生物质压缩成型技术的研究

生物质压缩成型技术的研究

长春工业大学

摘要：生物质能源的开发与利用关系到可持续发展的重要战略，它是一种清洁的可再生能源，有助于改善生态环境、缓解世界能源供应紧缺的现状。生物质固化成型技术将生物质物料加工成高品位、低污染、高燃烧率、高洁净的成型产品，这是一种利用生物质能源的高效途径，是代替化石能源的一种有效方法。本文主要对生物质压缩成型技术的发展历史、研究现状、成型机理、成型工艺及相关设备进行了论述。总结了成型技术在推广应用中存在的主要问题,并提出了相应的解决措施。并针对中国的国情，提出了发展生物质成型燃料的途径和方法，以便充分、有效地利用农林剩余物等生物质资源。

关键词：生物质压缩成型成型机理成型机

Research of biomass compression molding technology Changchun university of technology Wenqiangdi

Abstract: Development and utilization of biomass energy related to all important strategy for sustainable developrnent.The ecological environment is improved; the shortage of world energy supply is alleviated．Biomass densification technology is that the materials are processed into high grade,low pollution,high burning rate and high cleanliness molded products.This is an efficient way to use biomass energy, is an effective way to replace fossil fuels. This paper mainly on biomass compression molding technology development history, present research situation, forming mechanism, the forming process and related equipment are discussed. Summarized the main problems existing in the application of molding technology and puts forward relevant solving measures.

Key words: Biomass; Compression Molding; Briquetting mechanism; Briquetting Press

0.引言

化石能源在为人类社会的发展做出巨大贡献的同时，也对地球的生态环境造成巨大危害，如臭氧层破坏、温室效应、酸雨、粉尘污染等。随着化石能源逐渐走向枯竭，为了实现社会的可持续发展，寻找可替代的新型能源日益受到世界各国的重视。生物质能源作为一种清洁能源，有着良好的发展前景。生物质能是仅次于石油、天然气和煤，居世界能源消费总量第四位的能源，其实质是以化学能形式贮存在生物质中的太阳能，是唯一能以固态形式存在的可再生能源，具有清洁环保、碳中性(C02排放为零)、含S低、来源广等特点。我国是生物质资源大国，全国农作物秸秆年产8亿吨，林业废弃物年产8～10亿吨,工业生物质废弃物年产2亿吨以上，开发潜力巨大。据预测，到2020年，中国可利用的生物质能可相当于15亿吨标煤。充分开发利用生物质能，具有重要的经济和社会意义，对于缓解“能源危机"与全球环境问题具有不可估量的作用。我国十分重视生物质能的发展，在国家《中长期科学和技术发展规划纲要》中，将生物质能作为能源领域前沿技术之一重点开发；在发改委颁布的《可再生能源中长期发展规划》中，把生物质列入“能源与节能规划”的优先发展内容，《规划》明确规定，到2020年生物质固体燃料要达到5000万吨，代替3000万吨标煤，生物质发电装机容量达3000万千瓦。但是，作为一种散抛型低容重的能源存在形式，生物质能源具有资源分散、能量密度低、容重小、储运不方便等缺点，严重制约了生物质能的大规模应用。所以生物质高品位转换技术的研究便成为人们开发利用生物质能的重点。而近年来对生物质压缩成型技术的改进创新发展，为高效利用农林废弃物、农作物秸秆等重新提供

了一条途径。生物质压缩成型就是将生物质废弃物，用机械加压的方法，使原来松散、无定形的原料压缩成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料。生物质在经过压缩成型之后，其密度、强度和燃烧性能都有了本质的改善，大大提高了生物质作为燃料的品质。可以在生活用能、饮食服务业、生物质发电等得到高效清洁应用。

1. 国内外生物质成型技术的发展现状

1.1国外生物质成型技术发展现状

最早的固化成型技术要追溯到19世纪下半叶，英国一家机械工程研究所用泥煤为原料，经过挤压成型得到成型燃料，这就被认为是成型机的最初原形；1945年日本设计出了带有加热的模具和渐缩的长杆轴的螺杆挤压成型机，主要是生产棒状的成型燃料，已经推广到了中国的台湾、泰国、乃至美国和欧洲，在1983年前后日本又从国处引进了颗粒成型燃料技术，到1987年，在日本已有十几家成型燃料工厂投入运行。乌克兰生物质能研究所在生物质固化成型技术的研究水平处于世界先进行列，其生物质成型技术打破了传统成型技术需进行加热的瓶颈，开发低能耗的生物质冷成型设备，并已经在乌克兰国内进入商业领域，取得了很好的经济和环境效益。2002年意大利研究出了新型生物质颗粒生产系统ETS，它对物料含水率要求比较低，物料不需要通过干燥就可以直接制粒，并且挤压出来的生物质颗粒无须冷却就可以直接进行包装，省去干燥和冷却2道工序，可见，ETS不仅可以提高生产效率，降低能耗，还降低总的生产成本。

芬兰是在1998年开始生产生物质颗粒燃料的，目前已经发展到十多个生产厂家，每年可以生产生物质颗粒24万吨以上，主要供国内使用；丹麦、瑞典、德国、俄罗斯和印度等国家也不断的发展生物质固化成型技术，并且每年生产的生物质颗粒也有几十万吨。

德国RWE Innogy公司于2010年1月21日宣布，在美国乔治亚州南部建设一个世界上最大的生物质颗粒燃料工厂，该工厂年生产能力可达到75万吨，使其成为世界上最大和最现代化的生物质颗粒工厂，此项目还与瑞典生物质制造解决方案开发专BWC MaIlagement AB公司进行的合作，项目总投资为1.2亿欧元，该工厂制造的生物质颗粒初期将用于荷兰Amer现有的电厂燃烧使用，该电厂现在已经采用固体生物质颗粒燃料，主要是木质颗粒替代了30％的硬煤，并计划使混烧比例提高到50％。在未来几年内，荷兰、德国、意大利和英国等常规发电厂也将使用固体生物质颗粒燃料，向纯生物质发电厂拓展口。可见国外生物质能源的利用主要是把生物质转化为电力或清洁的燃料，如生物质颗粒、乙醇、油、氢气等。

瑞典也是一个能源需求大国，这推动了瑞典开发生物质能源的脚步。近30年来，生物质固化成型技术在瑞典已经日趋成熟，2004年，瑞典一年生物质燃料的使用量达到120万吨，占总能源比例的17%，达到1100×108kW·h，不仅解决了有害气体超标的问题，还解决了20%集中供热。

日本于20世纪50年代从国外引进该项技术后进行了改进，并形成了日本压缩固体成型燃料的工业体系从20世纪80年代开始，日本对生物质压缩成型燃料技术进行了探讨，对压缩过程中的动力消耗、压模的结构与尺寸、压缩燃料的含水率、压缩时的温度和压力以及原料的颗粒大小等进行了实验研究，进一步改进了生物质压缩成型技术，使之更趋于实用化。1984年日本的生物质成型燃料生产厂达到172家，生产总量达2.6×105t。1985年日本平均每户家庭消耗成型燃料达750kg。

美国和日本是最早关注生物质致密成型技术的国家，并在成型机研发领域投入了大量人力物力。早在20世纪30年代，美国就研发出了螺旋式成型机，可将刨花、木屑等木质原料在温度80℃--350℃、压力100MPa的条件下压制成密度为l-1.2 g／cm3的棒状燃料，同时期的日本也开始进行相关研究，并于1954年成功研制出机械活塞式棒状燃料成型机。20世纪70年代，美国又成功开发出了内压滚筒式颗粒成型机并被引入日本。此后，美国密苏里大学哥伦比亚分校的囊体管道系统研究中心先后研发了30t、500t规模的旋转环模压块机，以及250t规模的对辊压块成型机。自2000年开始，美国先后通过了《生物质研究法》、《能源政策法案》、《能源法案》等法律法规，提出要大力发展生物质能源和生物质技术。美国、日本、欧洲国家的生物质固体成型燃料产品已经进入商业化阶段，并相应开发了专用的炉具，泰国、印度、越南、菲律宾等国家也建成了一些生物质成型燃料生产厂，年生产能力过到了170多万吨，逐渐进入了规模化生产阶段。