李保謙，牛振華，張百良

（河南農業大學，河南鄭州，450002）

摘　要：隨著經濟的高速發展，能源的消耗也隨之增加，能源短缺已經嚴重影響了世界經濟乃至人類的發展，發展新能源已經迫在眉睫。生物質成型燃料作為生物質能源的一種，具有原料來源廣泛、可以再生、比煤炭清潔等優點。雖然國內目前的利用率較低，但是最近幾年成型燃料技術得到了快速發展，關鍵技術和配套設備已基本解決，國家政策對可再生能源的循環利用提供了良好的開發環境。在未來幾年里，生物質成型燃料的生產和利用將會在國內廣大農村和城鎮迅速展開，應用前景十分廣闊。

1生物質成型燃料技術的研究現狀

1.1能源短缺與過分依賴礦物燃料帶來了嚴重的環境污染

隨著經濟的快速發展，礦物能源的消耗量逐年增加，2001年我國CO2排放量達到30億t，占全球排放量的13%，居世界第二位。我國環境污染問題日趨嚴重。

1.2生物質資源豐富，目前利用率很低，浪費嚴重

我國生物質（秸稈、林木殘余物等）有機物資源總量達9億多噸[1]。生物質能源具有清潔、可以再生、含S很低、CO2零排放、分布廣的特點。由于生物質成型燃料設備的穩定性和可靠性較低、加工成本偏高。目前對生物質的利用率仍然很低，荒燒現象屢禁不止，浪費嚴重。

1.3國外生物質成型燃料技術的研究現狀

美國秸稈利用主要是打捆技術，用途不是作燃料，而是飼料或其他工業的原料。歐洲國家主要把生物質用作燃料和發電，替代油和煤，加工設備、鍋爐、熱風爐、發電設備等都已產業化、規?；?。日本、美國及歐洲一些國家生物質成型燃料的燃燒設備已經定型，且已產業化，在加熱、供暖、干燥、發電等領域已普遍推廣應用[2]。

目前國外生物質成型方式有4種，即環模和平模式、螺旋擠壓、機械活塞及液壓活塞式。螺旋擠壓成型研制最早，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。

1.4國內生物質成型燃料技術研究現狀

中國從20世紀80年代引進螺旋式生物質成型機。1990年以后，陜西武功、河南鞏義、湖南農村能源辦等單位先后研制和生產了幾種不同規格的生物質成型機和碳化機組。20世紀90年代，河南農業大學、中國農機能源動力所分別研究出PB－I型機械沖壓式、HPB系列液壓驅動式和CYJ機械沖壓式成型機。21世紀以來，生物質顆粒成型技術發展日趨成熟。江蘇正昌公司、吉林省華光所、河南省科學院能源所、河南德潤等國內幾十家企業在顆粒飼料機的基礎上先后研究出了多種類型的環模、平模顆粒成型機。同時開發了配套的生物質專用鍋爐和生活用爐。

2生物質成型燃料的關鍵技術

2.1原料收集是制約成型燃料技術發展的技術瓶頸（收、運、儲）

中國生物質原料在收集方面與國外不同。管理制度不同、地塊小而分散，收集機械化水平低，打捆和定向收集沒有提到日程，收集是難點。沒有充足的原料，生物質成型燃料技術就不可能迅速發展。原料的收集是制約成型燃料技術發展的技術瓶頸。

2.2生物質原料自身的多樣性及復雜性

生物質原料的種類繁多，其木質素、纖維素、果膠質等成分含量有較大差別。生物質原料的力傳導性很差，反彈性很強，被壓縮成型的條件也有很大差異。生物質原料由低密度壓縮成高密度的原料喂料問題，原料的含水量隨原料種類、地域、季節及氣候不同變化問題，所以原料水分問題成為制約熱壓成型的一大難題。

2.3成型燃料設備工作環境的惡劣性

生物質原料在收集過程中攜帶的許多粉塵、泥土砂粒，不僅會加劇成型部件的磨損，還會造成成型設備潤滑系統的污染，影響設備的使用壽命和穩定運行。所以提高成型部件的使用壽命是成型技術的又一難題。

2.4成型燃料燃燒過程中的結渣與玷污傾向

生物質原料中含有較多的鉀、鈣、鐵、硅、鋁等成分，在高溫下極易燃燒沉灰，易于在傳熱壁面形成結渣和沉積，直接影響熱量的傳導和爐具的熱利用率。

2.5成型燃料燃燒過程中低溫條件下的焦油析出問題

間斷燃燒是農村生活用能的主要特點，生物質爐具的封火性能要好，并且由于封火后爐內溫度降低，高揮發分含量的秸稈會有大量焦油析出，在短期內使煙囪、爐口等部位堵塞。

3生物質成型燃料成型工藝與設備

3.1生物質秸稈成型燃料循環利用技術

（1）工藝流程

生物質原料的收集→干燥→粉碎→成型→燃燒（如圖1所示）。

（2）流程設備

流程所用設備包括收集設備、烘干設備、粉碎設備、成型設備、生物質專用燃燒爐、各種生活用爐及燃燒器。其中成型機是關鍵設備，根據成型方式的不同，生物質成型機可分為螺旋擠壓成型、模壓（平模及環模）成型、活塞沖壓（機械及液壓）成型和壓塊成型等。

3.2HPB系列生物質秸稈液壓成型機

河南農業大學1998年開始研制液壓活塞式HPB系列成型機及專用燃燒爐；2000年得到國家科技部的資金轉化支持；2001年向企業轉讓了技術；2003年河南省財政廳進行了試點示范；2004年后在國內北京、新疆、吉林、遼寧、江蘇、山東、鄭州農業高技術園區等地進行了推廣應用，對成型燃料在小型鍋爐、溫室塑料大棚供熱、農戶生活用爐等方面進行了試驗研究[3-4]。試驗結果證明，秸稈成型燃料是一種燃燒特性優于普通燃煤、價格低于煤、燃燒尾氣污染成分少于煤的可再生優質燃料。中央7套科技苑和每日農經欄目及國內部分報刊先后進行了專題報導。目前技術已轉讓給4家企業，共開發了5代HPB系列生物質秸稈液壓成型機，第5代產品市場運行良好。

3.3生物質成型燃料特征及用途

原料豐富，農林廢棄物、各類作物秸稈等；纖維素含量高，70%左右；S含量大大低于煤；燃料密度大，0.8～1.3，便于貯存和運輸；產品形狀規格多，顆粒、棒、塊狀等，利用范圍廣；熱值與中質煤相當，燃燒速度比煤快11%以上，燃燒充分、黑煙少、灰分低、環保衛生，可高品位利用；可形成產業，經濟和社會環保效益明顯。

可取代煤作為生物質專用燃爐、鍋爐、壁爐、茶水爐、發電爐及農村生活用爐的燃料，能有效地解決農村荒燒秸稈、緩解部分地區能源短缺問題，保護大氣環境，具有良好的產業前景。

4生物質成型燃料技術的發展前景

（1）生物質秸稈從田間收集→干燥→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[5]。收集環節是瓶頸，必須配套發展生物質秸稈收集設備。

（2）生物質秸稈資源量大充足，覆蓋面廣，價格低，可以再生。農藝專家已提出秸稈應適量還田，不能連年全部還田，飼料化處理量有限，多數地區都采取了禁燒秸稈措施，為成型燃料技術的發展提供了原料保證。

（3）我國城市燃煤污染嚴重，大中城市已取締2t以下燃煤鍋爐，急于尋求清潔的替代能源，改燃天然氣或電，成本較高，而天然氣、石油短缺，大量依賴進口，已影響國家能源安全[6-7]。這給生物質成型燃料技術的發展帶來了機遇。

（4）據預測，地下石油、天然氣及煤的貯量，按目前的利用速度只夠用60年左右。按FAO2000年的最新報道，到2050年前后，生物質發電及高品位能源利用要占40%?？梢?，生物質成型后作燃料，是未來國際可再生能源的發展方向。

（5）國家已制定了生物質能源中長期發展目標：在生物質成型燃料的利用方面由目前的不足50萬噸/年，提高到2020年的2000萬噸/年。這給生物質成型燃料技術的應用找到了市場。

（6）國家先后出臺了很多生物質能源利用的相關法律法規，一些地區已把生物質成型燃料設備列入了農機補貼目錄。《可再生能源法》2006年1月1日已正式實施。2009年農業部將頒布實施生物質成型燃料與成型設備技術條件、試驗方法的標準。生物質成型設備和成型燃料的加工和生產將更加規范。

（7）生物質成型燃料燃燒后的灰塵及排放指標比煤低，可實現CO2、SO2降排，減少溫室效應，有效地保護生態環境。生物質成型燃料進入規?；a后，不僅環保效益明顯，而且還可安排農民就業，增加收入，經濟和社會效益顯著。

（8）從成型設備分析，成型燃料設備操作簡單，使用方便，適合農村使用。粉碎機、成型機的加工工藝并不復雜，液壓式成型機易損件的使用壽命已達1000h以上，粉碎與成型單位產品能耗可降至60kWh/t。生物質成型燃料的生產放在農村，成型燃料爐的使用可設在中、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。

（9）生物質專用燃燒爐及鍋爐已基本成熟。設計的小型生物質燃燒爐（生活和取暖）已在農村應用，燃燒效果好，封火時間達12～24h。

（10）通過前幾年的試點示范，已取得了生物質成型燃料規?；a的一些經驗，探索了多種規?；a示范模式和管理模式。生物質成型燃料設備的穩定性、可靠性及主要性能指標都有較大提高。

參考文獻：

[1]宋中界，牛振華，連萌等.液壓式生物質成型機的試驗研究[J].糧油加工，2008,10:133-135.

[2]李保謙.秸稈成型燃料技術的研究現狀與發展趨勢[J].農機推廣與安全，2006，9:10-12

[3]張百良，樊峰鳴，李保謙等.生物質成型燃料技術及產業化前景分析[J].河南農業大學學報，2005，39(1)：111-115.

[4]李保謙，張百良，夏祖璋.PB-Ⅰ型活塞式生物質成型機的研制[J].河南農業大學學報，1997，31(2):112-117.

[5]李保謙.秸稈致密化成型燃料設備產業化技術分析[J].中國科技成果，2006，21:21-23.

[6]吳岐山，趙一錦.技術經濟學[M].成都：四川大學出版社.1986.

[7]張百良.農村能源技術經濟與管理[M].北京：農業出版社.1995.

作者：李保謙教授，博士生導師，河南農業大學機電工程學院，鄭州市文化路95號，E-mail：nj280@163.com