生物質能源在糧食烘干中的應用

◎ 謝建松

（鄭州中糧科研設計院有限公司，河南 鄭州 450053）

中國作為世界上最大的糧食生產國和消費國，每年的糧食產量均居于世界首位，其中高水分糧食約占20%，由于收獲后的糧食水分含量較高，若不及時干燥，易發生霉變蟲害，造成糧食品質降低，我國每年因糧食受氣候因素影響或因干燥水分未達要求而造成的霉變腐爛損失達糧食總產量的5%，而造成了巨大的經濟損失。因此，糧食干燥是糧食安全儲運的關鍵環節，也是確保我國糧食增產增收，減少儲糧損失，避免糧食品質降低的重要途徑。糧食干燥成本中很大一部分來源于能耗，我國采用的能源絕多以煤等常規能源為主要熱源，熱效率低，能源消耗大，僅干燥過程所用能源占國民經濟總能耗的12%左右。常規能源的使用在糧食干燥過程中會排放大量CO2、SO2和灰分固體廢棄物，對環境的污染比較嚴重。因此，解決我國糧食的干燥的熱源利用問題，提高糧食干燥過程的能源利用效率，實現節能環保的糧食烘干已成為我國農業生產的重要內容。

1 生物質能源概述

生物質能源，是指貯藏在林木生物質中的生物量轉化形成的能源，主要是指通過直接燃燒或者現代轉化技術形成的可用于發電和供熱的能源。是地球上最普遍的能源之一，具有可再生、數量巨大等特點。生物質能源在地球上的儲量僅次于煤、石油和天然氣，在整個能源構成系統中占有重要的地位。我國具有非常多的生物質資源，將生物質能資源換算成為標煤，大約等于50億噸，是中國當前能源消耗量的4倍左右[1-3]。

我國的生物質資源主要以農林廢棄物為主，每年農作物秸稈年產量約6億噸，其中除用作造紙和畜牧原料外，大部分未被有效利用，不僅造成了資源的浪費，還會產生嚴重的環境污染。作為一種可再生能源，生物質能源一直與太陽能、風能、水能和潮汐能共同推動世界能源的發展。大規模開發和利用生物質能源，既可降低我國對原油的過度依賴，保證國家能源安全，維持國家經濟的有效運轉，又能在保護生態環境和減緩溫室效應的同時，保證農村經濟持續健康發展，促進農民就業，維護社會的和諧與穩定。清潔可再生生物能源的研究與利用具有極其重要的意義和廣闊的發展前景。

生物質能源具有如下特點：①數量巨大，分布廣泛。我國秸稈等生物質資源在農村數量巨大，來源廣泛，可以保證充足的利用和能源供給。②低污染性。生物質的硫含量為0.01%～0.1%，遠低于煤中硫含量（0.5%～1.5%）。生物質作為能源資源比石油、煤炭、天然氣等燃料，在減少有害氣體排放方面具有更大的優越性。生物質燃燒過程中所排放的CO2相當于植物生長過程中所吸收的CO2，所以燃用生物質時可以認為CO2的凈排放是零，可有效緩解溫室效應，因此生物質與礦物燃料相比更為潔凈[2]。③可再生性。生物質資源是植物通過光合作用產生，屬于可再生資源，不僅資源豐富，且可循環利用。④可存儲性與替代性。生物質能是有機資源，可對于資源本身或其液體或氣體燃料產品進行存儲。綜上所述，生物質能是一種資源豐富、含碳量低的可再生能源，在我國能源結構中占有舉足輕重的地位。

2 我國糧食干燥熱源現狀及生物質能源的應用

在我國糧食干燥領域，應用最廣泛的燃料為煤，其次為天然氣、蒸汽、柴油等。從熱源上分析，我國糧食機械化干燥絕大部分采用熱風式干燥。熱風干燥屬于對流干燥，即使用熱空氣或潔凈煙氣作為介質，與糧食直接接觸，同時向糧食供熱并帶走氣化的水分[4-6]。熱風爐是糧食干燥設備的主要供熱系統。熱風爐能源具有廣泛的來源，目前糧食烘干機所采用的熱源主要有煤、油、天然氣、生物質燃料、電（空氣源熱泵）等，由于受我國能源結構的制約，糧食烘干熱源燃料以煤為主，約占總量的90%；而生物質固體燃料如稻殼、秸稈約占5%；柴油、天然氣、煤氣、沼氣約占2%；其他熱源占到3%，見表1。

表1 我國不同熱源熱風爐主要指標比較表

燃煤熱風爐是我國廣泛使用的間接加熱設備，存在熱效率不高、設備投資大、使用壽命短、污染程度大等缺點。電加熱裝置雖然具有無污染、熱效率高等優點，但作為二次能源，其使用成本極高，不適合于大規模糧食烘干使用[7]。針對燃煤價格的不斷高漲以及國家對生態環境問題特別重視，尤其是近年對燃煤熱風爐的取締和關停，綜合節能減排及經濟指標，生物質熱風爐比燃煤、燃油及電加熱風爐更具優勢。

將4種不同干燥熱源進行糧食烘干作業生產成本中熱源部分的成本進行對比，可以看出：使用生物質燃料的烘干機，因生物質燃料的成本及自身發熱值等原因的影響，每噸糧降1%水燃料成本較燃煤有一定增加，但與柴油、電加熱相比較，成本仍較低，見表2。如疊加考慮到國家環保政策對燃煤熱風爐的限制及燃煤排放物的脫硫除塵處理，以生物質作為熱源的糧食干燥技術更加具有競爭力，采用生物質顆粒為燃料，與燃煤型鍋爐相比大大減少了硫化物和氮化物的排放，減少了環境污染，具有良好的經濟生態效益。不僅可解決我國能源短缺和環境污染的問題，還可降低因燃煤限制造成的烘干成本。此外，生物質燃料燃燒后的廢料還可以繼續利用，如使用以稻殼作為熱源，稻殼燃燒后產生的草木灰，可以繼續作為肥料使用，在大大降低了生產成本的同時，還避免了資源的浪費[8]。

目前用于糧食干燥的生物質燃料主要有3類：①固體燃料，如秸稈、稻殼、成型生物質燃料等。②液體燃料，如生物柴油。③生物質燃氣，如沼氣、稻殼煤氣、生物質發酵制取氫氣等氣體燃料。

表2 不同干燥熱源生產成本熱源部分比較表

3 生物質能源用于糧食烘干存在的問題

3.1 生物質熱源供應量少

生物質熱源供應量少，不能滿足大范圍糧食烘干使用。在環保形勢越來越嚴峻的形勢下，利用生物質熱源來干燥糧食，具有明顯的經濟效果，是目前糧食烘干作業較理想的熱源之一。生物質能源的推廣使用，依賴于生物質顆粒機設備及產業的規模化，而稻殼、棉稈、秸稈塊等生物質供應量少等阻礙了技術設備的推廣。

3.2 收集體系不健全

我國生物質能利用環節所面臨的最大難題是集中利用。我國的生物質原料數量巨大，但較為分散，收集和運輸成本高，與農場化耕作模式不同，急需建議一套科學合理的收集體系。

3.3 成型工藝及成型設備問題

隨著生物質壓縮技術的發展，已開發了多種成型工藝和成型設備。熱壓成型技術是我國應用最多的技術，目前我國用于生物質成型的設備還普遍存在成型部件磨損快、使用壽命短、維修費用高、可靠性及穩定性不佳，能耗較高等問題。

3.4 烘干設備的創新

目前國內燃用成型燃料的燃燒設備一般都是從燃煤設備改造而來，都是依據煤燃燒的經驗設計制造。普遍存在著熱效率低、污染物排放量高等問題。因此，烘干設備的創新也限制了其規模化和連續化生產。

4 前景與展望

我國生物質資源豐富，根據《中國可再生能源發展戰略研究報告》，中國清潔能源開采資源量為21.48億 t標煤，其中生物質能占54.5%，具有極大的儲量。且生物質能源是唯一可再生的碳源，并能轉化為固態、液態、氣態燃料。

近年來，國家提倡節能環保，并不斷出臺政策對燃煤鍋爐逐漸取締和改造。生物質燃料以其清潔環保，污染排放低，燃燒穩定等優點，在糧食烘干作業中得到廣泛應用，有效降低了一次能源的消耗，實現了碳循環，增加了農業附加值。環境保護是我國的一項基本國策，生物質燃料在我國可持續發展、推行能源多元化等方面具有重要作用，發展前景十分廣闊。