摘要：基于化石資源日益枯竭，燃燒化石燃料導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重，而生物質(zhì)資源儲(chǔ)量大，
生物質(zhì)成型顆粒燃料具有低碳環(huán)保等特點(diǎn)，綜述了生物質(zhì)致密成型技術(shù)在生物質(zhì)利用中的意義及其研究現(xiàn)狀，介紹了我國在生物質(zhì)成型顆粒燃料方面的產(chǎn)業(yè)政策扣相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)情況，研究了生物質(zhì)致密成型技術(shù)中加熱成型和常溫成型的一些特點(diǎn)，并對(duì)成型技術(shù)的研究發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：致密成型；生物質(zhì)燃料塊；成型方式；成型標(biāo)準(zhǔn)
哥本哈根國際氣候會(huì)議提出“減少碳足跡”的倡議，世界各國都力圖減少溫室氣體的排放。面對(duì)石油、天然氣和煤炭化石能源資源日益枯竭、環(huán)境污染日益嚴(yán)重以及全球氣候變暖的狀況，世界各國都致力于研究開發(fā)新的能源來替代或減緩不可再生能源的消耗。生物質(zhì)能是僅次子石油、天然氣和煤炭居世界能源消費(fèi)總量第4位的能源，在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要地位，由于其具有資源儲(chǔ)量大、低碳環(huán)保和可再生性等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是能源開發(fā)的熱門領(lǐng)域，富通新能源生產(chǎn)銷售的
秸稈顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料如下所示：
1、生物質(zhì)致密成型的意義
在開發(fā)利用生物質(zhì)資源時(shí)，首先遇到的問題是生物質(zhì)原料產(chǎn)地分散、自然狀態(tài)松散、容積密度小，貯存和運(yùn)輸過程中占用很大的空間，使儲(chǔ)運(yùn)成本增加，制約了生物質(zhì)原料商品化和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。生物質(zhì)致密成型顆粒燃料技術(shù)生產(chǎn)過程簡單、成本較低，所以更容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，是生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化的優(yōu)先選擇技術(shù)途徑之一。生物質(zhì)致密成型使用最多的原料是農(nóng)林廢棄物，主要包括農(nóng)作物秸稈和林業(yè)“三剩物”（采伐剩余物、造材剩余物和加工剩余物），我國每年有7億t左右的農(nóng)作物秸稈，林業(yè)“三剩物”的總量在8～10億t。經(jīng)致密成型加工后的生物質(zhì)固體成型顆粒燃料，其粒度均勻、單位密度和強(qiáng)度增加，便于運(yùn)輸和貯存，且燃燒性能明顯改善，對(duì)生物質(zhì)原料成為商品真正進(jìn)入流通領(lǐng)域有重要意義。
2、國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策和標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)我國出臺(tái)的《農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2007-2015)》，到2010年，結(jié)合解決農(nóng)村基本能源需要和改變農(nóng)村用能方式，全國將建成約500個(gè)秸稈致密成型顆粒燃料應(yīng)用示范點(diǎn)，秸稈致密成型顆粒燃料年利用量達(dá)100萬t左右，到2015年，秸稈致密成型顆粒燃料年利用量將達(dá)到2 000萬t左右。近期國家發(fā)改委又出臺(tái)了種植能源林30元·hm-2，生產(chǎn)生物質(zhì)成型顆粒燃料150元·t-1的補(bǔ)貼政策。
我國生物質(zhì)固體成型顆粒燃料標(biāo)準(zhǔn)：國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21923-2008《固體生物質(zhì)燃料檢驗(yàn)通則》，由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2008年5月26日發(fā)布，2008年11月1日實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)為首次制定。農(nóng)業(yè)部正在制定7項(xiàng)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括：(1)生物質(zhì)固體成型顆粒燃料技術(shù)條件（報(bào)批稿）;(2)生物質(zhì)固體成型顆粒燃料采樣方法（報(bào)批稿）；(3)生物質(zhì)固體成型顆粒燃料樣品制備方法（報(bào)批稿）；(4)生物質(zhì)固體成型顆粒燃料試驗(yàn)方法（報(bào)批稿）；(5)生物質(zhì)固體成型顆粒燃料成型設(shè)備技術(shù)條件（報(bào)批稿）；(6)生物質(zhì)固體成型顆粒燃料成型設(shè)備試驗(yàn)方法（報(bào)批稿）；(7)生物質(zhì)固體成型顆粒燃料術(shù)語（送審稿）。
3、生物質(zhì)致密成型技術(shù)研究現(xiàn)狀
關(guān)于生物質(zhì)成型顆粒燃料技術(shù)的研究，國內(nèi)外學(xué)者從不同側(cè)面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，其中美國和日本研究最早，之后西歐許多國家也開始重視壓縮成型技術(shù)及燃燒技術(shù)的研究，各國先后有了各類成型機(jī)及配套的燃燒設(shè)備，并已形成了產(chǎn)業(yè)化，在加熱、供暖、干燥和發(fā)電等領(lǐng)域已普遍推廣應(yīng)用。除日本之外亞洲其他國家的研究起步較晚，多數(shù)國家未形成規(guī)�；蛞�(guī)模較小。我國生物質(zhì)成型顆粒燃料技術(shù)的研究主要集中在高校、科研院所和一些大型企業(yè)，在引進(jìn)國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過消化吸收，形成了自己的成型顆粒燃料技術(shù)，正在推廣應(yīng)用，向著產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，
國內(nèi)研究較早的是西北農(nóng)林科技大學(xué)郭康權(quán)教授，將植物秸稈粉碎以后，在錐形模具中熱壓成型，開發(fā)育苗容器等產(chǎn)品。通過試驗(yàn)得出：原料在模具中流動(dòng)和充填的均勻程度因模具的錐度、壓縮力、加熱溫度、原料粒度和含水率的不同而變化；在工具顯微鏡下放大20倍，對(duì)成型塊二向平均徑進(jìn)行觀察測(cè)量，發(fā)現(xiàn)粒子在垂直于壓縮力方向延展，面積增大，相互交叉嚙合，而在平行方向上，粒子變薄，相互靠近貼合。
1999年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)張百良教授研制了液壓往復(fù)活塞雙向擠壓加熱成型的棒狀燃料成型機(jī)，其主要用于農(nóng)作物秸稈的成型，當(dāng)加熱溫度達(dá)70～110℃時(shí)，秸稈中的木質(zhì)素軟化產(chǎn)生粘接作用，當(dāng)溫度達(dá)到160℃時(shí)木質(zhì)素熔融，此時(shí)加壓使纖維素緊密粘接而成型，該機(jī)生產(chǎn)棒狀燃料60～80 kg.h-1，燃料棒的密度為0.7～0.9g.cm3。對(duì)棉稈進(jìn)行了熱壓成型試驗(yàn)研究得出：溫度、含水率過高在壓縮過程中易產(chǎn)生高壓蒸汽，出現(xiàn)“放氣”或“放炮”現(xiàn)象，中斷成型；反之，則需要較高的成型壓強(qiáng)，增加生物質(zhì)成型過程中的能量消耗；含木質(zhì)素較高的生物質(zhì)，成型套錐角或錐長可適當(dāng)減小；含木質(zhì)素較低的生物質(zhì)，成型套錐角或錐長可適當(dāng)增大。
2005年北京林業(yè)大學(xué)俞國勝教授主持的《生物質(zhì)成型顆粒燃料高壓致密成型技術(shù)引進(jìn)》項(xiàng)目，對(duì)生物質(zhì)常溫高壓致密成型方式進(jìn)行了研究。項(xiàng)目組回彩娟和李美華碩士對(duì)成型過程中的主要因素：壓力、原料含水率、原料種類等進(jìn)行了研究分析，回歸出壓塊密度與壓力的函數(shù)關(guān)系式，找出了成型的最佳壓力和含水率范圍，并驗(yàn)證了壓塊的燃燒性能。選用體視顯微鏡對(duì)成型塊進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)粘結(jié)機(jī)理主要是粒子間的機(jī)械鑲嵌。俞國勝教授在研究生物質(zhì)常溫成型機(jī)理的基礎(chǔ)上，研制、開發(fā)了一種液力雙向擠壓的生物質(zhì)成型顆粒燃料常溫成型機(jī)。該機(jī)的裝機(jī)功率為22kW，加工能力為500～600kg·h-1，實(shí)際成型能耗不大于40kWh·t-1。生物質(zhì)成型塊的密度可通過調(diào)節(jié)成型設(shè)備液壓系統(tǒng)的壓力來調(diào)整，既能滿足加工畜牧業(yè)養(yǎng)殖所需的粗飼料要求，又可滿足生物質(zhì)成型顆粒燃料加工的要求，最大密度可達(dá)到1.2g.cm3。目前已投入到生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中。
1998年開發(fā)了
內(nèi)壓環(huán)模式顆粒成型機(jī)；中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所，于1998年研制成功了生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)，該機(jī)由旋風(fēng)干燥裝置、木質(zhì)素加熱軟化裝置和顆粒成型裝置三大部分組成，總裝機(jī)功率29 kW，其中旋風(fēng)干燥5 kW、加熱軟化7 kW、顆粒擠壓成型17 kW；原中南林學(xué)院從2002年起，在引進(jìn)瑞典技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)；河南省科學(xué)院能源研究所，研制了一種在常溫下生產(chǎn)顆粒燃料的環(huán)模式成型機(jī)，該機(jī)由一臺(tái)17kW的主電機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)模和壓輥實(shí)現(xiàn)顆粒成型的擠壓，一臺(tái)1.5kW的變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋供料裝置為擠壓裝置，通過調(diào)整供電的頻率可實(shí)現(xiàn)原料供應(yīng)量的調(diào)整；清華大學(xué)清潔能源研究與教育中心，通過對(duì)具有纖維結(jié)構(gòu)生物質(zhì)材料的研究和分析，研制出了一種常溫成型顆粒燃料生產(chǎn)設(shè)備，原料在自然干燥含水率狀態(tài)下被粉碎成細(xì)小顆粒或纖維狀，然后放入機(jī)器中便可制成顆粒狀燃料，能耗低于國外同類設(shè)備的能耗，顆粒成型顆粒燃料產(chǎn)品的強(qiáng)度大于國外同類產(chǎn)品；在生物質(zhì)塊狀燃料常溫成型方面，首鋼研制了一種機(jī)械活塞沖壓式生物質(zhì)塊狀燃料成型機(jī)，原料成型靠活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，其進(jìn)料、壓縮和出料過程都是間歇式的，即活塞每工作1次可以形成1個(gè)壓縮塊，在壓縮管內(nèi)，前一塊與后一塊擠在一起，但有邊界，當(dāng)壓縮塊燃料從成型機(jī)的出口處被擠出時(shí)，在自重的作用下能自動(dòng)分離。
總體來看，目前我國的生物質(zhì)成型顆粒燃料設(shè)備的技術(shù)原理比較先進(jìn)，成本低廉，運(yùn)行能力不高；管理不規(guī)范，缺乏支持政策；在全國范圍內(nèi)，還處于研究示范試點(diǎn)階段，規(guī)�；褪袌�(chǎng)化較差，推廣速度緩慢。
4、存在的問題
按成型機(jī)構(gòu)的不同來區(qū)分，
生物質(zhì)燃料成型機(jī)械有螺旋擠壓式、活塞沖壓式（包括機(jī)械式、液壓式）和輥模碾壓式（包括環(huán)模式和平模式）；按成型過程是否對(duì)原料加熱，又分為常溫成型和加熱成型；按壓縮成型時(shí)成型模腔是否密閉分為開模成型和閉模成型。目前在生物質(zhì)致密成型技術(shù)中，對(duì)加熱成型的研究占據(jù)著主要地位。但加熱成型技術(shù)和常溫成型技術(shù)都存在一些問題。
4.1加熱成型技術(shù)
加熱成型即在成型過程中對(duì)原料進(jìn)行加熱的成型方式，其工藝流程一般為：原料→預(yù)處理（粉碎）→干燥→加熱、成型→冷卻包裝。該成型方式有3個(gè)特點(diǎn)。
4.1.1對(duì)原料含水率要求嚴(yán)格 由于絕干的生物質(zhì)傳熱性差，水分是生物質(zhì)原料中最好的傳熱介質(zhì)，所以理論上講熱壓成型中生物質(zhì)原料的含水率越高傳熱越好，木質(zhì)素和半纖維素軟化程度越高，越容易成型。然而，含水率過高在壓縮過程中易產(chǎn)生高壓蒸汽，會(huì)出現(xiàn)“放氣”或“放炮”現(xiàn)象，中斷成型過程。試驗(yàn)證明加熱成型過程原料含水率控制在8%～12%，成型效果最好。而通常生物質(zhì)原料處理前的含水率都高于8%～12%，所以在成型前需要對(duì)原料進(jìn)行干燥處理。
4.1.2成型部件易損耗 由于成型過程是在200℃以上的溫度完成的，所以成型部件極易磨損，維修周期在200 h左右。
4.1.3對(duì)原料種類適應(yīng)性差 對(duì)調(diào)定加熱溫度的成型設(shè)備，由于不同原料木質(zhì)素和半纖維素含量不同，所以在一定加熱溫度下，不同種類原料的軟化程度不同，所需成型壓力也不一樣，導(dǎo)致成型效果有差異。加熱溫度低，不易成型；加熱過度，還會(huì)造成成型產(chǎn)品表面炭化燒焦及生物質(zhì)的熱能損耗。同時(shí)加熱器和干燥設(shè)備均有一定能耗。
4.2常溫成型技術(shù)
常溫成型技術(shù)的工藝流程一般為：原料→預(yù)處理（削片或粉碎）→成型→包裝。比加熱成型技術(shù)減少了原料烘干、成型時(shí)加熱和降溫等3道工序，可節(jié)約能耗44%～67%。
該成型方式的特點(diǎn)：原料最大含水率可達(dá)22%左右，物料成型過程中不會(huì)發(fā)生“放氣”或“放炮”現(xiàn)象；由于成型過程不加熱，所以減輕了由加熱引起的機(jī)械設(shè)備磨損；常溫高壓致密成型不破壞原料的分子結(jié)構(gòu)，無化學(xué)反應(yīng)和加熱裂解分化的作用，因此成型顆粒燃料可以保持原物料的熱值，幾乎沒有熱量的損耗；由于原料沒有加熱軟化，所以成型所需壓力較加熱成型大；塊狀燃料常溫成型技術(shù)中開模成型相對(duì)于閉模成型省去了卸料工序，使得工藝更加簡化。
為促進(jìn)我國生物質(zhì)成型顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，政府需制定更加完善的生物質(zhì)成型顆粒燃料產(chǎn)業(yè)政策和標(biāo)準(zhǔn)。常溫成型技術(shù)較加熱成型技術(shù)具有更好的經(jīng)濟(jì)性，有利于生物質(zhì)成型技術(shù)的商業(yè)化推廣，通過對(duì)生物質(zhì)常溫成型機(jī)理的深入研究，研制出更加高效節(jié)能且自動(dòng)化程度高的常溫成型設(shè)備，是相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的努力方向。
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