0、引言
近年來，人類社會經濟發展日益迅猛，但這是以大量消耗化石能源并污染環境為代價的。化石能源日益減少，環境污染日益嚴重，尋找一種可再生的替代能源已迫在眉睫。生物質能是一種可再生能源，具有可再生性和環境友好性的雙重屬性，近年來越來越受到人們重視，其消耗量己躍居第4位，僅次于石油、煤炭和天然氣。我國的生物質能資源十分豐富，每年僅農業廢棄物產量就有約7. 15億t，其中農作物秸稈產量約為4.33億t，約占60%。
我國大多數農民利用秸稈、薪柴的方式還停留在最原始的直接燃燒的狀態，這樣不僅農作物秸稈不能充分燃燒，浪費資源，而且對環境造成嚴重污染，危害人們身心健康。生物質成型
顆粒燃料的能量密度相當于中質煙煤，但成型燃料燃燒排放的CO，來自于秸稈光合作用吸收的CO，，吸收和排放達到平衡，基本實現零排放，其它有毒有害氣體排放量也遠小于煤。生物質成型燃料本身體積較小，接觸到的空氣充足，可以充分燃燒，相對于煤來說，燃燒特性明顯改善，利用效率顯著提高。生物質秸稈固體成型燃料包括顆粒燃料、塊狀燃料和棒狀燃料，其中顆粒燃料因其自身特性，具有流動性強、燃燒效率高等優點，從而得到廣泛應用。
本文擬通過介紹生物質顆粒燃料及其特性，綜述國內外生物質顆粒燃料
顆粒機發展現狀，對比分析國內環模顆粒成型機和平模顆粒成型機的性能和應用，探討國內外生物質顆粒燃料成型技術及設備存在的問題，并提出我國生物質顆粒燃料設備及產業化發展方向。
1、生物質顆粒燃料特性
秸稈等生物質原料在施加一定的外部壓力的作用下，由于物料間以及物料和模輥間的相互摩擦，物料達到一定溫度，再加上木質素的黏結作用，使植物體變得致密均勻，當取消外部壓力后，由于纖維分子之間的相互纏繞，一般不能恢復原來的結構和形狀，冷卻以后強度增加，成為成型燃料。
生物質顆粒燃料通常是指由經過粉碎的固體生物質原料通過成型機的壓縮成為圓柱形的生物質固體成型燃料，直徑≤25mm，長徑比≤4，常見直徑尺寸有6，8，10mm。成型顆粒燃料密度明顯增大，體積明顯縮小，便于運輸和貯存；同時，體積小，與空氣接觸面積大，利于燃燒；規格一致，便于實現自動化輸送和燃燒；可作為工業鍋爐、住宅區供暖及戶用炊事、取暖的燃料。
燃料的揮發分含量越高，則點火越容易，燃燒性能越好，而生物質顆粒燃料的揮發分含量高達60%~70%，遠高于煤，故其點火性能和燃燒性能均優于煤；碳含量為35%~42%，遠低于煤。這使得其熱值低于煤；N含量為0.5%~3%，S含量僅為0.1%~0.5%t，燃燒時NOx和SO，的排放量遠低于煤，排放的CO，和秸稈光合作用吸收的CO，達到平衡，基本實現零排放；與原始狀態的生物質資源相比，顆粒燃料燃燒時間更持久。由此可見，生物質顆粒燃料是一種“優質、清潔、高效”的燃料。
生物質顆粒燃料的加工工藝主要包括原料接收、粉碎、混合、除塵、成型、冷卻、篩選回收和計量包裝等工序，具體工藝流程圖如圖1所示。
近年來，隨著新能源產業的不斷發展，秸稈能源化利用得到了高度重視，國家相繼出臺了一系列鼓勵和支持相關產業發展的政策法規。在這些政策法規的鼓勵和支持下，國內生物質固體成型燃料產業蓬勃發展，截至2009年底，全國已有生產廠家260余處，生產能力每年約76.6萬t。國內生物質固體成型燃料主要用作農村居民戶用炊事、取暖、住宅區取暖、工業鍋爐以及發電廠等的燃料，可減少一次能源的損耗，增加生態效益；減少溫室氣體排放，增加環境效益；為農民增收，增加社會效益。
2、國內外生物質顆粒燃料成型機發展現狀
2.1國內生物質顆粒燃料成型機的研究現狀
經過多年的研究與試驗，國內部分成型設備及其配套產品發展成熟。如農業部規劃設計研究院的生物質制粒設備，整機傳動部分選用瑞士、日本高品質軸承，確保傳動高效、穩定、噪聲低，采用國際先進的真空護熱處理制造工藝加工而成的合金鋼環模，使用壽命長，且適用范圍廣，可將玉米秸稈、棉花秸稈、花生殼以及木屑等多種燃料制粒成型；江蘇牧羊集團生產的MUZL系列制粒機，采用雙馬達同步齒形帶分步驟傳動系統及獨特三壓輥經典設計，布料均勻，產量高，噪音低，環模技術可加工最小顆粒孔徑1. 2mm；MZLH508JG高效率制粒機，采用國際先進的設備和工藝加工制造的合金鋼環模，使用壽命長，特制喂料機構，進料均勻可靠，專為壓制各種秸稈顆粒燃料而設計。
2.2 國外生物質顆粒燃料成型機的研究現狀
目前，國外的很多企業生產的顆粒成型設備技術已經日趨成熟，像德國SALMATEC公司的MAXIMA模塊化設計的制粒機，可以適應多種原料，生產率高達30 000kg／h；奧地利ANDRITZ公司生產的Feed&Bio-fuel系列顆粒機，軋輥可以快速、簡單、準確的滾動調整，模孔尺寸通常的范圍從1.5~9. 5mm，顆粒模具可達到約90mm厚。此外，ANDRITZ公司針對每道工序或完整的工藝生產線采用全自動控制系統，確保成型顆粒質量的同時，符合成本效益。模塊化設計的控制系統，范圍從業務職能的基本控制到整個工藝生產線，包括先進的電腦控制、秤、粉碎機、攪拌機、擠壓機、烘干機、制粒機、冷卻器和涂層機等。
國外生物質顆粒設備制造已經比較規范，但成本較高，同等生產能力的設備是國內的5—10倍。
3、生物質顆粒燃料成型機
生物質固體成型主要分為模輥擠壓、螺旋擠壓和活塞沖壓等方式。其中，螺旋擠壓、活塞沖壓主要用于生產塊狀及棒狀燃料，模輥擠壓主要用于生產顆粒燃料，且具有生產率高、成型率高、成型顆粒質量好、可連續生產等優點，與螺旋擠壓、活塞沖壓相比，工作狀態更穩定，對物料的適應性更好，且其生產的顆粒燃料滿足燃煤電廠對生物質成型燃料均勻度要求，可實現工業的自動化上料，是目前發展的重點。
模輥式成型機分為環模成型機和平模成型機，主要工作部件是壓模與壓輥，在成型室中，壓模與壓輥通過將原料擠壓進模孔而成型。
3.1環模顆粒成型機
環模顆粒成型機機型采用環形壓模和壓輥為主要工作部件，主要由上料系統、攪拌調質系統、傳動系統及成型系統組成。
成型機工作原理：電動機帶動環模轉動，由于摩擦力的作用，環模上的物料帶動壓輥轉動。物料被強制喂料器送入壓制室內之后，隨環模和壓輥轉動，二者相互擠壓，夾在其間的物料就被不斷壓縮，隨著物料內部壓力和密度不斷增大，達到一定密度的物料就被壓入環模模孔當中，經過一段時間保壓定型，具有一定密度的生物質顆粒燃料即成型。
由于顆粒燃料直徑較小，環模壓縮比較大，對原料的含水率要求較高，一般含水率在12%~15%之間、原料粒徑在1～5 mm之間時適合成型。
3.2平模顆粒成型機
平模顆粒機采用平模和與其相配合的圓柱形壓輥為主要工作部件，按工作部件的運動狀態分，平模制粒機有動輥式、動模式、模輥雙動式3種，動模式和模輥雙動式常見于小型平模制粒機，動輥式則一般用于較大機型。按壓輥的形狀分，又可以分為錐輥式和直輥式兩種。
直輥動輥式平模制粒機工作原理如圖4所示。電動機經過減速箱減速后驅動主軸轉動，主軸帶動壓輥公轉。同時，壓輥繞壓輥軸自轉，原料被送入喂料室后，由分料器和刮板將其均勻地鋪在平模上；壓輥不斷自轉和公轉，將平模上的物料不斷擠壓進模孔內；物料在模孔內密度和溫度不斷升高，經過一定時間保壓定型后，被擠出平模；旋轉切刀將物料切斷，形成顆粒燃料；最后，由掃料板將成型顆粒送出。
平模成型機對原料水分適應性強，含水率一般在15%～25%之間，結構簡單，成本較低，適于農村小規模使用，但產量普遍偏低，一般不超過0.5t／h。
3.3環模顆粒機和平模顆粒機的對比
環模顆粒機特點在于產量大，成型顆粒規格一致，密度高，可達1.0~1.3kg／m3，不加任何添加劑也能做出顆粒來；壓輥和環模磨損均衡，能夠降低易損耗品的消耗；拆裝容易，維護簡單。其缺點是電耗普遍偏高。
而平模機器的優點在于耗能小，機動性大，適合農村居民小規模應用，不適合工廠企業的大規模運作。其缺點在產量低，壓力小，成型質量差。其工作面如加寬后，壓輥和平模的磨損又不均衡，達不到更大的產量，配件拆裝繁瑣、維護麻煩。
平模機和環模機性能特點的對比分析如表2所示。
4、存在問題
1)易損件磨損快。對于模輥式顆粒成型機，原料中的硅酸鹽成分、雜質、喂料的不均勻以及原料中水分等因素都會加劇壓輥表面的磨損，致使壓輥快速磨損失效。環模不但是易損件，而且制造成本較高，減少和改善環模與壓輥的磨損，不僅有利于明顯降低顆粒加工成本，提高經濟效益，而且可提高產品生產率及成型產品質量。
2)模孔堵塞嚴重。發生模孔堵塞，與物料本身特性、調質質量、輸送速度和模輥間隙等有關。模孔堵塞不但影響正常生產，降低生產率，還會影響成型顆粒質量，降低環模壽命。但是，目前如何很好地預防和及時處理模孔堵塞的問題還未得到解決。
3)成型機專業化水平低。目前，國外的顆粒燃料成型技術雖然已經比較成熟，但其顆粒成型機針對的原料多為木屑，少有針對秸稈的成型設備。國內現有的針對秸稈原料的顆粒成型機，也是僅針對像玉米秸稈、小麥秸稈、花生殼等幾種常見原料，對其它原料，則會出現設備運行不平穩甚至無法正常運行的現象，即對原料要求較高，適應性差，還未達到專業化水平。
4)無相關配套設備標準。和成型機配套的相關輔助設備沒有統一標準，如粉碎設備的粉碎粒度規格不統一，造成成型機成型的難易程度不同，從而導致成型燃料質量及成型率不同，影響生產率，且易造成設備運行不穩定、生產線故障率高。
5、結論
生物質顆粒燃料有諸多優點，隨著一次能源的減少，其使用必將更加廣泛。國外針對生物質固體成型燃料設備的研究已經比較成熟，而且多數是大規模產業化生產，有的已經實現模塊化的全自動控制生產線，生產率高，產品質量好，已達到規模化和商品化。國內制粒機近年來已取得很大進展，但與國外相比，最為突出的還是能耗問題，目前，能源問題日益突出，降低制粒機能耗，應是今后重點研究方向。其中，環模制粒機環模的磨損以及模孔堵塞，也是亟待解決的問題。從根本上提高制粒機的產量和成型顆粒質量、降低能耗，還需要通過改變模輥間隙、模孔形狀等細節問題上來提高，可以降低生產線故障率，提高穩定性。此外，制定生物質顆粒燃料成型設備的行業標準，有利于促進其產業化和商品化進程。
