试论如何推动我国生物质成型燃料产业的发展_木屑颗粒机|秸秆颗粒机|秸秆压块机|木屑制粒机|生物质颗粒机|富通新能源

一、前言
生物质成型燃料(BBDF)通常是指将干枯的草本类（如农作物秸秆）、木本类（如树枝）植物经粉碎后，在一定的压力作用下压缩成为一种固形物，所以也称之为致密成型燃料、生物质固形燃料、生物质型煤等等。相比于散碎状的秸秆、木屑，经压缩成型后的生物质成型燃料密度大，便于贮存和运输，着火容易，燃烧性能好，热效率高，污染少，人们可以像使用煤炭一样燃烧成型燃料，其推广和应用符合新农村建设和发展循环经济的要求，秸秆颗粒机、木屑颗粒机压制的不同生物质颗粒燃料如下所示：
秸秆颗粒机压制的小麦秸秆颗粒燃料如下所示：

秸秆颗粒机压制的玉米秸秆颗粒燃料如下所示：

木屑颗粒机压制的木屑颗粒燃料如下所示：松针生物质颗粒燃料

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生物质成型燃料直接燃用是世界范围内进行生物质高效、洁净化利用的一个有效途径，近年来成为可再生能源开发的热点之一。2006年8月，由国家发改委组织召开的全国生物质能开发利用工作会议提出，包括生物质固化成型燃料技术在内的4项技术将作为生物质利用的重点。根据《可再生能源中长期发展规划》确定的主要发展目标，到2010年，生物质成型燃料利用量达到100万吨，2020年达到5000万吨。
按照原料以及其中添加物的情况，生物质成型燃料主要可分为单一组分的成型燃料和复合成型燃料。复合成型燃料是为了便于成型、增加成型效果或增加燃料的除硫效果，在原料中可添加一些粘结剂、除硫剂。
按照成型后的密度大小，生物质成型燃料可分为高、中、低三种密度。密度在1100Kg/m3以上的高密度成型燃料，更适于取暖炉燃用和进一步加工成炭化制品；密度在700Kg／m3以下的为低密度成型燃料；密度介于700～1100Kg/m3之间的为中密度成型燃料。块型大小适宜的中低密度生物质成型燃料可以完全代替煤或与煤一起混合在普通炉灶、工业锅炉和燃煤电厂锅炉中燃烧。
二、国内外生物质成型燃料加工技术的现状
按成型加压的方法不同来区分，目前国内外技术较为成熟、应用较多的生物质成型燃料加工机螺旋挤压式、活塞冲压式（包括机械式、液压式）、有辊模碾压式（包括环模式和平模式）等。按照其成型过程是否对原料辅助加热，上述三种加工方式又分为冷成型和热成型二类工艺，螺旋挤压式、活塞冲压式都属于热压成型工艺，辊模碾压式采用的是冷压成型工艺，立式环模颗粒机与卧式环模颗粒机工作视频如下所示：
立式环模颗粒机工作视频如下所示：

卧式环模颗粒机工作视频如下所示：

（一）国外发展现状
    国外开发工作始于20世纪40年代，1948年日本申报了利用木屑为原料采用螺旋挤压方法生产棒状成型燃料的第1个专利，60年代成立了成型燃料行业协会。70年代初，美国研究开发了环模挤压式颗粒成型机，并在国内形成大量生产。瑞土、瑞典、西欧等发达国家都先后开发研究了冲压式成型机、辊模碾压式颗粒成型机。在最早开发螺旋挤压成型燃料生产技术的日本也有采用辊模碾压式颗粒成型机加工木屑成型燃料的大型生产企业，单台机组的年产量达到2万吨以上。
（二）国内发展现状
    我国从20世纪80年代中期起开始了成型燃料的开发研究，一方面组织科技攻关，另一方面，引进国外先进机型，经消化、吸收，研制出各种类型的适合我国国情的生物质压缩成型机，用以生产棒状、块状或颗粒生物质成型燃料。据估计，全国目前投入使用的生物质压缩成型设备约在1000台左右，年产生物质成型燃料不足10万t。
    国内主要的几种成型燃料生产技术的现状分述如下：
1、螺旋挤压技术
    螺旋挤压成型技术是目前生产生物质成型燃料最常采用的技术，尤其是以机制炭为最终产品的用户，大都选用螺旋挤压成型机。
    1990年，通过实施国家“七五”攻关项目“木质棒状f螺旋挤压1成型机的开发研究”工作，国内建立了第一条年产1000吨棒状成型燃料生产线；1993年前后，国内一部分企业和有关省的农村能源办公室从日本、中国台湾、比利时、美国引进了近20条生物质压缩成型生产线，这些生产线基本上都是采用螺旋挤压式，大多数是以锯木屑为原料，生产“炭化”燃料。棒状成型燃料的形状为直径50mm左右、长度450mm左右，横截面为圆形或六角形，每根重约1kg，用于蒸发量<l000kg/h工业锅炉或民用炉灶。
    螺旋挤压成型技术的优点是：成品密度高、质量好、热值高。但缺点也是很明显的，表现在：
    (1)产量低，目前国产设备的最高台时产量不到150kg/h，距离规模化生产的产量要求相差较大。
    (2)能耗高，粉料在螺旋挤压成型前先要经过电加温预热，挤压成型过程的吨料电耗就在90kWh/t以上。
    (3)易损件寿命短，国产设备主要工作部件一螺杆的最高寿命不超过500h，距离国际先进水平1000h以上还有不小的差距。
    (4)原料要求苛刻。螺旋挤压成型机采用连续挤压，成型温度通常调整在220-280℃之间，为了避免成型过程中原料水分的快速汽化造成成型块的开裂和“放炮”现象发生，一般要将原料含水率控制在8～12%之间，所以对有的物料要进行预干燥处理，增加了加工成本。这一点，对于移动式的成型燃料加工系统来说也许是一个致命伤，因为与旋挤压成型工艺相衔接还需有配套的烘干机。
2、活塞冲压技术
    这种技术的优点是成型密度较大，允许物料水分高达20%左右，但因为是油缸往复运动，间歇成型，生产率不高，产品质量不太稳定，不适宜炭化。活塞式的成型模腔容易磨损，一般100h要修一次，有的含SiO2少的生物质材料可维持300h。
    2003年，河南农业大学等单位通过实施科技部“秸秆压块成型燃料产业化生产的可行性研究”项目，开发了HPB-Ⅲ型液压驱动式秸秆成型机，该设备采用活塞套筒双向挤压间歇成型。生产率为400kg/h;吨料电耗为60～70kWh/t。
3、辊模碾压技术
  生物质颗粒燃料的辊模辗压成型技术是在颗粒饲料生产技术基础上发展起来的，二者的主要区别在于纤维性物料含量的多少和成型密度的高低。用辊模辗压式成型机生产颗粒成型燃料一般不需要外部加热，依靠物料挤压成型时所产生的摩擦热，即可使物料软化和黏合。对原料的含水率要求较宽松，一般在10% ~ 30%之间均能成型，其成型最佳水份为18%左右。相比于螺旋挤压和活塞冲压而言，辊模辗压成型法对物料的适应性最好。因此，国内一些生产秸秆颗粒饲料的企业在生产颗粒饲料的同时也生产颗粒燃料，以提高设备的利用率。
    目前国内一些知名的饲料机械生产企业，在环模制粒机和平模制粒机的设计、制造方面，已积累了丰富的经验，某些方面己达到世界先进水平。在生物质颗粒成型燃料加工机械的研发方面也进行了多年的探索，并取得了可喜的成绩。近年来，在环模式制粒机基础上，国内开发了环模式压块机，成型块截面尺寸在35x35mm左右，生产率可达2t/h以上，是规模化生产生物质成型燃料的一种较理想的机型。
三、国内外生物质成型燃料应用技术的发展现状
    由于成型加工方法的不同，生物质成型燃料的的形状和大小的差异性也很大，小的颗粒截面直径只有6～8mm，大的燃料块截面直径要达100mm以上。各种成型燃料的密度大小也不尽相同，因此，生物质成型燃料的利用技术也是多种多样的。归纳起来，除了炭化法加工以外，生物质成型燃料的直接燃烧是主要的利用方式。燃烧的炉具主要有二种，即家庭式炉灶、工业锅炉（包括发电厂锅炉）。
（一）炊事、供暖利用方式
    在欧美，针对一般居民家用的生物质颗粒燃料及配套的高效清洁燃烧取暖炉灶已非常普及。在北美有50万户以上家庭使用这种专用炉灶作为取暖炉。
    据瑞典国家能源局对外公布的资料显示，用生物质颗粒燃料，集中供热产生每kWh热量的费用是燃烧轻油供热的42%、燃烧重油供热的58%；以家庭为单位的小型锅炉供热产生每kWh热量的费用是电热的62%，燃烧燃油供热的57%。从节约能源、减少污染、保护生态环境以及经济效益看，生物质燃料制备技术和高效燃烧器具开发及应用具有极广阔的前景。
    国内方面，生物质能产业的发展已经引起各级政府的高度重视并吸引了众多社会力量的介入。政府层面，国家农业部在2005年和2006年连续二年召开了全国性的生物质成型燃料产业发展研讨会。北京市政府加大了农村生物质能源推广力度，“百村万户”生物质颗粒化燃料推广、农村户用生物质半气化及其成型燃料推广等工程己在怀柔区、大兴区、延庆县全面展开，生物质颗粒燃料生产规模达到了年产5000吨。这二地都采用辊模碾压式成型燃料加工设备加工圆柱颗粒或小方块燃料，并配套研发的生物质颗粒燃料燃烧、供暖设备，取得了满意效果。
（二）工业锅炉燃烧技术
    生物质发电在发达国家己受到广泛重视，主要工艺有三种：生物质锅炉直接燃烧发电、生物质与煤混合燃烧（掺烧）发电和生物质气化发电。
    燃煤电厂中掺烧生物质燃料发电技术在美国等地的发展较具规模。1992年，美国利用生物质发电的电站约有1000家，发电装机容量己达650万kW，年发电42亿kWh，消耗4500万t生物质燃料，
    在瑞典，丰富的森林资源多位于北部，而使用木材的热电厂却大多在南方，于是，他们建立了一家颗粒加工厂。锯末被加工成颗粒，然后运往南方。1t颗粒能发5000kWh的电。
    在利用生物质成型燃料发电方面，代表了当今世界先进水平和发展方向的，是位于丹麦的一座叫阿文多的发电厂。这是一座装机容量85万kW，可在同一炉体燃烧煤、油、天然气和生物质压缩颗粒的多燃料方式发电厂。四根燃料供给管道连接锅炉，分别输送煤、油、天然气和经过成型处理后的块状生物质。但我国在现有燃煤电厂中利用秸秆等生物质成型燃料替代燃煤发电方面还是空白。
    有关人士分析认为，与秸秆粉碎直接燃烧和秸秆气化燃烧发电相比，成型燃料与煤掺烧发电技术在我国也许更有推广前途。生物质成型燃料发电技术的优势在于：
    1．热能利用率高。相比于散碎状秸秆，经压缩成型后的秸秆成型燃料，燃烧特性明显改善：燃烧充分，黑烟少；火力持久，炉膛温度高。
    2．设备投资少，推广价值大。
    国外成功的例子表明现有小火电厂经过适当技术改造就可掺烧。在国内来说，以一个装机容量为50MW的小型热电联产电厂为例估算，按30%的掺烧比例，每年需秸秆成型燃料7万t。建设成型燃料加工厂需投资200万元，技改需投资300万元，合计新增投资500万元，单位千瓦投资只需0.01万元，远低于需要引进国外机组新建的秸秆散草发电厂以及新建秸秆气化发电厂的投资。例如正在建设中的江苏如东秸秆散草发电项目单位千瓦投资为1.2万元/kW，另一建在江苏兴化的秸秆汽化发电项目单位千瓦投资为0.6万元/kW。
    3．生物质成型燃料贮运方便，降低了流通环节的成本，有利于规模化加工和利用。
    生物质分布极为分散，形态各异，能量密度低，给规模化收集、运输、存储和利用带来了很大不便。而且，生物质的供应具有季节性和周期性，增加了存储的空间与成本。经过适当压缩成型加工后，生物质的体积可减少5～10倍，原料的收集半径可以扩大，而且运输成本还大大降低。
    4．便于在更广大的农村遍地开花发展生物质成型燃料加工厂，开拓就业机会、增加农民收入，改变直接焚烧后对土壤结构的破坏和对大气环境的污染。
    国内在普通锅炉中掺烧成型燃料方面，己开展了一些探索。在江苏省泰兴市黄桥镇，一个农民自购了液压活塞式成型机生产秸秆燃料棒，供应给周围的工厂锅炉燃用，售价500元／吨。在当地煤价600～700元／吨的情况下，这种燃料棒还是有一定的市场。四、生物质成型燃料产业发展面临的障碍
    经过20多年的开发与应用，生物质固化成型技术开发与应用已经取得了阶段性成果，其中预热式液压成型技术和辊模式颗粒成型技术已经趋于成熟并开始市场化运作，各种配套设备和技术及适用炉灶也在逐渐开发完善。但是生物质固化成型燃料的产业化和商业化程度还较低，缺乏自我持续发展的能力。为了探索一条适合我国国情的生物质成型技术产业化路子，真正实现生物质成型技术和成型燃料产业化，还有一些突出的制约因素和技术障碍亟待解决。
（一）生物质原料方面
    我国生物质资源丰富，不少地方在田间直接获得农林业废弃物的费用几乎为零。但是，由于农林业废弃物的收集、运输、贮存和保管都比较困难，最终使用这些生物质资源的费用却相对较高，且达到一定规模或半径后，这种费用还呈边际递增，从而产生了所谓的生物质收集半径和有效规模问题。生物质燃料的原料供应的季节性、收集的高成本、运输半径等问题往往导致成型设备闲置，自然损耗严重。
   特别是在较大规模的利用生物质成型燃料时，秸秆的收集问题必须引起高度重视。在发达国家，大田块的农庄自动化生产为秸秆的收集提供了便利条件。而在我国，农业生产的分散性，给秸秆的收购带来一定困难。应根据当地实际情况，设置秸秆收购、运输机构，配置必要的打捆设备，设立二级储存仓库，制定燃料运输调拨计划，以保证秸秆电厂燃料的充足连续供应。另外在收集的机制、价格的调控方面，有时还需要加强政府的行政影响力。
（二）设备方面
    一是成型设备机组可靠性能较差，易损件使用寿命短，维修和更换不便，导致设备不能连续生产，故障率较高，维修频繁，只能断续小量生产，影响了产量和效益。
    二是成型设备能耗过高。以生产颗粒状燃料方法为例，该工艺流程需要消耗大量能量。首先是颗粒压制成型过程中，压强达到50～100MPa，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；其次是原料的含水率要求在12%左右，为了达到这个含水率，很多原料要烘干以后才能用于制粒；再者是压制出来的热颗粒需要冷却，然后才能进行包装。这些工艺流程均需消耗大量能量。
    三是设备系统配合协调能力差，运行不稳定。目前的国内生物质成型机多为低产率的单机生产，没有形成配套的生产线，烘干、粉碎等配套设备。成型设备适应能力差，不同的成型设备对适用原料类型、粒度和含水率要求各不相同。
    四是燃烧设备种类少。特别是小型的燃烧生物质成型燃料的专用锅炉还有待开发。
（三）行业管理及技术保障方面
    虽然越来越多的研究机构和企业参与到生物质固化成型的研发和生产中来，但作为一个新兴产业，目前我国还没有形成生物质固化统一的理论和标准体系，产品和设备的设计适应性、质量和使用寿命还有待进一步提高。国家对该行业的监督和管理体制也有待于进一步建立健全。
（四）运行管理及服务体系方面
    生物质压缩成型燃料的推广使用，存在探讨和实践运行方式的问题。在北京建设的秸秆集中气化工程有40处以上，目前正常使用不足5%，主要原因在于没有建立科学完善服务管理体系，设备维护和运行管理不善，用气收费制度实行困难，集中气化系统缺乏运行资金。生物质压缩成型燃料发展过程中，这些问题同样会出现并制约行业的健康持续发展。
（五）社会接受性方面
    虽然生物质固化产品在价格上很有市场竞争力，目前社会各界对生物质颗粒产品具有高能、环保、使用方便的特性认识不够，甚至许多用能单位根本就不知道有生物质颗粒产品，更谈不上认识和使用。但是生物质固化技术能够实现生物质资源向高品位技术的转化，变废为宝，可谓一举两得，因而受到社会的欢迎是不言而喻的。
五、推动生物质成型燃料产业发展的对策和建议
（一）强化行业指导，开展市场研究
    国家要尽快组织有关专家认真研究和分析我国生物质固化成型燃料加工和应用技术的发展现状，所面临的障碍以及需要解决的问题，编制秸秆固化成型技术中长期发展规划。要鼓励相关科研单位、专家和生产企业相互协同，推进生物质利用技术的商品化工作，制定严格的技术标准，加强技术监督和市场管理，规范市场活动，为生物质技术的推广创造良好的市场环境。
同时要加强市场研究，关注不同重点区域农村、城市和工业的市场需求，也要根据不同用户的需要，开发系列化、多样化产品。
（二）加强政策扶持和引导，因地制宜示范推广
    我国生物质固化成型技术目前还处于发展的初期，产业规模小，获益能力低，尚不具备参与市场竞争的能力。因此，必须得到国家和各级政府宏观调控政策的保护。利用<可再生能源法》颁布的契机，国家相关行业主管部门和各级政府要从全局的长远的益出发，增加对生物质固化成型的科研、技术产品的研制和开发的财政资助和政策导向，加速产品工艺技术的突破和系统开发的过程。加大产业化建设和服务体系的信贷规模，提供长期的低息贷款，提高资金使用效果。制订减免税收、价格补贴和奖励政策，加速生物质固化成型产品进入市场，提高产品竞争力。国家有关部门要加大生物质成型燃料加工和应用技术的示范推广力度，针对不同的生物质成型燃料利用方式，选择典型区域和目前较成熟的技术，建立示范推广基地，以积累生物质成型燃料产业化的经验，推动技术进步。
（三）加大科技攻关力度，促进装备生产规模化
    针对制约生物质致密成型技术发展的障碍因素和技术难题，集中资金，强化各级研究部门和生产企业间的协作和配合，加强对生物质固化成型技术的科研投入和科技攻关力度。建立产、学、研一条龙开发模式，对高产率、规模化成套设备进行研究、示范、推广和商业化服务。要鼓励企业打破部门、地区界限，实行横向联合，对技术上基本成熟的定型产品组织专业化生产，促进生物质固化成型技术和成型燃料产业化的良性发展。
    生物质固化成型技术的推广使用，有赖于成型设备及专用炉具生产的规模化。要通过试点工程，逐步完善现有技术，实现设备生产规模化、产业化，形成完善的设备生产、原料收集、产品配送体系，在生产实践中提高并考验生物质能技术的可靠性和经济性，有效降低生物质固化产品的生产成本，为新型生物质固化燃料的广泛使用提供必要条件。
（四）积极开展国际交流与合作
生物质能开发利用是当今国际上的一大热点，要抓住这一大好时机，继续坚持自主开发与引进消化吸收相结合的技术路线，积极开展对外交流和合作。要有目的、有选择地引进诸如国外先进的生物质收获致密成型工艺技术和主要设备，在高起点上发展我国的生物质致密成型技术，进一步拓宽合作领域，加强与国际组织和机构的联系与合作，采取切实步骤，为吸收国际机构和社会团体、企业家和个人来华投资、独资或合资开办生物质能实体创造条件。
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