一种生物质成型燃料的制备装置和制备方法 发明人沈显华

  随着我国经济的快速发展，我国的能源消耗与日俱增。生物质能源作为新兴产业中的重要一环，在《“十三五”国家战略新兴产业发展规划》中明确提出加强生物质能源的清洁应用。其中在生物质能源中，农作物秸秆是生物质的一个重要组成部分，是当今世界上仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源。如何让秸秆生物质能源发挥最大的效益，是科学家们重点关注和研究的课题。

  以可再生清洁能源为主要攻坚方向的，芜湖聚焰生物质能源科技有限公司，在利用秸秆加工清洁能源领域颇有建树。通过科技研发、深入探索、反复实践，利用两年多的时间，重点分析我国生物质能源行业导致生物质燃料制备技术过程中出现粘合度不高、大小不一、品质差的主要因素，根据现存在的问题，最终研发出”一种生物质燃料的制备方法”。技术通过对粉碎工艺和压缩成型工艺的控制，解决了现有技术中散落和燃烧品质差的缺点，故生产成本大大降低，环境效益、经济效益、社会效益明显，符合国家科技计划及产业政策要求。实现了生物质资源的清洁高效利用，缓解我国目前化石能源紧缺的突出矛盾。

   芜湖聚焰生物质能源科技有限公司，始建于2015年3月，占地21亩，注册资本500万元，建设固化站一座，收储中转站三座，标准化厂房8000余平米，综合楼800余平米。大型秸秆打捆机械6台(套)，搂草机2台(套)，叉装机3台(套)，中型秸秆打捆机械50台(套)，总投资3000余万元。公司生产的生物质成型燃料主要是以农作物秸秆、稻壳等副产物为原料，加工生产成压块状、颗粒状的生物质成型燃料，用于供应工业锅炉和生物质发电厂及北方冬季户用炊事采暖，替代化石能源煤炭、重油、天然气等能源。公司累计发明专利20项、其中实用新型专利10项，关于秸秆收储体系建设及生物质成型燃料的制备工艺论著及企业标准近10项。2016年2月，为了实现全产业链，以聚焰公司为龙头，发起成立了华阳农机化、华阳秸秆综合利用两个专业合作社为纽带。

  2019年4月，聚焰公司与华阳农机化合作社又牵头把全县农机专业合作社、家庭农场、规模种植大户、农机手、困难户、小能人等组织起来，组建了 “芜湖秸秆产业化联合体”。通过公司+合作社+农户的运作模式，形成一条集农作物秸秆打捆、离田、收储、运输、生产、销售于一体的全产业链的绿色环保企业。为皖南地区探索出一条可复制、可推广、可应用秸秆全产业链的新模式。做到了秸秆应收尽收，变废为宝, 实现了农作物秸秆的绿色、循环和再利用。

  此外，公司投资建成了芜湖市第一座标准化农机化示范大院，不仅为合作社社员解决了停机难、维修难、机械腐蚀大等难题，也为美丽乡村建设作出了杰出贡献。

技术领先 设备专有

   芜湖聚焰生物质能源科技有限公司，研发的“一种生物质成型燃料的制备装置和制备方法”包括粉碎，脱水，预压，调配压缩，保型和包装，具体步骤如下：

   1、粉碎：将收集到的农作物秸秆采用两次粉碎工艺进行粉碎成粒径为20-60目，其中，两次粉碎工艺参数如下:第一次粉碎采用研磨式粉碎，研磨的压力为5-12MPa，粉碎成粒径5-8mm，二次粉碎采用球磨粉碎，球磨转速为800-1000r/min；第一次采用研磨对秸秆进行物理处理，有利于破木质素和纤维素的结构，起到预软化木质素和纤维素的作用，同时有利于后续的压缩成型的粘结，提升压缩效率，二次粉碎采用球磨，有利于固体颗粒表面易出现裂纹，有利于后续压缩成型颗粒之间的粘附和嵌合，提高粘结力。

   2、脱水：将粉碎后的颗粒，在温度为80-100℃，进料量为0.75-1.5kg/min，干空气的流量为0.31-0.75kg/s下进行立体气流干燥，干燥至含水量为20-25%；

   3、预压：通过环模与压辊在环态下挤压，将干燥的颗粒进行预热压缩；

   4、调配：将预热压缩的燃料与混料进行混合，并以物理方式产生加热至100-110℃，保温1-3min；

   5、压缩：将加热后的燃料置于压缩机中进行冷压缩成型；

   6、保型和包装：将压缩后的燃料进行保型、包装。

   所述预热压缩的温度为110-130℃，压力为3-7MPa。所述混料为质量比为5-6:2-3:0 .5的乙醇、淀粉和蛭石粉的混合物，其中，蛭石粉的粒度为200-300目，混料的添加量为燃料量的30-40%，混料中的酒精具有增加湿度、提高生物质燃料的燃烧值的作用，提高燃烧品质且环保无污染；淀粉在加热状态下具有粘合作用，提高粘合性能；蛭石粉受热易膨胀，增加燃烧时与空气的接触量，提高燃烧效率。同时采用冷压缩成型具有原料适用性广，设备系统简单，可移动性强，颗粒成型能耗低、成本低的优点；同时锥辊式成型机在保持力的稳定下，具有易脱模，能耗小的优点。

生物质燃料对比图（A为改进前、B为改进后）

解决生物质能源技术瓶颈 

   生物质资源是极其丰富的清洁可再生资源，以其可再生性、永续性、多样性、对环境友好性和对人类的亲和性等重要特点而倍受人们青睐，生物质燃料根据利用形式的不同被分为固态技术农林废弃物直然或压缩成型，液态技术制备生物乙醇、甲醇或生物柴油，气态技术生物沼气、垃圾沼气和木质气，目前生物质的燃料的制备方法大多是采用如下模式：生物质收集，粉碎，预压，压缩，加热或粘结剂，保型，切割和包装出售。虽然大致的模式如此，但各个步骤的工艺的操作和参数的不同都将会影响生物质燃料最后的成型品质和燃烧的品质，目前生物质燃料的面临最大的问题就是提高成型的粘结力的同时，也不破坏燃烧品质。

   “一种生物质成型燃料的制备装置和制备方法”的应用能够让生物质燃料在形成过程中品质高、大小一致。实现了免结渣、环保高热效燃烧，解决了目前粘合度低、结渣率高、品质差、热效率低、二次污染概率高环保贡献低（对大气环境产生二次污染）运营维护成本高生产效率低（需定期停产清理）的问题。具有环保好、投资少、应用广、效益高等优势。可广泛应用于生物质燃能利用领域，其产品也可应用于采暖炉、茶浴炉、蒸汽锅炉、热风炉及其他热能设备。

创新科技获专家认可 达到国内先进水平

    2020年9月11日，成果评价机构：由国家奖励工作办公室公示的第二批科技成果鉴定试点单位、第三方评价机构中国高科技产业化研究会组织国家级专家，农业农村部规划设计资深研究员田宜水老师担任本次科技成果评价主任。在北京主持召开由本公司完成的"一种生物质燃料的制备装置和制备方法"项目科技成果评价会。

   项目主要创新点及特点：（1）研发了一种渐缩-渐扩型膜孔，研制了锥辊式成型设备。在保持压力的稳定下，具有易脱模，原料适用性广的特点，具有创新性。（2）提出了一种秸秆粉碎、脱水、预压、调配压缩生物质燃料的成型生产工艺。（3）在秸秆原料中添加淀粉和蛭石粉等添加剂，具有新颖性。

   评价委员会认为该项目整体技术达到国内先进。其中，成型制备方法达到国内领先水平。一致同意通过科技成果评价。建议进一步加大市场推广力度。

变废为宝 助力家乡发展建设

1、科技成果推广应用情况：

   "一种生物质燃料的制备装置和制备方法"项目具有自主知识产权；市场前景良好，具有明显的经济和社会效益；技术成熟，已经通过安徽、江苏、浙江等多家用户使用，实际应用效果良好。

   例如：技术通过溧阳某机械有限公司使用，满足了不同大小秸杆在工农业领域的分类使用需求。降低环模与压棍之间的挤压阻力既提高了生产效能,又节约了用电动能，使用反响得到客户一致好评。

   芜湖某生物能源有限公司使用此技术，有利于后续颗粒粘结和压缩成型,有效改善了生物制燃料的成型和燃烧品质。技术装置在生产使用过程中，生产的新型生物质成型燃料，相对于老产品而言，具有着火力热值高，灰分少，燃烧品质高，火焰势头猛烈，能源消耗量与原产品相比，年节约使用生物质颗粒燃料1500吨左右，为其公司年节省燃料成本90万元。

   从实际生产应用及检测情况看，效果明显、技术成熟、稳定可靠。本项技术和装置应用前生物质成型燃料的生产成本500元/吨（成本=材料费350元/吨+能耗费及人员工资150元/吨），通过该技术成果应用推广后可为生物质成型燃料生产成本节省60元/吨（60元=能耗费40元/吨+人工费20元/吨）。

   目前，来自全国生物质能源行业已有13个省市与公司洽谈项目，表示了合作意向。如：江苏、山东省、河南省、省等。

2、社会效益

  （1）对推动我国生物质能转化利用具有积极的现实意义。

   我国生物质能资源广泛，每年可收集生物质燃料资源量约6亿吨，可供能源化利用的秸秆资源量约3.4亿吨。通过“一种生物质燃料制备装置和制备方法”技术的高效转化利用，可大幅提升能源利用效率，有力保护生态环境安全，促进节能减排，对我国建设环境友好型、资源节约型社会将产生深远影响。

 （2）推动行业科技进步，带动第三产业发展，减少国内企业对核心技术进口的依赖程度，有力保护国家能源安全。

   我国的生物质成型颗粒燃烧利用规模也在逐年扩大，但燃烧技术的发展略显落后，国内目前的研究主要集中于对燃料的物理特性、热解燃烧特性等领域上，自主研发的技术产品投放市场应用较少。“一种生物质燃料制备装置和制备方法”的成功研发应用，不仅有效的推动了行业科技进步，还能逐步替代进口技术产品，减少国内企业对进口技术的依赖程度，带动生物质固化成型燃料产业与燃烧技术同步产业升级，创造新的经济增长点，对保护国家能源安全，推动经济社会和谐健康发展具有重要作用。

（3）能积极促进社会就业，带动农民增收、农业增效，改善和保护农村生态环境。

   本项新技术的产业化规模化发展，将创造大量就业岗位，同时，也给农民带来了稳定可靠的经济收入来源，燃烧后的炉灰直接还田作为农业用肥原料，可为农民节约农业生产肥料支出成本，提升农业生产质量，增加农业发展效益，对改善和保护农村生态环境，提高我国广大农村地区农民生活质量具有重要意义。

秸秆综合利用创佳绩

    芜湖聚焰生物质能源科技有限公司在总经理沈显华先生的带领下，坚持绿色、环保、有机农业统筹发展，聚焦农民收入、产业融合、环境治理，配合政府开展秸秆禁烧、大气污染防治和秸秆综合利用工作。通过秸秆综合利用，变废为宝, 从真正意义上实现了农作物秸秆的绿色、循环和再利用。缓解了政府秸秆禁烧“前禁后燃"的 突出矛盾，解决了百姓的后顾之忧，受到了各级政府和广大百姓的一致好评。

   相继被央视《焦点关注》、《农广天地》及《工人 日报》等多家媒体专题栏目组采访报道。子公司创办以来不断在全产业链创新，累计发明专利20项、其中实用新型国家专利10项。公司申请注册的“聚焰能源”商标, 获国家知识产权局授权专利。2016年，公司先后被中国国际经济技术合作促进会中小企业服务中心列为“十三五”重点培养示范企业。2017年，被评为芜湖市农业产业化龙头企业。2018年，公司通过国际质量管理体系认证，成为国家三A级信用企业；被授予中国生物质能行业最具创新力企业、安徽省农科院秸秆综合利用研究中心。2019年，荣获安徽省科学家企业家协会会长助理单位；安徽省可再生能源协会 授予公司为秸秆生物质燃料生产试验示范基地及授予副会长单位；被中国生产力学会评为中国新能源产业最具影响力企业，授予社会责任奖；同年6月，公司生物质颗粒燃料产品获安徽省秸秆综合利用产业博览会参展产品银奖；2019年，在全芜湖市农业企业行业中，公司荣列前20强。2020年，被芜湖市总工会授予“五一劳动 奖状”荣誉称号；被安徽省农业产业化工作指导委员会评为省级重点龙头企业。聚焰公司与安徽理工大学共同建立研究生联合培养基地。

   总经理沈显华， 2015年被评为“中国新能源产业发展先锋人物”；2016年被评为“芜湖县返乡创业之星”；成为芜湖市新型职业农民和省级新型农业经营带头人；2017年荣获 “安徽省劳动模范”光荣称号;2018年4月被中国生物质能源行业被评为“十大领军人物”，2018年12月被中国生产力学会评为“中国新能源产业优秀创新企业家”，2020年被芜湖市宣传部文明办评为“芜湖好人”等。

聚焦人居环境  实现绿色高效发展

   公司众多的荣誉来之不易，从创建之初发展到今天取得的成就，总经理沈显华倾注了全部的心血。曾有过从事生物质燃料销售及锅炉改造的经历，他选择在农作物秸秆综合利用创业时，就确立了生物质燃料的方向。

  在采访中，总经理沈显华先生介绍到：我国可转化为能源的农作物秸秆资源量约为3亿吨，利用生物质燃料的制备方法，按未来5年计划将在全国推广广泛应用，预计约2亿吨规模，能节约标准煤消耗约1.5亿吨，减少二氧化硫排放量约9100万吨，减少二氧化碳排放约9300万吨，产生农业生态肥料原料约3000万吨，对改善城乡环境，提高环境资源利用效率具有重要影响。还能有效带动生物质固化产业发展，不仅能创造大量社会就业岗位，还能为农民带来稳定、可靠的经济收入来源，及改善和保护了农村生态环境，对我国“三农”发展，美丽乡村建设及环境友好型、资源节约型社会具有积极的现实意义。

   下一步，聚焰公司将通过与村股份经济合作社合作，共同投资“秸秆+粪污”项目生产生物有机肥，拟投资2000万元，年产2万吨。项目以生态优先、绿色发展为导向，紧紧围绕乡村振兴、脱贫攻坚、农村人居环境整治、农业面源污染治理、村庄清洁行动、高标准农田建设与产能提升、人、畜粪污无害化处理及资源化利用、厕所革命、餐厨垃圾资源化利用、高效生态水产养殖等国家重大发展战略。做到经济、生态和社会效益并重，改善农村人居环境、推动农业绿色高质高效发展、促进村级集体经济发展，让农业成为人们向往的产业、让农村成为引人入胜的天地、让农民成为羡慕的职业，为助力乡村振兴贡献力量。

   （编者按）目前我国化石能源大多依赖进口，成本较高，对环境污染较为严重，生物质能源可再生性、永续性、多样性、对环境友好性和对人类的亲和性等重要特点而倍受人们青睐，契合美丽中国建设。作为中国生物质能行业最具创新力企业之一，芜湖聚焰生物质能源科技有限公司在“安徽省劳动模范”沈显华总经理的领导下，践行社会责任，助力中国能源结构升级、助力乡村振兴、助力美丽中国建设。为我国在2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的目标中做出贡献。（文/贾妍、沈显华）