1、生物質(zhì)成型燃料概念及種類
生物質(zhì)是指來源于植物和動物的有機物質(zhì)。地球上的生物質(zhì)資源非常豐富，目前是僅次于煤炭、石油和天然氣的世界第四大能源消費品種，其消費總量位居六大可再生能源（太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮�、水能、生物質(zhì)能和海洋能）之首。我國可以開發(fā)利用的生物質(zhì)能源有：各種農(nóng)業(yè)廢棄物（秸稈和谷殼等）、薪柴、林業(yè)廢棄物（樹葉和有機垃圾）和人畜糞便等。統(tǒng)計表明，我國秸稈、薪柴、糞便和垃圾四項資源分別相當(dāng)于3.08、1.3、0.77和1.43億t標(biāo)準(zhǔn)煤，總計約6.58億t標(biāo)準(zhǔn)煤。生物質(zhì)被認(rèn)為是一種C02零排放的能源（生物質(zhì)利用過程中排放的C02量等于其生長過程中吸收的C02量）。燃燒時其NO；的排放量僅為燃煤的1/5，S02的排放量僅為燃煤的1/10，因此生物質(zhì)成型燃料直接燃用是世界范圍內(nèi)進行生物質(zhì)高效、潔凈化利用的一個有效途徑，近年來成為可再生能源開發(fā)的熱點之一。其中，國內(nèi)外在生物質(zhì)成型燃料加工與應(yīng)用技術(shù)方面的發(fā)展最為迅速。我國一些地區(qū)已進行批量生產(chǎn)，并形成研究、生產(chǎn)、開發(fā)的良好勢頭。在我國未來的能源消耗中，生物質(zhì)成型燃料將占有越來越大的份額。
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，經(jīng)壓縮成型后的生物質(zhì)成型燃料，密度大大提高，貯運、使用都很方便，人們可以像使用煤炭一樣燃燒成型燃料，富通新能源生產(chǎn)銷售
木屑顆粒機、
秸稈壓塊機等生物質(zhì)顆粒燃料成型機械設(shè)備。
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)成型燃料加工機螺旋擠壓式、活塞沖壓式（包括機械式、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原料輔助加熱，上述三種加工方式又分為冷成型和熱成型二類工藝，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。
2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀
國外開發(fā)工作始于20世紀(jì)40年代，1948年日本申報了利用木屑為原料采用螺旋擠壓方法生產(chǎn)棒狀成型燃料的第1個專利，60年代成立了成型燃料行業(yè)協(xié)會。70年代初，美國研究開發(fā)了環(huán)模擠壓式顆粒成型機，并在國內(nèi)形成大量生產(chǎn)。瑞土、瑞典、西歐等發(fā)達國家都先后開發(fā)研究了沖壓式成型機、輥模碾壓式顆粒成型機。在最早開發(fā)螺旋擠壓成型燃料生產(chǎn)技術(shù)的日本也有采用輥模碾壓式顆粒成型機加工木屑成型燃料的大型生產(chǎn)企業(yè)，單臺機組的年產(chǎn)量達到2萬噸以上。
2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
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，引進國外先進機型，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，用以生產(chǎn)棒狀、塊狀或顆粒生物質(zhì)成型燃料。據(jù)估計，全國目前投入使用的生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備約在1000臺左右，年產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料不足10萬t。
國內(nèi)主要的幾種成型燃料生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)狀分述如下：
2.2.1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)，尤其是以機制炭為最終產(chǎn)品的用戶，大都選用螺旋擠壓成型機。
1990年，通過實施國家“七五”攻關(guān)項目“木質(zhì)棒狀（螺旋擠壓）成型機的開發(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、中國臺灣、比利時、美國引進了近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，橫截面力圓形或六角形，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)點是：
(1)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加工的成型棒料的密度都在1100～1400Km3。
(2)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)的缺點是：
(1)產(chǎn)量低，目前國產(chǎn)設(shè)備的最高臺時產(chǎn)量不到150kg/h，距離規(guī)模化生產(chǎn)的產(chǎn)量要求相差較大。
(2)能耗高，粉料在螺旋擠壓成型前先要經(jīng)過電加溫預(yù)熱，擠壓成型過程的的噸料電耗就在90kWh/t以上。
(3)易損件壽命短，國產(chǎn)設(shè)備主要工作部件一螺桿的最高壽命不超過500h，距離國際先進水平1000h以上還有不小的差距。
(4)原料要求苛刻。螺旋擠壓成型機采用連續(xù)擠壓，成型溫度通常調(diào)整在220-280℃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，所以對有的物料要進行預(yù)干燥處理，增加了加工成本。這一點，對于移動式的成型燃料加工系統(tǒng)來說也許是一個致命傷，因為與旋擠壓成型工藝相銜接還需有配套的烘干機。
2.2.2活塞沖壓技術(shù)
這種技術(shù)的優(yōu)點是成型密度較大，允許物料水分高達20%左右，但因為是油缸往復(fù)運動，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�；钊降某尚湍Ｇ蝗菀啄p，一般100h要修一次，有的含Si02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”項目，開發(fā)了HPB - III型液壓驅(qū)動式秸稈成型機，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;噸料電耗為60～70kWh/t。
2.2.3輥模碾壓技術(shù)
生物質(zhì)顆粒燃料的輥模輾壓成型技術(shù)是在顆粒飼料生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，二者的主要區(qū)別在于纖維性物料含量的多少和成型密度的高低。用輥模輾壓式成型機生產(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所產(chǎn)生的摩擦熱，即可使物料軟化和黏合。對原料的含水率要求較寬，一般在10%～30%之間均能成型，其成型最佳水份為18%左右。相比于螺旋擠壓和活塞沖壓而言，輥模輾壓成型法對物料的適應(yīng)性最好。因此，國內(nèi)一些生產(chǎn)秸稈顆粒飼料的企業(yè)在生產(chǎn)顆粒飼料的同時也生產(chǎn)顆粒燃料，以提高設(shè)備的利用率。
目前國內(nèi)一些知名的飼料機械生產(chǎn)企業(yè)，在環(huán)模顆粒機和平模顆粒機的設(shè)計、制造方面，已積累了豐富的經(jīng)驗，某些方面已達到世界先進水平。在生物質(zhì)顆粒成型燃料加工機械的研發(fā)方面也進行了多年的探索，并取得了可喜的成績。
(1)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施國家林業(yè)局“林業(yè)剩余物制造顆粒成型燃料技術(shù)研究”項目，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，臺時產(chǎn)量在250kg/h左右，成型燃料產(chǎn)品的規(guī)格為直徑6 mm，長8～15mm，顆粒密度>1000kg/m3，其熱值為4800kcal/kg左右。產(chǎn)品質(zhì)量達到日本“全國燃料協(xié)會”公布的顆粒成型燃料標(biāo)準(zhǔn)的特級或一級。但是由于當(dāng)時在材料和加工工藝等方面的原因，主要易損件環(huán)模在面對粗纖維物料時，暴露出了使用壽命短的缺陷。使用成本高，成為環(huán)模式顆粒機難以在生物質(zhì)成型燃料領(lǐng)域大面積推廣的重要原因。
近年來，在環(huán)模式顆粒機基礎(chǔ)上，國內(nèi)開發(fā)了環(huán)模式壓塊機，成型塊截面尺寸在35mmx 35mm左右，生產(chǎn)率可達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型。
(2)平模輾壓成型技術(shù)。由于在平模制造工藝水平和主要加工物料對象方面與國外的差異等原因，以前國內(nèi)在對平模式顆粒機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400 mm。2000年，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所等單位通過實施“948”項目，在引進國際上著名的德國卡爾公司的38～780型大型平模式顆粒機的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國實際，又進行了多處技術(shù)改進和創(chuàng)新。研制的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SZLP-780型平模顆粒機的主要技術(shù)性能參數(shù)為：平模直徑：780 mm;燃料顆粒直徑12 mm時生產(chǎn)能力：1.2t/h，噸料耗電量：40～50kWh/t。
與其他生物質(zhì)成型顆粒（塊）加工技術(shù)相比，大型平模式顆粒機最大的優(yōu)點在于原料適應(yīng)性廣。平模式顆粒機壓制室空間較大，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、纖維較長的原料強行輾壓粉碎后壓制成粒，對原料的粉碎度要求降低了。同時，平模式顆粒機對原料水分的適應(yīng)性也較強，含水量15%—25%的物料都能被壓縮成型。此外，平模式顆粒機還有輥模制造容易、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，除了在生物質(zhì)成型燃料方面以外，還可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。
但總體來看，目前，我國的生物質(zhì)固化成型裝備在設(shè)備的實用性、系列化、規(guī)模化上還很不足，距國際先進水平還有不小的差距。這一問題以成型機最為突出，表現(xiàn)在生產(chǎn)率低、成型能耗高、主要工作部件壽命短、機器故障率多、費用高等方面。
3、生物質(zhì)成型燃料應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
由于成型加工方法的不同，生物質(zhì)成型燃料的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100mm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。燃燒的爐具主要有二種，一種是家庭式爐灶或一般工業(yè)鍋爐，另一種是燃煤電廠鍋爐。
3.1炊事、供暖利用方式
在歐美，針對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，用于高效燃燒成型生物燃料的燃燒器具不斷改進完善。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)校大面積供熱可進行二次燃燒的節(jié)能高效鍋爐的燃燒熱效率可高達90%以上。
據(jù)瑞典國家能源局對外公布的資料顯示，用生物質(zhì)顆粒燃料，集中供熱產(chǎn)生每kWh熱量的費用是燃燒輕油供熱的42%、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熱量的費用是電熱的62%，燃燒燃油供熱的57%。從節(jié)約能源、減少污染、保護生態(tài)環(huán)境以及經(jīng)濟效益看，生物質(zhì)燃料制備技術(shù)和高效燃燒器具開發(fā)及應(yīng)用具有極廣闊的前景。
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)機構(gòu)，在20世紀(jì)末開始研發(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。
3.2發(fā)電利用技術(shù)
生物質(zhì)發(fā)電在發(fā)達國家己受到廣泛重視，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。
燃煤電廠中摻燒生物質(zhì)燃料發(fā)電技術(shù)在美國等地的發(fā)展較具規(guī)模。1992年，美國利用生物質(zhì)發(fā)電的電站約有1，000家，發(fā)電裝機容量已達650萬kW，年發(fā)電42億kWh，消耗4，500萬t生物質(zhì)燃料，
在瑞典，豐富的森林資源多位于北部，而使用木材的熱電廠卻大多在南方，于是，他們建立了一家顆粒加工廠。鋸末被加工成顆粒，然后運往南方。1t顆粒能發(fā)5000 kWh的電。
在利用生物質(zhì)成型燃料發(fā)電方面，代表了當(dāng)今世界先進水平和發(fā)展方向的，是位于丹麥的一座叫阿文多的發(fā)電廠。這是一座裝機容量85萬kW，可在同一爐體燃燒煤、油、天然氣和生物質(zhì)壓縮顆粒的多燃料方式發(fā)電廠。四根燃料供給管道連接鍋爐，分別輸送煤、油、天然氣和經(jīng)過成型處理后的塊狀生物質(zhì)。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：
(1)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。
(2)設(shè)備投資少，推廣價值大。
國外成功的例子表明現(xiàn)有小火電廠經(jīng)過適當(dāng)技術(shù)改造就可摻燒。在國內(nèi)來說，以一個裝機容量為50MW的小型熱電聯(lián)產(chǎn)電廠為例，按30%的摻燒比例，每年需秸稈成型燃料7萬t。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)低于需要引進國外機組新建的秸稈散草發(fā)電廠以及新建秸稈氣化發(fā)電廠的投資。
(3)生物質(zhì)成型燃料貯運方便，降低了流通環(huán)節(jié)的成本，有利于規(guī)模化加工和利用。
生物質(zhì)分布極為分散，形態(tài)各異，能量密度低，給規(guī)�；占�、運輸、存儲和利用帶來了很大不便。而且，生物質(zhì)的供應(yīng)具有季節(jié)性和周期性，增加了存儲的空間與成本。經(jīng)過適當(dāng)壓縮成型加工后，生物質(zhì)的體積可減少5～10倍，原料的收集半徑可以擴大，而且運輸成本還大大降低。
(4)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)機會、增加農(nóng)民收入，改變直接焚燒后對土壤結(jié)構(gòu)的破壞和對大氣環(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
4.1生物質(zhì)成型燃料需求將大幅增加
我國已在2005年頒布實施《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，以促進可再生能源來替代高污染的能源，并希望到2020年時，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)成型燃料的使用量由目前不足10萬t增加到5000萬t。
4.2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)批量擴大化、生產(chǎn)裝備系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。尤其國內(nèi)則在設(shè)備實用性、系列化上下功夫，不斷降低成本并提高技術(shù)水平，為21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)儲備。
4.3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，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)�；牡慕斩挸尚腿剂霞庸ぜ夹g(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。因而加快研究在現(xiàn)有燃煤電廠中摻燒秸稈等生物質(zhì)成型燃料發(fā)電技術(shù)，填補我國在該領(lǐng)域內(nèi)的空白，在我國具有更大的現(xiàn)實意義和迫切性。
