冬季采暖是中國北方地區城鎮居民的基本生活要求。我國城鎮集中供熱已有幾十年的歷史，但在廣大農村地區，受居住條件和經濟發展關系的制約，農民的冬季取暖基本由各農戶自行解決，供熱燃料一般都是以薪柴、煤炭為主，造成了供熱效率低、資源浪費和環境污染等問題。農民戶用供熱所消耗的能源占到我國農村能源消費總量的一大部分，富通新能源生產銷售秸稈顆粒機、木屑顆粒機等農作物秸稈成型機械設備。
由于化石能源的短缺以及化石燃料燃燒所造成的環境污染、溫室效應等不良后果，促使各國都在積極尋找新的替代能源和研發新的供熱技術。生物質固體成型燃料作為生物質能主要利用形式之一，具有燃燒效率高、便于運輸、使用方便等優點，可用于農村居民戶用采暖，為農村居民提供清潔能源。
本文綜述了國內外生物質固體成型燃料供熱技術產業發展現狀，分析了目前存在的主要問題和發展方向，以期為我國生物質固體成型燃料供熱技術產業的發展提供參考。
1、國內外產業發展現狀
目前，我國農村地區供熱燃料以薪柴、煤炭為主，用生物質固體成型燃料進行供熱并不多見。在燃燒設備方面，開發了生物質燃燒器、生物質炊事采暖爐、生物質常壓熱水鍋爐等。
生物質固體成型燃料供熱技術在歐洲各國發展的比較成熟，以瑞典、奧地利、德國為代表。在瑞典戶用供熱的主要方式是單戶自給供熱和區域集中供熱。其中，單戶自給供熱主要有電加熱供熱、燃油供熱、混合燃料供熱、生物質燃料供熱。20世紀70-80年代，石油危機的出現以及瑞典對化石燃料稅的征收，促進了電加熱供熱技術和區域供熱技術的發展。在此過程中，有些區域供熱廠利用未加工的木質燃料代替燃油。到1980年，生物固體成型燃料開始用于供熱。隨著生物質顆粒燃燒技術的逐漸成熟，戶用生物質顆粒加熱設備（生物質顆粒燃燒器、生物質顆粒爐）逐漸開始取代原先使用的燃油加熱設備和電加熱設備。
此外，歐洲各國開發出了生物質能和太陽能聯合供熱系統，并且使這項技術得到快速發展。在2004年，瑞典安裝了大約2萬套太陽能供熱裝置，其中70%～80%的太陽能供熱裝置是用于生物質能和太陽能聯合供熱系統。
2、國內外技術發展現狀
2.1國內現狀
王立璞把太陽能集熱技術、生物質厭氧發酵技術和地板采暖技術3者結合起來，設計了太陽能和生物質能互補的地板采暖系統，分析了系統的熱力性能。畢慧杰通過分析區域供熱鍋爐房燃煤與燃燒生物質顆粒燃料工藝的不同，提出了同時適用2種燃料的工藝系統以及工藝改造措施，并對其進行了經濟性的分析。
2.2國外現狀
目前，歐洲市場上比較多見的生物質加熱技術分為集中供熱鍋爐(central heating boilers)和生物質燃燒爐(pellet stoves)兩種類型。
2.2.1集中供熱鍋爐技術類型
集中供熱鍋爐是指可向多個獨立的空間供熱的加熱設備，主要用于單戶或者多戶家庭供熱。其工作原理是通過生物質燃燒器加熱鍋爐中的水，然后被加熱的水通過室內的散熱片向室內釋放熱量。目前，集中加熱鍋爐的最大功率從10 kW到40 kW不等，自動化程度比較高，可以實現燃燒功率的連續調節，調節范圍是30%—100%。根據結構的不同，集中供熱鍋爐可分為組合式鍋爐和整體式鍋爐。
組合式鍋爐在瑞典比較多見，是在燃油鍋爐的基礎上改造的。它由生物質顆粒燃燒器和鍋爐組成，二者可分離。一般帶有外置的料倉，通過螺旋機構向燃燒器自動供料。具有成本低，消費者易于接受等優點，有利于廣泛推廣。
然而，采用同一種結構的鍋爐燃燒兩種性質完全不同的燃料（燃料油和生物質顆粒燃料）存在一定的問題：①燃油鍋爐不產生灰渣，但是燃燒生物質顆粒卻會產生大量灰渣，原有鍋爐結構無法滿足自動排灰渣的要求，縮短了人工清灰的周期。②僅能輸出固定的功率或只有2到3個功率檔位可調，不能實現輸出功率的連續調節，導致鍋爐的效率不高，一般在85qo以下。③一般沒有安裝精確的測控裝置，不能及時監測排放物中CO，02的濃度以及煙氣的溫度，因此，無法根據燃燒狀況及時調節進料量和空氣供給量，導致燃燒性能差，污染物排放量大等問題。
整體式鍋爐在奧地利和德國比較多見，瑞典目前主要是從國外進口。整體式鍋爐與組合式鍋爐類似，由生物質顆粒燃燒器和鍋爐兩部分組成，但這兩部分是不可分離的，并帶有內置料倉。該類型的鍋爐是根據生物質顆粒的燃燒特性專門進行設計的，因此，性能上優于組合式鍋爐。其主要優點：①自動化程度比較高。生物質燃燒器和煙道中帶有可以自動清灰的螺旋機構，不僅可以自動清灰還具有紊流作用，有利于熱量的交換。有的生產商還安裝了內置式灰渣壓縮機，使得人工清理的周期有效延長。②可實現輸出功率的連續調節，提高了鍋爐的燃燒效率和供熱性能。③安裝了02傳感器、空氣供給裝置。可及時根據煙氣中的氧含量判斷燃燒狀況并及時調整進料量和空氣供給量以達到最佳比例，使燃料充分燃燒，燃燒效率高達94%，降低了污染物排放。但整體式鍋爐價格高，在推廣過程中難度較大。
組合式鍋爐和整體式鍋爐的比較見表l。
2.2.2生物質燃燒爐
生物質燃燒爐主要適用于室內單個的房間、公寓(compact apartrnent)等小空間供熱。它通過對流和輻射作用直接與室內空氣進行熱交換，從而達到供暖的目的某些生物質燃燒爐還附有水套，與室內的散熱片連接，通過散熱片進行熱量交換。戶用生物質燃燒爐的功率在10 kW左右，有的可以根據室內溫度自動或人工調節。
目前應用的有兩類生物質爐具：獨立顆粒爐具（圖3所示）和煙囪一體式爐具。煙囪一體式爐具適于安裝在壁爐中，而獨立式顆粒爐應用較為普遍。在生物質爐具中，顆粒燃料在一個內置的燃燒器中點火、燃燒，這與顆粒鍋爐類似。大多數的生物質鍋爐采用斜置螺旋將顆粒燃料從內置或外部料倉運送到燃燒盤，燃燒盤底部開有小孔，能夠保證一次空氣和自動點火所需的熱空氣進入，在燃燒盤壁上同樣開有小孔，能夠對二次進風預先加熱。燃燒器底部的吸氣管將提供燃燒空氣，通常采用鼓風機提供助燃空氣，并促進爐具與周圍空氣的熱交換．
213生物質能和太陽能聯合供熱系統
生物質能和太陽能聯合供熱系統是在生物質能供熱系統和太陽能供熱系統的基礎上發展起來的，彌補了生物質能和太陽能各自單獨供熱的缺點，完全利用可再生能源，且可以滿足在不同季節的供熱需求。
2.3.1工作原理
在冬天供熱時，生物質供熱系統將起主導作用，而太陽能供熱作為輔助能源，在滿足供熱的條件下充分利用太陽能供熱，這樣可以在一定程度上減少生物質的使用，節約能源。在夏天時，對供熱需求少，太陽能供熱起主導作用，而生物質供熱系統起輔助作用，在日照不充足的天氣或者是在夜間，太陽能供熱不能滿足要求時，生物質供熱系統啟動，提供熱量。從而減少在非供熱季節生物質供熱系統的低負荷運行或者是循環啟動的次數，從而降低污染物的排放。
2.3.2結構組成
太陽能和生物質能聯合加熱系統大致有6部分組成：生物質加熱設備、太陽能集熱器、儲熱設備、測控裝置、傳輸管路、供熱終端。
(1)生物質加熱設備。生物質加熱設備通過燃燒生物質為供熱系統提供熱量，不同類型的系統使用的生物質加熱設備不同，主要有生物質鍋爐、生物質燃燒爐、生物質顆粒燃燒器等。
(2)太陽能集熱器。太陽能集熱器將太陽能轉換成熱能，為供熱系統提供熱量，可以根據熱量負載的大小來決定太陽能集熱器的安裝面積。
(3)儲熱設備。儲熱設備是熱量交換的中間站，帶有換熱器，吸收由生物質加熱設備和太陽能集熱器所提供的熱量，并通過換熱器將熱量傳遞給供熱終端；另一個作用是儲備家用熱水。不同類型系統的儲熱設備結構差異較大。
(4)測控裝置。測控裝置是整個供熱系統的中樞，起到協調各部分有序運行的作用，決定著供熱系統的供熱性能和使用的方便性。基本工作過程是通過檢測太陽能集熱器的出水溫度、儲熱設備的溫度、供熱終端的進出水溫度來控制系統各部分的運行。
(5)傳輸管路。傳輸管路包括管道和連接管道的閥門以及調整水循環速率的水泵。
(6)供熱終端。供熱終端包括兩部分：供熱水終端和供暖終端。供暖終端通過輻射和對流作用與室內的空氣進行熱量交換，最終達到供暖的目的。供暖終端主要有暖氣片、風機盤管、地板供熱等。
2.3.3生物質和太陽能聯合供熱系統的類型
目前，在歐洲各國，生物質和太陽能聯合供熱系統雖然設計思想以及結構類似，但因供熱系統中各部分連接關系不同，使得市場上的生物質和太陽能混合供熱系統的種類很多。以下兩個類型的系統具有代表性。
(1)生物質和太陽能聯合供熱系統一（圖4所示）。該系統主要特點：①儲熱罐是連接供熱設備和供熱終端的唯一媒介。供熱設備先通過換熱器和儲熱罐中的水進行熱量交換，然后再通過換熱裝置將熱量傳遞給用戶；②生物質加熱設備和儲熱罐為一體，可以將燃燒生物質的能量直接傳遞給儲熱設備，減少了熱量的損失；③家庭用水的加熱是通過儲熱設備中的熱量交換裝置來完成的，而不是直接使用儲熱罐中的熱水，保證了用水的清潔性。
(2)生物質能和太陽能聯合供熱系統二，如圖5所示。該系統連接關系與前一個系統不同，主要特點：①太陽能集熱器和生物質加熱設備可以直接進行供暖，而不需要經過儲熱罐。在該系統中，儲熱罐僅僅起到儲存熱水的作用；②家用熱水直接來自儲熱設備。在該系統中，儲熱設備中的水不參與生物質加熱設備和集熱器的水循環，因此依然可以保持清潔。
此外，還有其他類型的生物質和太陽能聯合加熱系統，但都是從以上兩種類型的基礎上進行改進優化而得到的。
3、存在的主要問題及對我國的啟示
目前，生物質供熱存在的主要問題：①生物質供熱設備的占地面積較大，沒有燃油供熱設備結構緊湊；②生物質供熱設備自動化程度較低，灰渣清理周期比燃油供熱系統短，使用不方便；③在生物質能和太陽能聯合供熱系統中，沒有很好的控制策略，系統協調運行的能力較差，使得整個系統的效率較低。
在我國，農村居民供熱用能主要是以薪柴、煤炭為主，消耗了大量的資源，特別是在北方地區。供暖的能源問題引發的環境問題、社會問題日趨明顯。因此，我國有必要借鑒歐洲的生物質供熱技術以及生物質和太陽能聯合供熱系統，為農村居民提供清潔能源，從而減少在供熱過程中對煤炭等化石能源的使用。目前，我國在生物質固體燃料的燃燒技術以及與之相關的供熱技術方面發展的不是很成熟，有必要研究適合我國國情的生物質供熱系統，為今后的發展提供理論基礎。
此外，生物質供熱系統的發展趨勢是在不斷優化過程中完善性能，更好地滿足使用者的使用要求，包括減少污染物排放量（如CO、碳氫化合物、氮氧化物等），延長供熱系統的維護周期，實現遠程控制，減少熱量損失，提高熱效率；可以根據使用者的需求及時輸出，滿足使用者要求的熱量等。上述目標的實現應基于對生物質燃燒設備結構的合理設計、控制策略的合理選擇。
4、結語
目前在歐洲，基于生物質的戶用供熱系統，特別是生物質和太陽能聯合供熱系統得到廣泛推廣，這主要是由于這些國家起步早、技術發展得比較成熟。隨著我國農村經濟的發展，農民對供熱質量的要求越來越高，傳統的薪柴、煤炭供熱設施已不能滿足農民的供熱需求，所以基于生物質的供熱系統的發展在我國具有先天的有利條件和廣闊
的需求空間。建議借鑒國外的發展經驗，開發適合中國國情的生物質供熱系統，這將有效地緩解由農村地區傳統供熱方式帶來的資源和環境問題。
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