生物质成型燃料开发现状及应用前景

［关键词］ 生物质 成型燃料技术 成型机理 产业化
０ 概述 生 物 质 能 是 仅 次 于 煤 炭 、石 油 和 天 然 气 而 居 世 界 能 源 消
费总量第四位的能源， 在整个能源系统中占有重要地位。专 家预测， 生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成 部分， 到下世纪中叶， 采用新技术生产的各种生物质替代燃 料将占全球总能耗的 ４０％以上。
目前， 美国已经在 ２５ 个州兴建了树皮成型燃料加工厂， 每天生产燃料超过 ３００ 吨。但生物质成型燃料以欧洲的一些 国家如丹麦、瑞典、奥地利发展最快。例如 ， 瑞典人均生物质 致密成型燃料消耗量达到 １６０ 公斤／ 年。欧洲现有近百家生 物质致密成型燃料加工厂， 农场主以秸秆为原料， 靠近城市 的加工厂以木屑为原料。南非在 ２００３ 年建成了 ４ 座以木柴 加工废弃物为原料， 年产量达到 ２０ 万吨的成型燃料加工厂。 总体而言， 国外生物质成型燃料技术发展有如下几个特点： （ １） 生产技术大部分已经成熟， 并达到规模化和商品化； （ ２） 成型燃料的用途已经由烧壁炉等生活用能为主转向了生产 应用； （ ３） 设备制造比较规范， 但能耗高， 价格高。 １．４ 国内发展现状
进入 ２１ 世纪， 化石能源价格连续攀升， 环境污染日益加 剧， 国家开始对各种可再生清洁能源开发重视， 生物质成型 燃 料 也 进 入 了 良 好 的 发 展 阶 段 ， 颗 粒 状 、小 方 块 状 成 型 燃 料 也引起高度关注。目前， 包括国内很多企业和大专院校、科研 院 所 开 发 成 功 挤 压 式 、液 压 冲 击 式 、螺 杆 式 成 型 燃 料 生 产 设 备， 并在取暖炉、锅炉、机制木炭生产等方面广泛使用。
利 用 农 作 物 秸 秆 、稻 壳 、锯 末 等 可 燃 物 进 行 气 化 ， 一 次 填 料 燃烧 ４ 小时左右， 除作为炊事燃料外还可用作冬季取暖锅炉 燃料， 适合作为沼气池冬季产气量低的一个补充， 在广大农 村牧区进行推广。 ３．６ 大型沼气工程提高发酵浓度试验
赤峰市红武公司大型沼气工程于 ２００５ 年竣工并投 入 使 用 ， 按 设 计 要 求 料 液 发 酵 浓 度 在 ６％左 右 ， 在 运 行 中 发 现 ， 由 于浓度比较低， 进出料时间相对缩短， 增加了进出料次数， 同 时增加了运行 成 本 ， 日 产 气 率 相 对 较 低 。２００６ 年 ， 在 我 站 的 指导下， 把发酵浓度由 ６％提高到 １５％左右， 不仅日产气率 大 幅度提高， 而且进出料时 间 也 由 过 去 的 ３￣４ 天 增 加 到 ７￣１０ 天， 这样不但节省了水电费， 而且减少了工人劳动强度， 料液 浓度的增加并没有影响用电动出料器出料， 这些都表明试验 是成功的。
农村牧区能源
Ｎ ｏｎｇＣ ｈｕｎＭｕＱ ｕＮ ｅｎｇＹｕａｎ
生物质成型燃料开发现状及应用前景
张大雷
（ 辽宁省能源研究所， 营口 １１５０００）
［摘 要］ 在简要介绍生物质成型燃料国内外发展现状的基础上， 论述了生物质成型燃料的成型原理、影响成型的主要因 素， 概述了成型燃料的燃烧特性， 分析了成型燃料在我国的应用前景及存在的发展障碍。
生 物 质 成 型 燃 料 按 形 状 可 以 分 为 颗 粒 状 （ 直 径 φ５￣ １２ｍｍ， 长度 １０￣３０ｍｍ 的小圆柱体） 、方块状 （ 截面为 ３０× ３０ｍｍ 的正方型， 长度一般为 ３０￣８０ｍｍ） 和中空棒状（ 截面一 般 为 六 棱 型 ， 直 径 φ５０￣６０ｍｍ， 长 度 ５００ｍｍ 左 右 ， 中 心 带 有 直径为 φ２０ 的通孔） 。 １．３ 国外发展现状
我国是一个人口大国， 又是一个经济迅速发展的国家， 生物质能的研究利用是解决＂三农＂问题及农村生活用能匮
乏 的 重 要 途 径 ， 又 是 保 护 环 境 、实 施 可 持 续 战 略 发 展 的 现 实 需 要 。开 发 利 用 生 物 质 能 等 可 再 生 的 清 洁 能 源 资 源 对 建 立 可 持续的能源系统， 促进国民经济发展和环境保护具有重大意 义。
生物质成型块的品质受诸多因素影响， 这些因素有的与 生物质自身的生化特性有关， 有的与外部压缩条件、模具类 型、压缩方式、成型工艺等有密切联系， 它们都从根本上影响 或制约着成型块内部的粘结方式和粘结力大小， 直接造成成 型块物理品质的差异。１９６２ 年德国的 Ｒ ｕｍｐｆ 针对不同材料 的压缩成型， 将成型物内部的粘结力类型和粘结方式分成 ５ 类： １） 固体颗 粒 桥 接 或 架 桥 ； ２） 非 自 由 移 动 粘 结 剂 作 用 的 粘 结力； ３） 自由 移 动 液 体 的 表 面 张 力 和 毛 细 压 力 ； ４） 粒 子 间 的 分子吸引力（范德华力） 或静电引力； ５） 固体粒子间的充填或 嵌合。多数农作物秸秆在较低的压力压缩下， 秸秆破裂， 由于 秸秆断裂程度不同， 形成规则和大小不一的大颗粒， 在成型 块内部产生了架桥现象， 所以成型块的松弛密度和耐久性都 较低。粉碎的秸秆或锯末，在压力作用下， 细小的颗粒互相之 间容易发生紧密充填， 其成型块的密度和强度显著提高。当 农林废弃物进行热压成型时， 构成生物质的化学成分可以转 换为粘结剂， 增强了成型物颗粒间的粘结力。Ｊ． Ａ． Ｌｉｎｄｌｅｙ 在 对生物质燃料压缩成型的研究中认为， 虽然成型物的密度和 强 度 受 温 度 、含 水 量 、压 力 、添 加 剂 等 诸 多 因 素 影 响 ， 但 实 质 上， 都可以用 Ｒ ｕｍｐｆ 所述的一种或一种以上的粘结类型 和 粘结力来解释生物质成型物内部的成型机制。
我国从 ８０ 年代起开始致力于生物质成型燃料技术的研 究 ， 主 要 引 进 韩 国 、台 湾 地 区 、日 本 等 成 套 设 备 ， 并 以 螺 杆 挤
压 机 为 主 。 随 后 ， 荷 兰 、比 利 时 等 国 技 术 设 备 也 相 继 推 入 中 国。“七五”开始， 国内的一些科研院所和企业开始对生物质 致 密 成 型 机 及 生 物 质 成 型 理 论 研 究 。但 由 于 设 备 螺 杆 磨 损 快 和产品没有市 场 的 原 因 ， 发 展 缓 慢 。１９９０ 年 前 后 ， 一 些 单 位 先后研制和生产了几种不同规格的生物质成型机和碳化机 组， 这 些 设 备 包 括 机 械 冲 压 式 成 型 机 、液 压 驱 动 活 塞 式 成 型 机 、电 加 热 螺 杆 成 型 机 等 。 但 这 些 设 备 存 在 着 一 些 诸 如 成 型 筒及螺旋轴磨 损 严 重 、寿 命 较 短 、电 耗 大 等 缺 点 。１９９９ 年 辽 宁省能源研究所在国家科技攻关项目的支持下， 研制开发成 功 生 物 质 致 密 成 型 机 组 ， 该 机 组 包 括 干 燥 、成 型 、炭 化 等 设 备， 标志着我国的棒状生物质成型燃料及机制木炭设备进入 一个新水平。

９８ 现代农业
农村牧区能源
Ｎ ｏｎｇＣ ｈｕｎＭｕＱ ｕＮ ｅｎｇＹｕａｎ
易实现大规模产业化， 其产品更容易直接使用。因此， 生物质 成型燃料技术设备的研发和产业化已经列入我国可再生能 源发展的重点。 １ 国内外生物质成型燃料技术的发展现状 １．１ 生物质成型燃料的特征
生物质致密成型燃料是生物能源的一种类型， 是将生物 质 进 行 加 工 、生 产 出 的 一 种 具 有 要 求 密 度 和 热 值 的 燃 料 。 它 具 有 以 下 主 要 特 征 ： 有 比 较 高 的 密 度 ， 一 般 为 １．０￣１．３ｇ／ ｃｍ３； 热 值 一 般 为 １６０００￣１７０００Ｊ／ ｋｇ； 灰 份 小 ， 有 害 成 分 低 ， 可 以 实 现 ＣＯ ２ 的零排放。植物秸秆中含有 一 定 量 的 硅 、碱 金 属 、碱 土金属和氯元素， 硅元素的存在使得在成型燃料加工过程机 械 磨 损 较 重 ， 碱 金 属 、碱 土 金 属 和 氯 元 素 的 存 在 使 得 成 型 燃 料在燃烧过程中形成氧化物沉积在炉壁表面造成腐蚀。 １．２ 生物质成型燃料的分类
生物质能利用的最终产品有气态、液态和固态三种形 式。生物质转化为液态和气态产品都要经过化学反应过程， 在转化过程中有一定的能量损失， 因此， 同其他生物质能利 用技术相比较， 生物质成型燃料技术因生产过程简单而更容
进行大面积推广。 ３．３ 被动式太阳房及燃池推广
在松山区太平地乡日光温室种植小区推广了 ８０ 户被动 式太阳看护房， 该型被动式太阳看护房按照被动式太阳房设 计 原 理 ， 在 外 观 上 更 加 现 代 、美 观 ， 并 把 燃 池 技 术 纳 入 其 中 ， 作 为 冬 季 取 暖 的 辅 助 热 源 ， 达 到 了 环 保 、节 能 、美 观 、实 用 的 目的， 为今后农村牧区新建房屋找到可以借鉴的先进经验。 ３．４ 复合式内、外浮罩自动搅拌玻璃钢沼气池
总体来说， 我国的生物质成型燃料有如下特点： （ １） 在全 国范围内， 还处于研究示范试点阶段， 规模化和市场化较差； （ ２） 设备的技术原理比较先进， 成本低廉， 适合我国国情； （ ３） 设备稳定运行能力不高； （ ４） 管理不规范， 支持政策缺乏， 推 广速度缓慢。 ２ 生物质成型燃料成型原理及其影响因素 ２．１ 成型原理 ２．１．１ 生物质压缩成型的粘结机制
在红山区和克什克腾旗推广了新型＂复合式内（ 外） 浮罩 自动搅拌玻璃钢沼气池＂该种沼气池与水泥池相比， 降低了 建池成本， 节约了用地面积， 减少了土方工程。该池具有贮气 安 全 、产 气 率 高 、恒 压 供 气 、无 水 村 间 损 失 气 源 、具 有 自 动 搅 拌作用等优点， 最适宜在日光温室内推广。 ３．５ 高效环保秸秆气化炉
赤峰市农村能源建设工作的快速发展， 得益于拥有一支 健全的农村能源推广体系， 市能源站和各旗县区能源站建立 机构 ３０ 年来， 始终坚持农村能源推广工作， 在没有项目的情 况下， 进行省柴节煤炕连灶、太阳能热水器推广和太阳能、风 能发电以及户用沼气建设与利用等新能源研究与示范， 特别 是近几年， 赤峰市能源站和 １２ 个旗县区能源站已经成为本 系 统 内 技 术 力 量 强 、设 备 相 对 完 善 的 推 广 队 伍 ， 喀 喇 沁 旗 能 源站建成了内蒙东部地区最大的能源培训与试验基地， 可以 覆盖整个东北地区， 这支队伍正为快速健康推进赤峰市农村 能源建设发挥着巨大作用。