生物质成型燃料技术及设备的研究现状与发展前景

生物质成型燃料的地位和用途

生物质成型燃料的地位

图为学员参观河南五丰新能源企业

中国每年有秸秆、林木残余物等有机物9亿多t，可有效、便于深加工的也有3亿多t，其中秸秆2亿多t。将其加工成“成型燃料”可替代2亿t普通原煤，价值700多亿元，还可每年使每户农民节支增收300多元。同时秸秆又是可再生能源，含S量很低，CO₂零排放，分布很广，可以规模化收集和贮存，也可贮能于民。若将生物质成型燃料的生产发展成一种可再生能源产业，可使上千万农民就业。研究生物质成型燃料技术具有重大的能源、环境和经济效益，是农林经济的一项朝阳产业。

生物质成型燃料的用途

生物质秸秆（小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花等）中富含有机质和氮、磷、钾、钙、镁、硫等多种养分，收获后可实现肥料化、饲料化、能源化、生态化、基料化、原料化利用。

图为学员参观河南五丰新能源企业

生物质能源化利用方式有气化、液化、固化、沼气、炭化、裂解、发电等，生物质成型燃料仅仅是能源化利用的一种方式，该成型技术是指在一定的温度和压力作用下，利用木质素充当粘合剂将分散、松散的农林废弃物（各类农作物秸秆、花生壳、蔗渣、树枝、刨花、锯末等）原料，经过粉碎、干燥后挤压成一定形状的棒状、块状、颗粒状燃料，可代替代煤炭、液化气等作为生物质专用锅炉、壁炉、茶水炉、热水锅炉、工业锅炉、生活用炉、取暖炉、生物质电厂的清洁环保燃料，也可作为城市分散供热的燃料。

图为河南五丰新能源企业

国际生物质成型燃料技术与设备的发展

国际上生物质成型燃料的发展分为三个阶段。从20世纪30～50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70～90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，开展生物质固体成型燃料的研究。到90年代，欧洲、美洲、亚洲的一些国家在生活领域开始大量地应用了生物质固体成型燃料。20世纪90年代后期至今为第三阶段，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致密成型燃料发电厂。

图为学员参观河南五丰新能源企业

国际上以美国为代表是将秸秆作为一种重要资源加工、出口，而且实现了全程机械化加工或工厂化生产。但美国秸秆利用的方向不是燃料，而是饲料或其他工业原料，其中秸秆收集的方式主要是田间“秸秆打捆”技术。美国在1976年开发了生物质颗粒及成型燃烧设备。

图为河南五丰新能源企业原料

日本从20世纪30年代就开始研究应用机械活塞式成型技术处理木材废弃物，并于1954年研制出棒状燃料成型机及相关的燃烧设备，1983年又从美国引进颗粒成型燃料生产技术。

亚洲一些国家（泰国、印度、韩国、菲律宾等）在20世纪80年代已建了不少生物质成型、炭化专业生产厂，并研制出相关的燃烧设备。

图为郑州五丰新能源供应的利用企业

日本、美国及欧洲一些国家生物质成型燃料燃烧设备已经定型，并且形成了产业化，在加热、供暖、干燥、发电等领域已普遍推广应用；西欧一些国家（荷兰、瑞典、比利时、芬兰、丹麦等）在20世纪70年代已有了活塞式成型机、颗粒成型机及配套的燃烧设备。活塞挤压式成型机改变了成型部件与原料的作用方式，很好地解决了上述问题。该类成型机在大幅度提高成型部件使用寿命的同时，也显著降低了单位产品能耗。

欧洲一些国家把秸秆加工技术用在成型燃料和发电上，目标是油和煤的替代燃料，秸秆加工设备、锅炉、热风炉、发电设备等都已产业化。

花生壳原料

国际生物质成型的主要方式有4种，即环模和平模式、螺旋挤压式、机械驱动活塞式和液压驱动活塞式。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（由于其空心结构以及表面的炭化层）等特性，在成型机市场中尤其是在印度、泰国、马来西亚等东南亚国家和中国一直占据着主导地位。

发达国家生物质成型燃料技术发展有如下几个特点：（1）生产技术大部分已经成熟，并达到规模化和商品化；（2）成型燃料的已由烧壁炉等生活用能为主转向了工业生产应用；（3）设备制造比较规范，但能耗高，价格高。

中国生物质成型燃料技术与设备的发展

中国从20世纪80年代引进螺旋式生物质成型机，生物质挤压成型技术的研究开发已有20多年的历史。南京林业化工研究所在20世纪80年代设立了对生物质压缩成型机及生物质成型理论研究课题。1990年以后，陕西武功轻工机械厂、河南巩义包装设备厂、湖南农村能源办公室等单位先后研制和生产了几种不同规格的生物质成型机和炭化机组。

20世纪90年代河南农业大学、中国农机能源动力所分别研究出PB－I型机械冲压式、HPB系列液压驱动式和CYJ机械冲压式成型机。21世纪以来生物质颗粒成型技术发展成熟。中国有几十家企业在颗粒饲料成型机的基础上先后研究出了多种类型的环模、平模式颗粒成型机。生物质成型方式也有4种，即环模、平模、螺旋挤压、机械活塞及液压活塞式。

为了促进生物质成型燃料的生产，中国政府采取了很多措施，出台了较多相关的法律法规和补贴政策，制定了可再生能源中长期发展目标。如在生物质成型燃料的利用方面，到2020年、2030年生物质成型燃料年生产能力分别达到2000万t和3000万t。

经过多年的研究与试验，中国部分生物质成型设备及其配套产品已发展成熟。1998年开始，河南农业大学针对其它成型设备存在生产率低、工作部件易磨损等关键技术，研制出了液压驱动双头活塞式HPB系列秸秆成型机及生物质成型棒块专用燃烧炉，尤其对中国每年产生的秸秆具有极好的消化能力，克服了其它成型设备难以处理秸秆的问题。2002年向企业转让了技术，正式投入了产业化示范生产；2003年课题又得到了河南省财政厅的支持，在农村的生活及生产领域搞替代煤的试点；2004年在北京怀柔、新疆、吉林、辽宁、江苏、河南和郑州农业高技术园区等进行了试点运行，分别对秸秆成型燃料在小型锅炉、农用塑料大棚冬天供热、农户生活等方面的应用进行了试验研究。

试验结果证明，秸秆成型燃料是一种燃料特性优于普通燃煤、价格低于煤、燃烧尾气污染成分少于煤的可再生优质燃料。因此，加大生物质成型燃料利用的力度，提高生物质成型燃料的生产能力和技术水平，实现生物质成型燃料的利用目标，改善和提高中国农业资源利用效率意义重大。

目前，中国秸秆生物质成型燃料的生产能力还比较低，总体来说，中国的生物质成型燃料技术有如下特点：

（1）在全国范围内，仍处于中试阶段，规模化和产业化程度还比较低；（2）成型设备的技术原理比较先进，成本低廉，适合中国国情；（3）成型设备稳定运行能力不高；（4）成型关键技术、工艺、材料有待于进一步优化；（5）支持政策逐步健全，管理措施不够完善，推广速度仍较缓慢。

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