生物质固化成型燃料生物质固化成型燃料2011年01月13生物质固化成型燃料技术是在一定温度和压力作用下，将各类分散的、没有一定形状的农林生物质经过收集、干燥、粉碎等预处理后，利用特殊的生物质固化成型设备挤压成规则的、密度较大的棒状、块状或颗粒状等成型燃料，从而提高其运输和贮存能力，改善我国生物质固化成型燃料技术起步较晚，但发展迅速。目前，北京、河南、河北、山东、江苏、安徽、辽宁、吉林、黑龙江等省、直辖市推广生物质固化成型燃料技术较多，据不完全统计，推广使用的各类固化成型燃料设备约有30多处(不含机制木炭)，其中包括部分由生产饲料转制生产燃料的企业，年总生产能力约5万吨。(一)国内外技术研发现状1．国外技术研发现状早在20世纪30年代，美国就开始研究固化成型燃料技术并研制了螺旋式成型机。在1976年，开发出了生物质颗粒燃烧设备。日本于20世纪50年代引进国外成型燃料的发展大体分为三个阶段。20世纪30年代至50年代为研究、示范、交叉引进阶段，研究的着眼点以代替化石能源为目标。20世纪70年代至90年代为第二阶段，各国普遍重视了化石能源对环境的影响，对数量较大的、可再生的生物质能源产生了兴趣，开展生物质固化成型燃料的研究，到90年代，欧洲、美洲和亚洲的一些国家在生活领域中比较大量地应用生物质固化成型燃料。

20世纪90年代后期至今为第三阶段，首先以丹麦为首开展了规模化利用的研究工作，丹麦著名的能源投资公司BWE率先研制成功了第一座生物质固化成型燃料发电厂，随后目前，美国已经在25个州兴建了树皮成型燃料加工厂，每天生产燃料超过300吨。但生物质固化成型燃料以欧洲的一些国家如丹麦、瑞典、奥地利发展最快。例如，瑞典人均生物质固化成型燃料消耗量达到160千克／年。欧洲现有近百家生物质固化成型燃料加工厂，农场以秸秆为原料，靠近城市的加工厂以木屑为原料。南非在2003年建成了4座以木柴加工废弃物为原料，年产量达到20万吨的成型燃料加工厂。总之，国外生物质固化成型燃料技术发展有如下特点：原料以木屑等林业废弃物为主，一般不利用农作物秸秆；生产技术大部分已经成熟，并达到规模化和商品化；成型燃料的用途已经由烧壁炉等生活用能为主转向了生产应用；设备制造比较规范，但能耗高，价格高。2．我国技术研发现状(1)研发现状。我国从20世纪80年代起开始致力于生物质固化成型燃料技术的研究，主要引进韩国、日本、中国台湾等成套设备。随后，荷兰、比利时等国家的技术和设备也相继引入我国，并以螺杆成型机为主。1999宁省能源研究所承担的“九五”国家科技攻关(重点)项目“秸秆的能源转化与利用综合系统”——生物质固化成型机组通过省级技术和投产鉴定，标志着我国棒状生物质固化成型燃料生产设备达到国际先进水平。

随后，河南农业大学、中国林业科学研究院林产化学工业研究所等单位也推出了类似的产品。21世纪初，河南农业大学等又推出活塞冲压式成型设备，辽宁省能源研究所则在国内率先推出产量大、能耗低、原料适应性广的颗粒燃料设备。不久前，该所又成功研制开发出可移动生物质固化成型燃料设备。至此，我国已成功研制出各种类型的生物质固化成型燃料生产设备。(2)各类型设备性能介绍。活塞冲压式成型机。该机由河南农业大学和中国农业机械化科学研究院研制。河南农业大学率先对冲压式生物质固化成型设备进行了应用研究，所设计的往复式活塞双向挤压成型机具有创新性。生产试验和分析结果表明：该成型机可显著提高易损件的使用寿命，降低单位产品能耗，工作平稳，成型可靠，成本低，投入回收期短，经济效益和环保效益明显，生产以秸秆为主的生物质原料，推广前景广阔。但该类型设备所生产的燃料密度比较小。螺旋挤压式成型机。中国林业科学研究院林产化学工业研究所率先开始研制螺旋挤压式棒状燃料成型机，主要由加热装置、螺旋挤压装置和控制装置组成。但这些设备存在着一些诸如成型筒及螺旋轴磨损严重、寿命较短、电耗大等缺点。1999年辽宁省能源研究所成功研制开发生物质固化成型机组，该机组包括干燥、成型、炭化等设备。

2005年又研制开发了BIO—37型生物质固化成型机，该机产量可达到500千克／时，是目前国内产量最大的固化成型设备。使用该设备可以大大减少人工成本，提高经济效益。压辊式颗粒成型机。北京老万生物质能科技有限公司从2000年开始研发农作物秸秆类生物质颗粒燃料，其固化成型技术主要从瑞典引进。但是在生物质颗粒燃料加热成型过程中，能量消耗较大。为了降低颗粒燃料成型的能耗，辽宁省能源研究所研制开发了BIO—C55型颗粒燃料生产设备，这是一种在常温下生产颗粒燃料的成型机，采用环模压辊式结构，由一台55千瓦的主电机驱动环模和压辊执行颗粒成型的挤压，通过调整上料电机的转速而实现供料量的控制，颗粒燃料的生产效率可达到700—900千克／时。另外，通过对不同物料成型机理的研究，总结出不同物料不同含水率情况下最佳的成型条件。该成果已通过了省级科技成果鉴定。环模挤压成型。主要有两种，一种采用内环模压辊挤压成型，一种采用双环模对辊挤压成型，这两种都是由饲料成型设备改进而来。前者以北京盛昌绿能科技有限公司改进美国技术为代表，是目前欧美国家的主流技术，设备采用常温成型，适用原料为秸秆、木屑等各种农林废弃物；产品为颗粒状及方块状，设备生产能力1～4吨，环模工作寿命约600小时，根据配置其售价30万～60万元／套。

在北京市大兴区礼贤镇建有年产2万吨的示范工厂。后者以国能惠远公司为代表，常温成型，主要适用原料为木屑，过于干燥不易成型，成型后需要干燥处理，有黏结剂易于成型，产品为颗粒状，生产能力约300～500千克／时，模具工作寿命约400小时，售价约30万元／套。北京怀柔区建有示范工厂。平模挤压成型。由饲料成型设备改进而成，以吉林华光研究所为代表。设备采用常温成型，主要适用原料为木屑等，产品颗粒状，设备生产能力50～300千克／时，平模工作寿命约400小时，售价5万～15内有少量应用。我国一些科研单位针对成型设备存在的各种问题做了大量研究试验，对设备的关键部件进行了改进，还对各类成型机进行比较分析，综合其优点进行了设备改造。但生产率低的问题需进一步研究解决，并加快生物质燃料专用燃烧锅炉的研发步伐，从而推动压缩成型技术的商业化发展。总体来说，我国的生物质固化成型燃料有如下特点：在全国范围内，还处于研究示范试点阶段，设备的技术原理比较先进，成本低廉，适合我国国情；规模化和市场化较差；管理不规范，支持政策缺乏，推广速度缓慢。(二)工艺流程生物质固化成型燃料技术发展至今，已开发了许多种成型工艺和成型机械。

但是作为生产燃料，主要是干燥物料的常温成型与热成型。基本流程图如图1—9所示。1．热成型工艺热成型工艺是目前普遍采用的生物质固化成型工艺。其工艺流程为：原料粉碎干燥混合挤压成型冷却包装。热成型技术发展到今天，已有各种各样的成型工艺问世，总的看来可以根据原料被加热的部位不同，将其划分为两类：一类是原料只在成型部位被 加热，称为非预热热压成型工艺。另一类是原料在进入压缩机构之前和在成型 部位被分别加热，称为预热热压成型工艺。两种工艺的不同之处在于预热热压 成型工艺在原料进入成型机之前对其进行了预热处理。但是从实际应用情况看， 非预热热压成型工艺占主导地位。 2．常温成型工艺 生物质常温成型工艺即在常温下将生物质颗粒高压 挤压成型的过程。常温成型工艺一般需要很大的成型压力，为了降低成型压力， 可在成型过程中加入一定的黏结剂。如果黏结剂选择不合理，会对成型燃料的 特性有所影响。从环保角度，不加任何添加剂的常温成型是现代的主流。一般 成型工艺如图1—10 所示。 3．其他成型工艺 除了上述主要成型工艺外，还有炭化成型工艺。该 工艺可以分为两类，一类是先成型后炭化，一类是先炭化后成型。 (1)先成型后炭化工艺。

工艺流程为： 原料粉碎干燥成型炭化冷却包装。 先用压缩成型机将松散碎细的植物废料压缩成具有一定密度和形状的 燃料棒，然后用炭化炉将燃料棒炭化成木炭。这种工艺具有实用价值。 (2)先炭化后成型工艺。工艺流程为： 原料粉碎除杂炭化混合黏结剂挤压成型千燥包装。 先将生物质原料炭化成颗粒状炭粉，然后再添加一定量的黏结剂，用 压缩成型机挤压成一定规格和形状的成品炭。这种成型方式使挤压成型特性得 到改善，成型部件的机械磨损和挤压过程中的能量消耗降低。但是，炭化后的 原料在挤压成型后维持既定形状的能力较差，贮运和使用时容易开裂和破碎， 所以压缩成型时一般要加入一定量的黏结剂。如果在成型过程中不使用黏结剂， 要保证成型块的贮存和使用性能，则需要较高的成型压力，这将明显提高成型 机的造价。这种成型方式在实际生产中很少见。 (三)发展潜力及趋势 1．我国发展生物质固化成型燃料的条件 (1)经济上的可行性。固化成型燃料的经济可行性可以从两方面分析。 首先是固化成型燃料的价格。如果能够建立生物质原料的收购体系，保证控制 秸秆等原料的价格在150 元／吨以内是可能的；生物质固化成型燃料的加工费 用为200 元／吨左右，即可以控制成型燃料的成本在400 元／吨以内。

生物质 固化成型燃料的热值5～17 兆焦／千克，而价格在400 元／吨的煤炭的热值约 为18 兆焦／千克，虽然在现阶段内成型燃料的热值／价格比稍高于煤炭，但生 物质固化成型燃料是清洁能源，且煤炭的价格将逐渐上扬。所以在一定范围内 以固化成型燃料代替煤是完全可能的。其次是成型燃料设备的价格。虽然各类 不同厂家、不同生产工艺的设备价格相差较大，但建设一座年产成型燃料5 000 吨的生产线总投资在200 万元以内，当年可以回收全部投资。 (2)社会经济结构调整趋势。我国大部分人口在农村，农村人口生活用 能的大部分为原生生物质资源。随着社会主义新农村建设和农村小康环保行动 计划的实施，解决农村环境“脏、乱、差”的根本途径是解决柴火乱堆问题， 最现实的办法就是使用成型燃料。另外，随着城市化进程的加快，小城镇建设 将成为今后发展重点，小城镇靠近农村，秸秆等资源来源方便，以成型燃料为 这部分居民集中供暖，在技术上、经济上是可行的。 (3)产业结构调整趋势。改变传统的不合理的能源结构，实施“节能减 排”是实现我国产业结构调整的途径之一，发展清洁能源，实施多元化的能源 发展战略是实现可持续发展战略的重要举措。

成型燃料加工简单、生物质热利 用率高，必将在未来的生物质能源中占据重要位置。生物质固化成型燃料的开 发潜力相当巨大。 2．固化成型燃料的开发规模 根据我国农业地区单位农田面积秸秆产 量和收集率计算，5 万吨秸秆的收集半径在15 千米左右。15～30 千米原料价格 要比15 千米以内原料价格提高20％左右。因此，成型燃料生产企业的生产规 模应控制在1 万吨为宜。3．固化成型燃料的重点生产区域 秸秆等生物质资源的用途广泛，生 产固化成型燃料的生物质原料只能是原生生物质中的一小部分。因此，固化成 型燃料的生产应重点在如下区域展开。一是商品粮集中生产区。这类地区秸秆 资源丰富，经常出现农民就地焚烧秸秆的现象。二是林区林产和薪柴生产区。 这类地区林业加工剩余物量大、易得。三是生态保护区、河川源头地区和生态 环境脆弱地区。此类地区的水土流失对生态环境影响巨大，成型燃料热利用率 高，少量的生物质资源经加工成成型燃料就可以满足居民生活使用，可以有效 避免乱砍滥伐现象。 4．固化成型燃料的重点消费领域 农村能源建设是提高农民生活质量