生物质固化成型技术研究进展与展望.doc

PAGE10

生物质固化成型技术研究进展与展望

［摘要］生物质固化成型技术是规模化利用生物质能源的一种有效途径，综述了生物质固化成型技术在国内外的研究现状，提出了目前生物质固化成型技术存在的主要问题，并围绕山东大学在生物质固化成型技术研究与设备开发方面所取得的研究进展，分析了生物质固化成型技术机理和主要装备系统，提出了生物质固化成型技术的发展方向。

1前言

资源和环境问题已成为21世纪人类社会共同面临的重大挑战，影响着人类社会发展的进程与未来。随着我国能源消耗的迅速增长，传统化石燃料日益枯竭，使用过程中排放的有害物质致使全球的生态环境持续恶化，并造成了日趋严重的环境问题，已引起了世界各国的广泛关注。开发洁净的可再生能源成为了解决能源危机和环境污染的重要途径。

两院院士石元春针对当前我国能源和环境问题，指出清洁能源替代的主体是可再生能源，发展可再生能源的战略重点是生物质能源。生物质能源有良好的稳定性和储能性，具有能源替代、减排环保和促进农村经济三重功能［1］。因此，从能源安全和环境保护出发，生物质能的开发利用有利于改善已经

破坏的环境和生态。一些发达国家早已把生物质能源作为21世纪科技发展的战略重点［2，3］。中国科学院生物质资源领域战略研究组在中国至2050年生物质资源科技发展路线图中指出，实现中国由生物质资源大国向生物质资源强国及生物经济强国的根本转变是未来我国生物质科技发展的总体目标［4］。

生物质能原料结构疏松、分布分散、占用空间大，作为燃料存在能量密度小、直接燃烧的热效率低、运输和储存成本高等问题，导致其规模化高效利用困难，经济效益较差，成为制约生物质转化为商品能源的重要因素［5，6］。生物质固化成型技术改变传统的生物质能利用方式，将松散生物质转化为高密度的成型燃料，直接用作燃料或作为气化、液化原料，成为生物质能源利用的一种有效途径，也是替代常规能源的有效方法。

2国内外研究现状

生物质固化成型是将生物质原料经干燥、粉碎到一定粒度，在一定的温度、湿度和压力条件下，使生物质原料颗粒位置重新排列并发生机械变形和塑性变形，成为形状规则、密度较大、燃烧值较高的固体燃料的过程［7，8］。该技术获得的生物质制品具有密度高、热值高、易于运输、使用方便、燃烧过程CO2“零排放”等显著优势。早在20世纪30年代，美国就开始研究压缩燃料技术，并研制出了螺旋式压缩成型机，在加热温度为110～350℃、压力为10MPa的条件下，能把木屑和刨花压缩成固体成型燃料［9～13］。20世纪70年代后期，由于发生世界能源危机，石油价格上涨，芬兰、比利时等西欧国家普遍开始重视成型技术的研究与开发［14］。从20世纪80年代开始，日本对生物质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。

20世纪90年代以来，欧洲、美洲、亚洲的一些国家在生活领域开始大量应用生物质致密成型燃料。法国使用秸秆的压缩颗粒作为奶牛饲料，由多种林业废弃物生产的压缩成型燃料也已达到实用阶段［15～17］。瑞典是应用生物质成型燃料最好的国家之一，截至2006年，约有900万人使用生物质成型燃料，年消费量已达12000万t，应用生物质能源的总量已达到总能耗的25%。生物质固体成型燃料主要用于热电联产、社区供暖和家庭采暖等，热效率可达到80%～95%。

发达国家生物质成型技术较为成熟，设备已经定型，并形成了产业化，在供暖、干燥、发电等领域已普遍推广应用。生物质成型技术与设备具有加工工艺先进、专业化程度高、操作自动化程度高等优点。但国外的产品大多应用在木质生物质的处理，存在前期处理工艺复杂、电耗高、价格高等问题，对我国丰富的秸秆类生物质资源不能很好成型，难以在国内规模化推广应用。

相对而言，我国对生物质成型技术研究起步较晚，直到20世纪80年代，南京林业化工研究所才设立了对生物质致密成型机及生物质成型理论的研究课题［18］。1985年，我国试制了第一台ZT－63型生物质致密成型机，随后西北农业大学研制出了X－7.5、JX－11和SZJ－80A三种型号的秸秆固化成型机［19］。中国农业机械化科学研究院能源动力研究所和辽宁省能源研究所等研究单位对生物质冲压挤压式压块技术进行了攻关。进入21世纪，国家开始重视各种可再生清洁能源开发，生物质成型技术和设备研究也进入了良好的发展阶段。据统计，全国目前投入使用的生物质压缩成型设备约在1000台套左右，包括螺旋式、液压式棒料成型机和环模式颗粒机。

然而整体而言，我国在生物质固化成型技术相对落后，少量已经示范应用的设备在实际运行中都存在能耗高、关键部件使用寿命短等问题，且仅能成型玉米秸秆等少