生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油和天然氣而居世界能源消費(fèi)總量第四位的能源，在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要地位。專(zhuān)家預(yù)測(cè)，生物質(zhì)能極有可能成為未來(lái)可持續(xù)能源系統(tǒng)的組成部分，到下世紀(jì)中葉，采用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料將占全球總能耗的40%以上。
我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，又是一個(gè)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的國(guó)家，生物質(zhì)能的研究利用是解決“三農(nóng)”問(wèn)題及農(nóng)村生活用能匱乏的重要途徑，又是保護(hù)環(huán)境、實(shí)施可持續(xù)戰(zhàn)略發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要。開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能等可再生的清潔能源資源對(duì)建立可持續(xù)的能源系統(tǒng)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重大意義。
生物質(zhì)能利用的最終產(chǎn)品有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形式。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)品都要經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中有一定的能量損失，因此，同其他生物質(zhì)能利用技術(shù)相比較，生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)因生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單而更容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，其產(chǎn)品更容易直接使用。因此，生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)設(shè)備的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)列入我國(guó)可再生能源發(fā)展的重點(diǎn)。
(1)國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
①生物質(zhì)顆粒燃料的特征。生物質(zhì)致密成型燃料是生物能源的一種類(lèi)型，是將生物質(zhì)進(jìn)行加工、生產(chǎn)出的一種具有要求密度和熱值的燃料。它具有以下主要特征：有比較高的密度，一般為1.0～1.3克／厘米3；熱值一般為16 000～17000千克／焦；灰分小，有害成分低，可以實(shí)現(xiàn)C02的零排放。植物秸稈中含有一定量的硅、堿金屬、堿土金屬和氯元素，硅元素的存在使得在成型燃料加工過(guò)程機(jī)械磨損較重，堿金屬、堿土金屬和氯元素的存在使得成型燃料在燃燒過(guò)程中形成氧化物沉積在爐壁表面造成腐蝕。
②生物質(zhì)顆粒燃料的分類(lèi)。生物質(zhì)顆粒燃料按形狀可以分為顆粒狀（直徑∮5～12毫米，長(zhǎng)度10～30毫米的小圓柱體）、方塊狀（截面為30×30毫米的正方形，長(zhǎng)度一般為30～80毫米）和中空棒狀（截面一般為六棱形，直徑Ø50～60毫米，長(zhǎng)度500毫米左右，中心帶有直徑為cp20的通孔）。
③國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀。國(guó)外成型燃料的發(fā)展分為三個(gè)階段。從20世紀(jì)30～50年代為研究、示范、交叉引進(jìn)階段，研究的著眼點(diǎn)以代替化石能源為目標(biāo)。20世紀(jì)70～90年代為第二階段，各國(guó)普遍重視了化石能源對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)數(shù)量較大的、可再生的生物質(zhì)能源產(chǎn)生了興趣，開(kāi)展生物質(zhì)致密成型燃料的研究，到20世紀(jì)90年代，歐洲、美洲，亞洲的一些國(guó)家在生活領(lǐng)域比較大量地應(yīng)用生物質(zhì)致密成型燃料。20世紀(jì)90年代后期至今為第三階段，首先以丹麥為首開(kāi)展了規(guī)模化利用的研究工作，丹麥著名的能源投資公司BWE率先研制成功了第一座生物質(zhì)致密成型燃料發(fā)電廠(chǎng)，隨后，瑞典、德國(guó)、奧地利等國(guó)先后開(kāi)展了利用生物質(zhì)致密成型燃料發(fā)電和作為鍋爐燃料研究。目前，丹麥已經(jīng)建立了130座發(fā)電廠(chǎng)。
目前，美國(guó)已經(jīng)在25個(gè)州興建了樹(shù)皮成型燃料加工廠(chǎng)，每天生產(chǎn)燃料超過(guò)300噸。但生物質(zhì)顆粒燃料以歐洲的一些國(guó)家如丹麥、瑞典、奧地利發(fā)展最快。例如，瑞典人均生物質(zhì)致密成型燃料消耗量達(dá)到160千克／年。歐洲現(xiàn)有近百家生物質(zhì)致密成型燃料加工廠(chǎng)，農(nóng)場(chǎng)主以秸稈為原料，靠近城市的加工廠(chǎng)以木屑為原料。南非在2003年建成了4座以木柴加工廢棄物為原料，年產(chǎn)量達(dá)到20萬(wàn)噸的成型燃料加工廠(chǎng)，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
總體而言，國(guó)外生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)發(fā)展有如下幾個(gè)特點(diǎn)：
●生產(chǎn)技術(shù)大部分已經(jīng)成熟，并達(dá)到規(guī)模化和商品化；
●成型燃料的用途已經(jīng)由燒壁爐等生活用能為主轉(zhuǎn)向了生產(chǎn)應(yīng)用；
●設(shè)備制造比較規(guī)范，但能耗高，價(jià)格高。
④?chē)?guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀。我國(guó)從20世紀(jì)80年代起開(kāi)始致力于生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)的研究，主要引進(jìn)韓國(guó)、臺(tái)灣地區(qū)、日本等成套設(shè)備，并以螺桿擠壓杌為主。隨后，荷蘭、比利時(shí)等國(guó)技術(shù)設(shè)備也相繼推人中國(guó)。“七五”開(kāi)始，國(guó)內(nèi)的一些科研院所和企業(yè)開(kāi)始對(duì)生物質(zhì)致密成型機(jī)及生物質(zhì)成型理論研究。但由于設(shè)備螺桿磨損快和產(chǎn)品沒(méi)有市場(chǎng)的原因，發(fā)展緩慢。1990年前后，一些單位先后研制和生產(chǎn)了幾種不同規(guī)格的生物質(zhì)成型機(jī)和碳化機(jī)組，這些設(shè)備包括機(jī)械沖壓式成型機(jī)、液壓驅(qū)動(dòng)活塞式成型機(jī)、電加熱螺桿成型機(jī)等。但這些設(shè)備存在著一些諸如成型筒及螺旋軸磨損嚴(yán)重、壽命較短、電耗大等缺點(diǎn)。1999年遼寧省能源研究所在國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目的支持下，研制開(kāi)發(fā)成功生物質(zhì)致密成型機(jī)組，該機(jī)組包括干燥、成型、炭化等設(shè)備，標(biāo)志著我國(guó)的棒狀生物質(zhì)顆粒燃料及機(jī)制木炭設(shè)備進(jìn)入一個(gè)新水平。
進(jìn)入21世紀(jì)，化石能源價(jià)格連續(xù)攀升，環(huán)境污染日益加劇，國(guó)家開(kāi)始對(duì)各種可再生清潔能源開(kāi)發(fā)的重視，生物質(zhì)顆粒燃料也進(jìn)入了良好的發(fā)展階段，顆粒狀、小方塊狀成型燃料也引起高度關(guān)注。目前，包括國(guó)內(nèi)很多企業(yè)和大專(zhuān)院校、科研院所開(kāi)發(fā)成功擠壓式、液壓沖擊式、螺桿式成型燃料生產(chǎn)設(shè)備，并在取暖爐、鍋爐、機(jī)制木炭生產(chǎn)等方面廣泛使用。
總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)的生物質(zhì)顆粒燃料有如下特點(diǎn)：
●在全國(guó)范圍內(nèi)，還處于研究示范試點(diǎn)階段，規(guī)模化和市場(chǎng)化較差；
●設(shè)備的技術(shù)原理比較先進(jìn)，成本低廉，適合我國(guó)國(guó)情；
●設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行能力不高；
●管理不規(guī)范，支持政策缺乏，推廣速度緩慢。
2．生物質(zhì)顆粒燃料成型原理及其影響因素
(1)成型原理
①生物質(zhì)壓縮成型的粘結(jié)機(jī)制。生物質(zhì)成型塊的品質(zhì)受諸多因素影響，這些因素有的與生物質(zhì)自身的生化特性有關(guān)，有的與外部壓縮條件、模具類(lèi)型、壓縮方式、成型工藝等有密切聯(lián)系，它們都從根本上影響或制約著成型塊內(nèi)部的粘結(jié)方式和黏結(jié)力大小，直接造成成型塊物理品質(zhì)的差異。1962年德國(guó)的Rumpf針對(duì)不同材料的壓縮成型，將成型物內(nèi)部的黏結(jié)力類(lèi)型和黏結(jié)方式分成5類(lèi)：a．固體顆粒橋接或架橋；b．非自由移動(dòng)粘結(jié)劑作用的黏結(jié)力；c-自由移動(dòng)液體的表面張力和毛細(xì)壓力；d．粒子間的分子吸引力（范德華力）或靜電引力；e．固體粒子間的充填或嵌合。多數(shù)農(nóng)作物秸稈在較低的壓力壓縮下，秸稈破裂，由于秸稈斷裂程度不同，形成規(guī)則和大小不一的大顆粒，在成型塊內(nèi)部產(chǎn)生了架橋現(xiàn)象，所以成型塊的松弛密度和耐久性都較低。粉碎的秸稈或鋸末，在壓力作用下，細(xì)小的顆粒互相之間容易發(fā)生緊密充填，其成型塊的密度和強(qiáng)度顯著提高。當(dāng)農(nóng)林廢棄物進(jìn)行熱壓成型時(shí)，構(gòu)成生物質(zhì)的化學(xué)成分可以轉(zhuǎn)換為黏結(jié)劑，增強(qiáng)了成型物顆粒間的黏結(jié)力。J．A．Lindley在對(duì)生物質(zhì)燃料壓縮成型的研究中認(rèn)為，雖然成型物的密度和強(qiáng)度受溫度、含水量、壓力、添加劑等諸多因素影響，但實(shí)質(zhì)上，都可以用Rumpf所述的一種或一種以上的黏結(jié)類(lèi)型和黏結(jié)力來(lái)解釋生物質(zhì)成型物內(nèi)部的成型機(jī)制。
②生物質(zhì)壓縮成型的粒子特性。構(gòu)成生物質(zhì)成型塊的主要物質(zhì)形態(tài)為不同粒徑的粒子，粒子在壓縮過(guò)程中表現(xiàn)出的充填特性、流動(dòng)特性和壓縮特性對(duì)生物質(zhì)的壓縮成型有很大的影響。通常生物質(zhì)壓縮成型分為兩個(gè)階段。第一階段，在壓縮初期，較低的壓力傳遞至生物質(zhì)顆粒中，使原先松散堆積的固體顆粒排列結(jié)構(gòu)開(kāi)始改變，生物質(zhì)內(nèi)部孑L隙率減少。第二階段，當(dāng)壓力逐漸增大時(shí)，生物質(zhì)大顆粒在壓力作用下破裂，變成更加細(xì)小的粒子，并發(fā)生變形或塑性流動(dòng)，粒子開(kāi)始充填空隙，粒子間更加緊密地接觸而互相嚙合，一部分殘余應(yīng)力貯存于成型塊內(nèi)部，使粒子間結(jié)合更牢固。壓力、含水率及粒徑是影響粒子在壓縮過(guò)程中發(fā)生變化的主要因素。在生物機(jī)體內(nèi)存在的適量的結(jié)合水和自由水是一種潤(rùn)滑劑，使粒子間的內(nèi)摩擦變小，流動(dòng)性增強(qiáng)，從而促進(jìn)粒子在壓力作用下滑動(dòng)而嵌合。構(gòu)成成型塊的粒子越細(xì)小，粒子間充填程度就越高，接觸越緊密；當(dāng)粒子的粒度小到一定程度（幾百至幾微米）后，成型塊內(nèi)部的結(jié)合力方式和主次甚至也會(huì)發(fā)生變化，粒子間的分子引力、靜電引力和液相附著力（毛細(xì)管力）開(kāi)始上升為主導(dǎo)地位。根據(jù)研究，成型塊的抗?jié)B水性和吸濕性都與粒子的粒徑有密切關(guān)系，粒徑小的粒子比表面積大，成型塊容易吸濕回潮；但與之相反的是，由于粒子的粒徑變小，粒子間空隙易于充填，可壓縮性變大，使得成型塊內(nèi)部殘存的內(nèi)應(yīng)力變小，從而削弱了成型塊的親水性，提高了抗?jié)B水性。在對(duì)植物材料壓縮成型時(shí)粒子變形和結(jié)合形式的研究中，郭康權(quán)等對(duì)成型塊內(nèi)部粒子進(jìn)行顯微鏡觀察和粒子二向平均徑測(cè)量，并建立了粒子微觀結(jié)合模型認(rèn)為，在垂直于最大主應(yīng)力的方向上，粒子向四周延展，粒子間以相互嚙合的形式結(jié)合；在沿著最大主應(yīng)力的方向上，粒子變薄，成為薄片狀，粒子層之間以相互貼合的形式結(jié)合。根據(jù)該結(jié)合模型可以說(shuō)明，生物質(zhì)原料的粒子越軟，粒子二向平均徑越易變大，生物質(zhì)越易壓縮成型。當(dāng)植物材料中的含水量過(guò)低時(shí)，粒子得不到充分延展，與四周的粒子結(jié)合不夠緊密，所以不能成型；當(dāng)含水率過(guò)高時(shí)，粒子盡管在垂直于最大主應(yīng)力方向上充分延展，粒子間能夠嚙合，但由于原料中較多的水分被擠出后，分布于粒子層之間，使得粒子層間不能緊密貼合，因而不能成型。
③生物質(zhì)壓縮成型的電勢(shì)特性。根據(jù)傳統(tǒng)的動(dòng)電學(xué)理論，一旦固體顆粒與液體接觸，在固體顆粒表面會(huì)發(fā)生電荷的優(yōu)先吸附現(xiàn)象，這使固相表面帶電荷，在與固體表面接觸的周?chē)后w會(huì)形成相反電荷的擴(kuò)散層，從而構(gòu)成了雙電層。這種介于固體顆粒表面和液體內(nèi)部的電勢(shì)差稱(chēng)為F電勢(shì)，它對(duì)生物質(zhì)顆粒的壓縮成型起排斥作用。因此，減小F電勢(shì)的絕對(duì)值，就可以在少加或不添加粘結(jié)劑的情況下，提高成型塊的強(qiáng)度。有人研究發(fā)現(xiàn)不同生物質(zhì)原料的F電勢(shì)大小是不盡相同的，而且還受生物質(zhì)顆粒在水中的接觸時(shí)間、濃度、溫度和添加劑等因素的影響，有效地控制這些因素條件，可以顯著降低F電勢(shì)絕對(duì)值。一些有機(jī)化合物，如聚環(huán)氧乙烷可以作為一種添加劑，起到中和F電勢(shì)，減小壓縮過(guò)程的排斥力的作用。試驗(yàn)證明，該添加劑能明顯改善成型塊的強(qiáng)度、抗跌碎性和抗?jié)L碎性等性能，如將聚環(huán)氧乙烷的水溶液加入到松木屑（含水率9.2%）中，與松木屑的配比濃度從1110 000增加到3／10 000，在內(nèi)徑為48毫米圓筒模，最大壓力為138兆帕條件下進(jìn)行壓縮成型試驗(yàn)，結(jié)果顯示成型塊的松弛密度由1 025千克／米3提高了1%；抗破碎強(qiáng)度增加了36%；跌碎試驗(yàn)質(zhì)量損失減少了25%。
④生物質(zhì)壓縮成型的化學(xué)成分變化。在相同的壓縮條件下，不同生物質(zhì)成型塊的物理品質(zhì)卻表現(xiàn)出較大差異，這與生物質(zhì)本身的生物特性有一定關(guān)系，是由生物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)和組成成分不同而造成的。通常各種生物質(zhì)材料的主要組成成分都是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素構(gòu)成，此外還含有水和少量的單寧、果膠質(zhì)、萃取物、色素和灰分等。在構(gòu)成生物質(zhì)的各種成分中，木質(zhì)素普遍認(rèn)為是生物質(zhì)固有的最好的內(nèi)在粘結(jié)劑。它是由苯丙烷結(jié)構(gòu)單體構(gòu)成的，具有三度空間結(jié)構(gòu)的天然高分子化合物，在水中以及通常的有機(jī)溶劑中幾乎不溶解，100℃才開(kāi)始軟化，160℃開(kāi)始熔融形成膠體物質(zhì)。因此，木質(zhì)素含雖高的農(nóng)作物秸稈和林業(yè)廢棄物非常適合熱壓成型。在壓縮成型過(guò)程中，木質(zhì)素在溫度與壓力的共同作用下發(fā)揮粘結(jié)劑功能，粘附和聚合生物質(zhì)顆粒，提高了成型物的結(jié)合強(qiáng)度和耐久性。生物質(zhì)體內(nèi)的水分作為一種必不可少的自由基，流動(dòng)于生物質(zhì)團(tuán)粒間，在壓力作用下，與果膠質(zhì)或糖類(lèi)混合形成膠體，起粘結(jié)劑的作用，因此過(guò)于干燥的生物質(zhì)材料通常情況下是很難壓縮成型的。研究表明，生物質(zhì)體內(nèi)的水分還有降低木質(zhì)素的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的作用，使生物質(zhì)在較低加熱溫度下成型。生物質(zhì)中的半纖維素由多聚糖組成，在一定時(shí)間的貯藏和水解作用下可以轉(zhuǎn)化木質(zhì)素，也可達(dá)到粘結(jié)劑的作用。生物質(zhì)中的纖維素是由大量葡萄糖基構(gòu)成的鏈狀高分子化合物構(gòu)成，是不溶于水的單糖，因此纖維素分子連接形成的纖絲，在以粘結(jié)劑為主要結(jié)合作用的粘聚體內(nèi)發(fā)揮了類(lèi)似于混凝土中“鋼筋”的加強(qiáng)作用，成為提高成型塊強(qiáng)度的“骨架”。此外生物質(zhì)所含的腐殖質(zhì)、樹(shù)脂、蠟質(zhì)等萃取物也是固有的天然粘結(jié)劑，它們對(duì)壓力和溫度比較敏感，當(dāng)采用適宜的溫度和壓力時(shí)，也有助于在壓縮成型過(guò)程中發(fā)揮有效的粘結(jié)作用。生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素在不同的高溫下，均能受熱分解轉(zhuǎn)化為液態(tài)、固態(tài)和部分氣態(tài)產(chǎn)物。將生物質(zhì)熱解技術(shù)與壓縮成型工藝相結(jié)合，通過(guò)改變成型物料的化學(xué)成分，即利用熱解反應(yīng)產(chǎn)生的液態(tài)熱解油（或焦油）作為壓縮成型的粘結(jié)劑，有利于提高粒子間的粘聚作用，并提高成型燃料的品位和熱值。一個(gè)最近的研究表明，將榛子殼在327℃熱解產(chǎn)生的熱解油作為壓縮成型的粘結(jié)劑，結(jié)果顯著提高成型燃料的松弛密度和耐久性等物理品質(zhì)指標(biāo)值。
(2)影響生物質(zhì)致密成型的因素
對(duì)于生產(chǎn)成型燃料而言，只有干燥的物料成型才是有意義的，熱成型經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展也已成熟，所以，這里我們只討論干物料的常溫成型這一種情況。影響生物質(zhì)致密成型的主要因素有：原料種類(lèi)、含水率、粒度、成型壓力、成型模具的形狀尺寸及加熱溫度等。這些影響因素在不同成形方式下表現(xiàn)形式也不盡相同。
①原料的種類(lèi)的影響。圖1是玉米秸稈、蘆葦、豆稈、鋸末、稻殼五種物料在常溫條件下的成型規(guī)律。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈和蘆葦成型顆粒達(dá)到較高的密度時(shí)，所需壓縮比（可以認(rèn)為是相同壓力）相同；而鋸末為了達(dá)到較高密度則需要較大的壓縮比。
這一結(jié)果反映了生物質(zhì)本身的組織結(jié)構(gòu)和組成成分差異。通常各種生物質(zhì)材料的主要組成成分都是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等構(gòu)成，木質(zhì)素是由苯丙烷結(jié)構(gòu)單體構(gòu)成的，具有三度空間結(jié)構(gòu)的天然高分子化合物，常溫條件下，在水中以及通常的有機(jī)溶劑中幾乎不溶解，也不軟化，它的含量對(duì)顆粒成型影響不大。而纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分之一，由葡萄糖組成的線(xiàn)形高分子。較高纖維素的含量，說(shuō)明植物細(xì)胞機(jī)械組織發(fā)達(dá)，顆粒成型時(shí)需要較大的壓縮比。玉米秸稈、蘆葦?shù)睦w維素含量少，成型時(shí)所需的壓力小；而鋸末的纖維素含量高，成型時(shí)所需的壓力大。
熱成型顯示的是不同的規(guī)律。熱成型的難易程度受到原料木質(zhì)素含量的影響。事實(shí)證明，木屑、稻殼等容易成型；玉米秸稈等原料有與木質(zhì)素含量低則不容易成型。
②成型壓力的影響。前面的討論已經(jīng)表明，一般來(lái)說(shuō)對(duì)于常溫成型，在比較大的壓力下可以獲得密度高的成型燃料。但不同的原料，壓力對(duì)燃料密度的影響有一定差別。
對(duì)于環(huán)模壓縮來(lái)說(shuō)，由于難以測(cè)量成型壓力，一般以壓縮比大小來(lái)表示成型壓力的相對(duì)大小。其結(jié)果表明，壓縮比增大，燃料密度增加。堆積密度大的原料在成型時(shí)一般需要較大的壓縮比。這一規(guī)律在塊狀燃料成型過(guò)程中也適用。在塊狀燃料成型時(shí)，當(dāng)壓力達(dá)到一定值（通常為40～50兆帕）時(shí)，燃料密度增大緩慢或幾乎不增大。壓力在15～35兆帕之間，成型效果最好，燃料密度在1.1～1.3克／厘米3之間。
對(duì)壓力與燃料密度的關(guān)系，不同的研究人員得出不同的結(jié)果。Skalweit最早建立了基本的冪數(shù)關(guān)系式為：P-crm，式中P為壓力，兆帕；r為顆粒成型密度，千克／米3；c，m均為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。該式適于1～2兆帕較低壓力下的壓力與密度間的關(guān)系。在30～60兆帕較高壓力下對(duì)生物質(zhì)的壓縮成型試驗(yàn)，所測(cè)得試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)采用Ori- gin6.1專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行指數(shù)關(guān)系擬合，結(jié)果表明，生物質(zhì)高密度壓縮過(guò)程中壓力與密度的關(guān)系符合指數(shù)關(guān)系形式，即：P—Aehr，A，b均為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，P為壓力，兆帕；r為密度，千克／米a。國(guó)內(nèi)有研究人員得出的結(jié)果是，燃料密度與壓力的關(guān)系趨于對(duì)數(shù)函數(shù)或三次冪函數(shù)的正值部分(p=aPa+bPz+cP+d，p為密度，P為成型壓力)，他們將測(cè)量值曲線(xiàn)分別進(jìn)行對(duì)數(shù)擬合和多項(xiàng)式擬合回歸出合理的函數(shù)關(guān)系式。
②原料含水率的影響。不同研究人員的研究結(jié)果表明，無(wú)論是顆粒燃料還是塊狀燃料，原料含水率嚴(yán)重影響常溫成型產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。雖然針對(duì)不同的原料，適宜的含水率要求稍有差別，但總體規(guī)律是一致的。適宜含水率一般在12%～18%之間，最佳含水率在15%左右。含水率小于15%左右時(shí)，燃料密度隨含水率的增加呈增大趨勢(shì)；含水率大于15%左右時(shí)，燃料密度快速下降，成型塊表面有裂紋，蕓至不能成型。
關(guān)于適量水在成型過(guò)程中的作用，一般認(rèn)為：在生物機(jī)體內(nèi)存在的適量的結(jié)合水和自由水是一種潤(rùn)滑劑，使粒子間的內(nèi)摩擦變小，流動(dòng)性增強(qiáng)，從而促進(jìn)粒子在壓力作用下滑動(dòng)而嵌合。當(dāng)生物質(zhì)原料的含水量過(guò)低時(shí)，粒子得不到充分延展，與四周的粒子結(jié)合不夠緊密，所以不能成型；當(dāng)含水率過(guò)高時(shí)，粒子盡管在垂直于最大主應(yīng)力方向上充分延展，粒子間能夠嚙合，但由于原料中較多的水分被擠出后，分布于粒子層之間，使得粒子層間不能緊密貼合，因而不能成型。
3．生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒特性
(1)生物質(zhì)顆粒燃料的性能
(2)生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒特性
生物質(zhì)尤其是秸稈類(lèi)生物質(zhì)的堆積密度小，揮發(fā)份高達(dá)60%—70%，容易點(diǎn)火。同時(shí)其熱分解溫度也比較低，一般在350℃就分解釋放出80%的揮發(fā)分。燃燒速度快，點(diǎn)火不久燃燒就由動(dòng)力區(qū)進(jìn)入擴(kuò)散區(qū)。揮發(fā)分在短時(shí)間內(nèi)迅速燃燒使得放熱量劇增。高溫?zé)煔鈦?lái)不及傳熱就進(jìn)入煙囪，造成大量的排煙熱損失。另外，揮發(fā)分燃燒迅速使得燃燒所需要的氧氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外界擴(kuò)散進(jìn)入燃燒器具內(nèi)的氧氣量，揮發(fā)分燃燒不充分，形成大量的CO、H2、CH4等，能量損失嚴(yán)重。
揮發(fā)分燃燒完畢，進(jìn)入焦炭燃燒階段時(shí)，氣流的擾動(dòng)會(huì)使呈松散狀態(tài)的生物質(zhì)焦炭懸浮而脫離燃燒層，進(jìn)入爐膛上方空間，最后經(jīng)煙道進(jìn)人煙囪形成大量的黑灰，造成能量損失和環(huán)境污染。此時(shí)，燃燒層內(nèi)焦炭量很少，無(wú)法形成燃燒中心，燃燒后勁不足。這時(shí)如果進(jìn)氣量不能及時(shí)嚴(yán)格控制，過(guò)剩的大量空氣會(huì)降低爐內(nèi)溫度，進(jìn)一步增加排煙熱損失。
生物質(zhì)顆粒燃料的密度遠(yuǎn)大于原生生物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)和組織特征決定了揮發(fā)分的溢出速度和傳熱速度都大大降低。點(diǎn)火溫度升高，點(diǎn)火性能變差，但比型煤的點(diǎn)火性能要好，仍為生物質(zhì)的點(diǎn)火特性。燃燒開(kāi)始時(shí)揮發(fā)分慢慢分解，燃燒處于動(dòng)力區(qū)，隨著揮發(fā)分燃燒逐漸進(jìn)人過(guò)渡區(qū)和擴(kuò)散區(qū)，燃燒速度適中，能夠使揮發(fā)分放出的熱量及時(shí)傳遞給受熱面，排煙熱損失降低。同時(shí)，揮發(fā)分燃燒所需的氧與外界擴(kuò)散的氧匹配較好，揮發(fā)分燃燒完全，減小了燃燒不完全的能量損失和排煙熱損失。
揮發(fā)分燃燒完畢，剩余的焦炭骨架結(jié)構(gòu)緊密，運(yùn)動(dòng)的氣流不能使骨架解體懸浮，骨架炭保持層狀燃燒，形成層狀燃燒核心。這時(shí)炭燃燒所需的氧與靜態(tài)滲透擴(kuò)散的氧相當(dāng)，燃燒穩(wěn)定、完全，減小了能量及熱損失。
4．生物質(zhì)顆粒燃料的應(yīng)用前景及障礙分析
(1)應(yīng)用領(lǐng)域分析
農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展使農(nóng)民的生活水平大幅度提高，一個(gè)顯著的特征就是農(nóng)村對(duì)優(yōu)質(zhì)能源和商品能源的需求劇增。1980年，我國(guó)農(nóng)村地區(qū)能源消費(fèi)總量為3.3億噸標(biāo)煤，2002年達(dá)到7.9億噸，其中生產(chǎn)用能由0.67億噸增加到3.3億噸。在農(nóng)村能源消費(fèi)中，商品能源由1980年的30.2%增加到2002年63. 3%，2002年，農(nóng)村生產(chǎn)用能中的93%是商品能源，生活用能中42%是商品能源。按照這樣的增長(zhǎng)速度，2010年我國(guó)農(nóng)村生活用能中商品能源要達(dá)到6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。由此可見(jiàn)，農(nóng)村對(duì)優(yōu)質(zhì)能源的需求巨大，采用致密成型技術(shù)將秸稈等加工成優(yōu)質(zhì)燃料供應(yīng)給農(nóng)民，可以大幅度減少農(nóng)村對(duì)其他商品能源的依賴(lài)。
我國(guó)每年排放的二氧化硫達(dá)2 500萬(wàn)噸且逐年增加，因燃煤二氧化硫排放量占二氧化硫排放總量的90%以上。大型燃煤鍋爐的除塵率和脫硫率可以達(dá)到90%，但中小型鍋爐的除塵率和脫硫率只有so%，因此，控制并逐步取締小型燃煤鍋爐成為解決二氧化硫污染的重要步驟。在中小型燃煤鍋爐逐漸不能使用而燃油、氣在經(jīng)濟(jì)上又無(wú)法承受的情況下，那些熱、汽用戶(hù)燃用生物質(zhì)顆粒燃料是相對(duì)經(jīng)濟(jì)的選擇。
(2)發(fā)展障礙
①資金及價(jià)格障礙。以成型燃料作為農(nóng)村的生活用能，必須考慮農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)承受能力，包括消費(fèi)能
力、成型燃料的成本價(jià)格、銷(xiāo)售市場(chǎng)等。在目前的條件下，如果得不到政府的財(cái)政補(bǔ)貼，在農(nóng)村發(fā)展成
型燃料存在建設(shè)資金和成型燃料的價(jià)格障礙。
●生產(chǎn)線(xiàn)建設(shè)投資較大：如果單純考慮農(nóng)民自己消費(fèi)，小型設(shè)備生產(chǎn)能力完全可以滿(mǎn)足一村使用，但這樣的設(shè)備包括廠(chǎng)房等投資也要20萬(wàn)～30萬(wàn)元。這個(gè)投資水平對(duì)于一個(gè)只有300—400戶(hù)的農(nóng)村來(lái)說(shuō)是很大的。
●投資渠道單一：成型燃料屬于可再生能源項(xiàng)目，理應(yīng)受到國(guó)家的支持和補(bǔ)貼。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度，需要多種融資渠道來(lái)發(fā)展這個(gè)產(chǎn)業(yè)。
●各種政策補(bǔ)貼不落實(shí)：《可再生能源法》頒布1年多了，但是對(duì)于已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模的項(xiàng)目的補(bǔ)貼政策都不能落實(shí)，農(nóng)村地處偏遠(yuǎn)，更無(wú)人問(wèn)津。
●農(nóng)民的適應(yīng)過(guò)程：對(duì)于我國(guó)尤其是農(nóng)村成型燃料還是新生事物，農(nóng)民已經(jīng)適應(yīng)丁燃燒免費(fèi)的秸稈，突然對(duì)高出秸稈價(jià)格2～3倍的成型燃料不能接受。另外，一些經(jīng)濟(jì)條件稍好的地方燃煤取暖，因?yàn)槌尚腿剂系臒嶂当让阂停鴥r(jià)格稍高于煤炭，即便是他們對(duì)優(yōu)勢(shì)燃料有需求，也不會(huì)選擇成型燃料。這就要求各級(jí)政府從環(huán)境效益和社會(huì)效益的角度出發(fā)，對(duì)使用成型燃料的農(nóng)民給予合理的補(bǔ)貼。
②管理障礙
●管理體制不健全，責(zé)任目標(biāo)不明確。國(guó)家發(fā)改委和農(nóng)業(yè)部都即將分別頒布《可再生能源發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃》和《農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，其中對(duì)成型燃料的發(fā)展目標(biāo)做出了安排。但是如何實(shí)施、階段性目標(biāo)、任務(wù)分解、責(zé)任單位等很不明確，這就給執(zhí)行這個(gè)規(guī)劃帶來(lái)一系列的問(wèn)題。
●缺乏相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：生物質(zhì)顆粒燃料已經(jīng)呈現(xiàn)蓬勃興起的態(tài)勢(shì)，各種設(shè)備、燃料產(chǎn)品魚(yú)龍混雜，亟須政府有關(guān)部門(mén)制定相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范設(shè)備、燃料產(chǎn)品市場(chǎng)。
③政策障礙。政策障礙主要指經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策和強(qiáng)制性環(huán)境政策障礙。
●目前，我國(guó)還沒(méi)有針對(duì)生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用的完善的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策，更沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)生物質(zhì)成型燃
料的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策。
●我國(guó)農(nóng)村，還沒(méi)有燃燒化石燃料的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)法律、法規(guī)對(duì)此幾乎沒(méi)有任何的約束力。
