生物质能源在粮食烘干中的应用

◎ 谢建松

（郑州中粮科研设计院有限公司，河南 郑州 450053）

中国作为世界上最大的粮食生产国和消费国，每年的粮食产量均居于世界首位，其中高水分粮食约占20%，由于收获后的粮食水分含量较高，若不及时干燥，易发生霉变虫害，造成粮食品质降低，我国每年因粮食受气候因素影响或因干燥水分未达要求而造成的霉变腐烂损失达粮食总产量的5%，而造成了巨大的经济损失。因此，粮食干燥是粮食安全储运的关键环节，也是确保我国粮食增产增收，减少储粮损失，避免粮食品质降低的重要途径。粮食干燥成本中很大一部分来源于能耗，我国采用的能源绝多以煤等常规能源为主要热源，热效率低，能源消耗大，仅干燥过程所用能源占国民经济总能耗的12%左右。常规能源的使用在粮食干燥过程中会排放大量CO2、SO2和灰分固体废弃物，对环境的污染比较严重。因此，解决我国粮食的干燥的热源利用问题，提高粮食干燥过程的能源利用效率，实现节能环保的粮食烘干已成为我国农业生产的重要内容。

1 生物质能源概述

生物质能源，是指贮藏在林木生物质中的生物量转化形成的能源，主要是指通过直接燃烧或者现代转化技术形成的可用于发电和供热的能源。是地球上最普遍的能源之一，具有可再生、数量巨大等特点。生物质能源在地球上的储量仅次于煤、石油和天然气，在整个能源构成系统中占有重要的地位。我国具有非常多的生物质资源，将生物质能资源换算成为标煤，大约等于50亿吨，是中国当前能源消耗量的4倍左右[1-3]。

我国的生物质资源主要以农林废弃物为主，每年农作物秸秆年产量约6亿吨，其中除用作造纸和畜牧原料外，大部分未被有效利用，不仅造成了资源的浪费，还会产生严重的环境污染。作为一种可再生能源，生物质能源一直与太阳能、风能、水能和潮汐能共同推动世界能源的发展。大规模开发和利用生物质能源，既可降低我国对原油的过度依赖，保证国家能源安全，维持国家经济的有效运转，又能在保护生态环境和减缓温室效应的同时，保证农村经济持续健康发展，促进农民就业，维护社会的和谐与稳定。清洁可再生生物能源的研究与利用具有极其重要的意义和广阔的发展前景。

生物质能源具有如下特点：①数量巨大，分布广泛。我国秸秆等生物质资源在农村数量巨大，来源广泛，可以保证充足的利用和能源供给。②低污染性。生物质的硫含量为0.01%～0.1%，远低于煤中硫含量（0.5%～1.5%）。生物质作为能源资源比石油、煤炭、天然气等燃料，在减少有害气体排放方面具有更大的优越性。生物质燃烧过程中所排放的CO2相当于植物生长过程中所吸收的CO2，所以燃用生物质时可以认为CO2的净排放是零，可有效缓解温室效应，因此生物质与矿物燃料相比更为洁净[2]。③可再生性。生物质资源是植物通过光合作用产生，属于可再生资源，不仅资源丰富，且可循环利用。④可存储性与替代性。生物质能是有机资源，可对于资源本身或其液体或气体燃料产品进行存储。综上所述，生物质能是一种资源丰富、含碳量低的可再生能源，在我国能源结构中占有举足轻重的地位。

2 我国粮食干燥热源现状及生物质能源的应用

在我国粮食干燥领域，应用最广泛的燃料为煤，其次为天然气、蒸汽、柴油等。从热源上分析，我国粮食机械化干燥绝大部分采用热风式干燥。热风干燥属于对流干燥，即使用热空气或洁净烟气作为介质，与粮食直接接触，同时向粮食供热并带走气化的水分[4-6]。热风炉是粮食干燥设备的主要供热系统。热风炉能源具有广泛的来源，目前粮食烘干机所采用的热源主要有煤、油、天然气、生物质燃料、电（空气源热泵）等，由于受我国能源结构的制约，粮食烘干热源燃料以煤为主，约占总量的90%；而生物质固体燃料如稻壳、秸秆约占5%；柴油、天然气、煤气、沼气约占2%；其他热源占到3%，见表1。

表1 我国不同热源热风炉主要指标比较表

燃煤热风炉是我国广泛使用的间接加热设备，存在热效率不高、设备投资大、使用寿命短、污染程度大等缺点。电加热装置虽然具有无污染、热效率高等优点，但作为二次能源，其使用成本极高，不适合于大规模粮食烘干使用[7]。针对燃煤价格的不断高涨以及国家对生态环境问题特别重视，尤其是近年对燃煤热风炉的取缔和关停，综合节能减排及经济指标，生物质热风炉比燃煤、燃油及电加热风炉更具优势。

将4种不同干燥热源进行粮食烘干作业生产成本中热源部分的成本进行对比，可以看出：使用生物质燃料的烘干机，因生物质燃料的成本及自身发热值等原因的影响，每吨粮降1%水燃料成本较燃煤有一定增加，但与柴油、电加热相比较，成本仍较低，见表2。如叠加考虑到国家环保政策对燃煤热风炉的限制及燃煤排放物的脱硫除尘处理，以生物质作为热源的粮食干燥技术更加具有竞争力，采用生物质颗粒为燃料，与燃煤型锅炉相比大大减少了硫化物和氮化物的排放，减少了环境污染，具有良好的经济生态效益。不仅可解决我国能源短缺和环境污染的问题，还可降低因燃煤限制造成的烘干成本。此外，生物质燃料燃烧后的废料还可以继续利用，如使用以稻壳作为热源，稻壳燃烧后产生的草木灰，可以继续作为肥料使用，在大大降低了生产成本的同时，还避免了资源的浪费[8]。

目前用于粮食干燥的生物质燃料主要有3类：①固体燃料，如秸秆、稻壳、成型生物质燃料等。②液体燃料，如生物柴油。③生物质燃气，如沼气、稻壳煤气、生物质发酵制取氢气等气体燃料。

表2 不同干燥热源生产成本热源部分比较表

3 生物质能源用于粮食烘干存在的问题

3.1 生物质热源供应量少

生物质热源供应量少，不能满足大范围粮食烘干使用。在环保形势越来越严峻的形势下，利用生物质热源来干燥粮食，具有明显的经济效果，是目前粮食烘干作业较理想的热源之一。生物质能源的推广使用，依赖于生物质颗粒机设备及产业的规模化，而稻壳、棉秆、秸秆块等生物质供应量少等阻碍了技术设备的推广。

3.2 收集体系不健全

我国生物质能利用环节所面临的最大难题是集中利用。我国的生物质原料数量巨大，但较为分散，收集和运输成本高，与农场化耕作模式不同，急需建议一套科学合理的收集体系。

3.3 成型工艺及成型设备问题

随着生物质压缩技术的发展，已开发了多种成型工艺和成型设备。热压成型技术是我国应用最多的技术，目前我国用于生物质成型的设备还普遍存在成型部件磨损快、使用寿命短、维修费用高、可靠性及稳定性不佳，能耗较高等问题。

3.4 烘干设备的创新

目前国内燃用成型燃料的燃烧设备一般都是从燃煤设备改造而来，都是依据煤燃烧的经验设计制造。普遍存在着热效率低、污染物排放量高等问题。因此，烘干设备的创新也限制了其规模化和连续化生产。

4 前景与展望

我国生物质资源丰富，根据《中国可再生能源发展战略研究报告》，中国清洁能源开采资源量为21.48亿 t标煤，其中生物质能占54.5%，具有极大的储量。且生物质能源是唯一可再生的碳源，并能转化为固态、液态、气态燃料。

近年来，国家提倡节能环保，并不断出台政策对燃煤锅炉逐渐取缔和改造。生物质燃料以其清洁环保，污染排放低，燃烧稳定等优点，在粮食烘干作业中得到广泛应用，有效降低了一次能源的消耗，实现了碳循环，增加了农业附加值。环境保护是我国的一项基本国策，生物质燃料在我国可持续发展、推行能源多元化等方面具有重要作用，发展前景十分广阔。