1、生物質成型燃料概念及種類
生物質是指來源于植物和動物的有機物質。地球上的生物質資源非常豐富，目前是僅次于煤炭、石油和天然氣的世界第四大能源消費品種，其消費總量位居六大可再生能源（太陽能、風能、地熱能、水能、生物質能和海洋能）之首。我國可以開發利用的生物質能源有：各種農業廢棄物（秸稈和谷殼等）、薪柴、林業廢棄物（樹葉和有機垃圾）和人畜糞便等。統計表明，我國秸稈、薪柴、糞便和垃圾四項資源分別相當于3.08、1.3、0.77和1.43億t標準煤，總計約6.58億t標準煤。生物質被認為是一種C02零排放的能源（生物質利用過程中排放的C02量等于其生長過程中吸收的C02量）。燃燒時其NO；的排放量僅為燃煤的1/5，S02的排放量僅為燃煤的1/10，因此生物質成型燃料直接燃用是世界范圍內進行生物質高效、潔凈化利用的一個有效途徑，近年來成為可再生能源開發的熱點之一。其中，國內外在生物質成型燃料加工與應用技術方面的發展最為迅速。我國一些地區已進行批量生產，并形成研究、生產、開發的良好勢頭。在我國未來的能源消耗中，生物質成型燃料將占有越來越大的份額。
通常，生物質成型燃料是指將干枯的草本類（如農作物秸稈）、木本類（如樹枝）植物經粉碎后，在一定的壓力作用下壓縮成為一種固形物，所以也稱之為致密成型燃料、生物質固形燃料、生物質型煤等等。相比于散碎狀的秸稈、木屑，經壓縮成型后的生物質成型燃料，密度大大提高，貯運、使用都很方便，人們可以像使用煤炭一樣燃燒成型燃料，富通新能源生產銷售
木屑顆粒機、
秸稈壓塊機等生物質顆粒燃料成型機械設備。
按照原料以及其中添加物的的情況，生物質成型燃料主要可分為單一組分的成型燃料和復合成型燃料。復合成型燃料是為了便于成型、增加成型效果或增加燃料的除硫效果，在原料中可添加一些粘結劑、除硫劑。
按照成型后的密度大小，生物質成型燃料可分為高、中、低三種密度。密度在1100Kg/m3以上的高密度成型燃料，更適于進一步加工成炭化制品；密度在700kg/m3以下的為低密度成型燃料：密度介于700～1100kg/m3之間的為中密度成型燃料。塊型大小適宜的中低密度生物質成型燃料可以完全代替煤或與煤一起混合在普通爐灶、工業鍋爐和燃煤電廠鍋爐中燃燒。
2、生物質成型燃料加工技術的現狀
按成型加壓的方法不同來區分，目前國內外技術較為成熟、應用較多的生物質成型燃料加工機螺旋擠壓式、活塞沖壓式（包括機械式、液壓式）、有輥模碾壓式（包括環模式和平模式）等。按照其成型過程是否對原料輔助加熱，上述三種加工方式又分為冷成型和熱成型二類工藝，螺旋擠壓式、活塞沖壓式都屬于熱壓成型工藝，輥模碾壓式采用的是冷壓成型工藝。
2.1國外發展現狀
國外開發工作始于20世紀40年代，1948年日本申報了利用木屑為原料采用螺旋擠壓方法生產棒狀成型燃料的第1個專利，60年代成立了成型燃料行業協會。70年代初，美國研究開發了環模擠壓式顆粒成型機，并在國內形成大量生產。瑞土、瑞典、西歐等發達國家都先后開發研究了沖壓式成型機、輥模碾壓式顆粒成型機。在最早開發螺旋擠壓成型燃料生產技術的日本也有采用輥模碾壓式顆粒成型機加工木屑成型燃料的大型生產企業，單臺機組的年產量達到2萬噸以上。
2.2國內發展現狀
我國從20世紀80年代中期起開始了成型燃料的開發研究，一方面組織科技攻關，另一方面，引進國外先進機型，經消化、吸收，研制出各種類型的適合我國國情的生物質壓縮成型機，用以生產棒狀、塊狀或顆粒生物質成型燃料。據估計，全國目前投入使用的生物質壓縮成型設備約在1000臺左右，年產生物質成型燃料不足10萬t。
國內主要的幾種成型燃料生產技術的現狀分述如下：
2.2.1螺旋擠壓技術
螺旋擠壓成型技術是目前生產生物質成型燃料最常采用的技術，尤其是以機制炭為最終產品的用戶，大都選用螺旋擠壓成型機。
1990年，通過實施國家“七五”攻關項目“木質棒狀（螺旋擠壓）成型機的開發研究”工作，國內建立了第一條年產1000噸棒狀成型燃料生產線；1993年前后，國內一部分企業和有關省的農村能源辦公室從日本、中國臺灣、比利時、美國引進了近20條生物質壓縮成型生產線，這些生產線基本上都是采用螺旋擠壓式，大多數是以鋸木屑為原料，生產“炭化”燃料。棒狀成型燃料的形狀為直徑50mm左右、長度450mm左右，橫截面力圓形或六角形，每根重約1kg，用于蒸發量≤1000kg/h工業鍋爐或民用爐灶。
螺旋擠壓成型技術的優點是：
(1)成品密度高。以木屑、稻殼、麥草等為原料，國內生產的幾種螺旋擠壓成型機加工的成型棒料的密度都在1100～1400Km3。
(2)成品質量好、熱值高，更適合再加工成為炭化燃料。
螺旋擠壓成型技術的缺點是：
(1)產量低，目前國產設備的最高臺時產量不到150kg/h，距離規模化生產的產量要求相差較大。
(2)能耗高，粉料在螺旋擠壓成型前先要經過電加溫預熱，擠壓成型過程的的噸料電耗就在90kWh/t以上。
(3)易損件壽命短，國產設備主要工作部件一螺桿的最高壽命不超過500h，距離國際先進水平1000h以上還有不小的差距。
(4)原料要求苛刻。螺旋擠壓成型機采用連續擠壓，成型溫度通常調整在220-280℃之間，為了避免成型過程中原料水分的快速汽化造成成型塊的開裂和“放炮”現象發生，一般要將原料含水率控制在8%～12%之間，所以對有的物料要進行預干燥處理，增加了加工成本。這一點，對于移動式的成型燃料加工系統來說也許是一個致命傷，因為與旋擠壓成型工藝相銜接還需有配套的烘干機。
2.2.2活塞沖壓技術
這種技術的優點是成型密度較大，允許物料水分高達20%左右，但因為是油缸往復運動，間歇成型，生產率不高，產品質量不太穩定，不適宜炭化。活塞式的成型模腔容易磨損，一般100h要修一次，有的含Si02少的生物質材料可維持300h。
2003年，河南農業大學等單位通過實施科技部“秸稈壓塊成型燃料產業化生產的可行性研究”項目，開發了HPB - III型液壓驅動式秸稈成型機，該設備采用活塞套筒雙向擠壓間歇成型。生產率為400kg/h;噸料電耗為60～70kWh/t。
2.2.3輥模碾壓技術
生物質顆粒燃料的輥模輾壓成型技術是在顆粒飼料生產技術基礎上發展起來的，二者的主要區別在于纖維性物料含量的多少和成型密度的高低。用輥模輾壓式成型機生產顆粒成型燃料一般不需要外部加熱，依靠物料擠壓成型時所產生的摩擦熱，即可使物料軟化和黏合。對原料的含水率要求較寬，一般在10%～30%之間均能成型，其成型最佳水份為18%左右。相比于螺旋擠壓和活塞沖壓而言，輥模輾壓成型法對物料的適應性最好。因此，國內一些生產秸稈顆粒飼料的企業在生產顆粒飼料的同時也生產顆粒燃料，以提高設備的利用率。
目前國內一些知名的飼料機械生產企業，在環模顆粒機和平模顆粒機的設計、制造方面，已積累了豐富的經驗，某些方面已達到世界先進水平。在生物質顆粒成型燃料加工機械的研發方面也進行了多年的探索，并取得了可喜的成績。
(1)環模輾壓成型技術。1994-1998年，中國林科院南京林化所等單位通過實施國家林業局“林業剩余物制造顆粒成型燃料技術研究”項目，成功開發了以木屑和刨花為主要原料的顆粒燃料成型機，臺時產量在250kg/h左右，成型燃料產品的規格為直徑6 mm，長8～15mm，顆粒密度>1000kg/m3，其熱值為4800kcal/kg左右。產品質量達到日本“全國燃料協會”公布的顆粒成型燃料標準的特級或一級。但是由于當時在材料和加工工藝等方面的原因，主要易損件環模在面對粗纖維物料時，暴露出了使用壽命短的缺陷。使用成本高，成為環模式顆粒機難以在生物質成型燃料領域大面積推廣的重要原因。
近年來，在環模式顆粒機基礎上，國內開發了環模式壓塊機，成型塊截面尺寸在35mmx 35mm左右，生產率可達2t/h以上，是規模化生產生物質成型燃料的一種較理想的機型。
(2)平模輾壓成型技術。由于在平模制造工藝水平和主要加工物料對象方面與國外的差異等原因，以前國內在對平模式顆粒機的研究方面不夠深入，國內能生產的最大平模直徑只有400 mm。2000年，農業部南京農業機械化研究所等單位通過實施“948”項目，在引進國際上著名的德國卡爾公司的38～780型大型平模式顆粒機的基礎上，結合我國實際，又進行了多處技術改進和創新。研制的具有自主知識產權的SZLP-780型平模顆粒機的主要技術性能參數為：平模直徑：780 mm;燃料顆粒直徑12 mm時生產能力：1.2t/h，噸料耗電量：40～50kWh/t。
與其他生物質成型顆粒（塊）加工技術相比，大型平模式顆粒機最大的優點在于原料適應性廣。平模式顆粒機壓制室空間較大，可采用大直徑壓輥，因而能將諸如秸稈、干甜菜根、稻殼、木屑等體積粗大、纖維較長的原料強行輾壓粉碎后壓制成粒，對原料的粉碎度要求降低了。同時，平模式顆粒機對原料水分的適應性也較強，含水量15%—25%的物料都能被壓縮成型。此外，平模式顆粒機還有輥模制造容易、壽命長、產量大、噸料耗電低、成型密度調整方便等優點，除了在生物質成型燃料方面以外，還可適用于其他粗纖維含量多的物料的成型加工，如牧草、秸稈飼料顆粒，生物肥顆粒等，應用前景十分廣闊。
但總體來看，目前，我國的生物質固化成型裝備在設備的實用性、系列化、規模化上還很不足，距國際先進水平還有不小的差距。這一問題以成型機最為突出，表現在生產率低、成型能耗高、主要工作部件壽命短、機器故障率多、費用高等方面。
3、生物質成型燃料應用技術的發展現狀
由于成型加工方法的不同，生物質成型燃料的的形狀和大小的差異性也很大，小的顆粒截面直徑只有6～8mm，大的燃料塊截面直徑要達100mm以上。各種成型燃料的密度大小也不盡相同，因此，生物質成型燃料的利用技術也是多種多樣的。歸納起來，除了炭化法加工以外，生物質成型燃料的直接燃燒是主要的利用方式。燃燒的爐具主要有二種，一種是家庭式爐灶或一般工業鍋爐，另一種是燃煤電廠鍋爐。
3.1炊事、供暖利用方式
在歐美，針對一般居民家用的生物質顆粒燃料及配套的高效清潔燃燒取暖爐灶已非常普及。從20世紀70年代開始，結合生物燃料成型技術的發展，用于高效燃燒成型生物燃料的燃燒器具不斷改進完善。截至到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80%，而生物顆粒燃料的供應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。另一種用于住宅小區、學校大面積供熱可進行二次燃燒的節能高效鍋爐的燃燒熱效率可高達90%以上。
據瑞典國家能源局對外公布的資料顯示，用生物質顆粒燃料，集中供熱產生每kWh熱量的費用是燃燒輕油供熱的42%、燃燒重油供熱的58%;以家庭為單位的小型鍋爐供熱產生每kWh熱量的費用是電熱的62%，燃燒燃油供熱的57%。從節約能源、減少污染、保護生態環境以及經濟效益看，生物質燃料制備技術和高效燃燒器具開發及應用具有極廣闊的前景。
國內方面，包括北京萬發爐業中心在內的很多研發機構，在20世紀末開始研發以農作物秸稈為原料的生物質顆粒燃料燃燒供暖設備，如暖風壁爐、水暖爐、炊事爐等系列爐具，均取得了滿意效果。
3.2發電利用技術
生物質發電在發達國家己受到廣泛重視，主要工藝有三種：生物質鍋爐直接燃燒發電、生物質與煤混合燃燒（摻燒）發電和生物質氣化發電。
燃煤電廠中摻燒生物質燃料發電技術在美國等地的發展較具規模。1992年，美國利用生物質發電的電站約有1，000家，發電裝機容量已達650萬kW，年發電42億kWh，消耗4，500萬t生物質燃料，
在瑞典，豐富的森林資源多位于北部，而使用木材的熱電廠卻大多在南方，于是，他們建立了一家顆粒加工廠。鋸末被加工成顆粒，然后運往南方。1t顆粒能發5000 kWh的電。
在利用生物質成型燃料發電方面，代表了當今世界先進水平和發展方向的，是位于丹麥的一座叫阿文多的發電廠。這是一座裝機容量85萬kW，可在同一爐體燃燒煤、油、天然氣和生物質壓縮顆粒的多燃料方式發電廠。四根燃料供給管道連接鍋爐，分別輸送煤、油、天然氣和經過成型處理后的塊狀生物質。但我國在現有燃煤電廠中利用秸稈等生物質成型燃料替代燃煤發電方面還是空白。
與秸稈粉碎直接燃燒和秸稈氣化燃燒發電相比，成型燃料與煤摻燒發電技術在我國更有推廣前途，生物質成型燃料發電技術的優勢在于：
(1)熱能利用率高。相比于散碎狀秸稈，經壓縮成型后的秸稈成型燃料，燃燒特性明顯改善：燃燒充分，黑煙少；火力持久，爐膛溫度高。
(2)設備投資少，推廣價值大。
國外成功的例子表明現有小火電廠經過適當技術改造就可摻燒。在國內來說，以一個裝機容量為50MW的小型熱電聯產電廠為例，按30%的摻燒比例，每年需秸稈成型燃料7萬t。建設成型燃料加工廠需投資200萬元，技改需投資300萬元，合計新增投資500萬元，單位千瓦投資只需0.01萬元，遠低于需要引進國外機組新建的秸稈散草發電廠以及新建秸稈氣化發電廠的投資。
(3)生物質成型燃料貯運方便，降低了流通環節的成本，有利于規模化加工和利用。
生物質分布極為分散，形態各異，能量密度低，給規模化收集、運輸、存儲和利用帶來了很大不便。而且，生物質的供應具有季節性和周期性，增加了存儲的空間與成本。經過適當壓縮成型加工后，生物質的體積可減少5～10倍，原料的收集半徑可以擴大，而且運輸成本還大大降低。
(4)便于在更廣大的農村遍地開花發展生物質成型燃料加工廠，開拓就業機會、增加農民收入，改變直接焚燒后對土壤結構的破壞和對大氣環境的污染。
4、生物質成型燃料加工與應用技術的展望
4.1生物質成型燃料需求將大幅增加
我國已在2005年頒布實施《可再生能源法》，將可再生能源的推廣和使用納入法制化、制度化軌道，以促進可再生能源來替代高污染的能源，并希望到2020年時，使包括秸稈等生物質在內的可再生能源在我國全部能源供應中的比例由目前的7%增加到15%，生物質成型燃料的使用量由目前不足10萬t增加到5000萬t。
4.2生物質成型燃料加工技術將全面提升
在生物質固化成型技術裝備研究、開發方面，國內外發展總的趨勢是：裝備生產專業化、產品生產批量擴大化、生產裝備系列化和標準化。尤其國內則在設備實用性、系列化上下功夫，不斷降低成本并提高技術水平，為21世紀大規模開發利用生物質能提供必要的技術儲備。
4.3生物質成型燃料發電將穩步發展
與在普通鍋爐、農家柴灶中推廣使用生物質成型燃料相比，國外的經驗證明，生物質成型燃料發電具有利用規模大、成本低的優點，而且較易得到國家優惠政策的支持。顯而易見，在我國這樣一個有著豐富的秸稈等生物質資源、而化石資源卻又少得可憐的發展中大國，隨著低成本、規模化的的秸稈成型燃料加工技術和摻燒發電技術的突破，成型燃料將首先在工業發電領域特別是小火電、小熱電聯產企業中得到廣泛推廣應用。因而加快研究在現有燃煤電廠中摻燒秸稈等生物質成型燃料發電技術，填補我國在該領域內的空白，在我國具有更大的現實意義和迫切性。
