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內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，曲直，么艷香，張永，郭永
摘要：介紹生物質(zhì)燃料壓縮成型原理和壓縮成型工藝，論述了生物質(zhì)燃料壓縮成型技術(shù)的研究意義，綜述了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對常見的幾種壓縮工藝進(jìn)行了探討，最后總結(jié)了生物質(zhì)燃料壓縮成型技術(shù)的發(fā)展前景。
生物質(zhì)燃料是生物質(zhì)資源的重要組成部分，在可再生能源中占有非常重要的地位，其特點(diǎn)是種類多、數(shù)量大、具有可再生性等。但生物質(zhì)燃料是以散拋型、低密度的能源形式存在的，所以資源分散、能量密度低、儲運(yùn)不方便，這些缺點(diǎn)嚴(yán)重地制約了生物質(zhì)燃料的大規(guī)模應(yīng)用。隨著農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物不斷增加，這些廢棄物如不合理利用，既造成環(huán)境污染，又浪費(fèi)能源。為了保護(hù)人類生存環(huán)境，緩解能源日益緊張的矛盾，對越來越多的農(nóng)業(yè)、林業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)的廢料加以處理和應(yīng)用勢在必行。因此，生物質(zhì)燃料壓縮成型技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并越來越受到人們的重視。
生物質(zhì)燃料壓縮成型技術(shù)是生物質(zhì)燃料的一種簡單、實(shí)用、高效的利用加工形式，為高效利用農(nóng)林廢棄物、農(nóng)作物秸稈提供了一條新的途徑。生物質(zhì)燃料在壓縮成型后，密度大大提高，有的可高達(dá)1.3kg/m3，能量密度與中質(zhì)煤相當(dāng)。當(dāng)生物質(zhì)燃料成型后，其燃燒特性不僅能得到明顯改善，而且儲存、運(yùn)輸和使用等均很方便，并干凈衛(wèi)生。
近幾年來，由于國家及相關(guān)部門一直在組織進(jìn)行生物質(zhì)廢棄物的清潔及利用技術(shù)的研究，隨著這些技術(shù)的日趨成熟，已經(jīng)在一定范圍內(nèi)得到推廣。這些技術(shù)也是今后國家扶持發(fā)展的對象。
由于生物質(zhì)燃料壓縮成型對于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，發(fā)展可持續(xù)生態(tài)農(nóng)業(yè)十分有利，同時具有較大的市場開發(fā)潛力，因此研究和利用生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)對我國能源優(yōu)質(zhì)高效利用和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
1生物質(zhì)燃料壓縮成型技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.1國外研究現(xiàn)狀
早在20世紀(jì)30年代，美國就開始研究燃料壓縮成型技術(shù)并研制了螺旋式成型機(jī)，能把木屑和刨花壓縮成固體成型燃料。日本從20世紀(jì)50年代開始從國外引進(jìn)此項技術(shù)后進(jìn)行了改進(jìn)，現(xiàn)已發(fā)展成為日本壓縮成型燃料的工業(yè)體系。在20世紀(jì)70年代后期,西歐許多國家（如芬蘭、比利時、法國、德國、意大利等）也開始重視生物質(zhì)燃料壓縮成型技術(shù)的研究。當(dāng)前，日本、美國及歐洲一些國家生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備已經(jīng)定型，形成了產(chǎn)業(yè)化。這些技術(shù)在加熱、供暖、干燥、發(fā)電等領(lǐng)域已被普遍推廣應(yīng)用。泰國、印度、菲律賓等從20世紀(jì)80年代開始也都先后研制成了生物質(zhì)燃料壓縮成型機(jī)。
1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國從20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)國外技術(shù)，并致力于生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究，目前已形成了一定的規(guī)模。我國的一些高等學(xué)校，如西北農(nóng)大、東北農(nóng)大、浙江農(nóng)大和內(nèi)蒙古農(nóng)大等都在積極開展這方面的研究工作。經(jīng)過多年的研究與試驗(yàn)，國內(nèi)部分成型設(shè)備及其配套產(chǎn)品已逐漸發(fā)展成熟。但在國產(chǎn)成型加工設(shè)備引進(jìn)及設(shè)計制造過程中，都不同程度地存在著技術(shù)及工藝方面的問題，有待于深入研究探索、試驗(yàn)開發(fā)。生物質(zhì)成型燃料在我國一些地區(qū)已開始進(jìn)行批量生產(chǎn)，并形成研究、生產(chǎn)和開發(fā)的良好勢頭，生物質(zhì)燃料壓縮成型技術(shù)的應(yīng)用逐步完善。
2生物質(zhì)燃料壓縮成型原理和工藝
2.1壓縮成型原理
生物質(zhì)壓縮成型，就是將各類生物質(zhì)廢棄物，如秸稈、稻殼、鋸末、木屑等，采用機(jī)械加壓的方法，使原來分散、無定形的原料壓縮成具有一定形狀、密度較大的固體成型燃料。
生物質(zhì)燃料的主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，一般占生物質(zhì)燃料成分的2/3以上。其中纖維素在木材和植物秸稈中含量一般為50%左右；木質(zhì)素在木材中的含量達(dá)25%以上，在植物秸稈中占有20%左右。當(dāng)生物質(zhì)含有水分時，纖維素可結(jié)合成團(tuán)狀，施加一定的壓力后可使纖維素形成一定的形狀。含水率不同，施加壓力的大小也不等。木質(zhì)素又稱木素，在常溫下不溶于有機(jī)溶劑，木素屬非晶體，沒有熔點(diǎn)但有軟化點(diǎn)，當(dāng)溫度達(dá)70℃~110℃時，其軟化黏合力處于增加狀態(tài)；在200℃~300℃時，軟化程度加劇以致達(dá)到液化，此時加一定壓力，可使其與纖維素緊密黏接。黏合加壓后的生物質(zhì)燃料經(jīng)過一定形狀的成型孔、眼，可以形成具有固定形狀的壓縮成型棒、粒燃料。在熱壓縮成型過程中，因大部分生物質(zhì)燃料本身已具備了壓縮成型的基本條件，可不用黏結(jié)劑。
由于壓縮條件、壓縮方式、壓縮對象等有較大的差異，影響生物質(zhì)燃料壓縮成型的因素非常復(fù)雜。目前對生物質(zhì)燃料壓縮成型的影響因素進(jìn)行分析研究的內(nèi)容分別有原料種類及含水率、原料顆粒度、成型壓力與模具尺寸和加熱溫度等。
2.2壓縮工藝
生物質(zhì)燃料壓縮成型工藝，從廣義上可分為常溫壓縮成型、熱壓成型、碳化成型3種形式。
2.1.1常溫壓縮成型 常溫壓縮成型也叫濕壓成形。在常溫下將原料浸水?dāng)?shù)日或?qū)⒃蠂娝蛊錆駶櫚櫫巡⒉糠纸到猓瑢⑵渌謹(jǐn)D出，加黏結(jié)劑攪拌混合均勻，然后壓縮為成型燃料。同樣，也可利用簡單的粉碎和壓縮技術(shù)，在常溫下把粉碎后的生物質(zhì)燃料壓縮成高密度成型燃料，不需加熱，這樣能耗和生產(chǎn)成本都比較低。
2.1.2熱壓成型 是目前普遍采用的生物質(zhì)壓縮成型工藝。生物質(zhì)原料在壓縮過程中加熱，使木質(zhì)素中的膠性物釋放出來，起黏結(jié)作用，同時通過高壓將粉碎的生物質(zhì)材料擠壓成型。其工藝過程包括粉碎、干燥、加熱、壓縮、冷卻。熱壓成型工藝中常采用的致密成型設(shè)備主要有螺旋擠壓式成型機(jī)、機(jī)械驅(qū)動活塞沖壓式成型機(jī)、液壓驅(qū)動活塞沖壓成型機(jī)和壓輥式顆粒成型機(jī)等幾種形式。
2.1.3碳化成型 根據(jù)工藝流程不同，碳化成型工藝可分為先成型后碳化和先碳化后成型兩類。先碳化后成型工藝是先將生物質(zhì)原料碳化成粉粒狀木炭，然后再添加一定量的黏結(jié)劑，用壓縮成型機(jī)擠壓成一定規(guī)格和形狀的成品木炭。其工藝流程包括：粉碎原料、除雜、碳化、添加黏結(jié)劑、擠壓成型和干燥。先成型后碳化工藝是先用壓縮成型機(jī)將松散細(xì)碎的農(nóng)作物廢棄物壓縮成具有一定密度和形狀的燃料棒，然后用碳化爐將燃料棒碳化成機(jī)制木炭。其工藝流程包括：原料粉碎、干燥、壓縮成型、碳化和冷卻。
3前景展望
生物質(zhì)燃料作為環(huán)保可再生能源，是全世界大力推廣的綠色能源。生物質(zhì)燃料在燃燒過程中可達(dá)零排放，即不排渣、無煙，也無二氧化硫等有害氣體，不污染環(huán)境，二氧化碳接近零排放，燃燒后的炭粉可作為優(yōu)質(zhì)鉀肥返田改良土壤，是減少環(huán)境污染的高效能源。
我國大力倡導(dǎo)和支持生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用，加工生產(chǎn)生物質(zhì)燃料的投資者，無須辦理營業(yè)執(zhí)照、無須繳納任何稅收及管理費(fèi)用，地方政府還有對生產(chǎn)加工者免費(fèi)提供生產(chǎn)場地，減免電費(fèi)，并提供資金支持和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼等相關(guān)優(yōu)惠政策，減輕其投資負(fù)擔(dān)，讓投資者獲取更大的經(jīng)濟(jì)收益。
生物質(zhì)壓縮燃料可廣泛用于人民生活、飲食服務(wù)業(yè)，它的市場非常廣闊。在我國，加快生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究與開發(fā)，利用農(nóng)村豐富的生物質(zhì)資源，開拓國際市場，必將取得可觀的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)保和社會效益。以生物質(zhì)原料壓縮成型燃料，原料來源廣泛，所需技術(shù)并不復(fù)雜，在我國農(nóng)村、城鎮(zhèn)中實(shí)行產(chǎn)業(yè)化有著廣闊的發(fā)展前景。 |
