一、國內外秸稈成型燃料技術的研 究現狀
1、國外秸稈成型燃料技術的研究現狀 國際上以美國為代表，已將秸稈作為一種重要資源進行加工、出口。而且實現了全程機 械化加工，有的已實現了工廠化生產。但美國秸稈利用的方向不是燃料，而是飼料或其他工 業原料，其中收集的方式是從田間開始的，主 要是“秸稈打捆”技術。歐洲一些國家把秸稈加工技術用在燃料 和發電上，目標是油和煤的替代燃料，秸稈加工設備、生物質鍋爐、熱風爐、發電設備等都已產業化，秸稈顆粒機、秸稈壓塊機是客戶們壓制顆粒成型燃料不錯的選擇。但是，由于經濟條件、管理體制、技術水平、生活習慣的差異，我國不能照搬這些國家的做法，我們前幾年的一些教訓也說明中國必須走 符合中國實際的道路，使秸稈成型燃料成為我 國農村能源利用的首選技術。國外生物質成型的主要方式有 4 種，即顆粒成型機、螺旋連續擠壓成型機、機械驅動活 塞式成型機和液壓驅動活塞式成型機。螺旋擠 壓式成型機是最早研制生產的生物質熱壓成型機。這類成型機以其運行平穩、生產連續、所產成型棒易燃(由于其空心結構以及表面的炭化層) 等特性在成型機市場中尤其是在印度、泰國、馬來西亞等東南亞國家和我國一直占據 著主導地位。
日本從 20 世紀 30 年代就開始研究應用機械活塞式成型技術處理木材廢棄物，并于 1954 年研制出棒狀燃料成型機及相關的燃燒設備，1983 年又 從美國引進顆粒成型燃料生產技術。美國在 1976 年 開發了生物質顆粒及成型燃燒設備；亞洲一些國家(泰國、印度、韓國、菲律賓等)在 20 世紀 80 年代已建了不少生物質固化、碳化專業生產廠，并研制出相關的燃 燒設備。日本、美國及歐洲一些國家生物質成型燃料 燃燒設備已經定型，并且形成了產業化，在加熱、供 暖、干燥、發電等領域已得到普遍推廣應用；西歐一些國家(荷蘭、瑞典、比利時、芬蘭、丹麥等)在 20 世紀 70年代已有了活塞式成型機、顆粒機及配套的燃燒 設備。活塞擠壓式成型機改變了成型部件與原料的作 用方式，在大幅度提高成型部件使用壽命的同時，也 顯著降低了單位產品能耗。根據驅動力來源的不同， 該類成型機可分為機械活塞式和液壓活塞式 2 種。
2、國內秸稈成型燃料技術的研究現狀中國從 20 世紀 80 年代引進螺旋式生物質成型 機，生物質壓縮成型技術的研究開發已有 20 多年的歷史。南京林業化工研究所在“七五”期間設立了對生物質壓縮成型機及生物質成型理論研究課題。湖南省 衡陽市糧食機械廠為處理大量加工糧食剩余谷殼，于1985 年根據國外樣機試制了第 1 臺 ZT－63 型生物 質壓縮成型機。江蘇省連云港市東海糧食機械廠于1986 年引進了 1 臺 O BM －88 棒狀燃料成型機。1998 年初，東南大學、江蘇省科技情報所和國營 9305 廠研 制出了“M D －15”型固體燃料成型機。1990 年以后，陜西武功輕工機械廠、河南鞏義包裝設備廠、湖南農村能源辦公室以及河北正定縣常宏木炭公司等單位先 后研制和生產出幾種不同規格的生物質成型機和碳 化機組。20 世紀 90 年代期間河南農業大學、中國農機 能源動力研究所分別研究出 PB －I 型機械沖壓式、H PB 系列液壓驅動活塞式和 CY J－35 型機械沖壓式成型機。 經過多年的研究與試驗，國內部分成型設備及其配套產品已發展成熟。1998 年開始，河南農業大學針 對其他成型設備存在生產率低、工作部件易磨損等問 題，研制出了液壓驅動雙頭活塞式 H PB 系列秸稈成型機及生物質成型塊專用燃燒爐，對秸稈具有極好的消化能力，克服了其他成型設備難以處理秸稈的問 題。2000 年得到了國家科技部科技攻關和農業科技成 果轉化資金的支持，使課題組有條件進一步與企業和 農村實際結合，為把技術轉化成生產力開展深入研究，經鑒定后，2002 年向企業轉讓了技術，正式投入了產業化示范生產；2003 年課題又得到了河南省財政廳的支持，要求把技術推廣到資源最豐富的農村，在農 村的生活及生產領域搞替代煤的試點，提高農民文明 生活水平，增加農民收入，節約能源；2004 年在北京懷柔、新疆、吉林、遼寧、江蘇、河南和鄭州農業高技術園區等進行了試點運行，分別對秸稈成型燃料在小型鍋 爐、農用塑料大棚冬天供熱、農戶生活等方面的應用 進行了試驗研究，試驗結果證明，秸稈成型燃料是一 種燃料特性優于普通燃煤、價格低于煤、燃燒尾氣污染成分少于煤的可再生優質燃料，富通新能源銷售木屑顆粒機等生物質燃料成型機械設備。
二、不同類型成型機的性能比較
生物質的壓縮成型(也稱固化、致密成型)是指將 各類生物質廢棄物，如秸稈、稻殼、鋸末、木屑等，用機 械加壓(加熱或不加熱)的方法，使原沒有一定形狀的 原料壓縮成具有一定形狀的，密度較大的成型燃料。 生物質固化成型燃料技術能夠應運發展起來，是因為 一般農作物秸稈都具有疏松、密度小、單位體積的熱 值低等缺點，作為燃料使用很不方便。這是造成人們 不愿用秸稈作為燃料的主要原因之一。秸稈生物質成 型技術不僅能有效地解決這一問題，而且能有效地改 變秸稈的燃燒特性。原料擠壓成型后，密度可達 0.8～1.3 t/m 3，能量密度與中質煤相當，燃燒特性明顯改善， 火力持久、黑煙少、爐膛溫度高，且儲存、運輸、使用方 便，干凈衛生，可代替礦物能源用于生產和生活領域。 因此，作為生物質轉化的重要手段和方法，壓縮成型 技術越來越受到人們的重視。
不同類型成型機主要技術性能見表 1。螺旋擠壓 式成型機是最早研制開發的生物質熱壓成型機。這類 成型機以其運行平穩、生產連續、所產成型棒易燃(由 于其空心結構以及表面的炭化層) 等特性在我國成型 機市場上一直占據主導地位。但制約螺旋式成型機商 業化利用的主要技術問題，一是單位產品能耗高，目 前國內現有的螺旋式成型機主要是靠螺旋桿的轉動 推進生物質逐層成型的，螺旋桿的前段和頭部在整個 推擠過程中與生物質之間作高速相對運動，增加了單 位產品的能耗，一般為 100～125 kW ·h/t；二是成型機 部件壽命短，螺旋桿的端部摩擦使溫度升高，磨損速 度加快，其平均壽命僅有 60～80 h；三是原料含水率 難以控制，設備配套性能差，管理自動化程度較低等， 從而導致其難以形成規模效益, 不能滿足商業化利用 的需要。活塞擠壓式成型機改變了成型部件與原料的 作用方式，很好地解決了上述問題。在大幅度提高成型機部件使用壽命的同時，也顯著降低了單位產品能耗。根據驅動力來源的不同，該類成型機可分為機械 驅動活塞式和液壓驅動活塞式。液壓活塞式秸稈成型 設備，突出特點是增加了進料預壓，物料先經垂直和水平 2 次預壓，再擠進成型套筒擠壓成型。液壓泵站輸出壓力，由液壓閥控制，使雙出桿油缸帶動左右。
表 1  不同類型成型機主要技術性能

型 號	螺旋式		PB- Ⅰ 機械活塞式	HPB- Ⅰ 液壓活塞式	HPB- Ⅲ 液壓活塞式
	國外	國內
裝機功率/kW	15.5	12.1	7.5	18.5	18.5
生產率/kg/h	15.5	120	60～100	100～200	300～500
比裝機功率 /kWh/kg	0.103	0.101	0.125～0.075	0.185～0.0925	0.062～0.037
維修周期/h	60～80	50	>200	>500	>1500
能耗/kW·h/t	125	120	65～75	71	50
允許原料 含水率/%	<12	<12	<12	<17	<17
噪聲/dB	>90	>85	>110	<60	<80
綜合效益	差	較差	好	好	較好

    塞桿作往復運動。喂料斗中的生物質原料先進入沖桿 套筒中，在合適的成型溫度下，由雙出桿油缸兩端的 沖桿擠壓成型套筒中的生物質，外力的作用使生物質 顆粒重新排列位置關系，并發生機械變形和塑性變 形。在垂直于最大應力的方向上，粒子主要以相互靠 近結合的形式結合。隨外力的增大，生物質體積大幅 度減小，容積密度顯著增大，生物質內部膠化和外部 焦化，并具有一定的形狀和強度。沖桿不斷推擠，生物 質從兩端成型套筒中交替擠出，成為棒狀。河南農業 大學先后設計研制出 H PB-I、H PB-II、H PB-III 型液 壓活塞式秸稈成型機。尤其是第三代液壓式成型機效 率高，工作平穩，設計合理，結構新穎；可有效降低單 位產品能耗，延長易損件的使用壽命，與所需的配套 技術與設備組裝生產線運行情況良好,易于實施。
三、秸稈成型技術的推廣應用的前景分析
    秸稈從田間收集→粉碎→成型→燃燒所需設備 必須配套，才能在農村、城鎮推廣應用。
1、從秸稈資源產量分析廣大農村和鄉鎮的各種秸稈、農林廢棄物量大充足，覆蓋面積廣，資源價格低廉。我國每年生產的農作 物秸稈總量約占全世界總量的 20 % ～30 % 。其中可收集的作物秸稈近 6 億 t。秸稈壓縮后其密度約增加10倍，燃燒速度快，節省時間，燃燒后可提高燃燒溫度 和熱利用率，減少空氣污染，使秸稈成為高品位的能源產品加以利用。
2、從國家政策分析 該項技術符合我國能源、環保及建設節約型社會的要求，2006 年正式實施的《可再生能源法》為其發展 提供了強有力的政策保障。目前多數地區都采取了禁燒秸稈的措施，大中城市已基本取締了 2 t以下的燃 煤鍋爐，改燃清潔燃料（天然氣或電），而清潔燃料的 成本較高。當秸稈成型機的生產率達到 200 kg/h 時， 經過經濟效益計算，秸稈壓塊成型燃料棒（塊）的成本價在 200 元 /t左右；當秸稈壓塊成型機的生產率達到400 kg/h 以上時，秸稈壓塊成型燃料棒（塊）的成本價 降為 160～180 元 /t，售價在 260～280 元 /t，完全可以 替代煤作為城鎮中 2 t以下燃煤鍋爐的燃料，給秸稈 利用找到了一條出路。
3、從保護環境角度分析灰塵及其他指標的排放也比煤低，可實現 CO2、 SO2 降排，減少溫室效應，是保護生態環境的有效方 法，環保效益明顯。
4、從設備方面分析 該生產線機組設備操作簡單，適合農村使用，而且使用方便，經濟可靠。
5、從該生產線的社會效益分析 該生產線進入規模化生產后，不但有顯著的經濟和環保效益，而且還可以減輕農村就業壓力，增加農 民收入，社會效益顯著。
6、從加工工藝方面分析 秸稈粉碎機、成型機的加工工藝并不復雜，成本較低，成型機易損件的使用壽命在 1 000 h 以上，粉碎 與成型單位產品能耗可降至 60 kW ·h/t，將秸稈的粉碎和成型放在農區，可有效地解決了秸稈儲存的難 題，運輸也更為方便，貯運成本可降低 70 ％左右。農 民購置一套成型設備可在 2～3 年時間內收回成本， 完全可以在農村中推廣應用。燃爐的應用可設在中、小城鎮或農村，這樣秸稈從粉碎、成型到燃燒即可形成產業化。
7、據國際可再生能源組織的預測 地下石油、天然氣及煤的貯量，按目前的利用速率只夠用 60 年左右，因此，秸稈生物質可再生能源熱 壓成型后作燃料，使其得到高品位的利用，是未來可再生能源的一個發展方向。