生物质燃料在烧结砖行业的应用前景

蒋锦凯

（法国克莱亚公司）

　　0引言

　　众所周知，目前我国烧结砖瓦行业发展遇到了非常严重的制约——国家对环境环保要求促使行业使用清洁燃料来烧制制品的课题。因为现在越来越多的省市地方政府出台政策要求我们制砖行业进行技术改革，尽管这些改革不是我们行业自觉自愿的，但是环境保护是国之大策，是不以任何人的反对而改变的。

　　我们大家都非常清楚，目前我们大多数企业还在使用掺煤内燃烧结方法来生产烧结砖（或者说都还没有遵守各个地方政府的环保政策，尽管一些企业安装了所谓“环保设备”），但是这个现象正在转变。我已经注意到各个设计院在设计新的烧结砖企业时，都已经将烧结窑炉设计做到适用于燃煤（内燃-污染型烧结）和燃气（外燃-清洁燃料烧结）双功能性，实际上在为适应各个地方的环保政策的落地做准备。

　　使用清洁能源生产烧结制品的场景正一天一天地向我们走来，不管我们是否愿意接受。很多人有疑问，国家哪有那么多的天然气来供应我们烧结砖行业呢？

　　下面着重介绍清洁烧结燃料——生物质燃料在我们烧结制砖行业的应用。

　　1什么是生物质燃料？

　　很多人脑海里一定以为使用秸秆、木屑等挤出的生物质颗粒就叫生物质燃料，见图1。

　　其实法国克莱亚公司定义的生物质燃料要宽泛得多，几乎所有草质、木质的含有足够热量的松散颗粒都可以使用克莱亚的“生物质燃料机”。该技术不追求将生物质燃料颗粒化，因为这会大大增加生物质燃料的制作成本，不利于与煤或天然气等其他化石燃料竞争。保持原材料的原始状态是法国克莱亚生物质燃料烧结技术的关键，见图2；所用生物质燃料量与窑产量的关系见表1。

　　2清洁燃料是烧结砖瓦行业的必然选择

　　国家环保政策不是出于权宜之计，是一项基本国策。由于我国使用内燃技术，在原材料中掺加大量燃料，使得我们窑炉工艺中燃烧无法实现人为有效控制，产品外观和内在质量无法保证，同时也加大了原材料处理的难度。页岩与煤矸石等原材料的硬度不一致，导致处理方法要有变化，但是绝大多数企业是没有选择性使用同一处理设备。这样就保证不了产品颗粒度要求，产品质量低下。

　　3外燃窑技术

　　清洁外燃窑技术的主要燃料是天然气（当然还有生物质燃料等），并且由于中国是一个能源缺口大国，使用天然气的价格和用量有着极大的关联。成本增加是烧结砖瓦行业的至关重要的大事（天然气成本是烧煤成本3～4倍，而且是外燃，必然增加能源消耗，又要增加1倍多的燃料消耗），很多愿意响应国家号召愿意改造燃料烧结技术结构的厂家，却局限于燃料成本增加超出预期，而不得不慎重行事。其实这是一件好事，是促使行业进步，提高产品档次的一个非常难得的机遇。

　　因为燃料成本增加，人们不得不生产高质量、成品率高、产品花色多的产品。而那种KP1打天下，为农民兄弟专门生产建材的思想就要被历史淘汰。同时在生产线设计上也要做到尽量节能、高效。本文就欧洲在这方面所在的一些工艺做一下说明，以便大家参考。

　　外燃烧结技术的能耗要高于内燃能耗，所以设计产品类型是首要问题（以能耗少，产品性能高的制品为目标）。

　　说到节能设计就要首先确定生产的产品-Lamda值。

　　第一步目标：产品发展方向

　　由普通多孔砖向烧结砌块和复合墙方向发展。

　　第二个目标：结构方向

　　制品重量和平米块数-红色代表平米块数，蓝色代表平米重量

　　4生物质燃料原材料来源与制备

　　4.1生物质燃料的原材料制备

　　其实生物质燃料作为外燃燃料在国内外并不是新生事物，我们的老祖宗一直在使用柴火烧窑，虽然不是环保型燃烧技术。只是由于1958年使用了掺煤的内燃技术出现在中国后，特别是在法国西方公司将内燃窑技术带入中国后（大约在1988年前后），大规模的内燃窑设计出现，实现了大规模的产量提升，才使得内燃窑技术如日中天，快速发展。但是恰恰是在20世纪80年代，欧洲各个国家放弃了内燃窑技术，转向外燃窑技术，清洁烧结技术出现。

　　即使是在工业比较发达的欧洲大规模使用天然气外燃烧结技术，但是为了节约成本，一些公司也还是对老祖宗的外燃烧柴火的技术进行了改革（将柴火的燃烧黑烟滚滚，变成了清洁燃烧）。这就是生物质燃料清洁烧结技术。

　　生物质燃烧技术，首先是生物质燃料的制备。理论上说任何有机生物质都可以成为生物质燃料，但是由于各种生物质燃料的热值低，热值不稳定的问题，最大的问题是收集问题，使得这几年虽然在大力提倡这种洁净烧结技术，但是和者寥寥。主要原因是生物质燃料的收集和存放。

　　4.2河南省首先在全国开启先河

　　根据我们与河南省有关单位的联系，我们了解到河南省正在全河南省布置九个使用秸秆加工制作生物质燃料的企业的生物质燃料企业（每个企业的规模是4万吨，热值在4300kcal/kg），有河南省政府部门牵头补贴设备引进来消化农业废弃物。

　　4.3烧结技术的体现

　　上面图示是一种低温汽化渣，是一种经过加工提炼出低馏物后的废弃物，我们把这种物质拿来使用克莱亚清洁烧结技术在烧结窑上进行外燃烧结（已经在法国克莱亚公司经过严格的实验室试验），没有任何污染物出现（不会出现积碳，所谓黑烟），只有二氧化碳和热量。试想4300kcal生物质燃料的热值是我们使用低价煤的热值（一般地区次煤也是5000kcal/kg左右），而天然气的热值是8500kcal/m³（国家标准）。这样就是2kg低温碳化渣的热量就是1m³的天然气的热量，我们又可以实现外燃喷嘴燃烧方式，何乐而不为。

　　1m³天然气价格目前在各个地区有一些差异，基本应该在2.8元/m3左右，但是生物质燃料的价格大概在0.5元/kg以下。我们曾经在湖南长沙地区调查过，稻壳的售价最高300元/吨（合0.3元/kg，热值在3500kcal/kg稻壳）。这样一比较优势就出现了，可以节约60%以上的燃料成本。这样在某些地区就可以实现政府要求的洁净烧结技术问题。

　　5克莱亚的生物质燃料烧结技术

　　5.1生物质燃料输送

　　将这些颗粒状物质通过一个不易摩擦生热输送管道（注意管道输送减少灰尘和遗撒）送到生物质燃料烧结机的料仓中。

　　5.2生物质燃料烧结机的结构

　　5.3生物质燃料燃烧原理

　　生物质燃料在高温窑炉（或者流化炉膛）进行燃烧。注意由于此时生物质燃料颗粒比表面积大，容易在高温下形成气化（大约在600～700℃时）。实际上生物质燃料烧结机就是将一定量的生物质燃料脉冲式喷射到炉膛中，在高温的炉膛内形成部分物质气化再燃烧。这是一个气物混合体燃烧过程，这个过程放出大量的热量（中心温度可以达到1300℃），利用这个热量来加热黏土制品或热水水管。由于该过程是可控的，物料量和燃烧所需的助燃风量是经过生物质燃烧机严格控制，一定要充分燃烧，所以没有未燃烧生物质的存在，不会形成积碳现象（所谓的冒黑烟现象）。

　　生物质燃料气化过程越充分，燃烧放热量越大越快，并且成灰量越少（所以要求生物质燃料颗粒度越小）。

　　5.4应用范例

　　5.4.1黏土制砖窑炉

实际生产窑炉照片

　　5.4.2其他应用（水泥生产，陶粒生产）

　　6结束语

　　生物质燃料洁净烧结技术不是今天才发明的，已经有20多年历史，同时在欧洲已经有20多家企业在使用（以法国居多）。他们大部分直接使用锯末和野草秸秆（没有二次加工成低温碳化渣）。他们的制品出来后使用生物烧结砖的名称，可以申请国家免税。这是法国政府为了环保所做的努力。因为生物质燃料吸收太阳照射和二氧化碳而生长，燃烧自己放出二氧化碳和热量而消亡，是一个完整的可再生循环，这是世界人们都渴望的循环。