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生物质秸秆致密成型关键技术研究

摘要：简单介绍了国内外生物质致密成型技术研发现状、研究的主要内容、重点及研究中存在的问题，提出解决和改进的具体措施并得到了很好地验证。

引言

中国是一个农业大国，每年生物质能资源十分丰富。目前，生物质在中国能源消费中约占25％，在农村占71％。这些生物质能源除用于工业和饲料外，大部分直接燃烧，多余部分就地烧荒，不仅热利用效率低，而且严重污染环境。因此，研究生物质能转换技术，将丰富的农业废弃物资源变废为宝，转换为优质燃料，对保护生态环境、促进农业可持续发展具有重要意义。

秸秆的能源化利用对于新农村建设，改善农村生产生活环境，全面实现节能减排，提高农村生活质量，促进农民节收增支等方面均具有重要意义。秸秆成型是农业废弃物资源再利用的一个必要条件。

1生物质秸秆致密成型技术及其发展现状

生物质致密成型技术是指具有一定粒度的农林废弃物(锯屑、稻壳、树枝、秸秆等)干燥后在一定的压力作用下(加热或不加热)，可连续挤压制成棒状、粒状、块状等各种成型燃料的加工工艺，压缩成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料，方便贮存和运输，提高生物质的可利用性和利用率。

山东省农作物秸秆主要包括玉米、小麦、水稻和花生等作物的秸秆，且各种秸秆产量大、范围广。秸秆经过成型后，成为高品位的能源产品加以利用，完全可以作为燃料替代煤。工业化生产过程中产生大量的蔗渣、中药渣、糠醛渣、木浆泥等工业垃圾，这些垃圾的处理成大难题，也是主要的污染源。秸秆成型机的研究开发既可以减轻此致类物质直接焚烧所造成的大气污染，又为企业降低了生产、生活成本，为秸秆利用、变废为宝提供了商业化、产业化的新途径，且符合国家环保政策，可实现CO2、SO2盛排，减少温室效应，是保护生态环境的有效方法，环保效益明显。在国际国内能源13益紧张的情况下，生物质致密成型技术为废弃农作物秸秆和蔗渣、中药渣等工业垃圾的利用带来了新出路。

1.1国外技术研发现状

国外成型燃料的发展大体分为三个阶段，20世纪30年代一50年代为研究、示范、交叉引进阶段，研究的着眼点以代替化石能源为目标；20世纪70年代—90年代为第二阶段，各国普遍重视化石能源对环境的影响，对数量较大、可再生的生物质能源产生了兴趣，开展生物质固化成型燃料研究，到0年代，欧洲、美洲和亚洲的一些国家在生活领域中比较大量应用生物质固化成型燃料；20世纪90年代后期至今为第三阶段，首先以丹麦为首开展了规模化利用的研究工作，丹麦著名的能源投资公司BWE率先研制成功了第一座生物质固化成型燃料发电厂，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300t，但生物质固化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，瑞典人均生物质固化成型燃料消耗量达到160kg／a，欧洲现有近百家生物质固化成型燃料加工厂，农场以秸秆为原料，靠近城市的加工厂以木屑为原料，南非在2013年建成了14座以木柴加工废弃物为原料，年产量达到120×104t的成型燃料加工厂。国外生物质固化成型燃料技术发展有如下特点：原料以木屑等林业废弃物为主，一般不利用农作物秸秆；生产技术大部分已经成熟，并达到规模化和商品化；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；设备制造比较规范，但能耗高，价格高。

1.2国内研发现状

1.2.1研发现状

中国从20世纪80年代起开始致力于生物质固化成型燃料技术的研究，主要引进韩国、日本、中国台湾等成套设备。随后，荷兰、比利时等国家的技术和设备也相继引入中国，已成功研制出各种类型的生物质固化成型燃料生产设备。

1.2.2各类型设备性能介绍

a)活塞冲压式成型机。该机由河南农业大学和中国农业机械化科学研究院研制，河南农业大学率先对冲压式生物质固化成型设备进行了应用研究，所设计的往复式活塞双向挤压成型机具有创新性。生产试验和分析结果表明：该成型机可显著提高易损件的使用寿命，降低单位产品能耗，工作平稳，成型可靠，成本低，投入回收期短，经济效益和环保效益明显，生产以秸秆为主的生物质原料，推广前景广阔，但该类型设备所生产的燃料密度比较小；

b)螺旋挤压式成型机。中国林业科学研究院林产化学工业研究所率先开始研制螺旋挤压式棒状燃料成型机，主要由加热装置、螺旋挤压装置和控制装置组成，但这些设备存在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；

c)环模挤压成型。一种是采用内旋式环模结构，挤压成型；一种采用外旋式环模结构，挤压成型，这两种都是由饲料成型设备改进而来。前者以北京盛昌绿能科技有限公司改进美国技术为代表，是目前欧美国家的主流技术，设备采用常温成型，适用原料为秸秆、木屑等各种农林废弃物，产品为颗粒状及方块状，环模工作