能源是人類社會進步最為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，石油、煤炭、天然氣是當(dāng)今社會利用的主要能源，然而這些能源在地球上的貯存量是有限的，同時這些能源在使用過程中排放出的有害物質(zhì)也使全球生態(tài)環(huán)境惡化，因此具有可以再生、開發(fā)經(jīng)濟、使用無公害等優(yōu)點生物質(zhì)能越來越受到人們的關(guān)注。
1、生物質(zhì)能的開發(fā)利用狀況
1.1生物質(zhì)能的開發(fā)利用現(xiàn)狀及研究意義
生物質(zhì)能是一種能量巨大而且可再生性能源。在地球上，每年綠色生物量的增加約為1170億t。據(jù)瑞典國家能源局統(tǒng)計的資料顯示，1970年到1998年，使用生物能源占總能源的比例從9%增加到15%，相當(dāng)干1257Mt石油，并且使用生物質(zhì)能仍呈快速增長的趨勢。全世界有近25億人口用生物質(zhì)作為燃料用于煮飯、取暖和照明等，但目前絕大多數(shù)國家和地區(qū)在使用生物質(zhì)燃料過程中都存在熱能利用效率低、耗費量大的問題。例如我國農(nóng)村每年要消耗21339Mt的柴草，而絕大多數(shù)是使用傳統(tǒng)的舊式爐灶，直接燃燒干柴或農(nóng)作物秸稈，熱效率只有5%～10%，資源浪費驚人。
從能源發(fā)展的長遠(yuǎn)角度來看，尋求一條可持續(xù)發(fā)展的能源道路，對促進國民經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護都具有重大意義，具體體現(xiàn)在：(1)經(jīng)濟意義：可以減少投入費用，加大生物質(zhì)能源的高品位利用．(2)社會效益：促進生物燃料制造和高效利用設(shè)備的發(fā)展，同時在一定程度上增加就業(yè)率，(3)生態(tài)效益：節(jié)省生物資源。燃燒后排出的氣體對環(huán)境污染小、廢料可回田使用，改善生態(tài)環(huán)境等。
1.2生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換方式
到目前為止，各個國家或地區(qū)開發(fā)利用生物質(zhì)作為燃料主要集中在三個方面：(1)將生物質(zhì)材料降解為液體燃料；(2)將生物質(zhì)材料氣化成可燃?xì)怏w；(3)加工成便于運輸和貯存的一定形狀燃料并提高其燃燒效率。前兩種方法主要是通過生物降解、化學(xué)反應(yīng)方式，會產(chǎn)生氫、沼氣、乙醇等，生產(chǎn)成本相對較高，因此沒有大量應(yīng)用于生產(chǎn)和日常生活。而第3種方式需采用壓縮成型技術(shù)，一方面解決環(huán)境保護問題，另一方面又能生產(chǎn)代用燃料，近年來越來越受到人們的廣泛重視。該技術(shù)以連續(xù)的工藝和工廠化的生產(chǎn)方式將低品位的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位的易儲存、易運輸、能量密度高的生物質(zhì)棒（塊）燃料和碳化棒（塊）狀燃料，可以使成型燃料的燃燒性能得到明顯改善，熱利用效率顯著提高，因此成為減少二氧化碳排放、支持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、保護生態(tài)環(huán)境的有效措施。
2、生物質(zhì)燃料壓縮成型技術(shù)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀
生物質(zhì)燃料壓縮成型技術(shù)的研究始于20世紀(jì)初，到目前為止，世界上各個國家研究的重點還是集中在成型生物質(zhì)燃料的制造技術(shù)（主要解決成型后生物燃料不松散、能長期存放的問題）和相應(yīng)爐具（主要是為了提高燃料效率）的開發(fā)上，富通新能源生產(chǎn)銷售的
顆粒機、
木屑顆粒機專業(yè)壓制生物質(zhì)成型燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料出售。
2.1 生物質(zhì)燃料壓縮成型的制造技術(shù)
早在上世紀(jì)30年代，美國就開始研究壓縮成型燃料技術(shù)，并研制了螺旋式成型機，在溫度80-350℃和壓力100Mpa的條件下，能把木屑和刨花壓縮成固體成型燃料。它的密度是l～l.2g/cm3，含水率為10%～12%。日本于50年代從國外引進技術(shù)后進行了改進，并發(fā)展成了日本壓縮成型燃料的工業(yè)體系。70年代后期，西歐許多國家如比利時、法國、德國等也開始重視壓縮成型燃料技術(shù)的研究。法國開始時用秸稈的壓縮粒作為奶牛飼料，近年來也開始研究壓縮塊燃料。德國研制的KAHI系列壓粒機和RUF壓塊設(shè)備。亞洲除日本外，泰國、印度、菲律賓等國從80年代開始也都先后研制成了加粘結(jié)劑的生物質(zhì)壓縮成型機。
我國從80年代起開始致力于生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究。南京林化所在“七五”期間設(shè)立了對生物質(zhì)壓縮成型機及生物質(zhì)成型理論研究課題；湖南省衡陽市糧食機械廠于1985年研制了第一臺ZT-63型生物質(zhì)壓縮成型機，江蘇省連云港東海糧食機械廠于19 86年引進了一臺OBM-88棒狀燃料成型機l1990年前后，陜西武功輕工機械廠，河南鞏義包裝設(shè)備廠等單位先后研制和生產(chǎn)了兒種不同規(guī)格的生物質(zhì)成型機和碳化機組；1994年湖南農(nóng)大，中國農(nóng)機能源動力所分別研究出PB-I型、CYJ-35型機械沖壓式成型機；1997年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)又研制出HPB-1型液壓驅(qū)動活塞式成型機；2002年中南林學(xué)院也研制了相應(yīng)設(shè)備。目前我國成型機的生產(chǎn)和應(yīng)用已形成了一定的的規(guī)模，熱點主要集中在螺旋擠壓成型機上，但存在著一些諸如成型筒及螺旋軸磨損嚴(yán)重、壽命較短、電耗大、成型工藝過于簡單等缺點。因此必須從技術(shù)上進一步加大研究力度、攻克難題，以利生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)的進一步推廣應(yīng)用。
2.2生物質(zhì)壓縮成型燃料相應(yīng)爐具的開發(fā)
高效燃燒器具（鍋爐或灶具）的利用可以明顯提高燃燒效率，從而從根本上節(jié)約能源，是有效利用生物質(zhì)燃料的關(guān)鍵。在這方面，瑞典、挪威、新西蘭等國做的較早，截止到1998年，一種家庭式燃燒生物顆粒燃料的供熱鍋爐熱效率可達(dá)80%，生物質(zhì)燃料的供應(yīng)可以與加注燃油一樣由顆粒生物燃料車通過管道加注到燃料倉內(nèi)。另一種住宅小區(qū)、學(xué)校大面積供熱可進行二次燃燒的節(jié)能高效鍋爐的燃燒熱效率可高達(dá)90%以上。
我國在改進燃燒器具，提高熱能方面也做了一定的研究，一種新型的節(jié)能爐灶燃燒薪材的熱效率達(dá)20%—30%．與舊式傳統(tǒng)爐灶相比可節(jié)省燃料40%～50%。中國林科院林化所研制開發(fā)了一種專用顆粒成型燃料民用爐灶，在這種專用爐灶中燃燒木片及顆粒成型燃料，其燃燒穩(wěn)定，燃燒熱效率顯著提高，具有在廣大農(nóng)村、林區(qū)居民中應(yīng)用推廣的開發(fā)前景。北京萬發(fā)爐業(yè)中心從2000年開始研發(fā)農(nóng)作物秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料及其燃燒供暖設(shè)備，并且成功地研制出世界上第一臺能夠連續(xù)自動和高效潔凈燃燒普通農(nóng)作物秸稈顆粒燃料的SWN-I型生物質(zhì)自動燃燒器，以其為核心，還制成了暖風(fēng)壁爐、水暖爐、炊事爐等系列爐具，均取得了滿意效果。
3、生物質(zhì)燃料壓縮成型原理及其影響因素
3.1 生物質(zhì)燃料壓縮成型原理
植物細(xì)胞中的木素在適當(dāng)溫度下(130℃～200℃)會軟化，此時加以一定的壓力可使其與相鄰顆粒膠接，冷卻后即可壓縮成型。生物質(zhì)壓縮成型燃料就是利用生物質(zhì)的這種特性，用壓縮成型機械將松散的生物質(zhì)廢料在高壓條件下，靠機械與生物質(zhì)廢料之間及其生物質(zhì)廢料相互之間磨擦產(chǎn)生的熱量或外部加熱，使木素軟化，經(jīng)擠壓成型而得到具有一定形狀和規(guī)格的新型燃料。
3.2生物質(zhì)燃料壓縮成型的影響因素
影響生物質(zhì)壓縮成型的主要因素有：原料種類、含水率、粒度、成型壓力、壓縮成型模具的形狀尺寸及加熱溫度等。這些影響因素在不同壓縮條件方式下表現(xiàn)形式也不盡相同。
3.2.1 原料的種類
不同種類的原料，其壓縮成型特性有很大差異。如木材廢料一般難壓縮，而纖維狀植物秸稈和樹皮等容易壓縮。在不加熱條件下進行壓縮成型時，較難壓縮的原料就不易成型，容易壓縮的原料則較易成型。但是在加熱的條件下進行壓縮成型時，象木材廢料等雖然難于壓縮，但其本身的木素含量高，在高溫條件下成型反而容易。而植物秸稈和樹皮等，原料的粘結(jié)能力弱，因此不易成型。
3.2.2 原料的粒度
一般來說，粒度小的原料容易壓縮，粒度大的原料較難壓縮。原料的粒度同樣影響成型機效率及成型物的質(zhì)量。例如原料粒度較大時，成型機將不能有效的工作，能耗大，產(chǎn)量小，原料粒度不均勻時，成型物表面將產(chǎn)生裂紋，密度、強度降低。
3.2.3 原料的含水率
當(dāng)原料含水率過高時，加熱過程中產(chǎn)生的蒸汽不能從成型燃料中心孔排出，輕者會造成燃料開裂，表面非常粗糙，重者產(chǎn)生爆鳴，當(dāng)原料含水率太低時，成型困難。一般來說，對于顆粒成型燃料，要求原料的含水率在15%一25%左右，對于棒狀成型燃料，要求原料的含水率不大于10%左右。
3.2.4 成型壓力與模具尺寸
成型壓力是生物質(zhì)原料壓縮成型最基本的條件。只有施加足夠的壓力，原料才能被壓縮成型，但成型壓力與模具的形狀尺寸有密切關(guān)系。這是因為大多數(shù)成型機都采取擠壓成型方式，即原料從成型模具的一端連續(xù)壓入，又從另一端連續(xù)擠出（出料端直徑小于進料端直徑），這時原料擠壓所需要的成型壓力與容器內(nèi)壁面磨擦力相平衡，而摩擦力的大小與模具的形狀尺寸有直接關(guān)系。
3.2.5加熱溫度
通過加熱，一方面可使原料中含有的木素軟化，起到粘結(jié)劑的作用．另一方面還可以使原料本身變軟，變得容易壓縮。對于一般的燃料成型機來說，加熱溫度一般調(diào)整在150℃～300℃之間為宜。溫度過低，不但原料不能成型，而且功耗增加，溫度增高，電機功耗減小，導(dǎo)致成型壓力減小，成型物擠壓不實，密度變小，容易斷裂破損，成型燃料表面過熱燒焦，煙氣較大。
4、生物質(zhì)燃料壓縮成型的工藝類型
根據(jù)主要工藝特征的差別，生物質(zhì)壓縮成型工藝劃分為濕壓成型、熱壓成型、碳化成型3種主要形式。
4.1濕壓成型工藝
濕壓成型是將原料在常溫下浸泡數(shù)日，使其濕潤皺裂并部分降解，然后利用高壓將其水分?jǐn)D出，壓縮成燃料塊。菲律賓一家研究機構(gòu)的試驗結(jié)果表明，這類機組的生產(chǎn)率可以達(dá)到lt/h，該類燃料在當(dāng)?shù)乇环Q為“綠色炭”或“綠色燃料”，在燃料市場上具有一定的競爭能力。
4.2熱壓成型工藝
熱壓成型是目前普遍采用的生物質(zhì)壓縮成型工藝。其工藝過程一般可分為原料粉碎、干燥混合、擠壓成型和冷卻包裝等幾個環(huán)節(jié)。由于原料的種類、粒度、含水率等因素對成型工藝過程有一定的影響，所以具體的生產(chǎn)工藝流程以及成型機結(jié)構(gòu)和原理也有一定的差別，但是擠壓成型作業(yè)在各種成型方式中都是關(guān)鍵。
4.3 碳化成型工藝
碳化成型有2種情況，一種是指先用成型機將物料壓縮成燃料棒，然后用炭化爐將燃料棒炭化成木炭的過程，其工藝流程為：原料一粉碎一千燥一成型一炭化一冷卻一包裝。這種工藝沒有將物料壓縮成型與炭化過程結(jié)合起來，兩者相對獨立，第二種情況則是將壓縮成型和熱解炭化有機結(jié)合，使其前后連續(xù)(日本·長廣仁藏等，1987)采用柱塞式壓縮成型機壓縮，柱塞將物料沿著壓縮套筒推入熱解筒內(nèi)．通過間接加熱方式由電熱爐向熱解筒提供熱量，物料在套筒設(shè)定的溫度內(nèi)被炭化，得到所需的相應(yīng)產(chǎn)物。
5、生物質(zhì)燃料壓縮成型的機型及方法
5.1 螺旋擠壓式成型機
螺旋擠壓式成型機開發(fā)應(yīng)用最早，當(dāng)前應(yīng)用最為普遍。這類成型機運行平穩(wěn)、生產(chǎn)連續(xù)好，主要問題一個是成型部件，尤其是螺桿磨損嚴(yán)重，使用壽命短．另一個問題是單位產(chǎn)品能耗高。為了解決螺桿首端承磨面磨損嚴(yán)重這一問題，現(xiàn)在大多采用噴焊鎢鈷合金，焊條堆焊618或碳化鎢，或是采用局部滲硼處理和振動堆焊等方法對螺桿成型部位進行強化處理。
5.2 活塞沖壓式成型機
其產(chǎn)品是壓縮塊，成型是靠活塞的往復(fù)運動實現(xiàn)的。按驅(qū)動動力可以分為兩類：一類是機械驅(qū)動活塞式成型機另一類是液壓驅(qū)動活塞式成型機。這類成型機通常不用電加熱，成型物密度稍低，容易松散，以北歐和美國生產(chǎn)的大型成型機為代表，如瑞典Bogma公司生產(chǎn)的M75型成型機，美國Hauamann公司生產(chǎn)的FH75/200型成型機。我國也開展了此類機型研究，如河南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的PB-I型沖壓式成型機等。與螺旋擠壓式成型機相比，這類成型機明顯改善了成型部件磨損嚴(yán)重的問題，但由于存在較大的振動負(fù)荷，所以機器運行穩(wěn)定性差，噪音較大，潤滑油污染也較嚴(yán)重。
5.3壓輥式顆粒機
壓輥式顆粒機主要用于生產(chǎn)顆粒狀成型燃料，直徑5～12?L，長度12～30?L，也不用電加熱。該機型主要用于大型木材加工廠木屑加工或造紙廠秸稈碎屑的加工。美國在1976年前后利用飼料成型技術(shù)，開發(fā)了這種設(shè)備，日本在1983年前后從美國引進了該技術(shù)。到1987年，日本已有十幾家顆粒燃料工廠投入運行。根據(jù)壓模形狀的不同，此類成型機可分為平模成型機和環(huán)模成型機。
6、生物質(zhì)燃料成型技術(shù)主要存在的問題及發(fā)展前景
生物質(zhì)燃料壓縮成型技術(shù)發(fā)展到今天，已進入完善階段。但在技術(shù)的研究和應(yīng)用上仍存在以下兩個問題：首先，在生物質(zhì)熱壓成型和炭化過程中，都有一定量的揮發(fā)物分解出來，對生產(chǎn)環(huán)境造成一定的污染，危害人體健康。同時生物質(zhì)能源產(chǎn)品價格要高于石化能源，并且人們的環(huán)保意識跟不上，在應(yīng)用和推廣上將可能有較大的難度。
但該技術(shù)的成型產(chǎn)品具有比重大，便于貯存和運輸，著火容易，燃燒性能好，熱效率高等優(yōu)點，不僅可以直接作為農(nóng)村炊事爐具、氣化爐或工業(yè)鍋爐等的良好燃料，更是取暖的優(yōu)質(zhì)燃料，也是化工、冶煉等行業(yè)的優(yōu)質(zhì)原料。它的發(fā)展不僅能緩解地球能源短缺、實現(xiàn)能源的持續(xù)發(fā)展，而且可以改善嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題。可以想象，在石化燃料日益短缺的今天，生物質(zhì)能源前景廣闊，而生物質(zhì)燃料成型技術(shù)作為生物質(zhì)能利用的一種主要方式，同樣具有廣闊的市場前景。
