◎ 謝建松

（鄭州中糧科研設(shè)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(chǎn)國和消費國，每年的糧食產(chǎn)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(fā)生霉變蟲害，造成糧食品質(zhì)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(chǎn)量的5%，而造成了巨大的經(jīng)濟損失。因此，糧食干燥是糧食安全儲運的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是確保我國糧食增產(chǎn)增收，減少儲糧損失，避免糧食品質(zhì)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(guī)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(jīng)濟總能耗的12%左右。常規(guī)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(huán)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(xiàn)節(jié)能環(huán)保的糧食烘干已成為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要內(nèi)容。

1 生物質(zhì)能源概述

生物質(zhì)能源，是指貯藏在林木生物質(zhì)中的生物量轉(zhuǎn)化形成的能源，主要是指通過直接燃燒或者現(xiàn)代轉(zhuǎn)化技術(shù)形成的可用于發(fā)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(shù)量巨大等特點。生物質(zhì)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(gòu)成系統(tǒng)中占有重要的地位。我國具有非常多的生物質(zhì)資源，將生物質(zhì)能資源換算成為標(biāo)煤，大約等于50億噸，是中國當(dāng)前能源消耗量的4倍左右[1-3]。

我國的生物質(zhì)資源主要以農(nóng)林廢棄物為主，每年農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)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(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染。作為一種可再生能源，生物質(zhì)能源一直與太陽能、風(fēng)能、水能和潮汐能共同推動世界能源的發(fā)展。大規(guī)模開發(fā)和利用生物質(zhì)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(jīng)濟的有效運轉(zhuǎn)，又能在保護生態(tài)環(huán)境和減緩溫室效應(yīng)的同時，保證農(nóng)村經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展，促進農(nóng)民就業(yè)，維護社會的和諧與穩(wěn)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(fā)展前景。

生物質(zhì)能源具有如下特點：①數(shù)量巨大，分布廣泛。我國秸稈等生物質(zhì)資源在農(nóng)村數(shù)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(zhì)的硫含量為0.01%～0.1%，遠低于煤中硫含量（0.5%～1.5%）。生物質(zhì)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(yōu)越性。生物質(zhì)燃燒過程中所排放的CO2相當(dāng)于植物生長過程中所吸收的CO2，所以燃用生物質(zhì)時可以認為CO2的凈排放是零，可有效緩解溫室效應(yīng)，因此生物質(zhì)與礦物燃料相比更為潔凈[2]。③可再生性。生物質(zhì)資源是植物通過光合作用產(chǎn)生，屬于可再生資源，不僅資源豐富，且可循環(huán)利用。④可存儲性與替代性。生物質(zhì)能是有機資源，可對于資源本身或其液體或氣體燃料產(chǎn)品進行存儲。綜上所述，生物質(zhì)能是一種資源豐富、含碳量低的可再生能源，在我國能源結(jié)構(gòu)中占有舉足輕重的地位。

2 我國糧食干燥熱源現(xiàn)狀及生物質(zhì)能源的應(yīng)用

在我國糧食干燥領(lǐng)域，應(yīng)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(fēng)式干燥。熱風(fēng)干燥屬于對流干燥，即使用熱空氣或潔凈煙氣作為介質(zhì)，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(fēng)爐是糧食干燥設(shè)備的主要供熱系統(tǒng)。熱風(fēng)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(zhì)燃料、電（空氣源熱泵）等，由于受我國能源結(jié)構(gòu)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(zhì)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(fēng)爐主要指標(biāo)比較表

燃煤熱風(fēng)爐是我國廣泛使用的間接加熱設(shè)備，存在熱效率不高、設(shè)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(yōu)點，但作為二次能源，其使用成本極高，不適合于大規(guī)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(tài)環(huán)境問題特別重視，尤其是近年對燃煤熱風(fēng)爐的取締和關(guān)停，綜合節(jié)能減排及經(jīng)濟指標(biāo)，生物質(zhì)熱風(fēng)爐比燃煤、燃油及電加熱風(fēng)爐更具優(yōu)勢。

將4種不同干燥熱源進行糧食烘干作業(yè)生產(chǎn)成本中熱源部分的成本進行對比，可以看出：使用生物質(zhì)燃料的烘干機，因生物質(zhì)燃料的成本及自身發(fā)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(huán)保政策對燃煤熱風(fēng)爐的限制及燃煤排放物的脫硫除塵處理，以生物質(zhì)作為熱源的糧食干燥技術(shù)更加具有競爭力，采用生物質(zhì)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(huán)境污染，具有良好的經(jīng)濟生態(tài)效益。不僅可解決我國能源短缺和環(huán)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(zhì)燃料燃燒后的廢料還可以繼續(xù)利用，如使用以稻殼作為熱源，稻殼燃燒后產(chǎn)生的草木灰，可以繼續(xù)作為肥料使用，在大大降低了生產(chǎn)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(zhì)燃料主要有3類：①固體燃料，如秸稈、稻殼、成型生物質(zhì)燃料等。②液體燃料，如生物柴油。③生物質(zhì)燃氣，如沼氣、稻殼煤氣、生物質(zhì)發(fā)酵制取氫氣等氣體燃料。

表2 不同干燥熱源生產(chǎn)成本熱源部分比較表

3 生物質(zhì)能源用于糧食烘干存在的問題

3.1 生物質(zhì)熱源供應(yīng)量少

生物質(zhì)熱源供應(yīng)量少，不能滿足大范圍糧食烘干使用。在環(huán)保形勢越來越嚴峻的形勢下，利用生物質(zhì)熱源來干燥糧食，具有明顯的經(jīng)濟效果，是目前糧食烘干作業(yè)較理想的熱源之一。生物質(zhì)能源的推廣使用，依賴于生物質(zhì)顆粒機設(shè)備及產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；練?、棉稈、秸稈塊等生物質(zhì)供應(yīng)量少等阻礙了技術(shù)設(shè)備的推廣。

3.2 收集體系不健全

我國生物質(zhì)能利用環(huán)節(jié)所面臨的最大難題是集中利用。我國的生物質(zhì)原料數(shù)量巨大，但較為分散，收集和運輸成本高，與農(nóng)場化耕作模式不同，急需建議一套科學(xué)合理的收集體系。

3.3 成型工藝及成型設(shè)備問題

隨著生物質(zhì)壓縮技術(shù)的發(fā)展，已開發(fā)了多種成型工藝和成型設(shè)備。熱壓成型技術(shù)是我國應(yīng)用最多的技術(shù)，目前我國用于生物質(zhì)成型的設(shè)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(wěn)定性不佳，能耗較高等問題。

3.4 烘干設(shè)備的創(chuàng)新

目前國內(nèi)燃用成型燃料的燃燒設(shè)備一般都是從燃煤設(shè)備改造而來，都是依據(jù)煤燃燒的經(jīng)驗設(shè)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(shè)備的創(chuàng)新也限制了其規(guī)?；瓦B續(xù)化生產(chǎn)。

4 前景與展望

我國生物質(zhì)資源豐富，根據(jù)《中國可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略研究報告》，中國清潔能源開采資源量為21.48億 t標(biāo)煤，其中生物質(zhì)能占54.5%，具有極大的儲量。且生物質(zhì)能源是唯一可再生的碳源，并能轉(zhuǎn)化為固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)燃料。

近年來，國家提倡節(jié)能環(huán)保，并不斷出臺政策對燃煤鍋爐逐漸取締和改造。生物質(zhì)燃料以其清潔環(huán)保，污染排放低，燃燒穩(wěn)定等優(yōu)點，在糧食烘干作業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，有效降低了一次能源的消耗，實現(xiàn)了碳循環(huán)，增加了農(nóng)業(yè)附加值。環(huán)境保護是我國的一項基本國策，生物質(zhì)燃料在我國可持續(xù)發(fā)展、推行能源多元化等方面具有重要作用，發(fā)展前景十分廣闊。