1、生物质成型
颗粒燃料概念及种类
通常，生物质成型燃料是指将干枯的草本类（如农作物秸秆）、木本类（如树枝）植物经粉碎后，在一定的压力作用下压缩成为一种固形物，所以也称之为致密成型燃料、生物质固形燃料、生物质型煤等等。相比于散碎状的秸秆、木屑，压缩成型后的生物质成型燃料，密度大大提高，贮运、使用都很方便，人们可以像使用煤炭一样燃烧成型燃料。
按照原料以及其中添加物的的情况，生物质成型燃料主要可分为单一组分的成型燃料和复合成型燃料。复合成型燃料是为了便于成型、增加成型效果或增加燃料的除硫效果，在原料中可添加一些粘结剂、除硫剂。
按照成型后的密度大小，生物质成型燃料可分为高、中、低三种密度。密度在1100kg/m3以上的高密度成型燃料，更适于进一步加工成炭化制品；密度在700kg /m3以下的为低密度成型燃料；密度介于700～1100kg／m3之间的为中密度成型燃料。块型大小适宜的中低密度生物质成型燃料可以完全代替煤或与煤一起混合在普通炉灶、工业锅炉和燃煤电厂锅炉中燃烧。
2、生物质成型燃料加工技术的现状
按成型加压的方法不同来区分，目前国内外技术较为成熟、应用较多的生物质成型燃料加工机有螺旋挤压式、活塞冲压式（包括机械式、液压式）、有辊模碾压式（包括环模式和平模式）等。按照其成型过程是否对原料辅助加热，上述三种加工方式又分为冷成型和热成型两类工艺；螺旋挤压式、活塞冲压式都属于热压成型工艺，辊模碾压式采用的是冷压成型工艺。
我国从20世纪80年代中期起开始了成型燃料的开发研究，一方面组织科技攻关，另一方面，引进国外先进机型，经消化、吸收，研制出各种类型的适合我国国情的生物质压缩成型机，用以生产棒状、块状或颗粒生物质成型燃料。据估计，全国目前投入使用的生物质压缩成型设备约在1000台左右，年产生物质成型燃料不足10万吨。
国内几种主要成型燃料生产技术的发展概况分述如下：
(1)螺旋挤压技术
螺旋挤压成型技术是目前生产生物质成型燃料最常采用的技术，尤其是以机制炭为最终产品的用户，大都选用螺旋挤压成型机。
1990年，通过实施国家“七五”攻关项目“木质棒状（螺旋挤压）成型机的开发研究”工作，国内建立了第一条年产1000吨棒状成型燃料生产线；1993年前后，国内一部分企业和有关省的农村能源办公室从日本、中国台湾、比利时、美国引进了近20条生物质压缩成型生产线，这些生产线基本上都是采用螺旋挤压式，大多数是以锯木屑为原料，生产“炭化”燃料。棒状成型燃料的形状为直径50mm左右、长度450mm左右，横截面为圆形或六角形，每根重约1kg，用于蒸发量≤1000kg/h工业锅炉或民用炉灶。
螺旋挤压成型技术的优点是：
●成品密度高。以木屑、稻壳、麦草等为原料，国内生产的几种螺旋挤压成型机加工的成型棒料的密度都在1100~1400kg/m3。
●成品质量好、热值高。更适合再加工成为炭化燃料。
螺旋挤压成型技术的缺点是：
●产量低。目前国产设备的最高台时产量不到150kg，距离规模化生产的产量要求较大。
●能耗高。粉料在螺旋挤压成型前先要经过电加温预热，挤压成型过程每吨料电耗就在90kWh以上。
●易损件寿命短。国产设备主要工作部件螺杆的最高寿命不超过500h，距离国际先进水平lOOOh以上还有不小的差距。
●原料要求苛刻。螺旋挤压成型机采用连续挤压，成型温度通常调整在220—2800C之间，为了避免成型过程中原料水分的快速汽化造成成型块的开裂和“放炮”现象发生，一般要将原料含水率控制在8~12%之间，所以有的物料要进行预干燥处理，增加了加工成本。这一点，对于移动式的成型燃料加工系统来说也许是一个致命伤，因为与螺旋挤压成型工艺相衔接还需有配套的烘干机。
(2)活塞冲压技术
这种技术的优点是成型密度较大，允许物料水分高达20%左右，但因为是油缸往复运动，间歇成型，生产率不高，产品质量不太稳定，不适宜炭化。活塞式的成型模腔容易磨损，一般lOOh要修一次，有含二氧化硅少的生物质材料可维持300h。
2003年，河南农业大学等单位通过实施科技部“秸秆压块成型燃料产业化生产的可行性研究”项目，开发了HPB-Ⅲ型液压驱动式秸秆成型机，该设备采用活塞套筒双向挤压间歇成型。生产率为400kg/h；每吨料电耗降为60~70kWh。
(3)辊模碾压技术
用辊模辗压式成型机生产颗粒成型燃料一般不需要外部加热，依靠物料挤压成型时所产生的摩擦热，即可使物料软化和黏合，对原料的含水率要求且较宽，一般在10%—30%之间均能成型，成型最佳含水率为18%左右。于螺旋挤压和活塞冲压相比，辊模辗压成型法对物料的适应性最好。
目前国内一些知名的饲料机械生产企业，在环模
制粒机和平模制粒机的设计、制造方面，已积累了丰富的经验，某些方面已达到世界先进水平。在生物质颗粒成型燃料加工机械的研发方面也进行了多年的探索，并取得了可喜的成绩。
●环模辗压成型技术
1994—1998年，中国林科院南京林化所等单位通过实施“林业剩余物制造颗粒成型燃料技术研究”项目，成功开发了以木屑和刨花为主要原料的颗粒燃料成型机，台时产量在250kg左右。成型燃料产品的规格为直径6mm，长8～15mm，颗粒密度>1000kg／m3，其热值为20064kj/kg左右。产品质量达到日本全国燃料协会颗粒成型燃料标准的特级或一级。但是由于当时在材料和加工工艺等方面的原因，主要易损件环模在面对粗纤维物料时，暴露出了使用寿命短的缺陷，成为环模式制粒机难以在生物质成型燃料领域大面积推广的重要原因。
近年来，在环模式制粒机基础上，国内开发了环模式压块机，成型块截面尺寸在35x35mm左右，生产率可达2t/h以上，是规模化生产生物质成型燃料的一种较理想的机型。
●平模辗压成型技术
过去，国内在平模式制粒机的研究方面不够深入，国内能生产的最大平模直径只有400mm。2000年，农业部南京农业机械化研究所等单位通过实施“948”项目，在引进国际上著名的德国卡尔公司的38-780型大型平模式制粒机的基础上，结合我国实际，又进行了多处技术改进和创新。研制的具有自主知识产权的SZIP-780型平模制粒机的主要技术性能参数为：平模直径780mm;燃料颗粒直径12mm;生产能力1.2t/h；每吨料耗电量40—50kWh。
与其他生物质成型颗粒（块）加工技术相比，大型平模式制粒机最大的优点在于原料适应性广。平模式颗粒机压制室空间较大，可采用大直径压辊，因而能将诸如秸秆、干甜菜根、稻壳、木屑等体积粗大、纤维较长的原料强行辗压粉碎后压制成粒，对原料的粉碎度要求降低了。同时，平模式制粒机对原料水分的适应性也较强，含水率15%~25%的物料都能被压缩成型。此外，平模式制粒机还有辊模制造容易、寿命长、产量大、吨料耗电低、成型密度调整方便等优点，除了加工生物质成型燃料外．还适用于其他粗纤维含量多的物料的成型加工，如牧草、秸秆饲料颗粒，生物肥颗粒等，应用前景十分广阔，富通新能源销售生物质环模式木屑颗粒机、秸秆颗粒机等生物质燃料成型机械设备。
总体来看，目前我国的生物质固化成型装备在设备的实用性、系列化、规模化上还很不足，距国际先进水平还有不小的差距。表现在生产率低、成型能耗高、主要工作部件寿命短、机器故障率多、费用高等方面。
3、我国生物质成型燃料应用技术的发展概况
由于成型加工方法的不同，生物质成型燃料的形状和大小的差异性也很大，小的颗粒截面直径只有6~8mm，大的燃料块截面直径要达lOOmm以上。各种成型燃料的密度大小也不尽相同，因此，生物质成型燃料的利用技术也是多种多样的。归纳起来，除了炭化法加工以外，生物质成型燃料的直接燃烧是主要的利用方式。
(1)炊事、供暖利用方式
在欧美，针对一般居民家用的生物质颗粒燃料及配套的高效清洁燃烧取暖炉灶已非常普及。从20世纪70年代开始，结合生物燃料成型技术的发展，我国用于高效燃烧成型生物燃料的燃烧器具也在不断改进完善。截至到1998年，一种家庭式燃烧生物颗粒燃料的供热锅炉热效率可达80%，而生物颗粒燃料的供应可以与加注燃油一样由颗粒生物燃料车通过管道加注到燃料仓内。另一种用于住宅小区、学校大面积供热，可进行二次燃烧的节能高效锅炉的燃烧热效率可高达90%以上。
据瑞典国家能源局对外公布的资料显示，用生物质颗粒燃料集中供热，产生每kWh热量的费用是燃烧轻油供热的42%，是燃烧重油供热的58%；以家庭为单位的小型锅炉供热产生每kWh热量的费用是电热的62%，是燃油供热的57%。从节约能源、减少污染、保护生态环境以及经济效益看，生物质燃料制备技术和高效燃烧器具开发都具有极广阔的前景。
国内方面，包括北京万发炉业中心在内的很多研发机构，在20世纪未开始研发以农作物秸秆为原料的生物质颗粒燃料燃烧供暖设备，如暖风壁炉、水暖炉、炊事炉等系列炉具，均取得了满意效果。
(2)发电利用技术
生物质发电在发达国家已受到广泛重视，主要工艺有三种：生物质锅炉直接燃烧发电、生物质与煤混合燃烧（掺烧）发电和生物质气化发电。
但我国在现有燃煤电厂中利用秸秆等生物质成型燃料替代燃煤发电方面还是空白。
与秸秆粉碎直接燃烧和秸秆气化燃烧发电相比，成型燃料与煤掺烧发电技术在我国更有推广前途，生物质成型燃料发电技术的优势在于：
●热能利用率高。相比于散碎状秸秆，经压缩成型后的秸秆成型燃料，燃烧特性明显改善：燃烧充分，黑烟少；火力持久，炉膛温度高。
●设备投资少，推广价值大。国外成功的例子表明国内现有小火电厂经过适当技术改造就可掺烧。以一个装机容量为50Mw的小型热电联产电厂为例估算，按30%的掺烧比例，每年需秸秆成型燃料7万
吨。建设成型燃料加工厂需投资200万元，技改需投资300万元，合计新增投资500万元，单位千瓦投资只需0.01万元，远低于需要引进国外机组新建的秸秆散草发电厂和新建秸秆气化发电厂的投资。
●生物质成型燃料贮运方便，降低了流通环节的成本，有利于规模化加工和利用。
●便于在更广大的农村遍地开花发展生物质成型燃料加工厂，开拓就业机会、增加农民收入，改变直接焚烧对土壤结构的破坏和对环境的污染。
4、生物质成型燃料加工与应用技术的展望
(1)生物质成型燃料需求将大幅增加
我国已颁布实施《可再生能源法》，将可再生能源的推广和使用纳入法制化、制度化轨道，以促进可再生能源的开发与利用，并希望到2020年，使包括秸秆等生物质在内的可再生能源在我国全部能源供应中的比例由目前的7%增加到15%，生物质成型燃料的使用量也将由目前不足10万吨增加到5000万吨。
(2)生物质成型燃料加工技术将全面提升
在生物质固化成型技术装备研究、开发方面，国内外发展总的趋势是：装备生产专业化、产品生产批量扩大化、生产装备系列化和标准化。国内则应在设备实用性、系列化上下功夫，不断降低成本并提高技术水平，为本世纪大规模开发利用生物质能提供必要的技术储备。
(3)生物质成型燃料发电将稳步发展
与在普通锅炉、农家柴灶中推广使用生物质成型燃料相比，国外的经验证明，生物质成型燃料发电具有利用规模大、成本低的优点，而且较易得到国家优惠政策的支持。显而易见，在我国这样一个有着丰富的秸秆等生物质资源、而化石资源却又少得可怜的发展中大国，随着低成本、规模化的秸秆成型燃料加工技术和掺烧发电技术的突破，成型燃料将首先在工业发电领域特别是小火电、小热电联产企业中得到广泛推广应用。
