0、引言
    生物質能是一種年產量相對穩(wěn)定的可再生能源。全世界總能耗約14%來自生物質能，在發(fā)展中國家它占總能耗的35%，我國農村所占比例更大，約為71%。我國又是一個農業(yè)大國，農村人口約占80%，可見，生物質能高品位的開發(fā)對我國具有十分重要的意義。
    我國每年產出的農作物秸稈有5. 85億t，稻殼0.5億t，林業(yè)加工剩余物2400萬m³，這些生物質目前除一小部分作燃料、飼料、肥料和工業(yè)原料外，大部分沒有得到合理有效的利用。隨著農村經濟的發(fā)展和農民生活水平的不斷提高，農村對煤、油、電等高品位能源的需求量顯著增加，這就使得農村生物質能相對地大量過剩。一些地區(qū)出現(xiàn)了秸稈荒燒現(xiàn)象，不僅造成資源的嚴重浪費，破壞農業(yè)生態(tài)環(huán)境，而且還嚴重污染大氣。
    為解決生物質能合理利用問題，歐美工業(yè)化國家如丹麥、瑞典、荷蘭、美國等還有印度等國都在生物質成型方面做了大量的研究，北歐一些國家已把秸稈成型塊作為取暖的主要能源。最近幾年，我國也引進了螺旋擠壓式生物質成型機，但在推廣過程中遇到了兩個突出問題：一是螺旋桿端部在高溫、干摩擦下嚴重磨損，平均壽命為60～80h；二是單位產品能耗過高，有的高達125kWh/t。為此作者對國內外各類生物質成型機性能與結構進行了對比分析，于1 994～1998年間研制成功PB系列往復活塞式生物質成型機，其中HPB -I型是以液壓作為驅動動力，采用雙出桿油缸往復活塞雙向擠壓式秸稈成型機。
1  系統(tǒng)組成與原理
1.1  系統(tǒng)組成
成型系統(tǒng)的組成與控制如圖1所示。
 
1.2成型原理

    該系統(tǒng)是在不加任何粘結劑的條件下對生物質進行熱壓成型的。成型主要是由于生物質中木質素的存在。木材中木質素的含量為27%  32%（絕干原料），禾草類植物木質素含量為14%  25%。由X射線衍射知道，木質素屬非晶體，沒有熔點，但有軟化點，經試驗當溫度在70-100 ℃時其粘合力開始增加，溫度在200-300℃時可以熔融。熱壓成型的合適溫度為140-200℃，該成型機是采用液壓驅動往復活塞雙向擠壓成型機構，在該溫度下，通過雙出桿油缸兩端的沖桿擠壓成型套筒中的生物質，在外力作用下，生物質顆粒開始重新排列位置關系，并發(fā)生機械變形和塑性流變。在垂直于最大應力方向上，粒子主要以相互嚙合的形式結合，而在垂直于最小應力方向上，粒子主要以相互靠緊結合的形式結合3I。隨外力的增大，生物質體積大幅度減少，容積密度顯著增大，生物質內部膠合外部焦化，并具有一定的形狀和強度。在沖桿的推擠作用下，生物質成為棒狀從兩端成型套筒中交替擠出，成為既定形狀，見圖2。
2  試驗結果及分析
2.1  試驗結果
    試驗的生物質原料為粉碎后的作物秸稈及鋸末，經自然干燥后含水率為12%  14%，原料粒度為210mm，在HPB-I型生物質成型機上進行成型試驗，成型溫度為160 ℃，試驗結果列于表1。

    由圖3可以看出，活塞與物料之間沒有相對運動，這就克服了螺旋推進式的主要弊端。同時本設計在成型筒內c/e段安裝了可方便拆裝的耐磨鑄鐵套，便于在間隙增大時更換，鑄鐵套加工工藝簡單，成本低，用戶自己就可以更換。另外活塞沖桿往復的運動速度較慢，可保證沖桿在沖桿套中運動不會產生太大的負壓，沖桿與套筒間幾乎沒有生物質微粒進入，從而避免了磨損。經成型試驗測試，套筒中cle段為易磨損部位，其更換周期可達200h以上，比螺旋式至少延長3倍。
    3)可解決農村大量秸稈荒燒問題，為秸桿高品位能利用提供一條有效途徑
    該機是以解決農村現(xiàn)代化用能問題為目標而設計的，試驗原料主要以秸桿為主。根據我國農村發(fā)展的趨勢，到2015年，農村人口可達11億，按當時能源利用水平計算，至少需要12億t標準煤的高品位能。從我國實際出發(fā)，可作為農村支柱能源的主要是生物質，對每年可再生近8億t的生物質進行高品位利用是解決農村現(xiàn)代化用能的可靠途徑。因此，該機在農村具有十分廣闊的市場，其產品主要用于村鎮(zhèn)集中供暖、熱水鍋爐、小型發(fā)電機及企業(yè)窯爐等，以生物質能取代煤。燃燒試驗表明，其污染大大低于煤，燃燒時基本上無灰塵，C02零排放，且升溫速度高子煤11%，可從根本上解決農村秸稈荒燒問題。
3、經濟性能分析
    該機經濟性能采用動態(tài)評價方法，分別選用凈現(xiàn)值(NPV)、動態(tài)投資回收期(T)、益本比(B／C)及內部收益率（FIRR）進行評價，結果列于表2。
 
    從表2可見：鋸末和秸稈成型棒在售價120～140元/t的情況下，其經濟效益可行，鋸末的經濟效益比秸稈類要好，主要是生物質成型時要求有一定的粒度。鋸末屬林業(yè)加工副產品，成型時不需再粉碎，同等條件下其經濟性能指標均比秸稈好。秸稈成型前需要粉碎，增加了成本。若能使秸稈原料的成本降低，或不計原料費，使成型棒的售價接近目前散煤價格(165175元/t)，秸稈成型的經濟效益可顯著提高，投資回收期可大大縮短。因此秸稈成型在常規(guī)能源相對缺乏、生物質原料充足、經濟條件相對較好的農村進行推廣，具有顯著的經濟效益和廣闊的推廣前景。
4、結論
    液壓驅動往復活塞套筒雙向擠壓成型機構能投比低，效率高，工作平穩(wěn)，設計合理，結構新穎；可有效降低單位產品能耗，延長易損件的使用壽命。它為開發(fā)和利用以秸稈為主的生物質能提供了有效途徑，減輕直接燃燒作物秸稈造成的環(huán)境污染，具有顯著的經濟效益和環(huán)保效益。
    三門峽富通新能源銷售顆粒機、秸稈顆粒機、秸稈壓塊機等生物質燃料飼料成型機械設備。