生物質(zhì)致密成型是將秸稈、稻殼、鋸末、木屑等生物質(zhì)廢棄物，用機(jī)械加壓的方法，使原來(lái)松散、無(wú)定形的原料壓縮成具有一定形狀、密度較大的固體成型燃料。
三門(mén)峽富通新能源新生產(chǎn)銷(xiāo)售的顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)專(zhuān)業(yè)壓制生物質(zhì)固體顆粒燃料等。
1、生物質(zhì)致密成型工藝與設(shè)備
生物質(zhì)致密成型工藝從廣義上，可劃分為常溫壓縮成型、熱壓成型和碳化成型三種主要形式。
1.1常溫壓縮成型
纖維類(lèi)原料在常溫下，浸泡數(shù)日水解處理后，其壓縮成型特性明顯改善，纖維變得柔軟、濕潤(rùn)皺裂并部分降解，易于壓縮成型。因此該成型技術(shù)被廣泛用于纖維板的生產(chǎn)，同樣，利用簡(jiǎn)單的杠桿和木模，將部分降解后的農(nóng)林廢棄物中的水分?jǐn)D出，即可形成低密度的壓縮成型燃料塊。這一技術(shù)在泰國(guó)、菲律賓等國(guó)得到一定程度的發(fā)展，所生產(chǎn)的成型燃料塊平均熱值約23 kl/kg，被當(dāng)?shù)胤Q(chēng)為“綠色炭”，在燃料市場(chǎng)上具有一定的競(jìng)爭(zhēng)能力。
1.2熱壓成型
熱壓成型是目前普遍采用的致密成型工藝。其工藝流程為：
原料粉碎一干燥一混合一擠壓成型一冷卻包裝。
熱壓成型工藝中采用的致密成型設(shè)備主要有螺桿擠壓式成型機(jī)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)活塞沖壓式成型機(jī)、液壓驅(qū)動(dòng)活塞沖壓式成型機(jī)和壓輥式顆粒成型機(jī)等幾種形式。
1. 2.1螺桿擠壓成型機(jī)利用螺桿擠壓生物質(zhì)，靠外部加熱，維持成型溫度為150℃～300℃，使木質(zhì)素、纖維素等軟化，擠壓成生物質(zhì)壓塊，啟動(dòng)時(shí)成型部件和物料溫度低于成型溫度，因此需要用電熱元件加熱成型部件。運(yùn)行中，根據(jù)成型部件溫度變化，由溫控器自動(dòng)控制溫度于設(shè)定溫度。為避免成型過(guò)程中原料水分的快速汽化造成成型塊的開(kāi)裂和“放炮”現(xiàn)象發(fā)生，一般將原料的含水率控制在8%～12%之間。成型壓力的大小隨原料和所要求成型塊密度的不同而異，一般在500—1 300cm2之間，成型燃料型狀通常為直徑50～60的空心燃料棒。
1.2.2活塞沖壓式成型機(jī) 沖壓式成型機(jī)分為機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式?jīng)_壓成型機(jī)是利用飛輪儲(chǔ)存的能量通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)沖壓活塞，將松散的生物質(zhì)沖壓成生物質(zhì)壓塊。液壓式?jīng)_壓成型機(jī)是利用液壓油缸所提供的壓力，帶動(dòng)沖壓活塞使生物質(zhì)沖壓成型。沖壓式成型機(jī)通常用于生產(chǎn)實(shí)心燃料棒或燃料塊，其密度介于0.8—1.1之間。其中液壓式?jīng)_壓成型機(jī)對(duì)原料的含水率要求不高，允許原料含水率高達(dá)20%左右。
1.2.3壓輥式成型機(jī)壓輥式成型機(jī)的基本工作部件由壓輥和壓模組成。其中壓輥可以繞自已的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。壓輥的外周加工有齒或槽，用于壓緊原料而不致打滑。壓模有圓盤(pán)或圓環(huán)形兩種，壓模上加工有成型孔，原料進(jìn)入壓輥和壓模之間，在壓輥的作用下被壓入成型孔內(nèi)。從成型孔內(nèi)壓出的原料就變成圓柱形或棱柱形，最后用切斷刀切成顆粒狀成型燃料。用壓輥式成型機(jī)生產(chǎn)顆粒成型燃料一般不需要外部加熱，可根據(jù)原料狀況添加少量粘結(jié)劑。對(duì)原料的含水率要求較寬，一般在10%—40%下均能很好成型。顆粒成型燃料的密度為1.0—1.4，隨著原料含水率的增加，其密度有減少的趨勢(shì)。
1.3炭化成型
1. 3.1先炭化后成型工藝 先將生物質(zhì)原料炭化成粉粒狀木炭，然后再添加一定量的粘結(jié)劑，用壓縮成型機(jī)擠壓成一定規(guī)格和形狀的成品木炭。其工藝流程如下：
原料一粉碎除雜-炭化-混合粘結(jié)劑一擠壓成型一成品干燥一包裝。
由于原料纖維結(jié)構(gòu)在碳化過(guò)程中受到破壞，高分子組份受熱裂解轉(zhuǎn)換成炭并釋放出揮發(fā)份（包括可燃?xì)怏w、木醋液和焦油等），使其擠壓成型特性得到改善，成型部件的機(jī)械磨損和擠壓過(guò)程中的能量消耗降低2/3左右（與熱壓成型工藝比）。但是，碳化后的原料在擠壓成型后維持既定形狀的能力較差，貯運(yùn)和使用時(shí)容易開(kāi)裂和破碎，所以壓縮成型時(shí)一般要加入一定量的粘結(jié)劑。
1.3.2先成型后炭化工藝 先用壓縮成型機(jī)將松散粹細(xì)的植物廢料壓縮成具有一定密度和形狀的燃料棒，然后，用炭化爐將燃料棒炭化成機(jī)制木炭。其工藝流程為：
原料一粉碎一干燥一成型一炭化一冷卻一包裝
2、國(guó)外研究與發(fā)展?fàn)顩r
在1990年全世界一次能源消費(fèi)中，生物質(zhì)能占13%（一年55×1018 J），處于第4位。目前，發(fā)展中國(guó)家有38%的能源來(lái)自生物質(zhì)能，不少發(fā)達(dá)國(guó)家也大量使用生物質(zhì)能。如美國(guó)全部能源的4%來(lái)自生物質(zhì)能（差不多與核能相當(dāng)），歐洲能源結(jié)構(gòu)中生物質(zhì)能占20%左右。據(jù)預(yù)測(cè)到2050年，生物質(zhì)能將占全球燃料直接用量的38%，全球電力的17 %。因此，生物質(zhì)致密成型技術(shù)早在20世紀(jì)50年代，就曾一度引起人們極大的興趣。當(dāng)時(shí)美國(guó)、德國(guó)等都曾以松散的生物質(zhì)物料壓制成高密度的燃料棒供炊事和取暖用能。
20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著全球性石油危機(jī)的沖擊和環(huán)保意識(shí)的提高，世界各國(guó)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到開(kāi)發(fā)和高效轉(zhuǎn)換生物質(zhì)能的重要性，相應(yīng)地投入一定的資金和技術(shù)力量研究開(kāi)發(fā)生物質(zhì)致密成型和炭化技術(shù)及設(shè)備。目前，美國(guó)、瑞典、芬蘭、日本等國(guó)在該領(lǐng)域的科研與技術(shù)的發(fā)展己達(dá)到世界領(lǐng)先水平。美國(guó)在25個(gè)州興建了日產(chǎn)量為250～300 t的樹(shù)皮成型燃料加工廠。意大利、丹麥、法國(guó)、德國(guó)、瑞典、瑞士等國(guó)相繼建成生物質(zhì)顆粒燃料成型生產(chǎn)廠家30個(gè)，機(jī)械驅(qū)動(dòng)活塞式成型燃料生產(chǎn)廠家40多個(gè)。日本從20世紀(jì)30年代開(kāi)始，研究應(yīng)用機(jī)械驅(qū)動(dòng)活塞式致密成型技術(shù)處理木材廢棄物，1954年前后研制成功棒狀燃料成型機(jī)，1983年前后又從美國(guó)引進(jìn)顆粒成型燃料生產(chǎn)技術(shù)，到1987年，有十幾個(gè)顆粒成型燃料工廠投入運(yùn)行，年產(chǎn)生物質(zhì)顆粒成型燃料十幾萬(wàn)t。
3、國(guó)內(nèi)研究與發(fā)展概況
我國(guó)有10億農(nóng)村人口，2.2億農(nóng)戶。農(nóng)村能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，商品能源占22%，生物質(zhì)能占68.7%，其中，秸稈、薪炭約占生物質(zhì)能的70%。
我國(guó)生物質(zhì)能的傳統(tǒng)利用方式是不加轉(zhuǎn)化而直接燃燒，因此，生物質(zhì)致密成型技術(shù)和炭化技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)起步較晚，與國(guó)外相比有一定的差距。20世紀(jì)60年代雖然開(kāi)展了一定的工作，但未引起各方面的重視，一直到20世紀(jì)70年代末，我國(guó)生物質(zhì)能仍為原始的直接燃燒方式。80年代初引起各級(jí)政府和有關(guān)部門(mén)的重視，尤其在“七五”和“八五”期間有了較大發(fā)展。“七五”末、“八五”初，林業(yè)部林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所、西北農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇省連云港市東海糧食機(jī)械廠等高等院校、科研院所和生產(chǎn)部門(mén)對(duì)螺桿擠壓成型技術(shù)進(jìn)行了較深入的研究，并取得了可喜的成果。“八五”期間，作為國(guó)家重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目，中國(guó)農(nóng)機(jī)院能源動(dòng)力所、遼寧省能源研究所、中國(guó)林科院林產(chǎn)化工研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院等單位，對(duì)生物質(zhì)沖壓式壓塊技術(shù)及裝置、擠壓式壓塊技術(shù)及裝置、烘烤炭技術(shù)及裝置、多功能燃料爐技術(shù)進(jìn)行了聯(lián)合攻關(guān)，解決了生物質(zhì)致密成型和炭化工藝及設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，使研究和開(kāi)發(fā)水平上了一個(gè)臺(tái)階，推動(dòng)了我國(guó)生物質(zhì)轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展。
“七五”到“十五”期間，伴隨著生物質(zhì)致密成型技術(shù)和炭化技術(shù)研究成果的出現(xiàn)和不斷完善，我國(guó)生物質(zhì)致密成型產(chǎn)業(yè)有了一定的發(fā)展。作為一種新型產(chǎn)業(yè)，21世紀(jì)以來(lái)，各省市縣能源部門(mén)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)及個(gè)體生產(chǎn)者，積極引進(jìn)技術(shù)，創(chuàng)辦生產(chǎn)企業(yè)，全國(guó)先后有40多家小型企業(yè)開(kāi)展了這方面的工作。
然而，由于技術(shù)不配套，設(shè)備不能連續(xù)生產(chǎn)，大部分企業(yè)只能斷斷續(xù)續(xù)小批量加工生產(chǎn)，形成不了規(guī)模，因而無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)機(jī)制木炭的需求。
4、生物質(zhì)致密成型技術(shù)發(fā)展展望
4.1發(fā)展?jié)摿?br /> 生物質(zhì)致密固化產(chǎn)品作為燃料，可廣泛用于人民生活飲食服務(wù)業(yè)，如取暖、燒飯、烘烤食品。在農(nóng)村任何柴灶都可燃燒，四口之家一餐飯需3～4 kg，添加3～4次即可做成，而且黑煙少，火力旺，燃燒充分，不飛灰，干凈衛(wèi)生。
由于炭化產(chǎn)品的用途廣泛，產(chǎn)品適用性強(qiáng)，在冶金、化工、環(huán)保、建筑等方面需求量相當(dāng)大，據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究所調(diào)查研究，日本每年需要機(jī)制木炭及其產(chǎn)品250萬(wàn)t左右，南朝鮮、新加坡等國(guó)需要量在1 200萬(wàn)t以上，東歐、西歐地區(qū)以及東南亞地區(qū)需求量也很大。加之機(jī)制木炭產(chǎn)品還具有處理海面原油污染和海洋凈化方面的新用途，所以它的國(guó)際市場(chǎng)非常廣闊，加快生物質(zhì)致密成型技術(shù)和炭化技術(shù)在我國(guó)的研究與開(kāi)發(fā)，利用農(nóng)村豐富的生物質(zhì)資源和廉價(jià)的勞動(dòng)力，開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)，積極參與機(jī)制木炭產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，必然取得可觀的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)保和社會(huì)效益。
我國(guó)每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量達(dá)6多億t，稻殼5 000萬(wàn)t，玉米芯2 000萬(wàn)t，樹(shù)皮、木屑2 500 1113，輕工、化工等行業(yè)的植物性廢渣約1 000萬(wàn)t。這些都是丞待開(kāi)發(fā)利用的寶貴的生物質(zhì)資源，蘊(yùn)藏著極大的市場(chǎng)潛力，可培育和發(fā)展具有新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)的新型行業(yè)。
據(jù)英國(guó)SHELL(殼牌)石油公司能源研究所預(yù)測(cè)，利用現(xiàn)代轉(zhuǎn)換技術(shù)，21世紀(jì)生物質(zhì)能與常規(guī)能源將處于等同地位。而已有的研究和測(cè)試表明，利用生物質(zhì)致密成型技術(shù)將松散的農(nóng)林廢棄物轉(zhuǎn)換成高品位的固體成型燃料，其能量投入產(chǎn)出比為1:8—1:11. 64．所以只要通過(guò)加大研究力度，攻克技術(shù)難關(guān)，其市場(chǎng)前景將是十分廣闊的。
4.2發(fā)展障礙
生物質(zhì)致密成型燃料雖然將是未來(lái)化石燃料的替代品，然而，真正要達(dá)到商品化階段，尚需要克服和解決以下發(fā)展障礙和制約因素：
(1)機(jī)組可靠性較差，易損件使用壽命短，維修和更換不便，導(dǎo)致設(shè)備不能連續(xù)生產(chǎn)，只能斷續(xù)小量生產(chǎn)，影響了產(chǎn)量和效益。因此，應(yīng)從原理和機(jī)理上進(jìn)行突破，研制和開(kāi)發(fā)新構(gòu)思、新結(jié)構(gòu)的新一代生物質(zhì)致密成型機(jī)。
(2)生產(chǎn)能力偏低，單位產(chǎn)品能耗過(guò)大。從提高生產(chǎn)率和降低能耗來(lái)看，應(yīng)加強(qiáng)顆粒成型燃料的研究與開(kāi)發(fā)力度，使其盡快進(jìn)入市場(chǎng)。
(3)對(duì)原料的粒度和含水率要求較高，必須配套成具有粉碎、烘干、輸送等功能的生產(chǎn)線，才能較完善地解決這一問(wèn)題，由于生產(chǎn)線的投資費(fèi)用較大，一般企業(yè)和用戶難于承受，所以，目前我國(guó)大部分致密成型企業(yè)設(shè)備配套不理想，形成不了規(guī)模。
(4)成型燃料的包裝和燃燒設(shè)備不配套，制約了商品化生產(chǎn)和成型燃料的推廣應(yīng)用。尤其是適合農(nóng)戶使用的燃燒方式及其裝置急需解決。
4.3對(duì)策與建議
開(kāi)發(fā)利用可再生的生物質(zhì)能是一項(xiàng)遠(yuǎn)有前景、近有實(shí)效的事業(yè)。但由于我國(guó)尚處在發(fā)展初期，同其它能源建設(shè)相比，需要政府給予更多的支持和相應(yīng)的扶持政策。
4.3.1提高政府和全民對(duì)開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能的認(rèn)識(shí) 發(fā)展可再生生物質(zhì)能關(guān)系到我國(guó)生態(tài)環(huán)境的改善和全國(guó)能源的供需平衡，對(duì)解決我國(guó)城鄉(xiāng)，特別是廣大邊遠(yuǎn)地區(qū)的能源供應(yīng)問(wèn)題具有特殊重要的作用。各級(jí)政府和有關(guān)主管部門(mén)要提高對(duì)生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換重要戰(zhàn)略地位和作用的認(rèn)識(shí)，建立科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)化一條龍的開(kāi)發(fā)體制。把生物質(zhì)能建設(shè)納入到各級(jí)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)總體規(guī)劃之中，列入政府的財(cái)政預(yù)算。
4.3.2制定開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能的優(yōu)惠政策 我國(guó)生物質(zhì)致密成型技術(shù)目前還處于發(fā)展的初期，產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，獲益能力低，尚不具備參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力。因此，必須得到國(guó)家和各級(jí)政府宏觀調(diào)控政策的保護(hù)。要從全局的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益出發(fā)，增加對(duì)生物質(zhì)致密成型的科研、技術(shù)產(chǎn)品的研制和開(kāi)發(fā)的財(cái)政資助和投資力度，加速產(chǎn)品工藝技術(shù)的突破和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程。加大產(chǎn)業(yè)化建設(shè)和服務(wù)體系的信貸規(guī)模，提供長(zhǎng)期的低息貸款，提高資金使用效果。制訂減免稅收、價(jià)格補(bǔ)貼和獎(jiǎng)勵(lì)政策，加速生物質(zhì)致密成型和炭化產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，提高競(jìng)爭(zhēng)力，最終依靠自身的發(fā)展?jié)摿Γ_立并占有應(yīng)有的市場(chǎng)份額。
4.3.3加強(qiáng)生物質(zhì)能致密轉(zhuǎn)換的科研攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化建設(shè)針對(duì)制約生物質(zhì)致密成型技術(shù)發(fā)展的障礙因素和技術(shù)難題，集中資金，集中力量進(jìn)行科研攻關(guān)，加強(qiáng)科研示范和產(chǎn)業(yè)化的銜接，促進(jìn)科研成果迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。要鼓勵(lì)企業(yè)打破部門(mén)、地區(qū)界限，實(shí)行橫向聯(lián)合，對(duì)技術(shù)上基本成熟的定型產(chǎn)品組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)。各級(jí)政府在投資、價(jià)格和稅收等方面要有計(jì)劃、有步驟地支持一批生物質(zhì)能骨干企業(yè)的發(fā)展，建立有規(guī)模生產(chǎn)能力的產(chǎn)業(yè)體系，使其不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，擴(kuò)大銷(xiāo)路。
4.3.4加強(qiáng)國(guó)際合作，引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)技術(shù)和資金生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用是當(dāng)今國(guó)際上的一大熱點(diǎn)，要抓住這一大好時(shí)機(jī)，繼續(xù)堅(jiān)持自主開(kāi)發(fā)與引進(jìn)消化吸收相結(jié)合的技術(shù)路線，積極開(kāi)展對(duì)外交流和合作。要有目的、有選擇地引進(jìn)諸如意大利阿基普公司生產(chǎn)的生物質(zhì)收獲致密成型聯(lián)合收割機(jī)等國(guó)外先進(jìn)的工藝技術(shù)和主要設(shè)備，在高起點(diǎn)上發(fā)展我國(guó)的生物質(zhì)致密成型技術(shù)，進(jìn)一步拓寬合作領(lǐng)域，加強(qiáng)與國(guó)際組織和機(jī)構(gòu)的聯(lián)系與合作，采取切實(shí)步驟，為吸收國(guó)際機(jī)構(gòu)和社會(huì)團(tuán)體、企業(yè)家和個(gè)人來(lái)華投資、獨(dú)資或合資開(kāi)辦生物質(zhì)能實(shí)體創(chuàng)造條件。
三門(mén)峽富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)、飼料顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料飼料成型機(jī)械設(shè)備，同時(shí)我們還有大量的生物質(zhì)顆粒燃料出售。
