技术
摘要：生物质固体成型燃料技术是生物质能开发利用的一项重要技术，具有广阔的发展前景。在介绍生物质成型燃料技术研究发展现状及比较分析国内外几种成型燃料生产技术的基础上，讨论并总结了生物质固体成型燃料的关键技术，分析了该项技术在我国推广应用的可行性。
0引言
目前由于化石燃料的大量燃烧利用，大气中排放的二氧化碳逐年增加，导致地球的温室效应日益加重。因此防止全球变暖、环境恶化、物种减少势在必行。开发利用可再生的生物质原料已经成为减少对化石燃料依赖的一个重要途径。生物质固体成型燃料技术是生物质能开发利用技术的主要发展方向之一，它不仅可以为家庭提供炊事、取暖用能，也可以作为工业锅炉和电厂的燃料，可替代煤、天然气、燃料油等化石能源，解决相应的环境和资源问题，发展前景十分广阔。
1生物质成型燃料技术的发展及研究现状
生物质固体成型燃料技术的研究始于20世纪30年代，日本、美国开始研究应用机械驱动活塞式成型技术和螺旋式成型技术；20世纪70年代，欧洲一些国家如意大利、丹麦、法国、德国、瑞士等国家也开始重视生物质固体成型燃料技术的研究，并研制生产出机械冲压式成型机、颗粒成型机等，并相继建成了生物质颗粒成型生产厂家30个，机械驱动活塞式成型燃料生产厂家40多个[1]；20世纪80年代，泰国、印度、菲律宾等亚洲国家也研制出了加粘结剂的生物质压缩成型机，并建立了生物质固化、炭化专业生产厂。历经80年的发展，现今这项技术已逐步成熟，已进入大范围规模化、产业化应用阶段。
国内生物质固体成型燃料技术的研究开发已有近30年的历史。从20世纪80年代开始引进螺旋式生物质成型机，国内部分大专院校和研究院所经过引进、消化吸收、改进、自行设计，先后研制出了螺旋棒状、机械活塞和液压活塞式棒状及平模、环模颗粒和块状等多种生物质成型机、炭化机组及配套的生物质燃烧炉。这些设备虽然在推广应用过程中还存在着一些问题，但主要性能指标已基本达到了相应的技术标准，并形成了一定的生产规模。
到目前为止，世界各个国家的研究重点还是集中在生物质成型燃料的制造技术和相应的炉具开发上[2]。而我国目前的研究重点是如何解决生物质固体成型燃料的关键技术和工艺，以探求怎样进行规模化应用。
2生物质固体成型燃料的关键技术
从我国生物质固体成型燃料技术的发展历史来看，这项技术经过近30年的发展已经取得了长足的进步。虽然有些关键问题还制约着这项技术的发展，但是经过近几年我们共同的努力，生物质固体成型燃料关键技术与配套设备已基本解决，正稳步向前迈进。
2.1原料收集是制约成型燃料技术发展的技术瓶颈
中国生物质资源具有分散性特征，而不是集中产生的格局，所以我们要充分考虑原料收集的难度。并且我国土地管理制度是家庭承包形式，收集主要以人力为主，与国外的机械化集中生产相比存在较大的差距，从而导致原料收集困难。没有充足的生物质原料，生物质成型燃料技术就不能快速发展。
目前，我国以秸秆原料为代表的生物质资源的收集主要有三种方式。一种是农民分散送厂，虽然这种方式一次性投资较少，但是运输成本高，供料不稳定；另一种是在农村建立原料收购点，虽然这种方式运输成本降下来了，供料也相对稳定，但是一次性投资较高；第三种是加工企业直接收集，这种方式运输成本低，供料稳定性最好，但是一次性投资也是最高的，并且干燥成本以及对交通条件的要求都比较高。
以上三种收集原料的方式虽然可以适用不同规模的生物质原料加工厂，但是在实际操作过程中，就要考虑投资资金、利润收益、当地民情、政策扶持、技术工艺管理等多方面的因素，并且实际运行过程中并不如理论分析的那么理想，存在着多种多样的问题。因此，生物质原料的收集是制约成型燃料技术发展的瓶颈。
2.2生物质原料自身的多样性及复杂性
生物质原料的种类繁多，其木质素、纤维素、半纤维素、果胶质等成分含量有较大差别，受力变形情况也不一样；生物质原料力传导性很差，反弹性很强，被压缩成型的条件也有很大差异；生物质原料堆积密度只有0.1～0.15g／cm3，要将其压缩成密度为1.0～1.3g／cm3，如何提高原料喂入量是一很大的难题；生物质原料的含水量随季节、气候、地域及秸秆种类不同差异很大，而成型工艺对水分的要求又较严格，所以水分问题成为制约热压成型的又一难题。
2.3成型燃料设备工作环境的恶劣性
生物质原料在收集过程中不可避免地会携带许多粉尘、泥土和砂粒，这些物质的存在一方面会加剧成型部件的磨损，另一方面还会对成型设备的润滑系统造成污染，从而影响设备的使用寿命和稳定运行。
此外，技术比较成熟的螺杆挤压成型机在工作条件下，由于螺杆一直处于高温高压环境中，其磨损寿命不足100h[3]，虽然也做了相应的研究和改进，一定程度上提高了成型部件在高温高压环境下的耐磨性，寿命已达500h[4]，但生产工艺复杂，成本较高。目前，国内外还没有从根本上解决这一问题。
由此可见，成型燃料设备工作环境是相当恶劣的，所以要采取相应的技术措施去克服，使设备能够长时间地稳定运行。并且，以农民为主的技术和设备使用人员，其自身技术水平和操作能力有限，所以我们还应考虑到设备需具有较强的适应性和易操控性。
2.4成型燃料燃烧过程中的沉积结渣与玷污倾向
生物质燃料中含有较多的钾、钙、铁、硅、铝等碱金属元素，在高温下极易沉积和结渣。并且，成型燃料燃烧后形成的灰粒密度非常小，加之灰中碱金属氧化物含量高，所以易于形成沉积和结渣。
所谓沉积，是指生物质在燃烧过程中形成的受热面结渣和灰分积聚现象[5]。所谓结渣，是指生物质燃料在炉排燃烧时，氧化层或还原层内局部温度达到灰的软化温度，这时灰粒就会软化，灰中的钠、钙、钾以及少量硫酸盐就会形成一个较大共熔体，较大共熔体下落到下面的水冷壁就会很快冷却，形成团体大块而结附在水冷壁上的现象[6]。结渣不仅会对燃烧设备的热性能造成影响，而且危及燃烧设备安全性[7]。所以说沉积结渣这些问题解决不好，生物质固体成型燃料技术的推广与发展就会受到很大的影响。
生物质燃料的玷污倾向是指燃料在燃烧过程中，燃料中高挥发物在高温下挥发后，凝结于对流受热面上，继续粘结灰粒形成的高温粘结灰沉积，它的内层往上是易熔的共熔物或金属化合物包括灰料粘结在对流受热面上[8，9]。由此可见，炉排上的结渣和对流受热面上的玷污倾向二者之间难以分清，并且相互影响，很难处理。因此，生物质燃料燃烧过程中存在的沉积结渣和玷污倾向在一定程度上制约了生物质固体成型燃料技术的发展。
2.5成型燃料燃烧过程中低温条件下焦油析出问题
焦油在高温时呈气态，与燃烧烟气混合，随烟囱排出炉外，而在低温时（＜200℃）冷凝[10，11]，容易与水、焦炭粘结在一起形成焦油。农村生活用能时，间断燃烧是其主要特点，要求燃料和炉具具有良好的封火性能。生物质原料作为农村用能的燃料时，由于封火后炉内温度降低，高挥发含量的秸秆会有大量焦油析出，在短时间内使烟囱、炉口等部位堵塞。
就目前而言，焦油析出问题并没有寻求到根本性的解决办法，同样也成为制约生物质固体成型燃料技术发展和推广应用的障碍。
