1、國(guó)外秸稈成型燃料技術(shù)的研究現(xiàn)狀 國(guó)際上以美國(guó)為代表，已將秸稈作為一種重要資源進(jìn)行加工、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(guó)秸稈利用的方向不是燃料，而是飼料或其他工 業(yè)原料，其中收集的方式是從田間開(kāi)始的，主 要是“秸稈打捆”技術(shù)。歐洲一些國(guó)家把秸稈加工技術(shù)用在燃料 和發(fā)電上，目標(biāo)是油和煤的替代燃料，秸稈加工設(shè)備、生物質(zhì)鍋爐、熱風(fēng)爐、發(fā)電設(shè)備等都已產(chǎn)業(yè)化，秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)是客戶們壓制顆粒成型燃料不錯(cuò)的選擇。但是，由于經(jīng)濟(jì)條件、管理體制、技術(shù)水平、生活習(xí)慣的差異，我國(guó)不能照搬這些國(guó)家的做法，我們前幾年的一些教訓(xùn)也說(shuō)明中國(guó)必須走 符合中國(guó)實(shí)際的道路，使秸稈成型燃料成為我 國(guó)農(nóng)村能源利用的首選技術(shù)。國(guó)外生物質(zhì)成型的主要方式有 4 種，即顆粒成型機(jī)、螺旋連續(xù)擠壓成型機(jī)、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)。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(chǎng)中尤其是在印度、泰國(guó)、馬來(lái)西亞等東南亞國(guó)家和我國(guó)一直占據(jù) 著主導(dǎo)地位。
日本從 20 世紀(jì) 30 年代就開(kāi)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(guó)引進(jìn)顆粒成型燃料生產(chǎn)技術(shù)。美國(guó)在 1976 年 開(kāi)發(fā)了生物質(zhì)顆粒及成型燃燒設(shè)備；亞洲一些國(guó)家(泰國(guó)、印度、韓國(guó)、菲律賓等)在 20 世紀(jì) 80 年代已建了不少生物質(zhì)固化、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(guó)及歐洲一些國(guó)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)域已得到普遍推廣應(yīng)用；西歐一些國(guó)家(荷蘭、瑞典、比利時(shí)、芬蘭、丹麥等)在 20 世紀(jì) 70年代已有了活塞式成型機(jī)、顆粒機(jī)及配套的燃燒 設(shè)備。活塞擠壓式成型機(jī)改變了成型部件與原料的作 用方式，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。根據(jù)驅(qū)動(dòng)力來(lái)源的不同， 該類成型機(jī)可分為機(jī)械活塞式和液壓活塞式 2 種。
2、國(guó)內(nèi)秸稈成型燃料技術(shù)的研究現(xiàn)狀中國(guó)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(kāi)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(duì)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(yáng)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(guó)外樣機(jī)試制了第 1 臺(tái) 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(tái) O BM －88 棒狀燃料成型機(jī)。1998 年初，東南大學(xué)、江蘇省科技情報(bào)所和國(guó)營(yíng) 9305 廠研 制出了“M D －15”型固體燃料成型機(jī)。1990 年以后，陜西武功輕工機(jī)械廠、河南鞏義包裝設(shè)備廠、湖南農(nóng)村能源辦公室以及河北正定縣常宏木炭公司等單位先 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(guó)農(nóng)機(jī) 能源動(dòng)力研究所分別研究出 PB －I 型機(jī)械沖壓式、H PB 系列液壓驅(qū)動(dòng)活塞式和 CY J－35 型機(jī)械沖壓式成型機(jī)。 經(jīng)過(guò)多年的研究與試驗(yàn)，國(guó)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(kāi)始，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)針 對(duì)其他成型設(shè)備存在生產(chǎn)率低、工作部件易磨損等問(wèn) 題，研制出了液壓驅(qū)動(dòng)雙頭活塞式 H PB 系列秸稈成型機(jī)及生物質(zhì)成型塊專用燃燒爐，對(duì)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(wèn) 題。2000 年得到了國(guó)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(kāi)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(duì)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，富通新能源銷(xiāo)售木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備。
二、不同類型成型機(jī)的性能比較
生物質(zhì)的壓縮成型(也稱固化、致密成型)是指將 各類生物質(zhì)廢棄物，如秸稈、稻殼、鋸末、木屑等，用機(jī) 械加壓(加熱或不加熱)的方法，使原沒(méi)有一定形狀的 原料壓縮成具有一定形狀的，密度較大的成型燃料。 生物質(zhì)固化成型燃料技術(shù)能夠應(yīng)運(yùn)發(fā)展起來(lái)，是因?yàn)?一般農(nóng)作物秸稈都具有疏松、密度小、單位體積的熱 值低等缺點(diǎn)，作為燃料使用很不方便。這是造成人們 不愿用秸稈作為燃料的主要原因之一。秸稈生物質(zhì)成 型技術(shù)不僅能有效地解決這一問(wèn)題，而且能有效地改 變秸稈的燃燒特性。原料擠壓成型后，密度可達(dá) 0.8～1.3 t/m 3，能量密度與中質(zhì)煤相當(dāng)，燃燒特性明顯改善， 火力持久、黑煙少、爐膛溫度高，且儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用方 便，干凈衛(wèi)生，可代替礦物能源用于生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。 因此，作為生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要手段和方法，壓縮成型 技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。
不同類型成型機(jī)主要技術(shù)性能見(jiàn)表 1。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)。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) 等特性在我國(guó)成型 機(jī)市場(chǎng)上一直占據(jù)主導(dǎo)地位。但制約螺旋式成型機(jī)商 業(yè)化利用的主要技術(shù)問(wèn)題，一是單位產(chǎn)品能耗高，目 前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的螺旋式成型機(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；二是成型機(jī) 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；三是原料含水率 難以控制，設(shè)備配套性能差，管理自動(dòng)化程度較低等， 從而導(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。活塞擠壓式成型機(jī)改變了成型部件與原料的 作用方式，很好地解決了上述問(wèn)題。在大幅度提高成型機(jī)部件使用壽命的同時(shí)，也顯著降低了單位產(chǎn)品能耗。根據(jù)驅(qū)動(dòng)力來(lái)源的不同，該類成型機(jī)可分為機(jī)械 驅(qū)動(dòng)活塞式和液壓驅(qū)動(dòng)活塞式。液壓活塞式秸稈成型 設(shè)備，突出特點(diǎn)是增加了進(jìn)料預(yù)壓，物料先經(jīng)垂直和水平 2 次預(yù)壓，再擠進(jìn)成型套筒擠壓成型。液壓泵站輸出壓力，由液壓閥控制，使雙出桿油缸帶動(dòng)左右。
表 1 不同類型成型機(jī)主要技術(shù)性能
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型 號(hào) |
螺旋式 |
PB- Ⅰ 機(jī)械活塞式 |
HPB- Ⅰ 液壓活塞式 |
HPB- Ⅲ 液壓活塞式 |
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| 國(guó)外 | 國(guó)內(nèi) | ||||
| 裝機(jī)功率/kW | 15.5 | 12.1 | 7.5 | 18.5 | 18.5 |
| 生產(chǎn)率/kg/h | 15.5 | 120 | 60～100 | 100～200 | 300～500 |
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比裝機(jī)功率 /kWh/kg |
0.103 | 0.101 | 0.125～0.075 | 0.185～0.0925 | 0.062～0.037 |
| 維修周期/h | 60～80 | 50 | >200 | >500 | >1500 |
| 能耗/kW·h/t | 125 | 120 | 65～75 | 71 | 50 |
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允許原料 含水率/% |
<12 | <12 | <12 | <17 | <17 |
| 噪聲/dB | >90 | >85 | >110 | <60 | <80 |
| 綜合效益 | 差 | 較差 | 好 | 好 | 較好 |
三、秸稈成型技術(shù)的推廣應(yīng)用的前景分析
秸稈從田間收集→粉碎→成型→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、從秸稈資源產(chǎn)量分析廣大農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的各種秸稈、農(nóng)林廢棄物量大充足，覆蓋面積廣，資源價(jià)格低廉。我國(guó)每年生產(chǎn)的農(nóng)作 物秸稈總量約占全世界總量的 20 % ～30 % 。其中可收集的作物秸稈近 6 億 t。秸稈壓縮后其密度約增加10倍，燃燒速度快，節(jié)省時(shí)間，燃燒后可提高燃燒溫度 和熱利用率，減少空氣污染，使秸稈成為高品位的能源產(chǎn)品加以利用。
2、從國(guó)家政策分析 該項(xiàng)技術(shù)符合我國(guó)能源、環(huán)保及建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的要求，2006 年正式實(shí)施的《可再生能源法》為其發(fā)展 提供了強(qiáng)有力的政策保障。目前多數(shù)地區(qū)都采取了禁燒秸稈的措施，大中城市已基本取締了 2 t以下的燃 煤鍋爐，改燃清潔燃料（天然氣或電），而清潔燃料的 成本較高。當(dāng)秸稈成型機(jī)的生產(chǎn)率達(dá)到 200 kg/h 時(shí)， 經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算，秸稈壓塊成型燃料棒（塊）的成本價(jià)在 200 元 /t左右；當(dāng)秸稈壓塊成型機(jī)的生產(chǎn)率達(dá)到400 kg/h 以上時(shí)，秸稈壓塊成型燃料棒（塊）的成本價(jià) 降為 160～180 元 /t，售價(jià)在 260～280 元 /t，完全可以 替代煤作為城鎮(zhèn)中 2 t以下燃煤鍋爐的燃料，給秸稈 利用找到了一條出路。
3、從保護(hù)環(huán)境角度分析灰塵及其他指標(biāo)的排放也比煤低，可實(shí)現(xiàn) CO2、 SO2 降排，減少溫室效應(yīng)，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的有效方 法，環(huán)保效益明顯。
4、從設(shè)備方面分析 該生產(chǎn)線機(jī)組設(shè)備操作簡(jiǎn)單，適合農(nóng)村使用，而且使用方便，經(jīng)濟(jì)可靠。
5、從該生產(chǎn)線的社會(huì)效益分析 該生產(chǎn)線進(jìn)入規(guī)模化生產(chǎn)后，不但有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益，而且還可以減輕農(nóng)村就業(yè)壓力，增加農(nóng) 民收入，社會(huì)效益顯著。
6、從加工工藝方面分析 秸稈粉碎機(jī)、成型機(jī)的加工工藝并不復(fù)雜，成本較低，成型機(jī)易損件的使用壽命在 1 000 h 以上，粉碎 與成型單位產(chǎn)品能耗可降至 60 kW ·h/t，將秸稈的粉碎和成型放在農(nóng)區(qū)，可有效地解決了秸稈儲(chǔ)存的難 題，運(yùn)輸也更為方便，貯運(yùn)成本可降低 70 ％左右。農(nóng) 民購(gòu)置一套成型設(shè)備可在 2～3 年時(shí)間內(nèi)收回成本， 完全可以在農(nóng)村中推廣應(yīng)用。燃爐的應(yīng)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。
7、據(jù)國(guó)際可再生能源組織的預(yù)測(cè) 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，因此，秸稈生物質(zhì)可再生能源熱 壓成型后作燃料，使其得到高品位的利用，是未來(lái)可再生能源的一個(gè)發(fā)展方向。
