對(duì)化石能源的過(guò)度依賴，造成了2個(gè)日益突出的問(wèn)題：一是環(huán)境污染日益嚴(yán)重；二是現(xiàn)存的化石燃料儲(chǔ)量日趨減少。2009年的哥本哈根國(guó)際氣候會(huì)議上提出了“減少碳足跡”的倡議，我國(guó)承諾2020年單位生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%、非化石能源占一次能源消費(fèi)比例達(dá)到15%左右。世界各國(guó)廣泛關(guān)注研發(fā)新能源，生物質(zhì)固體成型燃料應(yīng)運(yùn)而生。
1、生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)研究現(xiàn)狀
    生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)，是將各種生物質(zhì)資源包括鋸末、秸稈、稻殼等農(nóng)林廢棄物通過(guò)加壓、加熱，由原來(lái)的松散的原料壓縮成具有一定形狀和密度的成型燃料棒的技術(shù)。目前，許多國(guó)家開(kāi)展了生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究，通過(guò)把松散的、低熱值的物質(zhì)壓縮成一定形狀和密度的壓縮塊或壓縮粒，來(lái)達(dá)到高效利用生物質(zhì)潛在熱能的目的。
1.1  國(guó)外生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)現(xiàn)狀  國(guó)外生物質(zhì)成型燃料開(kāi)發(fā)工作始于20世紀(jì)30年代。美國(guó)于30年代就開(kāi)始研究壓縮成型技術(shù)，并研制了螺旋壓縮機(jī)。在溫度80~ 350℃和壓力100 MPa的條件下，能把木屑和刨花壓縮成固體成型燃料。1978年，美國(guó)太陽(yáng)能公司投資1.2億美元，建造了一座日產(chǎn)300 t的肥料壓縮塊工廠。50年代，日本研制成功沖壓成型機(jī)；80年代開(kāi)始，對(duì)生物質(zhì)壓縮成型燃料的機(jī)理進(jìn)行了探討，使成型燃料更為實(shí)用化，顆粒成型技術(shù)獲得突破，螺桿擠壓成型技術(shù)普遍應(yīng)用，東南亞國(guó)家發(fā)展迅速；90年代前，主要用于民用炊事、采暖；1995年以后，瑞典、丹麥、奧地利等國(guó)大力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化，民用鍋爐、工業(yè)鍋爐、一些國(guó)家的生物質(zhì)成型燃料設(shè)備已經(jīng)定型。并且，奧地利、瑞典等國(guó)家的小型熱電廠已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用成型燃料，并開(kāi)始向國(guó)外出售技術(shù)和設(shè)備。目前，美國(guó)、荷蘭、瑞典的生物質(zhì)成型燃料的生產(chǎn)都實(shí)現(xiàn)了工廠化或產(chǎn)業(yè)化，原料從收集、干燥、粉碎、包裝、銷售環(huán)節(jié)全部實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線生產(chǎn)。并且，日本、美國(guó)及歐洲已經(jīng)出臺(tái)成型燃料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，富通新能源生產(chǎn)銷售顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料出售。
1.2我國(guó)生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)現(xiàn)狀我國(guó)生物質(zhì)固體成型燃料的研究起步較晚，始于20世紀(jì)80年代，1990年以后，機(jī)械螺桿式、活塞式成型技術(shù)得到發(fā)展，90年代期間，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制成功HPB系列液壓驅(qū)動(dòng)柱塞成型機(jī)（大棒性）。北京市大興區(qū)利用研制開(kāi)發(fā)的適宜于農(nóng)作物秸稈的HM-485型環(huán)模式成型機(jī)，建成了年產(chǎn)2萬(wàn)t的生物質(zhì)固體成型燃料生產(chǎn)線，并投產(chǎn)運(yùn)行，該成型機(jī)生產(chǎn)率達(dá)1.5t/h，關(guān)鍵部件壽命達(dá)400 h以上，截至2009年12月，已累計(jì)生產(chǎn)和銷售秸稈固體成型燃料1. 23萬(wàn)t。目前，河南、江蘇、北京、吉林、湖北、山東、黑龍江、遼寧等省市建成年產(chǎn)萬(wàn)噸以上成型燃料廠10余處，年產(chǎn)達(dá)170萬(wàn)t。
2、生物質(zhì)成型燃料工藝研究進(jìn)展
    根據(jù)不同的工藝特征，原料壓縮成型工藝分類不同：在是否添加粘結(jié)劑上可分為加粘結(jié)劑和不加粘結(jié)劑的成型工藝；在原料加溫方式上可分為常溫成型、熱壓成型和炭化成型；在原料是否預(yù)處理上分為干壓成型與濕壓成型。就目前而言，使用比較廣泛的壓縮成型工藝為炭化成型、冷壓（濕壓）成型和熱壓成型。
2.1  炭化成型技術(shù)炭化是指有機(jī)物通過(guò)熱解而導(dǎo)致生成含碳量不斷增加的化合物的一個(gè)長(zhǎng)過(guò)程。炭化成型工藝的基本特征是，首先將生物質(zhì)原料炭化或部分炭化，然后再加入一定量的黏結(jié)劑擠壓成型。常見(jiàn)的有2種情況，一種是指先用成型機(jī)將物料壓縮成燃料棒，然后用炭化爐將燃料棒炭化成木炭的過(guò)程，其工藝流程為原料一粉碎一千燥一成型一炭化一冷卻一包裝。這種工藝沒(méi)有將物料壓縮成型與炭化過(guò)程結(jié)合起來(lái)，兩者相對(duì)獨(dú)立；另外一種情況是將壓縮成型和熱解炭化有機(jī)結(jié)合，使其前后連續(xù)，采用柱塞式壓縮成型機(jī)壓縮，柱塞將物料沿著壓縮套筒推入熱解筒內(nèi)，通過(guò)間接加熱方式，由電熱爐向熱解筒提供熱量，物料在套筒設(shè)定的溫度內(nèi)被炭化，得到所需的相應(yīng)產(chǎn)物。
炭化成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能耗低，因?yàn)樵�料纖維素結(jié)構(gòu)在炭化過(guò)程中受到破壞，高分子組分受熱裂解轉(zhuǎn)換成炭，并放出揮發(fā)分，使成型部件的磨損和能耗都明顯降低。該技術(shù)的缺點(diǎn)是炭化后的原料維持既定形狀的能力較差，儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用時(shí)容易開(kāi)裂或破碎，必須使用粘結(jié)劑，就需要較高的成型壓力，這將明顯提高成型機(jī)的造價(jià)。但我國(guó)木炭的需求量隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展正逐年增加，王文兵等經(jīng)過(guò)調(diào)查研究認(rèn)為，在我國(guó)發(fā)展機(jī)制木炭具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。
2.2冷壓（濕壓）成型技術(shù)冷壓（濕壓）成型技術(shù)是在常溫下，通過(guò)特殊的擠壓方式，使粉碎的生物質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)互相鑲嵌包裹而形成顆粒。由于該成型技術(shù)對(duì)原料的含水率要求不高前粉料含水率范圍可擴(kuò)大到6%~25%），所以又稱為“濕壓”成型技術(shù)。該技術(shù)工藝環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單，只需粉碎和壓縮2個(gè)環(huán)節(jié)。與“熱壓”技術(shù)相比，該技術(shù)在原料、設(shè)備、能耗上有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)：原料適用性廣；設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、價(jià)格低、可移動(dòng)性強(qiáng)；成型能耗低、成本低，富通新能源生產(chǎn)銷售的環(huán)模顆粒機(jī)是客戶們壓制的圓柱狀顆粒燃料最佳的選擇。
2.3熱壓成型技術(shù)熱壓成型技術(shù)是在170~ 220℃的高溫及高壓下，使木質(zhì)素中的膠性物質(zhì)釋放出來(lái)，起一種粘結(jié)劑的作用，同時(shí)通過(guò)高壓，將粉碎的生物質(zhì)材料擠壓成625kg/m3的高密度顆粒。熱壓成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是極大地降低了生物質(zhì)的儲(chǔ)運(yùn)成本，提高了燃燒效率。較冷壓成型技術(shù)，其缺點(diǎn)是：①工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜，由粉碎、干燥、加熱、壓縮、冷卻5個(gè)環(huán)節(jié)組成；②對(duì)成型前粉料含水率有嚴(yán)格要求，必須控制在6%~12%；⑧成本高，歐洲市場(chǎng)售價(jià)為110~ 150歐元／t，在我國(guó)生產(chǎn)時(shí)，售價(jià)高達(dá)1000元／t以上。
    雖然冷壓成型技術(shù)較熱壓成型技術(shù)能耗相對(duì)較低，但總體上講，其能耗仍然較高年均耗電達(dá)1.5 kW．h/kg）。意大利研發(fā)出的ETS新型木質(zhì)顆粒制粒生產(chǎn)系統(tǒng)是一種常溫成型技術(shù)。該技術(shù)主要具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)原料的含水率要求不高（范圍可達(dá)10%~35%）；②無(wú)需干燥，由于對(duì)原料的濕度適應(yīng)性強(qiáng)，在技術(shù)工藝上可以減少干燥環(huán)節(jié)，即可直接用于制粒；③無(wú)需冷卻，成粒時(shí)機(jī)器的升溫只有10~ 15℃，壓制出的顆粒溫度一般只有55~60℃，所以無(wú)需冷卻即可直接進(jìn)行包裝；④能耗、成本低，由于省掉干燥和冷卻2道工序，ETS系統(tǒng)在整個(gè)制粒過(guò)程的單位能耗為25~60kW·h/t，而傳統(tǒng)工藝的單位能耗為80~ 180 kW．h/t，單位能耗減少60%~70%，且機(jī)器磨損也大大減小，總成本降低。
3、生物質(zhì)固體成型設(shè)備研究進(jìn)展
    現(xiàn)已研制開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)成型設(shè)備按成型原理主要有三大類D91：螺旋擠壓生產(chǎn)棒狀成型設(shè)備；機(jī)械和活塞式擠壓制得圓柱塊狀成型設(shè)備；壓輥輾壓顆粒狀成型設(shè)備包括環(huán)模式和平模式）。輥模擠壓式成型機(jī)采用的是冷壓成型工藝，活塞沖壓式、螺旋擠壓式成型機(jī)采用的是熱壓成型工藝。
3.1螺旋擠壓式成型設(shè)備螺旋擠壓成型技術(shù)是生產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料常采用的技術(shù)。用于燃料成型的螺旋擠壓機(jī)分為錐形螺桿、雙螺桿等大型純壓縮型和小型外部加熱成型3種。西歐和美國(guó)一般都采用前2種大型壓塊機(jī)，東南亞、中國(guó)和日本多采用小型外部加熱成型機(jī)。螺旋擠壓式成型機(jī)是最早研制開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)熱壓成型機(jī)，主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)部件、進(jìn)料機(jī)構(gòu)、壓縮螺桿、成型套筒和電加熱等幾部分。工作過(guò)程是將粉碎后的生物質(zhì)經(jīng)干燥后，從料斗中加入，螺旋推擠進(jìn)入成型套筒中，并經(jīng)螺桿壓成帶7L的棒狀成品，連續(xù)從成型套筒中擠出。成型溫度一般維持150~ 300 0C，原料的含水率控制在8%～12%，原料粒度<40mm，螺旋擠壓機(jī)的生產(chǎn)能力多在100~200kg／h，單位能耗為70~120kW·h/t，產(chǎn)品成型密度一般在1100～1 400 kg/m3，成型燃料形狀通常為直徑50~ 60 mm的空心棒。
    螺旋擠壓成型機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行平穩(wěn)，生產(chǎn)連續(xù)。缺點(diǎn)：①單位產(chǎn)品能耗高，螺旋式成型機(jī)主要是靠螺旋桿的轉(zhuǎn)動(dòng)推進(jìn)生物質(zhì)逐層成型的，螺旋桿的前段和頭部在整個(gè)推擠過(guò)程中與生物質(zhì)之間作高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，增加了單位產(chǎn)品的能耗，一般為100~125 kW．h/t；②成型部件壽命短，螺旋桿的端部摩擦使溫度升高，磨損速度加快，其平均壽命僅有60~80 h。因此，螺旋式成型機(jī)成型生產(chǎn)過(guò)程的維修或故障狀態(tài)就比較長(zhǎng)，從而降低其運(yùn)行效率；③產(chǎn)品成本較高，以當(dāng)前設(shè)備生產(chǎn)的成本價(jià)格計(jì)算，固定成本在280元／t以上；④原料含水率難以控制，設(shè)備配套性能差、管理自動(dòng)化程度較低等問(wèn)題的存在，導(dǎo)致其難以形成規(guī)模效益，不能滿足商業(yè)化利用的需要。
3.2活塞沖壓式成型設(shè)備
活塞沖壓技術(shù)是采用飛輪或液壓驅(qū)動(dòng)的間斷式的沖壓方式，生物質(zhì)原料的成型是靠活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。該類成型機(jī)可分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)活塞式成型機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)活塞式成型機(jī)。液壓活塞式秸稈成型設(shè)備的突出特點(diǎn)是增加了進(jìn)料預(yù)壓機(jī)構(gòu)，物料先經(jīng)垂直和水平2次預(yù)壓，再推進(jìn)成型套筒內(nèi)擠壓成型。我國(guó)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)先后設(shè)計(jì)研制出HPB-I、HPB-11、HPB-IH型液壓活塞式秸稈成型機(jī)�；钊麤_壓成型設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)：改善了成型部件磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，原料不需要加熱烘干，產(chǎn)品成本較低。缺點(diǎn)：①產(chǎn)品質(zhì)量不太穩(wěn)定，產(chǎn)品為實(shí)心燃料棒或燃料塊，密度稍低，為0.8～1.1 g／cm3，容易松散；②機(jī)器運(yùn)行穩(wěn)定性差，噪音較大，潤(rùn)滑油污染嚴(yán)重，成型模腔容易磨損，一般使用100 h就要修1次，而且其造價(jià)高達(dá)10萬(wàn)元／臺(tái)。
3.3壓輥輾壓成型設(shè)備壓輥式成型技術(shù)是壓輥碾壓過(guò)穿7L的表面，將物料壓入模具內(nèi)而成型，大多用于生產(chǎn)顆粒狀的成型燃料，一般不需要外部加熱，但需要在原料中加入一定量的黏結(jié)劑。壓輥輾壓設(shè)備分為環(huán)模壓輥式成型機(jī)和平模輾壓成型機(jī)。環(huán)模壓輥式顆粒成型機(jī)是目前使用最為廣泛的壓制機(jī)機(jī)型，主要有齒輪傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng)2種方式。與螺旋擠壓式和活塞沖壓式成型技術(shù)相比較，壓輥輾式成型技術(shù)不要求原料含水率，無(wú)需加溫和添加劑，生產(chǎn)率較高，可產(chǎn)業(yè)化、規(guī)�；�發(fā)展。缺點(diǎn)：產(chǎn)品的耐濕性較差，遇水容易松散，設(shè)備的能耗較高，模具磨損較為嚴(yán)重。圖3為環(huán)模壓輥式成型部件結(jié)構(gòu)示意圖。
4、我國(guó)生物質(zhì)固體成型燃料的應(yīng)用
    利用固化成型技術(shù)開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源的前景十分廣闊，不但可緩解能源短缺，改善生態(tài)環(huán)境，還能為其他的生物質(zhì)能綜合利用技術(shù)提供原料供給，符合國(guó)際生物質(zhì)能利用發(fā)展總趨勢(shì)和我國(guó)國(guó)情，與其他技術(shù)相比，成本低、易于實(shí)施。據(jù)預(yù)測(cè)，到2050年，生物質(zhì)能用量將占全球燃料直接用量的38%，發(fā)電量占全球總電量的17%。我國(guó)己將新能源、可再生能源的開(kāi)發(fā)利用列入“十一五”規(guī)劃和農(nóng)業(yè)發(fā)展綱要中，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)在農(nóng)業(yè)部設(shè)立農(nóng)業(yè)跨越計(jì)劃項(xiàng)目，加速農(nóng)業(yè)科技成果的轉(zhuǎn)化，引導(dǎo)和推動(dòng)農(nóng)業(yè)科技成果盡快轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。根據(jù)我國(guó)《，可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》確定的主要發(fā)展目標(biāo)，到2020年，全國(guó)生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到3 000萬(wàn)kW。
    成型后的生物質(zhì)成品有如下特點(diǎn)：①與普通薪柴燃料相比，它具有密度高、形狀和性質(zhì)均一的特點(diǎn)，便于運(yùn)輸、裝卸、儲(chǔ)存。生物質(zhì)原料經(jīng)擠壓成型后，密度可達(dá)1.8~1.4 t/m3，含水率在20%以下。②熱效率提高、燃燒性能好。生物質(zhì)成型燃料熱值高，熱值可達(dá)3 400 kcal/kg以上，能源密度相當(dāng)于中質(zhì)褐煤，在專用爐具中燃燒熱效率可達(dá)50%以上，而我國(guó)農(nóng)村每年消耗的21 339 Mt柴草，在傳統(tǒng)的舊式爐灶直接燃燒后熱效率只有5%~10%。③與傳統(tǒng)的化石燃料相比是清潔的可再生能源，它使用方便、燃燒完全，含揮發(fā)物高（10%以上），灰分低（一般<5%），燃燒過(guò)程實(shí)現(xiàn)“零排放”，即無(wú)煙塵、無(wú)二氧化硫等有害氣體，不污染環(huán)境。④成型燃料取用方便且損失少，是易于進(jìn)行商品化生產(chǎn)和銷售的可再生能源。⑤成型飼料經(jīng)過(guò)由生變熟、淀粉糊化、消毒滅菌、粗纖維降解等過(guò)程，使水溶性糖類增加，粗蛋白含量提高到6%~8%，有機(jī)物消化吸收率可提高20%，達(dá)到65%以上。⑥用途廣泛，可用于常規(guī)層燃爐排工業(yè)鍋爐、水冷振動(dòng)爐排鍋爐、流化床鍋爐進(jìn)行直燃發(fā)電、供熱，也可與垃圾、煤混燒發(fā)電、供熱；還可作為生物質(zhì)氣化、液化利用的原料。生物質(zhì)成型燃料已成為清潔環(huán)保、燃燒效率高、能部分替代煤炭等化石燃料的新型生物質(zhì)燃料。既可作為農(nóng)村居民的炊事和取暖燃料，又可作為發(fā)電、供熱等工業(yè)化燃料。
    我國(guó)成型燃料的應(yīng)用主要在生活用能和工農(nóng)業(yè)用能2個(gè)方面。生活用能主要是取暖和炊事，目前，各種成型燃料的配套爐具都已問(wèn)世，有炊事?tīng)t具、采暖壁爐，也有炊事采暖兩用爐D1。工農(nóng)業(yè)用能目前主要應(yīng)用在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供熱、利用生物質(zhì)鍋爐對(duì)辦公區(qū)域供熱和工業(yè)發(fā)電。我國(guó)的生物質(zhì)燃料發(fā)電已經(jīng)具有了一定的規(guī)模，主要集中在南方地區(qū)的許多糖廠利用甘蔗渣發(fā)電。廣東和廣西兩省共有小型發(fā)電機(jī)組300余臺(tái)，總裝機(jī)容量800 MW，云南也有一些甘蔗渣電廠。我國(guó)第一批農(nóng)作物秸稈燃燒發(fā)電廠在河北石家莊晉州市和山東菏澤市單縣建設(shè)，裝機(jī)容量分別為2 x12和2 x25 MW，發(fā)電量分別為1.2億和1.56億kW．h，年消耗秸稈20萬(wàn)t。
5、我國(guó)生物質(zhì)固體成型燃料應(yīng)用的效益分析
    我國(guó)生物質(zhì)固體成型燃料的應(yīng)用能達(dá)到經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益“三效”合一的局面。成型燃料的應(yīng)用解決了農(nóng)林業(yè)廢棄物數(shù)千噸，減少了亂堆亂放和亂燒現(xiàn)象，且在鍋爐中燃燒時(shí)，黑煙少、火力持久、燃燒充分、排放的飛灰少、NOx和SOx都遠(yuǎn)比煤低，使農(nóng)村及城市周邊更加清潔；每年生產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料20000 t，相當(dāng)于10000 t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少了由于燃煤對(duì)大氣環(huán)境造成的污染；每年消化24000 t秸稈，以每噸秸稈150元計(jì)，可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收360萬(wàn)元，同時(shí)可吸收農(nóng)民剩余勞動(dòng)力；并在一定程度上降低煤等化石能源的使用量，減少環(huán)境危害，提高廣大農(nóng)民用能質(zhì)量，減少用能支出，又可推動(dòng)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，具有良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)生態(tài)效益。