關(guān)鍵詞：中國；生物質(zhì)固體成型燃料；產(chǎn)業(yè)；顆粒機(jī)
0、引言
在農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的剩余物。例如，殘留在農(nóng)田內(nèi)的農(nóng)作物秸稈，農(nóng)副產(chǎn)品加工后剩余的稻殼、玉米芯和花生殼等，林業(yè)生產(chǎn)過程中殘留的樹枝、樹葉，木屑和木材加工的邊角料等。上述農(nóng)林業(yè)生物質(zhì)資源通常松散地分布在大面積范圍內(nèi)，堆積密度比較低，給收集、運(yùn)輸、儲藏和應(yīng)用帶來了一定的困難。
由此，人們提出了生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)，即在秸稈顆粒機(jī)或者秸稈壓塊機(jī)一定溫度和壓力作用下，利用木質(zhì)素充當(dāng)粘合劑，將松散的秸稈、樹枝和木屑等農(nóng)林生物質(zhì)壓縮成棒狀、塊狀或顆粒狀的成型燃料。壓縮后的成型燃料體積縮小6～8倍，能源密度相當(dāng)于中質(zhì)煙煤，提高了運(yùn)輸和貯存能力，燃燒特性明顯得到改善，提高了利用效率，秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)壓制的生物質(zhì)成型顆粒燃料如下圖所示：
生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)是生物質(zhì)能開發(fā)利用技術(shù)的主要發(fā)展方向之一，不僅可以為家庭提供炊事。取暖用能，也可以作為工業(yè)鍋爐和電廠的燃料，替代煤、天然氣、燃料油等化石能源，近年來日益受到人們的廣泛關(guān)注。
2005年，世界生物質(zhì)固體成型燃料產(chǎn)量已經(jīng)超過了420萬t。其中，美洲地區(qū)110萬t：歐洲地區(qū)300萬t．現(xiàn)有大型生物質(zhì)固體燃料成型廠285個。瑞典生物質(zhì)顆粒燃料的產(chǎn)量約141.1萬t．消費(fèi)量約171.5萬t，位居世界首位，生產(chǎn)的固體顆粒燃料除通過專門運(yùn)輸工具定點(diǎn)供應(yīng)發(fā)電和供熱企業(yè)外，還以袋裝的方式在市場上銷售，已經(jīng)成為許多家庭首選生活用燃料。芬蘭的木質(zhì)生物質(zhì)顆粒燃料發(fā)展始于1998年，原料以木材剩余物（如樹皮、木屑、刨花和鋸末等）為主，主要來源于木材加工廠，年生產(chǎn)能力達(dá)20萬t。生物質(zhì)固體成型燃料也成為全球貿(mào)易對象，如加拿大等林業(yè)資源豐富的國家具有非常大的生產(chǎn)潛力，而丹麥則是重要的消費(fèi)國，國際貿(mào)易量逐步上升。目前，國外生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)及設(shè)備的研發(fā)已經(jīng)趨于成熟，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系也比較完善，主要以木質(zhì)生物質(zhì)為原料生產(chǎn)顆粒燃料，形成了從原料收集、儲藏、預(yù)處理到生物質(zhì)固體成型燃料生產(chǎn)、配送和應(yīng)用的整個產(chǎn)業(yè)鏈的成熟技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)模式。
針對生物質(zhì)固體成型燃料的種類、熱值、灰分含量。顆粒尺寸和加熱系統(tǒng)，各國也分別開發(fā)了不同的采暖爐和熱水鍋爐，而且可以應(yīng)用配套的自動上料系統(tǒng)。家庭用生物質(zhì)顆粒燃料爐灶的熱效率可達(dá)80%以上：為住宅小區(qū)、學(xué)校大面積供熱的生物質(zhì)鍋爐的燃燒效率高達(dá)90%以上。在標(biāo)準(zhǔn)方面，歐盟固體生物質(zhì)燃料標(biāo)準(zhǔn)化工作始于2000年。歐盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會(CEN)委托瑞典標(biāo)準(zhǔn)所（Swedish Standards Institute)組建歐盟固體生物質(zhì)燃料標(biāo)準(zhǔn)化委員會(CEN／TC 335)，開始?xì)W盟固體生物質(zhì)燃料標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。為了盡快服務(wù)于市場，CEN/TC 335決定首先制定技術(shù)規(guī)范ITS），此項(xiàng)工作的主要部分已于2006年完成，已發(fā)布了30個技術(shù)規(guī)范，分為術(shù)語、規(guī)格、分類和質(zhì)量保證：取樣和樣品準(zhǔn)備：物理{或機(jī)械）試驗(yàn)：化學(xué)試驗(yàn)等5個方面。目前，正在向歐盟標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化，并著手制定國際(ISO)標(biāo)準(zhǔn)。
2、我國生物質(zhì)固體成型燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的條件
我國生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)的研究開發(fā)始于20世紀(jì)80年代，已有二十多年的歷史，早期主要集中在螺旋擠壓成型機(jī)上，但存在著成型筒及螺旋軸磨損嚴(yán)重、壽命較短、電耗大等缺點(diǎn)，導(dǎo)致綜合成本較高，發(fā)展停滯不前。進(jìn)入2000年以來，生物質(zhì)固體成型技術(shù)得到明顯的進(jìn)展，成型設(shè)備的生產(chǎn)和應(yīng)用已初步形成了一定的規(guī)模。截至2007年底，國內(nèi)有生物質(zhì)固體成型燃料生產(chǎn)廠50余處，固體成型燃料生產(chǎn)能力約20萬t/a．主要用于農(nóng)村居民炊事取暖用能．工業(yè)鍋爐和發(fā)電廠的燃料等。
下面，本文將針對政策法規(guī)、資源、關(guān)鍵技術(shù)和需求等四個方面對我國生物質(zhì)固體成型燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展條件進(jìn)行分析。
2.1政策法規(guī)
長期以來，黨中央國務(wù)院高度重視秸稈能源化利用工作，相繼出臺了一系列政策法規(guī)，鼓勵和支持相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。《中華人民共和國可再生能源法》第十六條規(guī)定“國家鼓勵清潔、高效地開發(fā)利用生物質(zhì)燃料“。《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》提出，到2010年秸稈固體成型燃料年利用量達(dá)到100萬t以上：力爭到2020年秸稈固體成型燃料年利用量達(dá)到5000萬t。農(nóng)業(yè)部《c農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》也提出，到2010年，全國建成400個左右秸稈固化成型燃料應(yīng)用示范點(diǎn)，秸稈固化成型燃料年利用量達(dá)到100萬t左右：到2015年，秸稈固化成型燃料年利用量達(dá)到2000萬t左右。《可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄》認(rèn)為”生物質(zhì)固化成型燃料技術(shù)”符合可持續(xù)發(fā)展要求和能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，具有廣闊的發(fā)展前景，應(yīng)積極開展技術(shù)研發(fā)、項(xiàng)目示范和投資建設(shè)活動。2008年7月，國務(wù)院辦公廳發(fā)布了《關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用意見的通知》指出，”結(jié)合鄉(xiāng)村環(huán)境整治，積極利用秸稈生物氣化（沼氣）、熱解氣化，固化成型及炭化等發(fā)展生物質(zhì)能，逐步改善農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)“。財政部出臺了《秸稈能源化利用補(bǔ)助資金管理暫行辦法》，擬采取綜合性補(bǔ)助方式，支持從事秸稈成型燃料、秸稈氣化、秸稈干餾等秸稈能源化生產(chǎn)的企業(yè)收集秸稈、生產(chǎn)秸稈能源產(chǎn)品并向市場推廣。
2.2農(nóng)林生物質(zhì)資源分析
我國具有豐富的生物質(zhì)資源。其中，可用于生物質(zhì)固體成型燃料的資源主要分為農(nóng)作物秸稈、農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物、林業(yè)生物質(zhì)資源等。
2.2.1農(nóng)作物秸稈資源
農(nóng)作物秸稈是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，收獲了稻谷、小麥、玉米等農(nóng)作物以后，殘留的不能食用的莖．葉等副產(chǎn)品。秸稈資源量與農(nóng)作物產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和自然條件等因素有著密切關(guān)系。通常根據(jù)農(nóng)作物產(chǎn)量和各種農(nóng)作物的草谷比，大致估算出各種農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，具有豐富的秸稈資源。初步估算．2006年全國稻谷、小麥、玉米、豆類，薯類、棉花和油菜等七類主要農(nóng)作物秸稈理論資源量為5.43億t，按風(fēng)干計，含水量約15%），在扣除用作肥料、飼料、以及造紙、建材、編織和養(yǎng)殖食用菌等工副業(yè)的生產(chǎn)原料外，可能源化利用資源量約為2.21億t，折合1 .11億tce。
秸稈作為農(nóng)作物的副產(chǎn)品，受農(nóng)作物產(chǎn)量、種植結(jié)構(gòu)、收獲方式等因素的影響。根據(jù)《全國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)十一五規(guī)劃）），預(yù)計到2010年，我國七種主要農(nóng)作物秸稈理論資源量約6.0億t，2020年約6.5億t。在扣除各種用途，并在保障土壤肥力的前提下．預(yù)計到201 0年我國七種主要農(nóng)作物秸稈可能源化利用的資源量為1.65億t，2020年為1.65億t。可以看出，雖然未來我國秸稈理論資源量將有所上升，但隨著畜牧業(yè)等競爭性行業(yè)的發(fā)展，可用干能源化利用的七種主要農(nóng)作物秸稈資源將長期保持在1.6億t左右。
2.2.2農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物
農(nóng)產(chǎn)品在初加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品主要包括稻殼、玉米芯。花生殼、甘蔗渣等。稻殼占稻谷重量的20%,玉米芯約占穗重的20%,花生殼約占花生重量的35%．甘蔗渣是蔗糖加工業(yè)的主要廢棄物，蔗糖與蔗渣各占50%。目前，上述副產(chǎn)品的年產(chǎn)量約1.3億t．折合0.65億tce。
2.2.3林業(yè)”三剩物”
林業(yè)”三剩物”主要包括采伐剩余物、造材剩余物、木材加工剩余物。根據(jù)對各大林區(qū)采伐地的抽樣調(diào)查，采伐、造材剩余物{包括樹干梢頭、枝椏和樹葉）約占林木生物量的40%。根據(jù)國務(wù)院批準(zhǔn)的”十一五”期間森林采伐限額，全國每年限額采伐指標(biāo)為2.5億m3，可產(chǎn)生采伐、造材剩余物約1.1億t（含水量約50%}，折合干重約5500萬t。根據(jù)對木材加工廠的抽樣調(diào)查，綜合考慮各地的實(shí)際情況，估計木材加工剩余物數(shù)量約占原木的34.4%，因此可推算出全國木材加工剩余物約為3207.9萬m3．換算重量為2887.1萬t（含水量約400），折合干重約1700萬t。
2.3產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)評價
2.3.1固體成型技術(shù)
生物質(zhì)固體成型技術(shù)主要分為壓模輥匠式成型機(jī)、活塞式成型機(jī)和螺旋擠壓式成型機(jī)等幾種形式。其中，壓模輥壓式成型機(jī)分為環(huán)模壓輥成型機(jī)和平模顆粒成型機(jī)等。活塞沖壓式成型機(jī)按驅(qū)動動力不同可分為機(jī)械活塞式成型機(jī)和液壓驅(qū)動活塞式成型機(jī)兩種類型。各類固體成型技術(shù)綜合比較見表1。
表1 各類固體成型技術(shù)綜合比較一覽表
| 技術(shù)類型 | 成型原理 | 適用原料 | 燃料形狀 | 主要技術(shù)特點(diǎn) | 適于場合 |
| 環(huán)模壓輥 | 采用環(huán)形壓模和圓柱形壓輥壓縮成型，一般不需要外部加熱。 | 農(nóng)林生物質(zhì) | 顆粒、塊狀 | 生產(chǎn)能力較高，產(chǎn)品質(zhì)量好；模具易磨損，維修成本較高。 | 適合大規(guī)模生產(chǎn) |
| 平模壓輥 | 采用水平圓盤壓模與壓輥壓縮成型，一般不需要外部加熱。 | 農(nóng)林生物質(zhì) | 顆粒、塊狀 | 設(shè)備簡單，制造成本較低；生產(chǎn)能力較低。 | 適宜小規(guī)模生產(chǎn) |
| 機(jī)械活塞 | 沖壓成型。 | 農(nóng)林生物質(zhì) | 棒狀 | 密度高；設(shè)備穩(wěn)定性差、振動噪音大，有潤滑污染問題。 | 適宜工業(yè)鍋爐用戶 |
| 液壓活塞 | 沖壓加熱成型。 | 農(nóng)林生物質(zhì) | 棒狀 | 運(yùn)行平穩(wěn)，密度高；生產(chǎn)能力低，易發(fā)生“放炮”現(xiàn)象。 | 適宜工業(yè)鍋爐用戶 |
| 螺旋擠壓 | 連續(xù)擠壓，加熱成型。 | 木質(zhì)生物質(zhì) | 空心棒狀 | 產(chǎn)品密度高；套筒磨損嚴(yán)重，維修成本高。 | 適宜中小規(guī)模生產(chǎn)，加工成機(jī)制碳。 |
2.3.2原料“收、儲、運(yùn)”模式
農(nóng)作物秸稈通常松散地分散在大面積范圍內(nèi)，面廣量大，涉及到千家萬戶，這給秸稈收購和能源化利用帶來了困難。經(jīng)過探索和嘗試，各地因地制宜．形成了”農(nóng)戶+秸稈經(jīng)紀(jì)人+企業(yè)”、“農(nóng)戶+企業(yè)+政府”等各具特色的秸稈收、儲、運(yùn)模式。
2.3.3生物質(zhì)固體成型燃料熱利用設(shè)備
生物質(zhì)固體成型燃料密度為0.8～1.2t/m3．能源密度相當(dāng)于中質(zhì)煙煤，使用時火力持久，爐膛溫度高，燃燒特性明顯得到了改善，可為農(nóng)村居民．工業(yè)鍋爐及發(fā)電廠提供優(yōu)質(zhì)能源。固體成型燃料主要利用設(shè)備為生物質(zhì)固體成型燃料炊事爐、采暖爐、炊事取暖兩用爐、工業(yè)鍋爐等專用燃燒設(shè)備，多采用反燒、雙層爐排以及半氣化燃燒等方式，也取得了一定進(jìn)展，開發(fā)了各具特色的燃燒設(shè)備，并在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了推廣。也可以通過簡單改造，將現(xiàn)有的燃煤工業(yè)鍋爐改為燃生物質(zhì)固體成型燃料。
2.4需求分析
生物質(zhì)固體成型燃料適用于農(nóng)村居民炊事和采暖用能，大中城市工業(yè)鍋爐、發(fā)電和熱電聯(lián)產(chǎn)等。
我國地域廣闊，各地氣候條件差別非常之大，主要采暖區(qū)域?yàn)閲?yán)寒和寒冷地區(qū)，包括黑龍江、吉林、遼寧、北京，天津、河北、山東，山西，河南、內(nèi)蒙古，陜西，寧夏，甘肅，青海，新疆，西藏等省區(qū)，人口約占全國總?cè)丝诘娜种弧２膳剂现饕獮榻斩挕⑿讲窈兔海膳O(shè)備主要為炕連灶和煤爐等，存在著浪費(fèi)燃料和嚴(yán)重污染環(huán)境等問題。生物質(zhì)固體成型燃料可為農(nóng)村家庭提供室內(nèi)取暖燃料，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆？紤]資源的可獲得性，應(yīng)重點(diǎn)在糧食主產(chǎn)區(qū)發(fā)展生物質(zhì)固體成型燃料產(chǎn)業(yè)。
隨著國家節(jié)能減排政策的實(shí)施，大中城市取締燃煤的工業(yè)鍋爐將成為必然。但如果改用燃油或天然氣，則運(yùn)行成本較高，長期使用難以為繼。因此，將燃煤鍋爐改造為燃生物質(zhì)固體成型燃料鍋爐則是一個可行的選擇。例如，2007年6月沈陽市環(huán)保局出臺了《關(guān)于推廣生物質(zhì)燃料及配套爐具的通知》，支持將原有的燃煤鍋爐改造為生物質(zhì)固體成型燃料鍋爐。據(jù)悉，哈爾濱市和保定市也分別發(fā)布了類似的文件。另外，生物質(zhì)固體成型燃料也可以用于發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)。
木質(zhì)顆粒燃料具有燃燒效率高、自動化程度高、清潔衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)，適合于別墅壁爐等高端人群的冬季采暖，也是未來一個應(yīng)用方向。
3、存在的主要問題和建議
3.1完善財政補(bǔ)貼政策
如前所述，財政部已經(jīng)出臺了《秸稈能源化利用補(bǔ)助資金管理暫行辦法》，支持秸稈能源化利用的企業(yè)。但是，該辦法要求申請補(bǔ)助資金的企業(yè)必須滿足注冊資本在1000萬元以上、年消耗秸稈量在1萬噸以上等兩項(xiàng)條件。這無疑提高了申請補(bǔ)貼的門檻，使大多數(shù)秸稈固體成型燃料生產(chǎn)企業(yè)無法享受到國家的補(bǔ)貼政策。建議在試點(diǎn)示范的基礎(chǔ)上，修改補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)和辦法，爭取將大多數(shù)項(xiàng)目納入補(bǔ)貼范圍。
3.2加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)
目前，我國生物質(zhì)固體成型燃料利用過程中仍然存在諸多問題，包括農(nóng)作物秸稈的收集、儲運(yùn)技術(shù)體系不完善，機(jī)械化水平低：成型設(shè)備機(jī)組可靠性能較差，模具磨損嚴(yán)重、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)，故障率較高，維修頻繁，只能斷續(xù)小量生產(chǎn)：設(shè)備能耗過高：設(shè)備系統(tǒng)配合協(xié)調(diào)能力差，運(yùn)行不穩(wěn)定，目前的國內(nèi)生物質(zhì)成型機(jī)多為低產(chǎn)率的單機(jī)生產(chǎn)，沒有形成配套的生產(chǎn)線：成型設(shè)備的原料適應(yīng)能力差，不同的成型設(shè)備對適用原料類型、粒度和含水率要求各不相同：對秸稈燃燒過程中結(jié)渣、腐蝕等問題缺乏足夠的重視，配套燃燒設(shè)備亟待完善：相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺乏：缺乏成熟的運(yùn)行模式可供借鑒：沒有建立科學(xué)完善的服務(wù)管理體系等，如圖1所示。
生物質(zhì)固體成型技術(shù)的推廣使用，有賴于成型設(shè)備及專用爐具生產(chǎn)的規(guī)模化。要通過試點(diǎn)工程．逐步完善現(xiàn)有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化．形成完善的設(shè)備生產(chǎn)、產(chǎn)品配送體系，在生產(chǎn)實(shí)踐中提高并考驗(yàn)生物質(zhì)固體成型技術(shù)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，有效降低生物質(zhì)固體成型燃料的生產(chǎn)成本：著重從機(jī)組運(yùn)行可靠性、易損件使用壽命、維修方便性、降低能耗等方面進(jìn)行研發(fā)，努力降低造價，使成型機(jī)和爐具以及成型燃料盡快進(jìn)入商業(yè)化階段。
3.3示范先行，多種模式探索
我國幅員遼闊，各地區(qū)的氣候特點(diǎn)、資源稟賦和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異很大。生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)及運(yùn)行模式需要在不同地區(qū)進(jìn)行技術(shù)適用性、工程應(yīng)用模式以及綜合配套技術(shù)的完善。建議在全國的典型地區(qū)對不同原料、不同用途、不同運(yùn)行模式的秸稈固體成型燃料技術(shù)進(jìn)行試點(diǎn)，驗(yàn)證工藝和設(shè)備的可靠性、可行性及適用性，為下一步大面積推廣提供技術(shù)支持和管理經(jīng)驗(yàn)。
3.4盡快出臺國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
我國已制訂了GB／T17664 - 1999木炭和木炭試驗(yàn)方法、NY/T12 -1985生物質(zhì)燃料發(fā)熱量測試方法，NY／T8 -2006民用柴爐、柴灶熱性能試驗(yàn)方法、NY/T1001-2006民用省柴節(jié)煤灶、爐、炕技術(shù)條件、GB/T 21923-2008固體生物質(zhì)燃料檢測通則等國家或農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其中，《固體生物質(zhì)燃料檢測通則》在術(shù)語。定義、分類和特性信息上完全參考了歐盟標(biāo)準(zhǔn)，并不符合我國國情。我國對生物質(zhì)固體成型燃料的試驗(yàn)基本上是參照煤炭測試方法。雖然屬于固體燃料，存在著許多共同之處，但由于組成及結(jié)構(gòu)上的差異、燃料的物理和化學(xué)特性的不同，煤炭的測試標(biāo)準(zhǔn)不完全適用于生物質(zhì)固體成型燃料。隨著生物質(zhì)固體成型燃料市場的逐漸成熟，標(biāo)準(zhǔn)化工作已明顯滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度，影響了該產(chǎn)業(yè)的市場化，規(guī)模化和專業(yè)化發(fā)展。建議借鑒歐美國家先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國秸稈固體成型燃料發(fā)展的實(shí)際．盡快制定我國生物質(zhì)固體成型燃料標(biāo)準(zhǔn)。
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