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1、 【河海大学】 美国制造业木屑颗粒生产的技术经济分析 专业： 技术经济及管理 学生姓名： 马晶晶 指导教师： 马俊 完成时间： 2012年10月28日 1 美国制造业木屑颗粒生产的技术经济分析 无数的美国公司正在进入木屑颗粒市场，原因归咎于木材量对能源的重要性。与美国产量两百个百分点的增长相比较，想要从调查机构获得值得信赖的并与生产成本，生产需求，木屑颗粒的市场趋势相关的信息是十分困难的。以综合调查为基准，为美国制造业生产成本决议做的技术经济模型已被建立起来，充分考虑了那些严重影响颗粒产量的技术和财政因素。一个案例研究的结果表明，颗粒生产有利于美国的制造商和分销商/零售商以及多零售商的利润。灵
2、敏度分析表现，一个木屑厂对物质和劳动力成本的变化是特别敏感的。此外，改变能源和资本支出也会影响项目的NPV与IRR，但与物料和劳动力成本比较起来并不是那么明显。更多的研究结果表明增加工厂大小特别是增加资本支出，劳动力最小增长成本因素；此外，由于增加的经营成本，小型生产商必须密切监测生产因素。关键词：木屑颗粒；生产成本；颗粒制造商；木柴产业背景说明 木屑颗粒已经成为一个成功的国际交易量，其市场规模预计从2007到2010已经翻倍。赫斯和雅各布森（2009）指出，从2002至2006年木材颗粒内部需求在美国翻了一番。此外，2012年的生产预测被设定在6轧机离子每吨（含水率10%）；然而到2009年
3、度，市场容量增加的速度预测大约为生产6200000公吨/年（锌和托特2009；玛尼2006）。 钮等人（2006）表示，物料是与其他资源竞争的一个关键因素，从某种意义上来讲，木质颗粒增强了单位体积的木材的承受压力值，降低水分含量，并且具备更强劲更完全更高效的热值，并具有低灰和颗粒物排放量，优化了长途运输，从residential heating to large- scale co-firing in coal power plants (Wahlund et al. 2004;住宅供暖大型混烧燃煤电厂等方面便利了一些小规模应用（沃哈德等，2004; 洪欣赫尔等；2008年粗锌和托特2009年
4、）。此外，丸粒可以很容易地从木材废料中，薄片森林中，以及其他一些生物质原料和木材生产中获得。（PFI 2009年，2008年伯格曼和泽布）。 美国的木屑颗粒的木材生产及供应的特征，是采取一种叫做“每包”的销售策略，而不是常见的欧盟地区批量交付。在美国西部，大部分颗粒是由软木木屑，锯木厂残留物中制得，而在高山地区使用的则是由松甲虫杀死的黑松树木。在南部和中西部地区，工厂使用的是来源于木地板和家具业务中得来的废弃物料。而在东方，工厂正在使用的硬木木材，是极其不适合的。The Southern US is drastically increa sing its production capacity
5、, with recently 美国南部大幅提高它的生产能力，特别是最近新开了一些大型工厂和一个可靠的南方松木供应基地。基于各种各样的物料可以用于制造业，木材pellets have become attractive as an alternative fuel; however, in the US, the wood粒料作为替代燃料是非常具有吸引力的，然而，美国的木屑颗粒市场与比较成熟的加拿大和欧洲市场比较起来仍不能满足需求和内部利用。这些地区的应用已能满足well as industrial and co mmercial energy production (Hoque et al.
6、 2006).工业以及能源生产行业。By 2006, there 到2006年， 60万的美国家庭使用木屑颗粒供暖，2007年将增加至80万（生物质能资源中心2008年），并预测将有1,000,000住宅/商业区使用2010（PFI 2010），但是数据在工业和商业应用及未来发展方面预测仍然是不足的。 在美国，大约有90家工厂在生产木屑颗粒，将来还会有更多加入到这个行业中来。从2006年到2010年预测会有33的增长，尽管这种增加难以从研究中获得可靠的来源，但社会各界对木屑颗粒的生产成本，产量需求，及市场的发展趋势作的一些研究方法是通过比较，模型和计算欧洲和加拿大木屑颗粒的生产成本(Mani
7、2006; Chau et al. 2009); but more inform ation is needed for the US wood pellets 。但美国的木质颗粒市场，产量需求和财政特点，物流障碍（市场的定价习惯，交通运输，仓储和运营成本，2008年斯万和梅林），和有竞争力的木屑颗粒价格（生物质的具体参数交付成本，设备，能源消耗TION，劳动力成本（欧贝格等2004).2004）这些方面的信息仍然是迫切需要的。 目标 The main objective of this project was to develop and validate a techno-economic
8、al model that estimat es the production costs of pellets, as well as performing 这个项目的主要目标是开发和验证技术经济模型，估算木屑颗粒的生产成本，同时执行在美国国内木屑颗粒生产对金融和敏感性分析。 方法The techno-economical model for pellets production was devel oped in Microsoft 木屑颗粒生产的技术经济模型由微软研发（Excel 2007）;详细信息参照下文总模型 木屑颗粒生产成本的技术经济发展模型的第一步是定义木屑颗粒生产的各个进程。
9、 manufacturing (Fig. 1). 图1.木屑颗粒制造的标准过程图1中的生产过程是典型的木屑制造的进程。如研磨或干燥这样的步骤取决于原料的特性，如果原料是已被干燥/或是适当的粒径大小，那么这些步骤并不需要。It is assumed that collection, storag e, and transportation of the biomass to the它假定，物料的收集，贮存和运输是在模型的边界之外不被考虑（即它们可以被另一个公司，或其他部门的同一家公司执行），物料成本被提供到了厂门口。A model develope d at NC State Universit
10、y that deals with模型是北卡罗莱纳州立大学建立起来的用以处理物料的交付成本（工赞茨等人，2010），根据牵引距离和物料的类型，用于要接收的原材料成本（在这种情况下，利用去皮原木，火炬松，运送的平均距离为50公里）进到工厂时，总额为63美元/公吨（可能包括其他生物质类型的估算在内的木屑颗粒模型，一旦交付的物料成本已被计算出 ，冈萨雷斯等人，2010）。生产木屑颗粒的存储和交付后也被认为是该模型的边界之外。 In order to facilitate the development of the techno-economical model, three main为了促进技术经
11、济模型的发展中，确定了三个主要的领域有： 图2美国木屑颗粒生产的概念模型The first area (Fig. 2) considered for the model was a detailed mass balance, 模型考虑的第一区域（图2）是一个详细的质量平衡，容易理解和计算的物料的生产速度，进入和离开每个单元的操作，损失，容量和设备机械效率 。消耗能量（图2中的中心部分）用以显示木屑颗粒的能量需求，根据设备的原材料和能源的消耗consumption of the equipment.。The final ar ea is a comprehensive financial an
12、alysis,最后的部分是一个全面的财务分析， 考虑了公司和设备成本和，劳动力成本和结构，折旧，操作，并给出了一个给定年份的财务信息和维护成本以及损益表。 Additionally, the main inputs for the model were identified as: annual production 此外，该模型的主要输入定义为：年产（公吨），年工作时间（考虑到每天的班次），工厂位置，和使用的物料的类型，所交付的水分含量，和颗粒质量标准。When these inputs are entered in the model, the mass, energy 当这些在在模型中输
13、入时，质量，能量平衡和财务电子表格会自动更新。 质量平衡 The mass balance section is based on th e unit operations defi ned for the pellet 以单元操作为基础的质量平衡部分为颗粒生产过程定义出来，每当任何输入进入到模型中时，或者任何的处理成为可选时，例如前面讨论过的干燥或研磨，系统就会自动更新。每个进程中的质量损失都被考虑进去，并且它们可以是由用户定义的，但是，它对颗粒工厂重新循环任何粉碎有缺陷的颗粒，颗粒减少操作这些方面来说是典型的，因此系统的质量损失便会减少。整个过程中原料的水分含量会改变 ，在干燥中下降至61
14、，在定型中增加至101，在颗粒研磨，筛选，和冷却过程下降至最终水分含量为71。机械的效率默认值设定为100，except for the screening operation, in which 10% of the mass not converted to durable 除筛选操作以外，其中10没转换的木屑颗粒物料将重新循环。机械效率可以由用户修改，自动更新质量损失。在定型环节中It is also considered that steam addition is necessary in the蒸气添加是必要的，用以软化纤维，这个蒸汽由一个800千瓦锅炉提供，在工厂中热量回复不考虑
15、在内。 Energy Consumption能源消费 The data for energy consumption of each unit operation was obtained from the 每个单元操作能量消耗的数据，由通过集成几个颗粒制造业进行文学验证得到。干燥，grinding/hammermilling, and miscellaneous units (such as packing and bagging) were研磨，以及杂项单元（如包装和装袋）的数据来源于第加科和它格里；考虑了颗粒制造和冷却从制造商规格得到；屏幕操作数据从Mani中得到。Figure 3 summarizes the combined 图3总结了合并的energy consumption of each unit operation (% of the total energy consumed)An energy summary spreadsheet shows the total energy consumption per year, the 每个单元操作的能源消耗的总能量消耗（） 图3.工厂中每步操作的能源消耗 能源汇总电子表格显示了每年的能源消耗总量，以及根据电力设施的电消费，包括从天然气锅炉得到的蒸汽成本
