中國20世紀80年代引進國外技術開始研究開發生物質成型技術,目前已初具規模.經過不斷的研究與開發,已經取得了較大的發展,全國研究生產成型設備的企業或科研單位已有幾十家[13].在中國要形成新的產業只是早晚的問題,但是要真正實現產業化,還有一些突出的制約因素和技術障礙亟待解決.
1、生物質成型設備面對的問題。
1.1設備機組可靠性能較差
設備的可靠性屬于最主要的制約因素,共同存在于技術與設備中.一是主要工作部件的工作壽命短,二是設備系統配合協調能力差,運行不穩定.技術比較成熟的螺桿擠壓式成型機,由于螺桿一直處于高溫高壓下工作,其磨損壽命不足100h。盡管國內不少廠家及科研單位對此進行了研究,一定程度上提高了成型部件的耐磨性,壽命已達到500h,但其成本較高,生產工藝復雜.既是從國外進口的此類成型機組,也存在同樣的問題.液壓活塞沖壓式生物質成型機國內外也很多,并取得了技術突破,使得主要工作部件壽命可達1800h,但是根據現有技術分析,比能耗、比投資及產品成本都高于其他類型的
顆粒機等成型機,而且運行不太穩定,連續工作能力差.目前的國內生物質成型機普遍生產能力偏低,單位能耗過大,成型設備的工作可靠性差,仍需要投入大量資金與技術進行改進設計、完善更新.
1.2成型設備適應范圍小,規范標準不統一
國內外眾多研究機構各自為是,相互獨立.還沒有形成統一的理論體系,成型機械(系統)千差萬別,適用范圍頗受局限.一是不同的成型機對原料的粒度和含水率要求不盡相同:從6%～35%不等,超出正常范圍就會導致不能成型或能耗增大，從而導致因各地原料不同而配備各種專門設計的成型設備[16～27].二是不同的成型設備適用的原料要求嚴格:為鋸末、木屑設計的成型設備不能處理生物質秸稈等;能處理秸稈的成型設備對稻殼無能為力;處理稻殼的成型設備卻奈何不得棉花稈等等.
成型技術的研究與應用受當地資源的影響,也受技術本身的局限;不同類型的成型設備由于受設計限制很難適應多種的原料,也就不易形成統一的設計標準與規范.現有國內技術的成型設備中螺旋擠壓成型設備以處理鋸末木屑為主,要求原料含水率為6%～12%;活塞沖壓成型機適用原料較廣(生物質秸稈、鋸末木屑、紙屑、有機物廢渣等),對單純的稻殼處理有一定難度,對含水率要求8%～18%;常溫輥壓成型設備常以谷草類生物質為原料,要求含水率在8%～35%左右既可成型,但能耗較大.
1.3配套設備不足,技術后續乏力
目前國內沒有形成配套的生產線,而且烘干設備、粉碎設備等沒有統一的規格與標準,多數是根據需要自行設計、加工,只為短期運行,沒有長遠打算.成型燃料的包裝自動化程度低,規模小;生物質成型燃料燃燒設備尚處于研究開發階段,產品規格單一,應用范圍有局限性,還不具備商業競爭力.多數企業定量生產小規模經營,很難長期支撐,科研單位無生產制造能力,委托加工單位生產,由于模具造價高,又無能力批量生產,造成設備制造成本居高不下;還有些是小企業與科研單位邊試驗邊生產改進,經濟效益、社會效益短期內不明顯,科研經費明顯不足,導致科研單位的試驗工作進展緩慢,甚至半途而廢,以至于科研人員流失,研發人員日漸減少或轉行.
1.3設備連續運行能力低
由于原料的供應受季節、成本、運輸半徑等影響難以滿足連續生產的需求,設備只好間歇工作,一年中有多半時間處于閑置狀態,導致資源浪費,設備自然損耗嚴重,增大了設備回收年限[9].若要滿足設備連續生產,一要擴大運輸半徑,二要增大儲備倉庫,這2種方法都會導致投資增加.最好的方法是設備具有廣泛的適應性,對原料“不挑剔”,這樣才可以最大限度的減少額外的投資.另外,由于關鍵技術與關鍵材料不過關,使得設備運行不穩定,故障率較高,維修頻繁,影響連續生產.
生物質成型技術在中國還沒有產業化的經驗,仍然缺少生產實用的技術數據,距離商品化推廣實用還有相當長的路要走.為了探索一條適合中國國情的生物質成型技術產業化路子,讓成型設備及成型燃料商品化,就必須針對影響生物質成型技術的諸因素,盡快找到解決問題的途徑.
2、 解決問題的對策
2.1加緊科研攻關,積極改進設備
對于技術上已經成熟的設備要積極推廣,商業示范運行;對于技術或工藝還有欠缺的要集中力量科研攻關,讓產品早日投放市場,適應市場競爭,不斷完善生產工藝.目前比較成熟的生物質成型技術有螺旋擠壓成型、環模壓輥擠壓成型、液壓活塞成型技術等.不同地區的林業廢棄物、農作物秸稈不盡相同,也應根據當地實際情況選擇不同的生物質成型技術.在農業發達地區尤其是大型農場,由于農作物秸稈非常豐富,可以大力推廣液壓生物質成型設備;在林區或農場為了便于處理木屑及枯枝、木片,宜以螺旋擠壓成型系統為主;草原牧區則最好發展濕壓成型技術,將牧草制成生物成型磚,即可用作備用燃料,又可以作為儲存飼料[1,23].遼寧省能源研究所、陜西省武功縣輕工機械廠等研制的螺旋擠壓成型機的螺桿磨損壽命已大幅度提高;清華大學等研制生產的環模壓輥擠壓成型機生產能力可以調節從0.1～3t・h-1;河南農業大學等研制生產的液壓活塞成型設備(第三代)已在大型農場示范運行,工作性能穩定,連續作業能力強,尤其適應能力好,對于生物質秸稈類、農林廢棄物、紙屑、廢渣均能很好的運行處理.
2.2 制定行業標準,開發先進產品
目前國內幾十家生物質成型技術科研單位與生產企業所進行的研究相互獨立,缺少合作,既浪費人力物力,又限制了這一產業的快速發展.產品制造質量、工藝水平參差不齊.所有同類科研單位與生產企業應該聯合起來,取長補短,抓住機遇,共謀發展,為使生物質成型技術早日產業化,造福社會而共同努力.可以借鑒發達國家成立協會,定期舉辦年會,互相交流信息.主管部門積極制定成型設備標準與規范,嚴格管理,淘汰落后產品,開發推廣先進技術.還要鼓勵企業打破部門、地區界限,實行橫向聯合,對技術上基本成熟的產品組織專業化生產.
2.3 政策傾斜,吸引投資
生物質成型技術目前還處于發展的初期,尚屬于新生事物,產業規模小,獲益能力低,還不具備參與市場競爭的能力.因此,必須得到國家和各級政府宏觀調控政策的保護.要從全局的長遠利益出發,增加對生物質成型的科研、技術產品的研制和開發的財政資助和投資力度,加速產品工藝技術的突破和系統開發的過程.加大產業化建設和服務體系的信貸規模,提供長期的低息貸款,提高資金使用效果.制訂減免稅收、價格補貼和獎勵政策,加速生物質成型和碳化產品進入市場,提高競爭力,最終依靠自身的發展潛力,確立并占有應有的市場份額.其次,加強生物質能轉換的科研攻關和產業化建設.另外,廣泛吸引資金,除了靠國家的優惠政策外,還可以考慮采取合資、入股等形式解決資金不足問題,甚至利用國際資金,吸引風險投資等.針對制約生物質成型技術發展的障礙因素和技術難題,集中資金,加大力量進行科研攻關,加強科研示范和產業化的銜接,促進科研成果迅速轉化為生產力.
3生物質成型技術產業化的可行性
3.1生物質能資源充足
目前世界生物質能源利用已占基本能源消耗的15%以上,在發展中國家的生物質能利用卻超過總能源消耗的38%,而在農村基本用能更是有超過90%是由生物質能源提供的.1996年中國薪柴、秸稈的消費量已達2.2億t標準煤,約占全國能源消費量的14%,占農村地區能源消費量的34%,占農村生活用能的59%.中國生物質能資源相當豐富,僅農作物秸稈中國每年就有6億t實物量,用于燃料的占25%～30%,折合0.75億t標準煤.而各類農業廢棄物的資源量每年約有3.08億t標準煤,薪柴資源量為1.3億t標準煤,加上糞便、城市垃圾等,資源總量估計可達6.5億t標準煤以上.這些充足的生物質資源為成型燃料提供了可靠的生產原料,生產原料的可再生性使得“綠色”成型燃料取之不盡,用之不竭.
3.2技術上的可行性
生物質成型技術經過世界各國半個多世紀的發展,在中國又經歷了20多年的改進與完善,技術日趨成熟.該技術能將低品位能源轉換為高品位能源,提供給用戶使用,并在一定程度上提高能源利用效率,從而滿足了商業化的條件.各種成型設備可以實行自動化或半自動化生產,不會產生有害氣體或污染物,從生產到運輸等均具有較高的可靠性與安全性.而且多種類型成型設備的使用壽命可以滿足生產要求.隨著技術的完善,以及機械材料的不斷更新,成型設備的主要工作部件使用壽命將會越來越長,設備生產及穩定性能也會越來越可靠.另外,成型技術處理生物質能力大,可以顯著改善農村生活環境,減少荒燒秸稈,保護大氣環境,解放土地資源,并能給農民增收節支,所以大受農民歡迎.
3.3 經濟上的可行性
生物質顆粒燃料完全可以代替煤用于鍋爐,其價格在中國中部價格基本與煤相當,在中國東部、南部地區大大低于煤.本項目的經濟效益主要來自秸稈成型前后每噸秸稈獲得的凈收入部分,以HPB-Ⅲ系列成型機為例,設備價格12萬元,生產成型燃料的成本包括能耗費60～70kW・h・t-1,以及原料費和人工費等,秸稈成型燃料市場價可按當地煤價70%估算;折算后,鄭州地區每噸秸稈成型燃料塊的加工成本不超過160元,而鄭州市場煤價超過300元・t-1,隨著能源緊張以及環境問題日趨嚴重,煤價還會上漲;若每套秸稈成型燃料生產線每年加工900t成型燃料(300d),可獲純利潤4～5萬元.同時,一套設備可安排4～6個工作崗位,每年處理160～200hm2地生產的秸稈.另外,隨著城鎮小型燃煤鍋爐的取締,生物質成型燃料將成為中國農村、小城鎮的高品位支柱能源,因此加快了生物質成型燃料技術的產業化進程.
