1、生物质成型燃料概念及种类
生物质是指来源于植物和动物的有机物质。地球上的生物质资源非常丰富，目前是仅次于煤炭、石油和天然气的世界第四大能源消费品种，其消费总量位居六大可再生能源（太阳能、风能、地热能、水能、生物质能和海洋能）之首。我国可以开发利用的生物质能源有：各种农业废弃物（秸秆和谷壳等）、薪柴、林业废弃物（树叶和有机垃圾）和人畜粪便等。统计表明，我国秸秆、薪柴、粪便和垃圾四项资源分别相当于3.08、1.3、0.77和1.43亿t标准煤，总计约6.58亿t标准煤。生物质被认为是一种C02零排放的能源（生物质利用过程中排放的C02量等于其生长过程中吸收的C02量）。燃烧时其NO；的排放量仅为燃煤的1/5，S02的排放量仅为燃煤的1/10，因此生物质成型燃料直接燃用是世界范围内进行生物质高效、洁净化利用的一个有效途径，近年来成为可再生能源开发的热点之一。其中，国内外在生物质成型燃料加工与应用技术方面的发展最为迅速。我国一些地区已进行批量生产，并形成研究、生产、开发的良好势头。在我国未来的能源消耗中，生物质成型燃料将占有越来越大的份额。
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，经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，富通新能源生产销售
木屑颗粒机、
秸秆压块机等生物质颗粒燃料成型机械设备。
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二类工艺，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。
2.1国外发展现状
国外开发工作始于20世纪40年代，1948年日本申报了利用木屑为原料采用螺旋挤压方法生产棒状成型燃料的第1个专利，60年代成立了成型燃料行业协会。70年代初，美国研究开发了环模挤压式颗粒成型机，并在国内形成大量生产。瑞土、瑞典、西欧等发达国家都先后开发研究了冲压式成型机、辊模碾压式颗粒成型机。在最早开发螺旋挤压成型燃料生产技术的日本也有采用辊模碾压式颗粒成型机加工木屑成型燃料的大型生产企业，单台机组的年产量达到2万吨以上。
2.2国内发展现状
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t。
国内主要的几种成型燃料生产技术的现状分述如下：
2.2.1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，横截面力圆形或六角形，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：
(1)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1100～1400Km3。
(2)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：
(1)产量低，目前国产设备的最高台时产量不到150kg/h，距离规模化生产的产量要求相差较大。
(2)能耗高，粉料在螺旋挤压成型前先要经过电加温预热，挤压成型过程的的吨料电耗就在90kWh/t以上。
(3)易损件寿命短，国产设备主要工作部件一螺杆的最高寿命不超过500h，距离国际先进水平1000h以上还有不小的差距。
(4)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220-280℃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，所以对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，因为与旋挤压成型工艺相衔接还需有配套的烘干机。
2.2.2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100h要修一次，有的含Si02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;吨料电耗为60～70kWh/t。
2.2.3辊模碾压技术
生物质颗粒燃料的辊模辗压成型技术是在颗粒饲料生产技术基础上发展起来的，二者的主要区别在于纤维性物料含量的多少和成型密度的高低。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较宽，一般在10%～30%之间均能成型，其成型最佳水份为18%左右。相比于螺旋挤压和活塞冲压而言，辊模辗压成型法对物料的适应性最好。因此，国内一些生产秸秆颗粒饲料的企业在生产颗粒饲料的同时也生产颗粒燃料，以提高设备的利用率。
目前国内一些知名的饲料机械生产企业，在环模颗粒机和平模颗粒机的设计、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。
(1)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国家林业局“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/h左右，成型燃料产品的规格为直径6 mm，长8～15mm，颗粒密度>1000kg/m3，其热值为4800kcal/kg左右。产品质量达到日本“全国燃料协会”公布的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。使用成本高，成为环模式颗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，在环模式颗粒机基础上，国内开发了环模式压块机，成型块截面尺寸在35mmx 35mm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。
(2)平模辗压成型技术。由于在平模制造工艺水平和主要加工物料对象方面与国外的差异等原因，以前国内在对平模式颗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400 mm。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型大型平模式颗粒机的基础上，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SZLP-780型平模颗粒机的主要技术性能参数为：平模直径：780 mm;燃料颗粒直径12 mm时生产能力：1.2t/h，吨料耗电量：40～50kWh/t。
与其他生物质成型颗粒（块）加工技术相比，大型平模式颗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，平模式颗粒机对原料水分的适应性也较强，含水量15%—25%的物料都能被压缩成型。此外，平模式颗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，除了在生物质成型燃料方面以外，还可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。
但总体来看，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。这一问题以成型机最为突出，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、生物质成型燃料应用技术的发展现状
由于成型加工方法的不同，生物质成型燃料的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100mm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。燃烧的炉具主要有二种，一种是家庭式炉灶或一般工业锅炉，另一种是燃煤电厂锅炉。
3.1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，用于高效燃烧成型生物燃料的燃烧器具不断改进完善。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%、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%，燃烧燃油供热的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及应用具有极广阔的前景。
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世纪末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。
3.2发电利用技术
生物质发电在发达国家己受到广泛重视，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。
燃煤电厂中掺烧生物质燃料发电技术在美国等地的发展较具规模。1992年，美国利用生物质发电的电站约有1，000家，发电装机容量已达650万kW，年发电42亿kWh，消耗4，500万t生物质燃料，
在瑞典，丰富的森林资源多位于北部，而使用木材的热电厂却大多在南方，于是，他们建立了一家颗粒加工厂。锯末被加工成颗粒，然后运往南方。1t颗粒能发5000 kWh的电。
在利用生物质成型燃料发电方面，代表了当今世界先进水平和发展方向的，是位于丹麦的一座叫阿文多的发电厂。这是一座装机容量85万kW，可在同一炉体燃烧煤、油、天然气和生物质压缩颗粒的多燃料方式发电厂。四根燃料供给管道连接锅炉，分别输送煤、油、天然气和经过成型处理后的块状生物质。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：
(1)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。
(2)设备投资少，推广价值大。
国外成功的例子表明现有小火电厂经过适当技术改造就可掺烧。在国内来说，以一个装机容量为50MW的小型热电联产电厂为例，按30%的掺烧比例，每年需秸秆成型燃料7万t。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以及新建秸秆气化发电厂的投资。
(3)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。
生物质分布极为分散，形态各异，能量密度低，给规模化收集、运输、存储和利用带来了很大不便。而且，生物质的供应具有季节性和周期性，增加了存储的空间与成本。经过适当压缩成型加工后，生物质的体积可减少5～10倍，原料的收集半径可以扩大，而且运输成本还大大降低。
(4)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，改变直接焚烧后对土壤结构的破坏和对大气环境的污染。
4、生物质成型燃料加工与应用技术的展望
4.1生物质成型燃料需求将大幅增加
我国已在2005年颁布实施《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，以促进可再生能源来替代高污染的能源，并希望到2020年时，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由目前不足10万t增加到5000万t。
4.2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。尤其国内则在设备实用性、系列化上下功夫，不断降低成本并提高技术水平，为21世纪大规模开发利用生物质能提供必要的技术储备。
4.3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。因而加快研究在现有燃煤电厂中掺烧秸秆等生物质成型燃料发电技术，填补我国在该领域内的空白，在我国具有更大的现实意义和迫切性。
