中國從20世紀(jì)80年代引進(jìn)螺旋式生物質(zhì)成型機(jī)，生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究開發(fā)已有20多年的歷史。南京林業(yè)化工研究所在“七五”期間設(shè)立了對生物質(zhì)壓縮成型機(jī)及生物質(zhì)成型理論研究課題。湖南省衡陽市糧食機(jī)械廠為處理大量加工糧食剩余谷殼，于1985年根據(jù)國外樣機(jī)試制了第1臺ZT-63型生物質(zhì)壓縮成型機(jī)。江蘇省連云港市東海糧食機(jī)械廠于1986年引進(jìn)了1臺OBM-88棒狀燃料成型機(jī)。1998年初，東國營9305廠研制出了“MD-15”型生物質(zhì)燃料成型機(jī)。1990年以后，研制和生產(chǎn)出幾種不同規(guī)格的生物質(zhì)成型機(jī)和碳化機(jī)組。20世紀(jì)90年代期間河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)機(jī)能源動力研究所分別研究出PB-I型機(jī)械沖壓式、HPB系列液壓驅(qū)動活塞式和CYJ-35型機(jī)械秸稈壓塊機(jī)。
經(jīng)過多年的研究與試驗(yàn)，國內(nèi)部分成型設(shè)備及其配套產(chǎn)品已發(fā)展成熟。1998年開始，河南衣業(yè)大學(xué)針對其他成型設(shè)備存在生產(chǎn)率低、工作部件易磨損等問題，研制出了液壓驅(qū)動雙頭活塞式HPB系列秸稈成型機(jī)及生物質(zhì)成型塊專用燃燒爐，對秸稈具有極好的消化能力，克服了其他成型設(shè)備難以處理秸稈的問題。2000年得到了國家科技部科技攻關(guān)和農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金的支持，使課題組有條件進(jìn)一步與企業(yè)和農(nóng)村實(shí)際結(jié)合，為把技術(shù)轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力開展深入研究，經(jīng)鑒定后，2002年向企業(yè)轉(zhuǎn)讓了技術(shù)，正式投入了產(chǎn)業(yè)化示范生產(chǎn)；2003年課題又得到了河南省財(cái)政廳的支持，要求把技術(shù)推廣到資源最豐富的農(nóng)村，在農(nóng)村的生活及生產(chǎn)領(lǐng)域搞替代煤的試點(diǎn)，提高農(nóng)民文明生活水平，增加農(nóng)民收入，節(jié)約能源；2004年在北京懷柔、新疆、吉林、遼寧、江蘇、河南和鄭州農(nóng)業(yè)高技術(shù)園區(qū)等進(jìn)行了試點(diǎn)運(yùn)行，分別對秸稈成型燃料在小型鍋爐、農(nóng)用塑料大棚冬天供熱、農(nóng)戶生活等方面的應(yīng)用進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果證明，秸稈成型燃料是一種燃料特性優(yōu)于普通燃煤、價(jià)格低于煤、燃燒尾氣污染成分少于煤的可再生優(yōu)質(zhì)燃料。
1.2.2生物質(zhì)固化成型原理
植物細(xì)胞中除含有纖維素、半纖維素，還含有木質(zhì)素（木素）。木素是具有芳香族特性的結(jié)構(gòu)單體，為丙烷型立體結(jié)構(gòu)高分子化合物，在闊葉木、針葉木中木素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27%—32%（干基），禾草類木素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%—25%。雖然在各種植物中都含有木素，但它們的組成和結(jié)構(gòu)并不完全一樣。木素屬非晶體，沒有熔點(diǎn)但有軟化點(diǎn)，當(dāng)溫度為70～110℃時(shí)黏合力開始增加，木素在適當(dāng)溫度下(200～300℃)會軟化或液化，此時(shí)加以一定的壓力使其與纖維素緊密并與黏結(jié)相鄰顆粒互相膠接，冷卻后即可固化成型。因此采用熱壓法成型秸稈（或木屑）燃料可不用任何添加劑和黏合劑，大大降低了加工成本，而且利用木素軟化、液化的特點(diǎn)，適當(dāng)提高熱壓成型時(shí)的溫度有利于減小擠壓動力。生物質(zhì)成型燃料就是利用這一原理以生物質(zhì)固化成型機(jī)經(jīng)熱擠壓制得到的。
1.2.3生物質(zhì)固化成型工藝
生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)發(fā)展至今，已開發(fā)了多種成型工藝。根據(jù)主要工藝特征的差別，可分為“熱壓縮”成型技術(shù)、“冷壓縮”成型技術(shù)和炭化成型技術(shù)。a．“熱壓縮”顆粒成型技術(shù)是把粉碎后的生物質(zhì)在170～220℃高溫及高壓下壓縮成625 km3的高密度成型燃料，極大地降低了生物質(zhì)的儲運(yùn)成本，提高了燃燒效率。主要工藝參數(shù)是壓力、溫度和成型過程的滯留時(shí)間。“熱壓縮”技術(shù)的工藝由粉碎、干燥、加熱、壓縮、冷卻過程組成，對成型前粉料含水率有嚴(yán)格要求，必須控制在6%～l2%。但這種顆粒燃料成本過高，歐洲市場售價(jià)為110～150歐元／噸，在我國生產(chǎn)時(shí)售價(jià)高達(dá)1000元／噸以上，只能供給對燃料環(huán)保、清潔性能要求很高的炭爐、壁爐等使用。b．“冷壓縮”顆粒成型技術(shù)對原料含水率要求不高，因此也稱濕壓成型工藝技術(shù)，其成型機(jī)理是在常溫下，通過特殊的擠壓方式，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。因?yàn)轭w粒成型機(jī)理的不同，“冷壓縮”技術(shù)的工藝只需粉碎和壓縮2個環(huán)節(jié)。“冷壓縮”技術(shù)成型前粉料含水率范圍可擴(kuò)大到6%～25%。因此，與“熱壓縮”技術(shù)相比，具有原料適用性廣，設(shè)備系統(tǒng)簡單、體積小、重量輕、價(jià)格低、可移動性強(qiáng)，顆粒成型能耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)。c．炭化成型技術(shù)是將生物質(zhì)成型燃料經(jīng)干燥后，置于炭化設(shè)備中，在缺氧條件下悶燒，即可得到機(jī)制木炭的技術(shù)。由于原料的纖維結(jié)構(gòu)在炭化過程中受到破壞，高分子組分受熱裂解轉(zhuǎn)化成炭，并釋放出揮發(fā)分（包括可燃?xì)怏w、木醋液和焦油等），因而其性能得到改善，功率消耗也明顯下降。但是，炭化后的原料在擠壓成型后維持既定形狀的能力較差，儲存、運(yùn)輸和使用時(shí)容易開裂或破碎，所以采用炭化成型技術(shù)時(shí)，一般都要加入一定量的粘結(jié)劑，如果不使用粘結(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)。
1.2.4開發(fā)固化生物質(zhì)能的意義
生物質(zhì)能固化成型是將作物秸稈、稻殼、木屑等農(nóng)林廢棄物粉碎后，送入成型器械中，在外力作用下壓縮成需要的形狀，然后作燃料直接燃燒。也可進(jìn)一步加工成生物炭，其產(chǎn)品主要用于取暖爐、鍋爐發(fā)電等。
(1)應(yīng)用便利，易于貯運(yùn)
固化成型法與其他生產(chǎn)生物質(zhì)能的方法相比，具有生產(chǎn)設(shè)備對各種原料的適應(yīng)性強(qiáng)、固化成型的燃料便于貯運(yùn)（可長時(shí)間存貯和長途運(yùn)輸）和易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及大規(guī)模使用等特點(diǎn)。另外，現(xiàn)有燃燒設(shè)備（包括鍋爐、爐灶等）經(jīng)簡單改造即可使用。成型燃料使用方便，尤其在我國北方高寒地區(qū)，炕灶是冬季主要的取暖形式，成型燃料易被老百姓所接受。
(2)替代煤炭，保護(hù)生態(tài)環(huán)境
預(yù)計(jì)到2020年，中國的GDP達(dá)到5萬億美元，能源需求25～30億噸標(biāo)煤，其中僅石油缺口達(dá)1.6～2.2億噸。大量燃燒一次性能源，排放大量的S02和C02等，對環(huán)境造成污染，加劇了地球溫室效應(yīng)。目前我國農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約為6億噸，折合標(biāo)煤3億噸，其中53%作為燃料使用，約折合1.59億噸標(biāo)煤。如果這些原料都能固化成型，有效開發(fā)利用，替代原煤，對于有效緩解能源緊張、治理有機(jī)廢棄物污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)入與自然和諧發(fā)展具有重要意義。
(3)提高能源利用率
直接燃燒生物質(zhì)的熱效率僅為10%～30%，而生物質(zhì)制成顆粒以后經(jīng)燃燒器（包括爐、灶等）燃燒，其熱效率為87%—89%，熱效率提高57%～79%，節(jié)約了大量能源。
1.2.5存在的問題及解決辦法
目前，我國采用的生物質(zhì)固化成型燃料的形狀主要有棒狀、塊狀和顆粒狀。這幾種形狀燃料的加工方法均為傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，普遍存在著設(shè)備能耗過高、磨損嚴(yán)重和使用壽命短等問題。以生產(chǎn)顆粒狀燃料方法為例，它與現(xiàn)有的生產(chǎn)顆粒狀飼料的方法相似，即原料從設(shè)備環(huán)模內(nèi)部加入，經(jīng)壓輥碾壓擠出顆粒機(jī)環(huán)模而成顆粒狀。該工藝流程需要消耗大量能量，首先是顆粒壓制成型過程中，壓強(qiáng)達(dá)到50～100MPa，原料在高壓下發(fā)生變形、升溫，溫度可達(dá)100～120℃，電動機(jī)的驅(qū)動需要消耗大量的電能；其次是原料的含水率要求在12%左右，為了達(dá)到這個含水率，很多原料要烘干以后才能用于制粒；再者是壓制出來的熱顆粒需要冷卻，然后才能進(jìn)行包裝。這些工藝流程均需消耗大量能量。
要解決上述問題，可通過下列途徑。一是加大科研投入，積極研發(fā)新工藝和新設(shè)備，降低能耗，減少生產(chǎn)成本；二是引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備，消化吸收，形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；三是政府扶持，對研制開發(fā)單位和用新型生物質(zhì)能用戶進(jìn)行補(bǔ)貼，降低產(chǎn)品使用成本。
