1、生物質固體燃料成型裝備研究的意義
隨著社會經濟的發展與人們生活水平的提高，林業“三剩物”、平茬復壯的灌木、農作物秸稈等的剩余量越來越大，由于這些生物質原料產地分散、質地疏松、能量密度小，給采集、儲運和使用帶來許多不便。致密成型是該類生物質能源轉化的重要技術途徑之一。經致密成型加工后的生物質固體成型燃料，其粒度均勻、單位密度和強度增加，便于運輸和貯存，且燃燒性能明顯改善，熱效率可達到80%～95%。而未經處理的粗放式燃燒，熱利用率僅有10%～15%。根據發改委《可再生能源發展“十一五”規劃》，到2010年，我國生物質固體成型燃料年利用率將達到100萬t，到2020年，生物質固體成型燃料達5000萬t。
生物質致密成型技術是指應用機械加壓的方法，將各類原來分散、沒有一定形狀、密度低的生物質原料壓制成具有一定形狀、密度較高的各種固體成型燃料的過程。成型是生物質固化技術的核心。故成型裝備的性能決定了產品質量和生產成本。固體成型燃料是我國發展生物質能的重要利用方向，制約固體成型燃料發展的因素主要集中在成型機械的穩定可靠運行方面。
2、生物質固體燃科成型裝備的研究現狀
目前，國內外最常見的壓縮成型設備主要包括螺旋擠壓式成型機、活塞沖壓式成型機和壓輥式顆粒成型機。按成型溫度可分為加熱成型和常溫成型2種，按壓縮成型方式又可分為“閉模”壓縮和“開模”壓縮2種方式。
2.1國外成型設備研究現狀
生物質致密成型技術很早就引起發達國家的重視，并投入了大量資金和技術力量進行研究。20世紀30年代，美國就開始研究該項技術，并研制了螺旋式成型機，能把木屑和刨花壓縮成固體成型燃料。20世紀70年代初，美國又開發了內壓滾筒式顆粒成型機。20世紀末，已有25個州興建了樹皮成型燃料工廠。日本也開始研究致密成型技術來處理農林廢棄物，研制成功了棒狀燃料成型機，20世紀80年代從美國引進顆粒燃料生產技術并形成丁廠化生產。
20世紀70年代后期，由于世界能源危機的出現，歐洲許多國家也開始重視壓縮成型技術的研究，先后研制生產了活塞沖壓式成型機、顆粒成型機。目前，美國、日本及歐洲一些國家在該領域己達到世界領先水平。生物質壓縮成型技術與裝備都已定型并形成產業化。
除日本外的亞洲各國（如泰國、印度、菲律賓等）從20世紀80年代開始生物質成型技術及裝備研究，先后研制成加粘結劑的生物質壓縮成型機。
2.2國內成型設備研究現狀
20世紀80年代，我國開始致力于生物質致密成型技術及裝備的研究，取得了一定的進展。1985年，湖南衡陽市糧食機械廠根據國外樣機試制了第一臺ZT-63型生物質壓縮成型機。1986年，江蘇連云港市東海糧食機械廠引進一臺OBM-88棒狀燃料成型機。“七五”期間，中國林業科學院林產化工所¨o承擔了生物質致密成型機及生物質成型理論的研究課題。通過對引進的樣機消化吸收，1990年研制成功了螺旋擠壓式棒狀燃料成型機，完成了木質成型設備的試制，并建成了年產1 000 t棒狀燃料生產線。
1998年中國林業科學院林產化工研究所，又研制成功顆粒燃料成型機，生產能力為250～300 kg.h-l；同年，南京平亞取暖器材有限公司從美國引進一套生產能力為1500kg.h-1的顆粒成型燃料生產線，次年開始正式生產。
2002年，原中南林學院在國產飼料制粒機的基礎上結合引進的瑞典技術開發了顆粒燃料成型機。為了降低顆粒燃料成型的能耗，河南省科學院能源研究所研制了一種在常溫下生產顆粒燃料的成型機。顆粒燃料的生產效率達300—500kg.h1，但仍有30%的原料不能形成顆粒，需篩選后再送入供料斗。2004年，清華大學清潔能源研究與教育中心以車戰斌為主的研究小組研制成功常溫成型顆粒燃料生產設備。原料在自然干燥含水率狀態就可制成顆粒燃料。成型機的裝機功率為55 kW，生產率達到600 kg.h-1．比國外同類設備耗能低。21世紀以來，生物質顆粒成型技術發展日趨成熟。國內多家企業在顆粒飼料機的基礎上先后研究出了多種類型的顆粒成型機。
“八五”期間，中國農機院能源動力研究所，遼寧省能源研究所、中國林業科學院林產化工所、中國農業工程研究設計院，對生物質沖壓式壓塊技術裝備進行了項目攻關。20世紀90年代，中國農業機械化科學研究院研制了CYJ-35型機械沖壓式成型機；中國機械化研究所研制了6YK-65型壓塊機；河南農業大學研制了PB-I型機械沖壓式成型機和HPB系列液壓驅動沖壓式成型機。河南農業大學1999年對HPB-I型生物質成型機進行了應用研究，該機可顯著提高易損件的使用壽命，降低單位產品能耗。
首鋼研制了一種機械活塞沖壓式生物質塊狀燃料成型機。原料成型靠活塞的往復運動實現，其工作過程都是間歇式的，在壓縮管內，前一塊與后一塊擠在一起，但有邊界，壓縮塊從成型機的出口處被擠出時，在自重的作用下能自動分離。
北京林業大學的俞國勝教授研制、開發了一種液力雙向擠壓的生物質成型燃料常溫成型機。該機的裝機功率為22kW，加工能力為500～600kg-h-1，實際成型能耗不大于40 kW.h.t-l。成型塊的密度可以通過設備液壓系統的壓力來調整，既能滿足加工畜牧業養殖所需的粗飼料要求，又可滿足生物質成型燃料加工的要求，最大密度可達1.2g.cm-3。該機已在內蒙古地區推廣使用。
東南大學、中國科學院廣州能源研究所、湖南農業大學、中國農機院可再生能源與環境研究所等單位也進行了一些特色研究。河南農業大學農業部可再生能源重點實驗室從1992年起開始相繼開發生產了液壓式、輥壓式和螺桿式生物質致密成型機，并進行了小批量生產，取得了較好的社會效益和經濟效益。
3、生物質固體燃料成型裝備存在問題及解決措施
許多研究人員在對現有的成型設備進行改進和創新，以實現提高設備使用壽命、提高生產率、降低能耗的目的。
對于螺旋擠壓式成型機，由于螺桿與物料始終處于高速摩擦狀態，導致壓縮區螺紋的磨損非常嚴重。目前國內外的工藝技術條件尚不能從根本上解決螺桿磨損問題，因一次性投入較低，目前還有不少國家在應用。可采用規模化生產，批量換件維修的方法來解決。環模成型設備同樣存在快速磨損問題。其滾輪在環模內高速旋轉過程中與喂入環模內的秸稈摩擦生熱，溫度可達200℃以上，同時滾輪運動的分力擠壓秸稈進入成型孔成型。滾輪和成型孔磨損很快。其解決方法：選用耐磨金屬材料，進行熱處理，來改變其耐磨性能；優化模具結構，改變成型孔與滾輪切線的角度，增加推人力，減少擠壓力。螺桿維修周期過短，環模成型設備的修復成本過高，導致了成型燃料價格過高，阻礙了生物質成型燃料的推廣。活塞沖壓式成型機改善了成型部件磨損嚴重的問題，具有成型部件使用壽命長、能耗低等優點。
目前的研究還主要集中在加熱成型裝備方面，加熱成型存在設備成型部件易磨損，能耗相對高等缺點，常溫成型減少了加熱裝置，設備更加簡單，也避免了加熱造成的成型部件材料易磨損及成型塊熱值損耗問題，單位能耗相對降低。由于材料沒有加熱軟化，常溫成型壓力稍高于加熱成型壓力。開模成型較閉模成型設備減少了卸料裝置，使得設備更加簡單，可降低設備成本，提高生產率，減少設備故障率，利于成型設備及燃料推廣。
4、生物質固體燃料成型裝備的發展趨勢
生物質固體燃料成型裝備的研究對世界能源戰略和環境保護具有重要意義。生物質固體燃料成型裝備向實用、高效節能、低成本方向發展，在實用性方面將以常溫壓縮成型技術為主；生物質固體燃料成型設備向標準化、系列化方向發展，為方便配套爐具的規格設計，兼顧原有爐具的改造。生產的固體燃料規格應標準化、系列化。成型裝備也應形成系列化，符合一定的標準。同時，加快配套裝備（如灌木削片粉碎機、灌木平茬收割機、專用爐具等）的研發，使裝備系列化；成型裝備的設計離不開理論的指導，加大投入力度，促進成型技術及理論的研發進度，加強國際交流合作，學習國外成熟先進的技術；生物質固體燃料成型裝備國產化，提高國產成型裝備的研發、制造水平，開發適合我國國情的成型裝備。
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