由于化石燃料的不可再生性和能源化利用过程的环境污染日益严重，生物质能的利用引起了世界各国的广泛关注。相对于风能、太阳能等其他能源，生物质能源具有应用地域广，投资规模小，使用更方便、经济等特点。更重要的是，生物质能源是能够真正稳定、持续地提供能源的绿色资源。生物质能源规模化应用，是解决当前能源严重危机的可行方案。在发达国家，生物质能研究开发主要集中于气化、液化、热解、固化和直接燃烧等方面。 生物质致密成形技术，是利用机械方法将低能量密度的生物质压缩变形成具有高密度的产品，原料经挤压成型后，密度可达1.1～1.3 g／cm3。与普通的薪柴燃料相比，生物质致密块具有密度高、强度大、便于运输和装卸、形状和性质均一、燃烧性能好、热值高、适应性强、操作控制方便等特点，可用于锅炉和煤气发生炉，也可用于工业、家庭和农业园林暖房的取暖。是一种极具竞争力的燃料。 1、生物质致密成形技术研究现状 1.1 国外研究现状 1900年日本就开始研究用于替代木材燃料的煤粉压缩成形块，随后许多国家相继开始对容积大、热值低的生物质材料开展压编成形的研究。在加世纪30年代，美国开始研究生物质燃料致密成形技术，并研制了螺旋式成形机。日本于20世纪50年代引进该项技术后对其进行了改进，并发展成为日本独特的工业体系。20世纪70年代，由于中东战争引发的能源危机，西欧许多国家如芬兰、比利时、法国、德国、意大利等也开始重视生物质致密成形技术的研究。美国从20世纪70年代开始，研究开发了颗粒状成型燃料技术，其生产能力为80万t/a，主要用于家庭取暖用的壁炉和锅炉。日本开发生产的棒状成型燃料，生产能力为25万t/a左右，它可以进一步炭化成定型木炭。在欧洲，瑞典开发了生物质与固体垃圾共成型燃烧技术，解决了垃圾燃烧有害气体二恶英超标问题。 同创新能源生产销售颗粒机、木屑颗粒机、秸秆压块机等生物质颗粒燃料成型机械设备。 1.2国内研究现状 我国从20世纪80年代起开始生物质致密成形技术的研究，特别是近年来，国内科研单位加大了研究力度，取得了明显进展。清华大学清洁能源研究与教育中心研究了生物质颗粒燃料冷成型技术和设备，并在北京怀柔区实施了示范项目。浙江大学能源清洁利用国家重点实验室在生物质成型理论、成型燃料燃烧技术等方面进行了研究。农业部南京农业机械化研究所与江苏正昌集团、牧羊集团等国内机械制造厂商研究生产生物质利用设备，山东大学、华中科技大学、北京林业大学、华北电力大学等都对生物质成型燃料进行了研究。中国林科院林产化学工业研究所从20世纪80年代开始研发林业生物质原料和农业废弃物的成型技术。东南大学、中科院广州能源研究所、湖南农业大学、中国农机院等也进行了一些研究。湖南省衡阳市粮食机械厂为处理大量粮食加工谷壳，在1985年根据国外样机试制了第一台ZT-63型生物质致密成形机。江苏省连云港东海粮食机械厂在1986年引进了一台OBM-88棒状燃料成形机。1994年河南农业大学，中国农机能源动力所分别研究出PB-1型．CYJ-35型机械冲压式成形机。1997年河南农业大学又研制出HPB-1型液压驱动柱塞式成形机。1998年初，东南大学、国营9305厂等单位研制了“MD-55”型固体燃料成形机。2007年北京菲美得机械有限公司生产的环模挤压生物质致密成形设备已在山西、辽宁等地农村得到应用。华北电力大学与生物质发电企业龙基电力有限公司合作建立了生物质能研发中心，开展生物质固化成形及直燃发电项目的研究。 2、生物质致密成型工艺 生物质致密成型工艺可分为常温成形、热压成形和碳化成形等。虽然工艺流程不尽相同，但可大致分为以下过程。 2.1干燥技术 干燥是利用热能将生物质材料中的水份蒸发排出，获得具有较少含水量的固体产品的过程。生物质的含水率一般在20%～40%．干燥是必不可少的过程。目前主要有两种方式，一是自然干燥，二是人工干燥，即采用于燥机干燥。自然干燥一般无特殊要求，干燥后的含水量一般为8%左右。人工干燥需考虑秸秆的木质素软化及秸秆易燃等问题，干燥温度一般控制在80左右。主要技术包括流化床干燥、回转圆筒干燥、筒仓型干燥技术。一般生物质宜采用气流式干燥，以生物质燃烧产生的烟道气为热源，物料在干燥管内干燥后由旋风分离器排出。流化床干燥装置可以轻易地输送加工原料，干燥过程中可避免局部原料过热，对热敏性产品适应性强，比较适用与流动性好、颗粒度不大(0.5—10 mm)、密度适中的物料，如稻壳、花生壳以及一些果壳等。 2.2切割技术 切割技术主要是改变生物质燃料（如秸秆）的几何尺寸，将其尺寸变小、密度增大、流动性增强，使生物质秸秆方便利用。 2.3粉碎技术 对于生物质原料，一般要求粉碎粒度小于1mm。目前市场上粉碎机存在转子平衡差、粉尘浓度高以及噪音大等问题，有待于开发新产品。 2.4制粒技术 根据不同生物质原料的特点，目前制粒技术主要有两种工艺。第一种，对于不易成粒的原料，在制粒时添加适量的淀粉、废纸浆等粘结剂，使得原料小颗粒的表面形成一种吸附作用．在外界较小的压力下制粒成形。；第二种，通过加热的方法，在成形过程中使木质素在一定温度(70)发生软化、熔融、粘结，然后固化成形。 目前，我国采用的制粒方法均为传统生产方法。它与现有的饲料制粒方式相同，即原料从环模内部加入，经由压辊碾压挤出环模而成粒状。其工艺流程包括原料烘干、压制、冷却、包装等。该工艺需要消耗大量能量，在颗粒压制成型过程中，压强达到50—100 MPa，原料在高压下发生变形、升温，温度可达100~120，电动机的驱动需要消耗大量的电能。原料的湿度要求在12%左右，湿度太高和太低都不能很好成粒，因此原料烘干才能用于制粒。压制出来的热颗粒（颗粒温度可达95—110）冷却后才能进行包装，产品制造成本较高。 ETS是意大利研制开发的新型木质颗粒制粒生产系统。它对原料的湿度适应性强，湿度为10%—35%时就可以成粒，所以大部分原料不需要干燥即可直接用于制粒。成粒以后的升温只有10~15，压制出来的颗粒温度一般为55—60，无须冷却即可直接进行包装，通常可以去掉干燥和冷却工序。这种制粒方法能耗很低，机器磨损也小，总成本降低很多，生产效率显著提高。 影响秸秆制粒的因素主要有生物质原材料的种类、含水率、制粒机模具的形状尺寸、是否加热以及是否添加粘结剂，及粘结剂的种类等，因此，在选择制粒设备时应根据具体情况具体讨论。 2.5 固化成形技术 生物质致密成形工艺主要有常温压缩成形、热压成形和碳化成形3种形式。 (1)纤维类原料在常温下，浸泡数日水解处理后，其压缩成形特性明显改善，纤维变得柔软、湿润皱裂并部分降解，易于压缩成形，利用简单的杠杆和木模，将部分降解后的农林废弃物中的水份挤出，即可形成低密度的压缩成形燃料块； (2)热压成形是目前普遍使用的致密成形工艺。其工艺流程为：原料粉碎一干燥-混合一挤压成型一冷却包装。采用的致密成形设备主要有螺杆挤压式成形机、机械驱动活塞冲压式成形机、液压驱动活塞冲压成形机等几种形式。其原理都是在外力作用下把生物质压制成形： (3)碳化成形分为两种情况：先炭化后成形工艺：原料-粉碎除杂一炭化一混合粘结剂-挤压成型一成品干燥-+包装；先成形后炭化工艺：原料→粉碎一干燥一成形一炭化一冷却-包装。 2.6碳化技术 碳化的方式有连续内热式干馏法、外热间歇式干馏法和烧炭法。连续内热式适于大规模连续化生产，烧炭法适于小规模经营，外热间歇式则适于各种情况。木屑、刨花等原料生产的成型燃料更适合碳化，秸秆、稻壳等原料由于灰分大，除特殊情况外均不碳化。 3、生物质燃料致密成形的成型机机型比较 生物质固化成型的设备包括粉碎机、干燥设备、成型机、碳化釜等。成型是整个过程的决定性步骤，成型机的性能决定了产品质量和生产成本。因物料的种类、含水率等的差异，会造成成型技术的复杂性和工艺的不确定性。目前世界上研究的生物质燃料致密成型机主要有螺旋挤压式成型机、柱塞冲压式成型机、压辊式颗粒成型机3种。 3.1 螺旋挤压式成型机 螺旋挤压式成型机是最早研制生产的生物质热压成型机。这类成型机以其运行平稳、生产连续、所产成型棒易燃等特性在成型机市场中一直占据着主导地位。 螺旋挤压式成型机根据螺杆的多少可分为单螺杆式和双螺杆式。可根据螺距分为等螺距螺杆挤压成形机和变螺距挤压成形机。 目前，制约螺旋式成型机商业化利用的主要问题是成型部件使用寿命短，尤其是螺杆磨损严重；单位产品能耗高，生产率低，对原料的含水率和颗粒大小要求较高，成形工艺不好掌握。 3.2活塞冲压式成形机 根据动力来源的不同，可分为机械驱动活塞式成型机和液压驱动活塞式成型机。 机械式冲压成形机是利用飞轮储藏的能量通过曲柄连杆机构，带动冲压活塞，将松散的生物质冲压成生物质压块。液压式冲压成形机是利用液压油缸所提供的压力，带动冲压活塞使生物质冲压成形。柱塞冲压式成形机通常不需加热，原料的成形靠柱塞的往复运动实现，用于生产密度介于0.8~1.1g/cm3乏间的实心燃料棒或燃料块。 与螺旋挤压式成型机相比，机械成型机明显改善了成型部件磨损严重的现象，使用寿命在200 h以上，而且单位产品能耗也有较大幅度的下降，但存在运行稳定性差，噪音较大，成形物密度较低，容易松散等问题。 液压驱动活塞式成型机由于采用液压驱动，机器运行平稳，噪音小，但由于活塞的运动速度较机械驱动时低很多，产量要受到一定程度的影响。 3.3辊压式颗粒成形机 辊压式成型机主要用于生产颗粒状成型燃料，一般不需外部加热，可根据原料状况添加少量粘结剂，对生物质原料的含水率要求较宽，一般在10%—40%之间，成形燃料的密度为1.0—1.4 g/cm3，随着原料含水率的增加，其密度有减少的趋势。 根据压模形状的不同，压辊式成型机可分为环模成型机和平模成型机．其中环模成型机又分为卧式和立式两种机型。卧式环模成型机是现有颗粒成型机的主流机型。这种机型由于部件更换保养方便、样机容易进行尺寸和速度放大等特点，所以近年来有了很大发展。立式环模成型机具有构造简单、结构紧凑、使用方便等特点。 4、我国生物质致密成型主要存在问题 4.1成型机问题 生物质成型机目前虽然初具规模，但大部分机组可靠性差，运行不平稳，易损件使用寿命太短，维修和更换不方便。技术较成熟的螺旋挤压式成型机，螺杆是在较高温度和压力下工作，并与物料始终处于于摩擦状态，导致螺杆寿命极其有限。液压活塞式和辊压式下致密成型机也存在类似问题。同时，对物料在设备中的运行机理也没有进行深入的研究。 4.2成型原料问题 生物质原料的特点具有季节性、分散性、运输半径大，规模利用和高效利用都较困难，，因此严重影响了生物质成型燃料的工业化生产，根据中国农村的特点，必须考虑生物质的收集半径，建议采取分散设点加工和就地使用和集中调配使用的方法。 4.3配套设备问题 由于成型机对生物质燃料的种类、粒度、含水率要求较高，而成型设备自动化程度低，粉碎、干燥、进料和包装设备没有形成配套的生产线，工作时原料往往达不到要求。 4.4科研投入不足。 相对科研内容来说，投入过少，使得研究的技术含量低，多为低水平重复研究，最终未能解决一些关键技术。大多数工程采用简单工艺和简陋设备，设备利用率低，转换效率低下。 另外也存在一些消极因素影响生物质能源产业的发展。第一，在现行能源价格条件下，生物质能源产品缺乏市场竞争能力，投资回报率低挫伤了投资者的投资积极性，而销售价格高又挫伤了消费者的积极性。第二，技术标准未规范，市场管理混乱。第三，目前，有关扶持生物质能源发展的政策尚缺乏可操作性，各级政府应尽快制定出相关政策，如价格补贴和发电上网等特殊优惠政策。第四，民众对于生物质能源缺乏足够认识，应加强有关常识的宣传和普及工作。第五，政府应对生物质能源的战略地位予以足够重视，开发生物质能源是一项系统工程，应视作实现可持续发展的基本建设工程。 5、生物质固化成形技术未来的发展方向 5.1 开发面向电厂的大型生物质致密成型设备 针对我国可再生能源产业发展的需求，建立生物质发电技术研发和工程化验证条件，开发适用于发电的生物质致密成型设备，形成包括干燥，成型，包装，冷却等主要环节，形成具有我国自主知识产权，用于区域供电、热电联产的大型致密成型生产线。 5.2开发面向农村的小型常温高压致密成型设备 生物质能资源巨大，主要分布在农村地区。随着农村生活水平的提高，大量包含植物纤维的农业废弃物，如农作物秸秆、谷壳、制糖作物残渣等农林产品加工废弃物不再作为生活燃料和饲料，而堆积在田间，或焚烧或腐烂，造成了环境污染和能源浪费。在化石能源价格不断上涨，农民家庭用于支出能源消费的比例逐渐增长的今天，价格低廉的压块燃料在农村推广，具有巨大的潜力。目前适合我国农村小型生物质燃料致密成型生产线的产品尚不成熟，开发适用于我国农村的中小型致密成型设备势在必行 5.3进行生物质致密成形设备的基础研究 在生物质致密成形设备开发中，由于科研投入过少，使得研究的技术含量低，未能解决一些关键技术。迫切需要在进行系统实验的基础上，探索不同种类的生物质燃料原料的含水率、颗粒度和成型机挤压力、型腔温度对所开发设备成型效果的影响，进行含水率、致密度对燃烧性能影响的机理分析以及分析生物质材料在致密成型过程中宏观物理化学特性，探讨其致密成型机理，并研究目前关键部件的材料失效问题，为开发高性能设备做相应的基础研究。转载请注明：河南省同创新能源木屑颗粒机