前言
    我國每年產(chǎn)生7億噸左右的農(nóng)作物秸稈，林業(yè)“三剩物”（采伐剩余物、造材剩余物、加工剩余物）8～10億噸。目前收獲、打捆、運(yùn)輸、儲藏、干燥等環(huán)節(jié)的加工利用水平都比較低。尤其是在利用農(nóng)作物秸稈作為煤的替代燃料方面基本上沒有成功的模式，這樣就導(dǎo)致了近幾年出現(xiàn)的大面積荒燒現(xiàn)象，造成每年數(shù)億噸的生物質(zhì)能源白白浪費(fèi)，還造成了大氣的嚴(yán)重污染，大大加重了政府工作的負(fù)擔(dān)。因此研究生物質(zhì)成型燃料技術(shù)具有重大的能源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，是農(nóng)林經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)朝陽產(chǎn)業(yè)。
    富通新能源生產(chǎn)銷售秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)、飼料顆粒機(jī)等生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)械設(shè)備。
1、生物質(zhì)成型燃料技術(shù)的研究現(xiàn)狀
1.1國外生物質(zhì)成型燃料技術(shù)的研究現(xiàn)狀
    國外成型燃料的發(fā)展分為三個(gè)階段。從20世紀(jì)30～50年代為研究、示范、交叉引進(jìn)階段，研究的著眼點(diǎn)以代替化石能源為目標(biāo)。20世紀(jì)70～90年代為第二階段，各國普遍重視了化石能源對環(huán)境的影響，對數(shù)量較大的、可再生的生物質(zhì)能源產(chǎn)生了興趣，開展生物質(zhì)致密成型燃料的研究，到90年代。歐洲、美洲，亞洲的一些國家在生活領(lǐng)域比較大量地應(yīng)用生物質(zhì)致密成型燃料。20世紀(jì)90年代后期至今為第三階段，首先以丹麥為首開展了規(guī)模化利用的研究工作，丹麥著名的能源投資公司BWE率先研制成功了第一座生物質(zhì)致密成型燃料發(fā)電廠。美國將秸稈作為一種重要資源加工、出口。而且實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械化加工，有的已實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)。但美國秸稈利用的方向不是燃料，而是飼料或其他工業(yè)原料，其中秸稈收集的方式是從田間開始的，主要是“秸稈打捆”技術(shù)。日本從20世紀(jì)30年代就開始研究應(yīng)用機(jī)械活塞式成型技術(shù)處理木材廢棄物，并于1954年研制出棒狀燃料成型機(jī)及相關(guān)的燃燒設(shè)備，1983年又從美國引進(jìn)顆粒成型燃料生產(chǎn)技術(shù)。亞洲一些國家（泰國、印度、韓國、菲律賓等）在20世紀(jì)80年代已建了不少生物質(zhì)成型、碳化專業(yè)生產(chǎn)廠，并研制出相關(guān)的燃燒設(shè)備。日本、美國及歐洲一些國家生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備已經(jīng)定型，并且形成了產(chǎn)業(yè)化，在加熱、供暖、干燥、發(fā)電等領(lǐng)域已普遍推廣應(yīng)用；該類成型機(jī)在大幅度提高成型部件使用壽命的同時(shí)，也顯著降低了單位產(chǎn)品能耗。
    國外生物質(zhì)成型的主要方式有4種，即環(huán)模和平模式顆粒成型、螺旋擠壓式成型、機(jī)械驅(qū)動(dòng)活塞式成型和液壓驅(qū)動(dòng)活塞式成型。螺旋擠壓式成型機(jī)是最早研制生產(chǎn)的生物質(zhì)熱壓成型機(jī)。這類成型機(jī)以其運(yùn)行平穩(wěn)、生產(chǎn)連續(xù)、所產(chǎn)成型棒易燃（由于其空心結(jié)構(gòu)以及表面的炭化層）等特性，在成型機(jī)市場中尤其是在印度、泰國、馬來西亞等東南亞國家和我國一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。
    國外生物質(zhì)成型燃料技術(shù)發(fā)展有如下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)生產(chǎn)技術(shù)大部分已經(jīng)成熟，并達(dá)到規(guī)模化和商品化：(2)成型燃料的用途已經(jīng)由燒壁爐等生活用能為主轉(zhuǎn)向了生產(chǎn)應(yīng)用；(3)設(shè)備制造比較規(guī)范，但能耗高，價(jià)格高。
1.2國內(nèi)物質(zhì)成型燃料技術(shù)研究現(xiàn)狀
    中國從20世紀(jì)80年代引進(jìn)螺旋式生物質(zhì)成型機(jī)。1990年以后，陜西武功、河南鞏義、湖南農(nóng)村能源辦等單位先后研制和生產(chǎn)了幾種不同規(guī)格的生物質(zhì)成型機(jī)和碳化機(jī)組。20世紀(jì)90年代河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)機(jī)能源動(dòng)力所分別研究出PB-I型機(jī)械沖壓式、HPB系列液壓驅(qū)動(dòng)式和CYJ機(jī)械沖壓式成型機(jī)。21世紀(jì)以來生物質(zhì)顆粒成型技術(shù)發(fā)展成熟。江蘇正昌公司、吉林省華光所、河南省科學(xué)院能源所、河南德潤等國內(nèi)幾十家企業(yè)在顆粒飼料機(jī)的基礎(chǔ)上先后研究出了多種類型的環(huán)模、平模顆粒成型機(jī)。生物質(zhì)成型方式有4種，即環(huán)模和平模式、螺旋擠壓、機(jī)械活塞及液壓活塞式。螺旋擠壓成型研制最早，在印度、泰國、馬來西亞等東南亞國家和我國一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。
    總體來說，我國的生物質(zhì)成型燃料有如下特點(diǎn)：(1)在全國范圍內(nèi)，還處于研究示范試點(diǎn)階段，規(guī)模化和市場化較差；(2)設(shè)備的技術(shù)原理比較先進(jìn)，成本低廉，適合我國國情；(3)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行能力不高：(4)管理不規(guī)范，支持政策缺乏，推廣速度緩慢。
2、生物質(zhì)秸稈成型燃料關(guān)鍵技術(shù)
2.1原料收集是制約成型燃料技術(shù)發(fā)展的技術(shù)瓶頸
    我國以秸稈為主的生物質(zhì)原料在收集方面有兩點(diǎn)不同于國外。一是土地管理制度是以家庭承包形式，地塊小且分散，個(gè)別用戶獨(dú)立耕作，很難統(tǒng)一。二是目前秸稈收集機(jī)械化水平低，秸稈粉碎還田是多為政府的硬性行政指令，打捆和定向收集沒提到日程。因此目前秸稈收集是難點(diǎn)，有技術(shù)問題，也有社會(huì)認(rèn)識的問題，要想把原料收集起來必須從管理和技術(shù)體系上創(chuàng)新，并配以得力的政策和法規(guī)。沒有收集后的充足原料生物質(zhì)成型燃料技術(shù)就不可能迅速發(fā)展，生物質(zhì)原料的收集是制約成型燃料技術(shù)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。
2.2生物質(zhì)原料自身的多樣性及復(fù)雜性
    首先，生物質(zhì)原料的種類繁多，其木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)等成分含量有較大差別，受力變形情況也不一樣。其次，生物質(zhì)原料力傳導(dǎo)性很差，反彈性很強(qiáng)，被壓縮成型的條件也有很大差異；再者，生物質(zhì)原料堆積密度只有0. 1～0. 15g/cm3，要將其壓縮成密度為1. 0～1. 3g/cm3，如何提高原料喂入量是一很大的難題；第四，生物質(zhì)原料的含水量隨季節(jié)、氣候、地域及秸稈種類不同變化很大，而成型工藝對水分的要求又較嚴(yán)格，所以水分問題成為制約熱壓成型的又一難題。
2.3成型燃料設(shè)備工作環(huán)境的惡劣性
    生物質(zhì)原料在收集過程中不可避免的會(huì)攜帶許多粉塵、泥土和砂粒，這些物質(zhì)的存在一方面會(huì)加劇成型部件的磨損；另一方面還會(huì)對成型設(shè)備的潤滑系統(tǒng)造成污染，從而影響設(shè)備的使用壽命和穩(wěn)定運(yùn)行。此外，以農(nóng)民為主的技術(shù)和設(shè)備使用人員，考慮到其自身技術(shù)水平和操作能力，要求設(shè)備應(yīng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和易操控性。
2.4成型燃料燃燒過程中的結(jié)渣與玷污傾向
    生物質(zhì)原料中含有較多的鉀、鈣、鐵、硅、鋁等成分，在高溫下極易燃燒沉灰形成結(jié)渣。成型燃料燃燒后形成的灰粒密度非常小，加之灰中堿金屬氧化物含量高，所以易于在傳熱壁面形成結(jié)渣和沉積。
2.5成型燃料燃燒過程中低溫條件下的焦油析出問題
    生物質(zhì)成型燃料作為農(nóng)村生活用能時(shí)，問斷燃燒是主要特點(diǎn)，要求燃料和爐具具有良好的封火性能，并且由于封火后爐內(nèi)溫度降低，高揮發(fā)分含量的秸稈會(huì)有大量焦油析出，在短期內(nèi)使煙囪、爐口等部位堵塞。
3、國內(nèi)外生物質(zhì)秸稈成型燃料技術(shù)比較分析
3.1工藝流程
3.2國外生物質(zhì)秸稈成型燃料主要生產(chǎn)技術(shù)
    美國秸稈利用主要是打捆技術(shù)，用途不是作燃料，而是飼料或其他工業(yè)的原料。歐洲國家主要把生物質(zhì)用作燃料和發(fā)電，替代油和煤，加工設(shè)備、鍋爐、熱風(fēng)爐、發(fā)電設(shè)備等都已產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化。日本、美國及歐洲一些國家生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備已經(jīng)定型，且己產(chǎn)業(yè)化，在加熱、供暖、干燥、發(fā)電等領(lǐng)域已普遍推廣應(yīng)用。
    目前國外生物質(zhì)成型方式有4種，即環(huán)模和平模式、螺旋擠壓、機(jī)械活塞及液壓活塞式。螺旋擠壓成型研制最早，在印度、泰國、馬來西亞等東南亞國家和我國一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。
3.3國內(nèi)生物質(zhì)秸稈成型燃料主要生產(chǎn)技術(shù)
    (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)。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、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；能耗高；易損件壽命短；原料要求苛刻；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)
    活塞沖壓技術(shù)生產(chǎn)出的燃料成型密度較大，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100h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，己積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，某些方面已達(dá)到世界先進(jìn)水平。
4、生物質(zhì)秸稈成型燃料技術(shù)的可行性分析
    生物質(zhì)秸稈從田間收集一千燥一粉碎一成型一燃燒所需設(shè)備必須配套，才能在農(nóng)村、城鎮(zhèn)推廣應(yīng)用"1。收集環(huán)節(jié)是瓶頸，必須配套發(fā)展生物質(zhì)秸稈收集設(shè)備。生物質(zhì)秸稈資源量大充足，覆蓋面廣，價(jià)格低，可以再生。農(nóng)藝專家已提出秸稈應(yīng)適量還田，不能連年全部還田，飼料化處理量有限，多數(shù)地區(qū)都采取了禁燒秸稈措施，為成型燃料技術(shù)的發(fā)展提供了原料保證。我國城市燃煤污染嚴(yán)重，大中城市已取締2t以下燃煤鍋爐，急于尋求清潔的替代能源，改燃天然氣或電，成本較高，而天然氣、石油短缺，大量依賴進(jìn)口，己影響國家能源安全。這給成型燃料技術(shù)的發(fā)展帶來了“機(jī)遇”。
    據(jù)預(yù)測，地下石油、天然氣及煤的貯量，按目前的利用速率只夠用60年左右，按FA02000年的最新報(bào)道到2050年前后生物質(zhì)發(fā)電及高品位能源利用要占40%。可見生物質(zhì)成型后作燃料，是未來國際可再生能源的發(fā)展方向。國家已制定了生物質(zhì)能源中長期發(fā)展目標(biāo)。在生物質(zhì)成型燃料的利用方面由目前的不足50萬t／年，提高到2020年的2000萬t／年。給成型燃料技術(shù)的應(yīng)用找到了“市場”。國家先后出臺了很多生物質(zhì)能源利用的相關(guān)法律法規(guī)，一些地區(qū)已把生物質(zhì)成型燃料設(shè)備列入了農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼目錄。《可再生能源法》2006年1月1日己正式實(shí)施。2009年農(nóng)業(yè)部將頒布實(shí)施生物質(zhì)成型燃料與成型設(shè)備技術(shù)條件、試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)。生物質(zhì)成型設(shè)備和成型燃料的加工和生產(chǎn)將更加規(guī)范。生物質(zhì)成型燃料燃燒后的灰塵及排放指標(biāo)比煤低，可實(shí)現(xiàn)CO2、S02降排，減少溫室效應(yīng)，有效地保護(hù)生態(tài)環(huán)境。生物質(zhì)成型燃料進(jìn)入規(guī)模化生產(chǎn)后，不僅環(huán)保效益明顯，而且還可安排農(nóng)民就業(yè)，增加收入，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。
    從成型設(shè)備分析，成型燃料設(shè)備操作簡單，使用方便，適合農(nóng)村使用。粉碎機(jī)、成型機(jī)的加工工藝并不復(fù)雜，液壓式成型機(jī)易損件的使用壽命已達(dá)1000h以上，粉碎與成型單位產(chǎn)品能耗可降至60kWh/t。成型燃料的生產(chǎn)設(shè)在農(nóng)村，成型燃料爐的使用可設(shè)在中、小城鎮(zhèn)或農(nóng)村，這樣秸稈從粉碎、成型到燃燒即可形成產(chǎn)業(yè)化。生物質(zhì)專用燃燒爐及鍋爐已基本成熟。設(shè)計(jì)的小型生物質(zhì)燃燒爐（生活和取暖）已在農(nóng)村應(yīng)用，燃燒效果好，封火時(shí)間達(dá)12----24h。通過前幾年的試點(diǎn)示范，已取得了成型燃料規(guī)模化生產(chǎn)的一些經(jīng)驗(yàn)，探索了多種規(guī)模化生產(chǎn)示范模式和管理模式。成型燃料設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性及主要性能指標(biāo)都有較大提高。
    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。
    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)儲備。
    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。
    三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等生物質(zhì)燃料飼料成型機(jī)械設(shè)備，同時(shí)我們還有大量的生物質(zhì)顆粒燃料出售。