1、生物質(zhì)成型
顆粒燃料概念及種類
通常，生物質(zhì)成型燃料是指將干枯的草本類（如農(nóng)作物秸稈）、木本類（如樹枝）植物經(jīng)粉碎后，在一定的壓力作用下壓縮成為一種固形物，所以也稱之為致密成型燃料、生物質(zhì)固形燃料、生物質(zhì)型煤等等。相比于散碎狀的秸稈、木屑，壓縮成型后的生物質(zhì)成型燃料，密度大大提高，貯運(yùn)、使用都很方便，人們可以像使用煤炭一樣燃燒成型燃料。
按照原料以及其中添加物的的情況，生物質(zhì)成型燃料主要可分為單一組分的成型燃料和復(fù)合成型燃料。復(fù)合成型燃料是為了便于成型、增加成型效果或增加燃料的除硫效果，在原料中可添加一些粘結(jié)劑、除硫劑。
按照成型后的密度大小，生物質(zhì)成型燃料可分為高、中、低三種密度。密度在1100kg/m3以上的高密度成型燃料，更適于進(jìn)一步加工成炭化制品；密度在700kg /m3以下的為低密度成型燃料；密度介于700～1100kg／m3之間的為中密度成型燃料。塊型大小適宜的中低密度生物質(zhì)成型燃料可以完全代替煤或與煤一起混合在普通爐灶、工業(yè)鍋爐和燃煤電廠鍋爐中燃燒。
2、生物質(zhì)成型燃料加工技術(shù)的現(xiàn)狀
按成型加壓的方法不同來區(qū)分，目前國內(nèi)外技術(shù)較為成熟、應(yīng)用較多的生物質(zhì)成型燃料加工機(jī)有螺旋擠壓式、活塞沖壓式（包括機(jī)械式、液壓式）、有輥模碾壓式（包括環(huán)模式和平模式）等。按照其成型過程是否對(duì)原料輔助加熱，上述三種加工方式又分為冷成型和熱成型兩類工藝；螺旋擠壓式、活塞沖壓式都屬于熱壓成型工藝，輥模碾壓式采用的是冷壓成型工藝。
我國從20世紀(jì)80年代中期起開始了成型燃料的開發(fā)研究，一方面組織科技攻關(guān)，另一方面，引進(jìn)國外先進(jìn)機(jī)型，經(jīng)消化、吸收，研制出各種類型的適合我國國情的生物質(zhì)壓縮成型機(jī)，用以生產(chǎn)棒狀、塊狀或顆粒生物質(zhì)成型燃料。據(jù)估計(jì)，全國目前投入使用的生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備約在1000臺(tái)左右，年產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料不足10萬噸。
國內(nèi)幾種主要成型燃料生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展概況分述如下：
(1)螺旋擠壓技術(shù)
螺旋擠壓成型技術(shù)是目前生產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料最常采用的技術(shù)，尤其是以機(jī)制炭為最終產(chǎn)品的用戶，大都選用螺旋擠壓成型機(jī)。
1990年，通過實(shí)施國家“七五”攻關(guān)項(xiàng)目“木質(zhì)棒狀（螺旋擠壓）成型機(jī)的開發(fā)研究”工作，國內(nèi)建立了第一條年產(chǎn)1000噸棒狀成型燃料生產(chǎn)線；1993年前后，國內(nèi)一部分企業(yè)和有關(guān)省的農(nóng)村能源辦公室從日本、中國臺(tái)灣、比利時(shí)、美國引進(jìn)了近20條生物質(zhì)壓縮成型生產(chǎn)線，這些生產(chǎn)線基本上都是采用螺旋擠壓式，大多數(shù)是以鋸木屑為原料，生產(chǎn)“炭化”燃料。棒狀成型燃料的形狀為直徑50mm左右、長度450mm左右，橫截面為圓形或六角形，每根重約1kg，用于蒸發(fā)量≤1000kg/h工業(yè)鍋爐或民用爐灶。
螺旋擠壓成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：
●成品密度高。以木屑、稻殼、麥草等為原料，國內(nèi)生產(chǎn)的幾種螺旋擠壓成型機(jī)加工的成型棒料的密度都在1100~1400kg/m3。
●成品質(zhì)量好、熱值高。更適合再加工成為炭化燃料。
螺旋擠壓成型技術(shù)的缺點(diǎn)是：
●產(chǎn)量低。目前國產(chǎn)設(shè)備的最高臺(tái)時(shí)產(chǎn)量不到150kg，距離規(guī)模化生產(chǎn)的產(chǎn)量要求較大。
●能耗高。粉料在螺旋擠壓成型前先要經(jīng)過電加溫預(yù)熱，擠壓成型過程每噸料電耗就在90kWh以上。
●易損件壽命短。國產(chǎn)設(shè)備主要工作部件螺桿的最高壽命不超過500h，距離國際先進(jìn)水平lOOOh以上還有不小的差距。
●原料要求苛刻。螺旋擠壓成型機(jī)采用連續(xù)擠壓，成型溫度通常調(diào)整在220—2800C之間，為了避免成型過程中原料水分的快速汽化造成成型塊的開裂和“放炮”現(xiàn)象發(fā)生，一般要將原料含水率控制在8~12%之間，所以有的物料要進(jìn)行預(yù)干燥處理，增加了加工成本。這一點(diǎn)，對(duì)于移動(dòng)式的成型燃料加工系統(tǒng)來說也許是一個(gè)致命傷，因?yàn)榕c螺旋擠壓成型工藝相銜接還需有配套的烘干機(jī)。
(2)活塞沖壓技術(shù)
這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是成型密度較大，允許物料水分高達(dá)20%左右，但因?yàn)槭怯透淄鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，間歇成型，生產(chǎn)率不高，產(chǎn)品質(zhì)量不太穩(wěn)定，不適宜炭化。活塞式的成型模腔容易磨損，一般lOOh要修一次，有含二氧化硅少的生物質(zhì)材料可維持300h。
2003年，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位通過實(shí)施科技部“秸稈壓塊成型燃料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的可行性研究”項(xiàng)目，開發(fā)了HPB-Ⅲ型液壓驅(qū)動(dòng)式秸稈成型機(jī)，該設(shè)備采用活塞套筒雙向擠壓間歇成型。生產(chǎn)率為400kg/h；每噸料電耗降為60~70kWh。
(3)輥模碾壓技術(shù)
用輥模輾壓式成型機(jī)生產(chǎn)顆粒成型燃料一般不需要外部加熱，依靠物料擠壓成型時(shí)所產(chǎn)生的摩擦熱，即可使物料軟化和黏合，對(duì)原料的含水率要求且較寬，一般在10%—30%之間均能成型，成型最佳含水率為18%左右。于螺旋擠壓和活塞沖壓相比，輥模輾壓成型法對(duì)物料的適應(yīng)性最好。
目前國內(nèi)一些知名的飼料機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)，在環(huán)模
制粒機(jī)和平模制粒機(jī)的設(shè)計(jì)、制造方面，已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，某些方面已達(dá)到世界先進(jìn)水平。在生物質(zhì)顆粒成型燃料加工機(jī)械的研發(fā)方面也進(jìn)行了多年的探索，并取得了可喜的成績。
●環(huán)模輾壓成型技術(shù)
1994—1998年，中國林科院南京林化所等單位通過實(shí)施“林業(yè)剩余物制造顆粒成型燃料技術(shù)研究”項(xiàng)目，成功開發(fā)了以木屑和刨花為主要原料的顆粒燃料成型機(jī)，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量在250kg左右。成型燃料產(chǎn)品的規(guī)格為直徑6mm，長8～15mm，顆粒密度>1000kg／m3，其熱值為20064kj/kg左右。產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到日本全國燃料協(xié)會(huì)顆粒成型燃料標(biāo)準(zhǔn)的特級(jí)或一級(jí)。但是由于當(dāng)時(shí)在材料和加工工藝等方面的原因，主要易損件環(huán)模在面對(duì)粗纖維物料時(shí)，暴露出了使用壽命短的缺陷，成為環(huán)模式制粒機(jī)難以在生物質(zhì)成型燃料領(lǐng)域大面積推廣的重要原因。
近年來，在環(huán)模式制粒機(jī)基礎(chǔ)上，國內(nèi)開發(fā)了環(huán)模式壓塊機(jī)，成型塊截面尺寸在35x35mm左右，生產(chǎn)率可達(dá)2t/h以上，是規(guī)�；a(chǎn)生物質(zhì)成型燃料的一種較理想的機(jī)型。
●平模輾壓成型技術(shù)
過去，國內(nèi)在平模式制粒機(jī)的研究方面不夠深入，國內(nèi)能生產(chǎn)的最大平模直徑只有400mm。2000年，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所等單位通過實(shí)施“948”項(xiàng)目，在引進(jìn)國際上著名的德國卡爾公司的38-780型大型平模式制粒機(jī)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國實(shí)際，又進(jìn)行了多處技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新。研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SZIP-780型平模制粒機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)為：平模直徑780mm;燃料顆粒直徑12mm;生產(chǎn)能力1.2t/h；每噸料耗電量40—50kWh。
與其他生物質(zhì)成型顆粒（塊）加工技術(shù)相比，大型平模式制粒機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)在于原料適應(yīng)性廣。平模式顆粒機(jī)壓制室空間較大，可采用大直徑壓輥，因而能將諸如秸稈、干甜菜根、稻殼、木屑等體積粗大、纖維較長的原料強(qiáng)行輾壓粉碎后壓制成粒，對(duì)原料的粉碎度要求降低了。同時(shí)，平模式制粒機(jī)對(duì)原料水分的適應(yīng)性也較強(qiáng)，含水率15%~25%的物料都能被壓縮成型。此外，平模式制粒機(jī)還有輥模制造容易、壽命長、產(chǎn)量大、噸料耗電低、成型密度調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，除了加工生物質(zhì)成型燃料外．還適用于其他粗纖維含量多的物料的成型加工，如牧草、秸稈飼料顆粒，生物肥顆粒等，應(yīng)用前景十分廣闊，富通新能源銷售生物質(zhì)環(huán)模式木屑顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備。
總體來看，目前我國的生物質(zhì)固化成型裝備在設(shè)備的實(shí)用性、系列化、規(guī)�；线�很不足，距國際先進(jìn)水平還有不小的差距。表現(xiàn)在生產(chǎn)率低、成型能耗高、主要工作部件壽命短、機(jī)器故障率多、費(fèi)用高等方面。
3、我國生物質(zhì)成型燃料應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展概況
由于成型加工方法的不同，生物質(zhì)成型燃料的形狀和大小的差異性也很大，小的顆粒截面直徑只有6~8mm，大的燃料塊截面直徑要達(dá)lOOmm以上。各種成型燃料的密度大小也不盡相同，因此，生物質(zhì)成型燃料的利用技術(shù)也是多種多樣的。歸納起來，除了炭化法加工以外，生物質(zhì)成型燃料的直接燃燒是主要的利用方式。
(1)炊事、供暖利用方式
在歐美，針對(duì)一般居民家用的生物質(zhì)顆粒燃料及配套的高效清潔燃燒取暖爐灶已非常普及。從20世紀(jì)70年代開始，結(jié)合生物燃料成型技術(shù)的發(fā)展，我國用于高效燃燒成型生物燃料的燃燒器具也在不斷改進(jìn)完善。截至到1998年，一種家庭式燃燒生物顆粒燃料的供熱鍋爐熱效率可達(dá)80%，而生物顆粒燃料的供應(yīng)可以與加注燃油一樣由顆粒生物燃料車通過管道加注到燃料倉內(nèi)。另一種用于住宅小區(qū)、學(xué)校大面積供熱，可進(jìn)行二次燃燒的節(jié)能高效鍋爐的燃燒熱效率可高達(dá)90%以上。
據(jù)瑞典國家能源局對(duì)外公布的資料顯示，用生物質(zhì)顆粒燃料集中供熱，產(chǎn)生每kWh熱量的費(fèi)用是燃燒輕油供熱的42%，是燃燒重油供熱的58%；以家庭為單位的小型鍋爐供熱產(chǎn)生每kWh熱量的費(fèi)用是電熱的62%，是燃油供熱的57%。從節(jié)約能源、減少污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)效益看，生物質(zhì)燃料制備技術(shù)和高效燃燒器具開發(fā)都具有極廣闊的前景。
國內(nèi)方面，包括北京萬發(fā)爐業(yè)中心在內(nèi)的很多研發(fā)機(jī)構(gòu)，在20世紀(jì)未開始研發(fā)以農(nóng)作物秸稈為原料的生物質(zhì)顆粒燃料燃燒供暖設(shè)備，如暖風(fēng)壁爐、水暖爐、炊事爐等系列爐具，均取得了滿意效果。
(2)發(fā)電利用技術(shù)
生物質(zhì)發(fā)電在發(fā)達(dá)國家已受到廣泛重視，主要工藝有三種：生物質(zhì)鍋爐直接燃燒發(fā)電、生物質(zhì)與煤混合燃燒（摻燒）發(fā)電和生物質(zhì)氣化發(fā)電。
但我國在現(xiàn)有燃煤電廠中利用秸稈等生物質(zhì)成型燃料替代燃煤發(fā)電方面還是空白。
與秸稈粉碎直接燃燒和秸稈氣化燃燒發(fā)電相比，成型燃料與煤摻燒發(fā)電技術(shù)在我國更有推廣前途，生物質(zhì)成型燃料發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢在于：
●熱能利用率高。相比于散碎狀秸稈，經(jīng)壓縮成型后的秸稈成型燃料，燃燒特性明顯改善：燃燒充分，黑煙少；火力持久，爐膛溫度高。
●設(shè)備投資少，推廣價(jià)值大。國外成功的例子表明國內(nèi)現(xiàn)有小火電廠經(jīng)過適當(dāng)技術(shù)改造就可摻燒。以一個(gè)裝機(jī)容量為50Mw的小型熱電聯(lián)產(chǎn)電廠為例估算，按30%的摻燒比例，每年需秸稈成型燃料7萬
噸。建設(shè)成型燃料加工廠需投資200萬元，技改需投資300萬元，合計(jì)新增投資500萬元，單位千瓦投資只需0.01萬元，遠(yuǎn)低于需要引進(jìn)國外機(jī)組新建的秸稈散草發(fā)電廠和新建秸稈氣化發(fā)電廠的投資。
●生物質(zhì)成型燃料貯運(yùn)方便，降低了流通環(huán)節(jié)的成本，有利于規(guī)�；庸ず屠谩�
●便于在更廣大的農(nóng)村遍地開花發(fā)展生物質(zhì)成型燃料加工廠，開拓就業(yè)機(jī)會(huì)、增加農(nóng)民收入，改變直接焚燒對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的破壞和對(duì)環(huán)境的污染。
4、生物質(zhì)成型燃料加工與應(yīng)用技術(shù)的展望
(1)生物質(zhì)成型燃料需求將大幅增加
我國已頒布實(shí)施《可再生能源法》，將可再生能源的推廣和使用納入法制化、制度化軌道，以促進(jìn)可再生能源的開發(fā)與利用，并希望到2020年，使包括秸稈等生物質(zhì)在內(nèi)的可再生能源在我國全部能源供應(yīng)中的比例由目前的7%增加到15%，生物質(zhì)成型燃料的使用量也將由目前不足10萬噸增加到5000萬噸。
(2)生物質(zhì)成型燃料加工技術(shù)將全面提升
在生物質(zhì)固化成型技術(shù)裝備研究、開發(fā)方面，國內(nèi)外發(fā)展總的趨勢是：裝備生產(chǎn)專業(yè)化、產(chǎn)品生產(chǎn)批量擴(kuò)大化、生產(chǎn)裝備系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。國內(nèi)則應(yīng)在設(shè)備實(shí)用性、系列化上下功夫，不斷降低成本并提高技術(shù)水平，為本世紀(jì)大規(guī)模開發(fā)利用生物質(zhì)能提供必要的技術(shù)儲(chǔ)備。
(3)生物質(zhì)成型燃料發(fā)電將穩(wěn)步發(fā)展
與在普通鍋爐、農(nóng)家柴灶中推廣使用生物質(zhì)成型燃料相比，國外的經(jīng)驗(yàn)證明，生物質(zhì)成型燃料發(fā)電具有利用規(guī)模大、成本低的優(yōu)點(diǎn)，而且較易得到國家優(yōu)惠政策的支持。顯而易見，在我國這樣一個(gè)有著豐富的秸稈等生物質(zhì)資源、而化石資源卻又少得可憐的發(fā)展中大國，隨著低成本、規(guī)模化的秸稈成型燃料加工技術(shù)和摻燒發(fā)電技術(shù)的突破，成型燃料將首先在工業(yè)發(fā)電領(lǐng)域特別是小火電、小熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)中得到廣泛推廣應(yīng)用。
