生物质颗粒燃料生产设备的大型化研究

摘要：随着市场需求的不断上升，生物质颗粒燃料生产工厂的产能越来越高，对大型化生产线和大型化生产设备的需求越来越多。破碎、粉碎、干燥、制粒、原材料仓储、成品仓储经过多年的发展，不断进步和更新，单套设备的产能也不断提升。

关键词：生物质颗粒设备  大型化 降低成本

一、生物质颗粒燃料的概述及产能现状

生物质颗粒是在常温条件下利用压辊和环模对粉碎后的生物质秸秆、林业废弃物等原料进行冷态致密成型加工。原料的密度一般为 0.1—0.15t/m3，颗粒后的颗粒密度1.1—1.3t/m3。主要用途为

（1） 民用取暖和生活用能，干净、无污染，便于贮存、运输；

（2） 工业锅炉和窑炉燃料，替代燃煤和燃气，解决环境污染；

（3） 可做为气化、火力发电的燃料。

随着国家对生物质颗粒鼓励政策的支持，生物质颗粒产量逐步上升。另外，随着环保压力的不断加大以及不可再生能源的不断消耗，环境友好的生物质颗粒成为了未来能源产业的重点发展领域之一。中国生物质颗粒的生产主要满足国内市场的消费以及小部分出口。2022年中国国内市场生物质颗粒产量约为为767万吨。

根据2022年世界颗粒数据，有1179家生物质颗粒工厂的装机容量为10,000吨/年或更多，并在2021年投入运营。它们分布在62个国家，年装机容量合计近6660万吨。

另外从单个颗粒厂的情况来看，在2022年前，国内小颗粒厂众多，有几千家年产低于一万吨的颗粒厂。目前，国内中大型颗粒厂大多在1-5万吨，单个工厂超过5万吨，接近10万吨的数量很少。在国外，在2004年，就有少数工厂达到10万吨/年，目前最大的工厂甚至能够达到40万吨/年。

二、大型生物质颗粒工厂的优势

随着生物质颗粒燃料的市场需求不断上升，规模化生产厂家的优势越来越明显。除了能耗没有明显降低以外，规模化燃料厂对比小规模颗粒燃料厂有以下优势：

1、原材料采购成本降低：因为原材料需求大，原材料采购有一定的议价权；

2、租金成本低：规模越大的工厂，单位产能的占地面积越小；例如：年产5万吨的工厂一般占地8000平方米，年产20万吨的工厂一般占地25000平方米；单位产能的租金大约降低28%。

3、人工成本低：随着产能的增大，人员数量并不会明显增加；例如：年产5万吨的工厂需要员工21人，年产20万吨的工厂需要员工32人；单位产能的的人工成本大约降低61%。

4、订单增加：规模较大的工厂交货能力更有保障，更容易受到客户的青睐，也更易于接到大批量的生产订单和长期合约。

综上所述，规模化的工厂，在成本上会有较大的优势，在产品销售上也有一定的优势。随着生物质颗粒燃料生产厂家越来越多，产能不断提升，颗粒燃料的利润不断降低，倒逼颗粒燃料厂家降低生产成本。在这种情况下，大规模的生物质颗粒工厂将逐渐淘汰小产能的生物质颗粒工厂。

三、大型生产设备的应用分析

随着国内新建生物质燃料工厂产能越来越大，对生产线和设备的产能要求也越来越大，目前国内生物质颗粒生产设备也在快速更新和发展。具体到各个工段的设备，逐一分析发展情况。

1、破碎：破碎设备，功能是将原木或者废旧托盘、包装箱，破碎至小木片大小。本行业的破碎设备脱胎于木材加工行业的鼓式削片机，同时又根据本行业原材料来源杂和形状极不规则，进行了特殊设计，加宽加高进料口，增加强制喂料装置。

破碎设备相对来说大型化难度较小，此前，因为生物质电厂的需求，已经有一些厂家能够生产特大型的破碎机，功率达到400-500KW，产能达到50-70吨/小时。一些代表生产厂家，如鲁刚、宏鑫、鸿源的特大型破碎机已经在行业内一些工厂进行了应用，稳定性基本达到要求。

2、粉碎：粉碎设备，功能是将木片粉碎至10mm以内的木屑。本设备来源于饲料行业的锤片式粉碎机，又根据木材粉碎的特点，将设备结构进行加强，以适应木材的粉碎需求。

粉碎设备之前一般在功率在250KW，产能普遍在8-10吨/小时；在近几年逐步发展到400KW，产能在13-18吨/小时；在今年，行业内已经可以将功率做到630KW，产能能够做到20-30吨/小时。具体方法是将转子直径加大，宽度加宽，因为直径过大，又降低了转速，以稳定产品性能。目前也能基本满足大型化工厂的应用需要，像1个年产10万吨的工厂配备1-2台粉碎机即可，年产20万吨的工厂配备2-3台粉碎机。

3、干燥：干燥设备，功能是将含水率≥25%的木屑，干燥至含水率15%左右的木屑。本行业一般都是采用滚筒干燥机，采用热风与生物质原料直接混合干燥。滚筒式干燥机也广泛应用于冶金、建材、化工、洗煤、化肥、矿石、沙、粘土、高岭土、糖等领域。

在此前，行业内按初始含水率50%，终含水率15%，最大的干燥设备一般是8吨/小时。因为生物质燃料工厂逐步大型化，这种滚筒干燥机已经不能满足需求。一些工厂，逐步引入人造板行业的大型滚筒干燥机，生产能力最大能做到80吨/小时。目前这类大型滚筒干燥机的价格比较高昂，对生物质燃料工厂是个挑战。

4、制粒：制粒设备，功能是将木屑压制成木屑颗粒。目前大致有：冲压式制粒机，平模制粒机，卧式环模制粒机，立式环模制粒机这几种形式。

（1）冲压式制粒机，一般颗粒直径大于16mm，在行业内应用较少。

（2）平模制粒机，大部分用于小型家庭化生产，产能只有几百千克/小时；只有德国KAHL可以将此结构制粒机大型化，目前主要在欧洲应用。

（3）卧式环模制粒机，脱胎于饲料行业的制粒机，结构进行优化设计，特点是：设备稳定性高，操作维护方便。国外最大机型目前是Andritz的Biomax pellet mill，功率是800KW，产能是9-12吨/小时；国内目前最大机型是江苏金梧的JWZL998型，功率是400KW，产能6-8吨/小时；同时江苏金梧更大的机型已经开发完成，与Biomax基本对标，预计2025年也会推向市场；。

（4）立式环模制粒机，是国内首创，具体发源厂家不详，早期代表性产品是安徽鼎梁的470型制粒机；之后，山东厂家将此结构制粒机不断更新，型号逐步做大，早期主要型号是850型制粒机，功率220-250KW，产能3吨/小时，目前已经有厂家发布了功率630KW的制粒机。立式环模制粒机的发展时间尚短，厂家制造水平参差不齐，目前只有极少数厂家生产的产品能够稳定使用。

随着制粒机的发展，这样一个年产10万吨的工厂只需要2-3台制粒机，一个年产20万吨的工厂只需4-6台制粒机即可。

5、原料仓储：原料仓储系统，功能是将木片或者木粉进行存储的大型料仓。在早期，主要是使用底部螺旋输送机出料的料仓，一般需要把料仓做成上面小，下面大的八字形形状，底部做满螺旋输送轴，防止木片或者木屑架桥结拱。

现在随着生产线大型化，对料仓的容积要求也越来越高，甚至已经有项目提出的各工段缓存料仓容积需要达到3000-4000m³，常规的螺旋出料的料仓已经无法满足这种需求。在这种情况下，新建工厂开始使用活底料仓进行替代，结构如下图，由液压油缸推动料仓内的滑架移动，推动物料出仓，因为整个料仓底部都有活动滑架，所以这类料仓也称之为活底料仓。此料仓一般大小为400m³左右，特殊设计下大小可以达到750-1500m³，可以满足大型化工厂的需求。

6、成品仓储：成品仓储系统，功能是将生物质颗粒进行存储的大型料仓。在早期，料仓大小一般在几十吨左右，逐步发展到几百吨存储量。近年来，一些新建工厂提出需要几千吨乃至数万吨的存储料仓。此时，就要将一些粮食存储行业的筒仓制造公司，引入进来，来满足大型化工厂的存储需求。

四、生物质颗粒工厂的发展趋势

根据现有的发展情况，可以判断，未来生物质燃料工厂会有以下几种形式存在：

1、在偏远地区和经济不发达地区，还会有一些家庭作坊式的生物质颗粒工厂，原料靠晾晒，配备小型的粉碎机和制粒机，年产能只有3000-5000吨。这类工厂的附加值很低，大量依靠人工，生存空间会越来越小。

2、一些依托原料的小型化颗粒工厂，比如直接安装在大米加工厂谷壳仓下的制粒设备，安装在大型家具厂除尘粉仓下的制粒设备；这类工厂，工序简单，节省了运输成本，只需要1-2名操作人员，也会有不错的生存空间。

3、未来大量中型生物质颗粒厂，规模会稳定在年产5-10万吨，此类工厂一般会选在生物质原料丰富的地区，需要依靠技术优势和管理优势来脱颖而出。

4、随着行业的发展，会逐步形成一些超大型生物质颗粒工厂，年产能在20万吨以上，甚至个别工厂可能会达到40万-80万吨。这类工厂会选址在交通发达，距离原料产地和产品终端市场距离都比较合适的地区。这类工厂对选址的要求更高，运营风险更高。

5、目前国内还少有生物质颗粒的大型公司，但是在十年内会出现，控制若干大型生物质颗粒厂的大公司，控制的产能将达到百万吨级甚至数百万吨级。

从20世纪80年代初开始，木屑颗粒行业在过去四十年中经历了至少两个显著的平行增长期：颗粒1.0和颗粒2.0时代，成为具有全球影响力的固体生物质燃料商品。

2024年行业将迎来一个新的增长和终端用途扩张时期——颗粒3.0时代（Pellets 3.0）。

到2050年，这个行业将会是什么样子，每个人都有自己的猜测，但在未来几年，有一些事情似乎是合理的：

（1）非洲、亚洲和南美洲其他地区的生物质颗粒产业链尚未开花结果，似乎可能会有许多超大规模的工厂诞生；

（2）生物质颗粒（不仅仅是木材）将继续在其他工业最终用途中找到一席之地，无论是作为燃料还是作为难以减排的碳密集型行业（如水泥、化学品和先进生物燃料）的原料；

（3）生物质颗粒将在新兴经济体的清洁烹饪市场中占有相当大的份额。在这里，规模经济似乎与分散的村庄规模生产和消费背道而驰；

（4）作为技术的致密化将在其他具有有机和无机废物流的行业中发现越来越多的工业应用，如沼气、废水处理和废物管理/回收，其中（致密化材料的）最终用途可能是能源，也可能不是能源。