一、国内外秸秆成型燃料技术的研 究现状
1、国外秸秆成型燃料技术的研究现状 国际上以美国为代表，已将秸秆作为一种重要资源进行加工、出口。而且实现了全程机 械化加工，有的已实现了工厂化生产。但美国秸秆利用的方向不是燃料，而是饲料或其他工 业原料，其中收集的方式是从田间开始的，主 要是“秸秆打捆”技术。欧洲一些国家把秸秆加工技术用在燃料 和发电上，目标是油和煤的替代燃料，秸秆加工设备、生物质锅炉、热风炉、发电设备等都已产业化，
秸秆颗�；�、
秸秆压块机是客户们压制颗粒成型燃料不错的选择。但是，由于经济条件、管理体制、技术水平、生活习惯的差异，我国不能照搬这些国家的做法，我们前几年的一些教训也说明中国必须走 符合中国实际的道路，使秸秆成型燃料成为我 国农村能源利用的首选技术。国外生物质成型的主要方式有 4 种，即颗粒成型机、螺旋连续挤压成型机、机械驱动活 塞式成型机和液压驱动活塞式成型机。螺旋挤 压式成型机是最早研制生产的生物质热压成型机。这类成型机以其运行平稳、生产连续、所产成型棒易燃(由于其空心结构以及表面的炭化层) 等特性在成型机市场中尤其是在印度、泰国、马来西亚等东南亚国家和我国一直占据 着主导地位。
日本从 20 世纪 30 年代就开始研究应用机械活塞式成型技术处理木材废弃物，并于 1954 年研制出棒状燃料成型机及相关的燃烧设备，1983 年又 从美国引进颗粒成型燃料生产技术。美国在 1976 年 开发了生物质颗粒及成型燃烧设备；亚洲一些国家(泰国、印度、韩国、菲律宾等)在 20 世纪 80 年代已建了不少生物质固化、碳化专业生产厂，并研制出相关的燃 烧设备。日本、美国及欧洲一些国家生物质成型燃料 燃烧设备已经定型，并且形成了产业化，在加热、供 暖、干燥、发电等领域已得到普遍推广应用；西欧一些国家(荷兰、瑞典、比利时、芬兰、丹麦等)在 20 世纪 70年代已有了活塞式成型机、颗粒机及配套的燃烧 设备。活塞挤压式成型机改变了成型部件与原料的作 用方式，在大幅度提高成型部件使用寿命的同时，也 显著降低了单位产品能耗。根据驱动力来源的不同， 该类成型机可分为机械活塞式和液压活塞式 2 种。
2、国内秸秆成型燃料技术的研究现状中国从 20 世纪 80 年代引进螺旋式生物质成型 机，生物质压缩成型技术的研究开发已有 20 多年的历史。南京林业化工研究所在“七五”期间设立了对生物质压缩成型机及生物质成型理论研究课题。湖南省 衡阳市粮食机械厂为处理大量加工粮食剩余谷壳，于1985 年根据国外样机试制了第 1 台 ZT－63 型生物 质压缩成型机。江苏省连云港市东海粮食机械厂于1986 年引进了 1 台 O BM －88 棒状燃料成型机。1998 年初，东南大学、江苏省科技情报所和国营 9305 厂研 制出了“M D －15”型固体燃料成型机。1990 年以后，陕西武功轻工机械厂、河南巩义包装设备厂、湖南农村能源办公室以及河北正定县常宏木炭公司等单位先 后研制和生产出几种不同规格的生物质成型机和碳 化机组。20 世纪 90 年代期间河南农业大学、中国农机 能源动力研究所分别研究出 PB －I 型机械冲压式、H PB 系列液压驱动活塞式和 CY J－35 型机械冲压式成型机。 经过多年的研究与试验，国内部分成型设备及其配套产品已发展成熟。1998 年开始，河南农业大学针 对其他成型设备存在生产率低、工作部件易磨损等问 题，研制出了液压驱动双头活塞式 H PB 系列秸秆成型机及生物质成型块专用燃烧炉，对秸秆具有极好的消化能力，克服了其他成型设备难以处理秸秆的问 题。2000 年得到了国家科技部科技攻关和农业科技成 果转化资金的支持，使课题组有条件进一步与企业和 农村实际结合，为把技术转化成生产力开展深入研究，经鉴定后，2002 年向企业转让了技术，正式投入了产业化示范生产；2003 年课题又得到了河南省财政厅的支持，要求把技术推广到资源最丰富的农村，在农 村的生活及生产领域搞替代煤的试点，提高农民文明 生活水平，增加农民收入，节约能源；2004 年在北京怀柔、新疆、吉林、辽宁、江苏、河南和郑州农业高技术园区等进行了试点运行，分别对秸秆成型燃料在小型锅 炉、农用塑料大棚冬天供热、农户生活等方面的应用 进行了试验研究，试验结果证明，秸秆成型燃料是一 种燃料特性优于普通燃煤、价格低于煤、燃烧尾气污染成分少于煤的可再生优质燃料，富通新能源销售木屑颗�；壬镏嗜剂铣尚突瞪璞�。
二、不同类型成型机的性能比较
生物质的压缩成型(也称固化、致密成型)是指将 各类生物质废弃物，如秸秆、稻壳、锯末、木屑等，用机 械加压(加热或不加热)的方法，使原没有一定形状的 原料压缩成具有一定形状的，密度较大的成型燃料。 生物质固化成型燃料技术能够应运发展起来，是因为 一般农作物秸秆都具有疏松、密度小、单位体积的热 值低等缺点，作为燃料使用很不方便。这是造成人们 不愿用秸秆作为燃料的主要原因之一。秸秆生物质成 型技术不仅能有效地解决这一问题，而且能有效地改 变秸秆的燃烧特性。原料挤压成型后，密度可达 0.8～1.3 t/m 3，能量密度与中质煤相当，燃烧特性明显改善， 火力持久、黑烟少、炉膛温度高，且储存、运输、使用方 便，干净卫生，可代替矿物能源用于生产和生活领域。 因此，作为生物质转化的重要手段和方法，压缩成型 技术越来越受到人们的重视。
不同类型成型机主要技术性能见表 1。螺旋挤压 式成型机是最早研制开发的生物质热压成型机。这类 成型机以其运行平稳、生产连续、所产成型棒易燃(由 于其空心结构以及表面的炭化层) 等特性在我国成型 机市场上一直占据主导地位。但制约螺旋式成型机商 业化利用的主要技术问题，一是单位产品能耗高，目 前国内现有的螺旋式成型机主要是靠螺旋杆的转动 推进生物质逐层成型的，螺旋杆的前段和头部在整个 推挤过程中与生物质之间作高速相对运动，增加了单 位产品的能耗，一般为 100～125 kW ·h/t；二是成型机 部件寿命短，螺旋杆的端部摩擦使温度升高，磨损速 度加快，其平均寿命仅有 60～80 h；三是原料含水率 难以控制，设备配套性能差，管理自动化程度较低等， 从而导致其难以形成规模效益, 不能满足商业化利用 的需要�；钊费故匠尚突谋淞顺尚筒考朐系� 作用方式，很好地解决了上述问题。在大幅度提高成型机部件使用寿命的同时，也显著降低了单位产品能耗。根据驱动力来源的不同，该类成型机可分为机械 驱动活塞式和液压驱动活塞式。液压活塞式秸秆成型 设备，突出特点是增加了进料预压，物料先经垂直和水平 2 次预压，再挤进成型套筒挤压成型。液压泵站输出压力，由液压阀控制，使双出杆油缸带动左右。
表 1 不同类型成型机主要技术性能
型 号 |
螺旋式 |
PB- Ⅰ 机械活塞式 |
HPB- Ⅰ 液压活塞式 |
HPB- Ⅲ 液压活塞式 |
|
国外 |
国内 |
|
装机功率/kW |
15.5 |
12.1 |
7.5 |
18.5 |
18.5 |
|
生产率/kg/h |
15.5 |
120 |
60～100 |
100～200 |
300～500 |
比装机功率
/kWh/kg |
0.103 |
0.101 |
0.125～0.075 |
0.185～0.0925 |
0.062～0.037 |
|
维修周期/h |
60～80 |
50 |
>200 |
>500 |
>1500 |
|
能耗/kW·h/t |
125 |
120 |
65～75 |
71 |
50 |
允许原料
含水率/% |
<12 |
<12 |
<12 |
<17 |
<17 |
|
噪声/dB |
>90 |
>85 |
>110 |
<60 |
<80 |
|
综合效益 |
差 |
较差 |
好 |
好 |
较好 |
塞杆作往复运动。喂料斗中的生物质原料先进入冲杆 套筒中，在合适的成型温度下，由双出杆油缸两端的 冲杆挤压成型套筒中的生物质，外力的作用使生物质 颗粒重新排列位置关系，并发生机械变形和塑性变 形。在垂直于最大应力的方向上，粒子主要以相互靠 近结合的形式结合。随外力的增大，生物质体积大幅 度减小，容积密度显著增大，生物质内部胶化和外部 焦化，并具有一定的形状和强度。冲杆不断推挤，生物 质从两端成型套筒中交替挤出，成为棒状。河南农业 大学先后设计研制出 H PB-I、H PB-II、H PB-III 型液 压活塞式秸秆成型机。尤其是第三代液压式成型机效 率高，工作平稳，设计合理，结构新颖；可有效降低单 位产品能耗，延长易损件的使用寿命，与所需的配套 技术与设备组装生产线运行情况良好,易于实施。
三、秸秆成型技术的推广应用的前景分析
秸秆从田间收集→粉碎→成型→燃烧所需设备 必须配套，才能在农村、城镇推广应用。
1、从秸秆资源产量分析广大农村和乡镇的各种秸秆、农林废弃物量大充足，覆盖面积广，资源价格低廉。我国每年生产的农作 物秸秆总量约占全世界总量的 20 % ～30 % 。其中可收集的作物秸秆近 6 亿 t。秸秆压缩后其密度约增加10倍，燃烧速度快，节省时间，燃烧后可提高燃烧温度 和热利用率，减少空气污染，使秸秆成为高品位的能源产品加以利用。
2、从国家政策分析 该项技术符合我国能源、环保及建设节约型社会的要求，2006 年正式实施的《可再生能源法》为其发展 提供了强有力的政策保障。目前多数地区都采取了禁烧秸秆的措施，大中城市已基本取缔了 2 t以下的燃 煤锅炉，改燃清洁燃料（天然气或电），而清洁燃料的 成本较高。当秸秆成型机的生产率达到 200 kg/h 时， 经过经济效益计算，秸秆压块成型燃料棒（块）的成本价在 200 元 /t左右；当秸秆压块成型机的生产率达到400 kg/h 以上时，秸秆压块成型燃料棒（块）的成本价 降为 160～180 元 /t，售价在 260～280 元 /t，完全可以 替代煤作为城镇中 2 t以下燃煤锅炉的燃料，给秸秆 利用找到了一条出路。
3、从保护环境角度分析灰尘及其他指标的排放也比煤低，可实现 CO2、 SO2 降排，减少温室效应，是�；ど肪车挠行Х� 法，环保效益明显。
4、从设备方面分析 该生产线机组设备操作简单，适合农村使用，而且使用方便，经济可靠。
5、从该生产线的社会效益分析 该生产线进入规模化生产后，不但有显著的经济和环保效益，而且还可以减轻农村就业压力，增加农 民收入，社会效益显著。
6、从加工工艺方面分析 秸秆粉碎机、成型机的加工工艺并不复杂，成本较低，成型机易损件的使用寿命在 1 000 h 以上，粉碎 与成型单位产品能耗可降至 60 kW ·h/t，将秸秆的粉碎和成型放在农区，可有效地解决了秸秆储存的难 题，运输也更为方便，贮运成本可降低 70 ％左右。农 民购置一套成型设备可在 2～3 年时间内收回成本， 完全可以在农村中推广应用。燃炉的应用可设在中、小城镇或农村，这样秸秆从粉碎、成型到燃烧即可形成产业化。
7、据国际可再生能源组织的预测 地下石油、天然气及煤的贮量，按目前的利用速率只够用 60 年左右，因此，秸秆生物质可再生能源热 压成型后作燃料，使其得到高品位的利用，是未来可再生能源的一个发展方向。
