辽宁清洁能源在粮食干燥领域现状分析及对策建议

周钢霞

（辽宁省粮食科学研究所，沈阳 110032）

作为粮食行业较大的耗能环节之一，粮食干燥是我国粮食行业“节能减排”的重点。我国粮食干燥过程的热源供给工艺还停留在20世纪90年代的水平，大部分干燥系统以燃烧原煤为主要热源且没有配备节能减排设施，燃煤炉炉体庞大，热效率低，单位热耗较高，不易控制风温，钢材、水泥等建材消耗多，制造成本高，使用寿命短，燃煤会排放出大量的CO、CO2、SO2、SO3、NOX 等有害气体与粉尘， 对环境造成严重污染，不利于环保。随着我国环保要求的不断提高，煤、油作为热源燃料已慢慢被禁止使用，因此使用生物质燃料、绿色新能源已经成为了必然的趋势，现有的新能源主要有生物质燃料、蒸汽、液化天然气、电力、太阳能及微波等。随着国家对环保的重视，粮食干燥行业已经在废气排放、节能及环保方面做新的研究和应用工作，部分干燥设备已经或正在改为以柴油、石油副产品合成燃料为热源，但占有比例相对较少，仍在初步发展过程中。

1 清洁能源在粮食干燥领域应用的现状分析

1.1 传统燃煤热源和新型能源使用性能特点对比分析

1.1.1 燃煤热风炉使用性能及特点

燃煤热风炉直接燃烧原煤，动力消耗少，全部采用人工操作，设备投资少，燃料费用低，但热风炉结构复杂且尺寸较大。其缺点是占地面积大、污染大，在打开炉门间歇加煤、间歇清渣时，大量冷风进入炉内，炉膛温度急剧下降，影响燃煤燃烧与供热，造成供热不稳定。运行过程中，大量排放废气烟尘，热效率一般不超过70%。

1.1.2 燃稻壳热风炉使用性能及特点

燃稻壳炉采用固定床及沸腾床相结合，在燃烧过程中，稻壳呈浮动状态，配有二级助燃风，压缩气体打散，加强稻壳及烟气的扰动，促进其挥发成份及细小颗粒的燃尽，稻壳灰烬呈灰色粉末状，整机热效率高，低碳排放，引导了行业环保潮流。利用燃稻壳热风炉烘干粮食使稻壳变废为宝，充分解决了稻壳再加工利用困难、板结土地及污染环境等问题，极大地节省了能源，降低了烘干成本，具有很高的经济效益和社会效益。

1.1.3 生物质成型燃料热风炉使用性能及特点

生物质成型燃料由农作物秸秆、锯末等分散生物质原料经专业设备加工而成的颗粒状、块状或木片燃料，具有运输存储方便、挥发分高、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点，属于国家支持推广的新型燃料。生物质成型燃料热风炉专门燃烧生物质成型燃料。与传统化石燃料相比，生物质能源具有独特的优点：①生物质能源可以通过光合作用再生，与风能和太阳能一样同属可再生能源，资源丰富，可以循环利用;②生物质在生长中需要的CO2量相当于作为燃料时排放的CO2量，生物质作为燃料时,在生长周期内,对大气的CO2净排放量近似于0,是碳平衡燃料；③低污染性：生物质含硫、氮量低，燃烧时生成的SO2和NOX较少，硫和灰分含量仅为中质烟煤的1/10左右，烟尘、SO2和NOX等污染物排放浓度较低，在使用专用锅炉并配套袋式除尘器的条件下，可以达到《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271-2014）要求。因此，在生态环境保护方面，生物质作为能源比煤炭等化石燃料具有更大的优越性。

1.1.4 电热储能型粮食干燥热风炉使用性能及特点

电热储能式粮食干燥热风炉将夜间闲置的、廉价的低谷电或弃用电（风电地区）转换成热能存储在储能炉内，经温度调节装置将储能炉内300～500℃的热空气转换成稳定的、适合粮食烘干需要的热风输出，热效率≥95%，电热储能炉工作过程废渣、废气零排放，设备自动运行，节约粮食干燥生产过程工人工资支出比例50%以上。电热储能炉利用电网低谷电储热，平衡电网移峰填谷的作用显著，提高电网利用率，并解决了弃用风电上网消纳的难题。同时，电热储能炉不需要供热燃料与废渣的储存场地，减少了土地占用。

1.1.5 醇基混合燃料型热风炉使用性能及特点

醇基混合燃料型热风炉主要是以热能转换成风能的一种加热设备，这种设备是将醇基混合燃料以物理方式进入燃烧室燃烧，然后将热能通过热转换区对燃烧室产生的热量经过风机带入送风口，然后对粮食进行加热烘干。高效热风机的燃烧系统为物理燃烧法，风温在100～390℃。热风炉的热转换率达95%以上，具有高效、节能、环保等特点。

1.2 传统燃煤热源和新型能源投资及运行成本对比分析

以处理量为300 t/d、降水幅度为10%的粮食干燥机为例，分别进行几种清洁能源与常规燃煤热风炉的投资运行成本对比分析见表1。

表1 清洁能源与常规燃煤热风炉的投资运行成本对比分析

通过表1数据分析，可以得出以下结论：

（1）燃煤型热风炉：一次性投资成本低，适合所有类型烘干机配套，运行成本偏高，污染严重。

（2）燃稻壳燃烧炉：一次性投资成本较低，目前只适合稻谷烘干机配套，运行成本低，低碳排放、较环保。

（3）生物质燃料型：一次性投资成本与燃煤型热风炉相当，目前只适合烘干稻谷等一次性降水幅度降低的粮食作物，运行成本略低于燃煤型热风炉，低碳排放、较环保。

（4）电热储能式热风炉：一次性投资成高，目前只适合电力充足或弃用电较多地区，在无政策性用电的情况下运行成本稍高，无污染物排放。

（5）醇基混合燃料型：热风炉一次性投资成本低，目前只适合小型烘干机配套，运行成本稍高，无污染物排放。

1.3 清洁能源在粮食干燥领域应用中存在的问题

（1）传统燃煤型热风炉使用简单，司炉工技术比较熟练，在粮食烘干这样季节性比较强的操作单元，企业不设专门的司炉工，操作工随时招来就上岗，可节约人工大量成本。

（2）非燃煤型热风炉的一次性投资高于燃煤型热风炉，企业负担较重。特别是电热储能式热风炉一次性投资3倍于燃煤型热风炉，虽然社会效益和经济效益显著，但是目前企业的普遍反映就是“好东西用不起”。

（3）对生物质成型燃料认识不够深。大多数人对生物质成型燃料可再生、低污染、使用方便等特性认识不够，甚至许多用能单位根本就不知道有生物质成型燃料产品，更谈不上认识和应用。

（4）生物质原料供应问题。生物质热源干燥粮食是目前粮食干燥作业较理想的热源之一。但各类生物质利用都需要大量的可持续供应的原料，因而不可避免地存在着对生物质原材料的竞购，受到稻壳、秸秆等生物质供应量少，不加除尘设备容易造成粉尘污染等局限，阻碍了先进技术装备的推广应用。

（5）生物质成型燃料结渣现象还没有从根本上解决。秸秆类生物质固体成型燃料在锅炉内燃烧时，秸秆类生物质在生长过程中吸收的金属元素会全部或者部分发生熔化，形成玻璃状坚硬炉渣，难以清除。另外，烟气中夹带着熔化或半溶化的碱金属硅酸盐，在接触到锅炉内壁面时凝结，不断积聚，最终产生严重的积灰或结渣等问题。结渣现象不仅会影响燃烧设备的热性能，而且会危及燃烧设备的安全性。

2 推进清洁能源在粮食干燥领域推广应用的对策及建议

开发和利用好生物质能源、推进清洁能源在粮食干燥领域推广应用对解决环境污染、能源短缺等一系列社会热点问题具有重要意义。

（1）国家应制定相应的配套政策。国家生态环境部办公厅关于界定生物质成型燃料类型有关意见的复函（环办函[2014]1207号）明确指出：生物质成型燃料属于可再生能源，是一种较好的煤炭替代燃料。我部将与相关部门密切配合，进一步完善技术标准和政策法规，促进生物质燃料的推广使用。国家应通过制定能源税、环境保护税等政策来促进生物质能源的发展，使环保意识及可持续发展意识深入人心。同时，发展生物质能源具有良好的生态效益和社会效益，应加强生物质能源利用的宣传力度。

（2）要保障生物质成型燃料、清洁能源的生产和利用过程中原料持续供应。各企业和地方政府要对生物质燃料项目进行科学的可行性分析和论证，充分考虑国家政策、当地的生物质原料数目、分布、利用途径、已有企业类型和经济效益等。立项规模要合适，地点选择要恰当，项目管理要科学，从而保证原料供应充足，保证项目的长久发展，确保对当地经济、农民生活质量及农村环境切实有益。

（3）生物质成型燃料生产中的原料预处理、成型工艺、设备、成型燃料结渣严重和不同生物质成型燃料燃烧性能差异大等方面仍然存在诸多问题，解决好这些问题是确保生物质致密成型和利用产业发展的关键，尚有大量的工作需要进行。如：进一步改善对原料的预处理，减少秸秆中的金属元素；在秸秆的收集运输过程中，应避免混入含有SiO2的泥沙，防止K和Na等元素的化合物与SiO2发生反应而生成低熔点的共晶体；研制和选用合理的抗结渣添加剂。

（4）加大粮食干燥领域应用电热储能式热风炉的政策支持力度。随着环境污染问题日益突出，清洁能源的应用已经得到重视，但天然气、电能作为干燥作业的新型能源，由于应用成本较高，推广应用还需进一步努力。电热储能式粮食干燥热风炉将夜间闲置的、廉价的低谷电或弃用风电转换成热能存储起来，通过温度调节装置将储能炉内的热能转换成稳定的、适合粮食烘干需要的热风输出。该技术解决了常规电热炉功率小的技术瓶颈，实现了大规模和超大规模的供热能力，达到了粮食干燥热风输出温度和热量的精准控制水平，解决了长期困扰粮食干燥行业能耗高、热效率低、污染物排放严重超标的难题，替代目前广泛使用的燃煤热风炉，不仅有利于环境污染的治理，也必将促进我国粮食干燥行业的清洁发展。国家有关部门应给予政策上的大力支持。