對生物質(zhì)成型燃料可再生、低污染、使用方便等特性認(rèn)識(shí)不夠，甚至許多用能單位根本就不知道有生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)品，更談不上認(rèn)識(shí)和應(yīng)用。

（4）生物質(zhì)原料供應(yīng)問題。生物質(zhì)熱源干燥糧食是目前糧食干燥作業(yè)較理想的熱源之一。但各類生物質(zhì)利用都需要大量的可持續(xù)供應(yīng)的原料，因而不可避免地存在著對生物質(zhì)原材料的競購，受到稻殼、秸稈等生物質(zhì)供應(yīng)量少，不加除塵設(shè)備容易造成粉塵污染等局限，阻礙了先進(jìn)技術(shù)裝備的推廣應(yīng)用。

（5）生物質(zhì)成型燃料結(jié)渣現(xiàn)象還沒有從根本上解決。秸稈類生物質(zhì)固體成型燃料在鍋爐內(nèi)燃燒時(shí)，秸稈類生物質(zhì)在生長過程中吸收的金屬元素會(huì)全部或者部分發(fā)生熔化，形成玻璃狀堅(jiān)硬爐渣，難以清除。另外，煙氣中夾帶著熔化或半溶化的堿金屬硅酸鹽，在接觸到鍋爐內(nèi)壁面時(shí)凝結(jié)，不斷積聚，最終產(chǎn)生嚴(yán)重的積灰或結(jié)渣等問題。結(jié)渣現(xiàn)象不僅會(huì)影響燃燒設(shè)備的熱性能，而且會(huì)危及燃燒設(shè)備的安全性。

2 推進(jìn)清潔能源在糧食干燥領(lǐng)域推廣應(yīng)用的對策及建議

開發(fā)和利用好生物質(zhì)能源、推進(jìn)清潔能源在糧食干燥領(lǐng)域推廣應(yīng)用對解決環(huán)境污染、能源短缺等一系列社會(huì)熱點(diǎn)問題具有重要意義。

（1）國家應(yīng)制定相應(yīng)的配套政策。國家生態(tài)環(huán)境部辦公廳關(guān)于界定生物質(zhì)成型燃料類型有關(guān)意見的復(fù)函（環(huán)辦函[2014]1207號(hào)）明確指出：生物質(zhì)成型燃料屬于可再生能源，是一種較好的煤炭替代燃料。我部將與相關(guān)部門密切配合，進(jìn)一步完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和政策法規(guī)，促進(jìn)生物質(zhì)燃料的推廣使用。國家應(yīng)通過制定能源稅、環(huán)境保護(hù)稅等政策來促進(jìn)生物質(zhì)能源的發(fā)展，使環(huán)保意識(shí)及可持續(xù)發(fā)展意識(shí)深入人心。同時(shí)，發(fā)展生物質(zhì)能源具有良好的生態(tài)效益和社會(huì)效益，應(yīng)加強(qiáng)生物質(zhì)能源利用的宣傳力度。

（2）要保障生物質(zhì)成型燃料、清潔能源的生產(chǎn)和利用過程中原料持續(xù)供應(yīng)。各企業(yè)和地方政府要對生物質(zhì)燃料項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)的可行性分析和論證，充分考慮國家政策、當(dāng)?shù)氐纳镔|(zhì)原料數(shù)目、分布、利用途徑、已有企業(yè)類型和經(jīng)濟(jì)效益等。立項(xiàng)規(guī)模要合適，地點(diǎn)選擇要恰當(dāng)，項(xiàng)目管理要科學(xué)，從而保證原料供應(yīng)充足，保證項(xiàng)目的長久發(fā)展，確保對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、農(nóng)民生活質(zhì)量及農(nóng)村環(huán)境切實(shí)有益。

（3）生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)中的原料預(yù)處理、成型工藝、設(shè)備、成型燃料結(jié)渣嚴(yán)重和不同生物質(zhì)成型燃料燃燒性能差異大等方面仍然存在諸多問題，解決好這些問題是確保生物質(zhì)致密成型和利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，尚有大量的工作需要進(jìn)行。如：進(jìn)一步改善對原料的預(yù)處理，減少秸稈中的金屬元素；在秸稈的收集運(yùn)輸過程中，應(yīng)避免混入含有SiO2的泥沙，防止K和Na等元素的化合物與SiO2發(fā)生反應(yīng)而生成低熔點(diǎn)的共晶體；研制和選用合理的抗結(jié)渣添加劑。

（4）加大糧食干燥領(lǐng)域應(yīng)用電熱儲(chǔ)能式熱風(fēng)爐的政策支持力度。隨著環(huán)境污染問題日益突出，清潔能源的應(yīng)用已經(jīng)得到重視，但天然氣、電能作為干燥作業(yè)的新型能源，由于應(yīng)用成本較高，推廣應(yīng)用還需進(jìn)一步努力。電熱儲(chǔ)能式糧食干燥熱風(fēng)爐將夜間閑置的、廉價(jià)的低谷電或棄用風(fēng)電轉(zhuǎn)換成熱能存儲(chǔ)起來，通過溫度調(diào)節(jié)裝置將儲(chǔ)能爐內(nèi)的熱能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的、適合糧食烘干需要的熱風(fēng)輸出。該技術(shù)解決了常規(guī)電熱爐功率小的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模和超大規(guī)模的供熱能力，達(dá)到了糧食干燥熱風(fēng)輸出溫度和熱量的精準(zhǔn)控制水平，解決了長期困擾糧食干燥行業(yè)能耗高、熱效率低、污染物排放嚴(yán)重超標(biāo)的難題，替代目前廣泛使用的燃煤熱風(fēng)爐，不僅有利于環(huán)境污染的治理，也必將促進(jìn)我國糧食干燥行業(yè)的清潔發(fā)展。國家有關(guān)部門應(yīng)給予政策上的大力支持。