摘要：對生物質(zhì)成型燃料的實用性進(jìn)行分析。從現(xiàn)階段生物質(zhì)成型技術(shù)的現(xiàn)狀、優(yōu)勢、影響因素、可行性及難題進(jìn)行探討，結(jié)果表明，由生物質(zhì)壓縮而成的成型燃料，將可再生的生物質(zhì)能有效處理，具有充分利用能源和低排塵、不冒黑煙和少排有害煙氣等環(huán)境保護(hù)的多重功能。生物質(zhì)燃料在能源結(jié)構(gòu)中有非常重要的實際意義。

　　21世紀(jì)以來，能源與環(huán)境問題已成為制約社會發(fā)展的主要瓶頸根據(jù)國際能源機構(gòu)統(tǒng)計，如果按目前的趨勢發(fā)展下去，不加控制，人類使用的主要化石燃料如煤炭、天然氣和石油的地球儲量可供開采的年限分別只有240、50和40年 同時化石燃料的燃燒又是造成大氣污染的主要原因，“酸雨”和“溫室效應(yīng)”等現(xiàn)象都已經(jīng)給我們賴以生存的地球帶來了災(zāi)難性的后果。而使用生物質(zhì)能，SO₂的排放量極少，其燃燒產(chǎn)生的CO₂與植物生長過程中需要吸收的CO₂在數(shù)量上保持平衡，常被稱為CO₂的中性燃料。從20世紀(jì)70年代開始，生物質(zhì)能的研究和開發(fā)利用已成為世界的熱門課題。

　　生物質(zhì)是由植物或動物生命體而衍生得到的物質(zhì)的總稱，主要由有機物組成。 生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)體內(nèi)的一種能量形式，它源于植物的光合作用，可再生且性能穩(wěn)定，方便儲存運輸。生物質(zhì)的種類很多，通常生物質(zhì)燃料大致可分為四類：農(nóng)業(yè)生物質(zhì)、森林生物質(zhì)、城市固體廢棄物和能源作物。

　　1.生物質(zhì)致密成型技術(shù)簡介

　　生物質(zhì)致密成型技術(shù)指具有一定粒度的農(nóng)林廢棄物干燥后在一定壓力作用下可連續(xù)擠壓成棒狀等成型燃料的工藝，有的成型時還需要加入一定的添加劑或粘結(jié)劑 其壓縮成型物，可作為工農(nóng)業(yè)鍋爐等的燃料。由于生物質(zhì)原料經(jīng)擠壓成型后，除具有比重大、著火易、燃燒性能好、便于儲存和運輸、熱效率高等優(yōu)點外，還具有灰分少、低污染等優(yōu)點，具有廣闊的市場開發(fā)前景。

　　2.生物質(zhì)成型燃料優(yōu)勢

　　2.1替代煤炭且著火性能好

　　部分生物質(zhì)的熱值與我國一些地區(qū)的層燃爐用煤的熱值相當(dāng)(約18000kJ／kg)，如日本試驗研究所用的生物質(zhì)，其熱值高達(dá)19600kJ／kg。由工業(yè)分析可知，生物質(zhì)含有大量揮發(fā)分，而玉米秸稈和木屑的揮發(fā)分含量高達(dá)70—90％，這就決定了生物質(zhì)不僅有良好的代煤效果，而且還具備優(yōu)良的著火燃燒性能。

　　2.2清潔燃燒且排放污染少

　　我國是煤炭燃燒大國，NO_x、CO₂和SO₂等大氣污染物主要是由化石燃料的燃燒形成的，且其排放量所占的比例也相當(dāng)大，同時其它排放物如總懸浮顆粒物(TSP)、城市NO_x濃度也嚴(yán)重超標(biāo)。而生物質(zhì)燃料CO₂減排的效果明顯，且生物質(zhì)中硫的含量極低，基本上無硫化物的排放。同時，生物質(zhì)燃料還具有飛灰和排渣少、NO_x和重金屬污染物排放低等環(huán)保特性，可稱其為綠色能源。

　　2.3資源豐富且價格優(yōu)勢強

　　生物質(zhì)能是當(dāng)今世界的第四大能源 根據(jù)生物學(xué)家估算，地球上陸地年生產(chǎn)1000～1250億t千生物質(zhì)：海洋年生產(chǎn)500億t干生物質(zhì)。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，有著豐富的生物質(zhì)資源，廣大的農(nóng)村領(lǐng)域能提供大量的生物質(zhì)來源 因此，生物質(zhì)能是一種年產(chǎn)量極大且較穩(wěn)定的可再生資源  由于生物質(zhì)原料價格低廉，而制取的生物質(zhì)成型燃料也比煤炭等燃料在價格方面更具優(yōu)勢，利于推廣。

　　2.4工藝配套且生產(chǎn)設(shè)備全

　　2.4.1熱壓成型工藝

　　生物質(zhì)粉碎后經(jīng)高壓推擠到加熱的成型模具中，使其在一定溫度和壓力下固化。工藝過程一般分為原料粉碎、干燥、擠壓、加熱成型和保型等幾個環(huán)節(jié)

　　生物質(zhì)原料要求粉碎至5mm以下，通常采用原料粉碎機進(jìn)行加工：原料含水量控制在7—15％，濕度過低或過高都不利于最終的熱壓成型，通常玉米秸稈、稻殼和木屑等經(jīng)晾曬后即可。

　　2.4.2成型設(shè)備分類

　　成型設(shè)備也較完善，根據(jù)成型原理的不同，目前成型設(shè)備主要分為四類：螺旋式成型機；活塞式成型機；卷曲式成型機；模壓顆粒成型機。由于生物質(zhì)成型燃料在燃燒過程中，CO₂凈排放量約為零，NOx排放量僅為燃煤的1／5，SO₂的排放量僅為燃煤的1／10，因此，生物質(zhì)成型燃料直接燃用是進(jìn)行生物質(zhì)高效和潔凈利用的一個有效途徑。

　　3.發(fā)展生物質(zhì)成型燃料面臨的困難

　　3.1資源特點限制

　　雖然生物質(zhì)資源豐富，但是生物質(zhì)資源地域分散，其松散體積和能量密度較小 因此，儲存和運輸費用較高，這極大地限制了其工業(yè)化應(yīng)用程度 如何提高其單位體積的能量密度，已成為生物質(zhì)開發(fā)和利用的重要研究方向。

　　以稻殼為例，其自然堆積密度僅為83—160kg／m³，稻殼中固定碳含量不高，為10—15％，熱值為13—14.5×10³kJ／kg，約為標(biāo)煤熱值的一半，而稻殼的生物質(zhì)高壓成型塊體密度更高達(dá)1000—1200kg／m³。但生物質(zhì)壓型技術(shù)需要附屬的壓實設(shè)備，成本相應(yīng)增加，這就限制了生物質(zhì)的利用，因而使用時要慎重選擇。

　　3.2燃燒的積灰結(jié)渣和腐蝕性

　　生物質(zhì)一般含有較高的堿金屬(如Na、K、Ca、Mg)元素和非金屬(如Si、S、Cl、P)元素，這使得灰熔點降低，是導(dǎo)致積灰結(jié)渣的主要因素。

　　灰垢和熔渣不僅降低換熱效率。而且會對設(shè)備造成腐蝕和磨損，因此通?？梢赃m當(dāng)加入添加劑(如Al₂O₃、MgO和高嶺土等)，或者添加灰熔點較高的生物質(zhì)燃料(如稻殼)來提高軟化溫度同時降低燃燒溫度，也是解決生物質(zhì)燃燒灰分低熔點的有效方法之一。

　　3.3成型燃料的抗水性

　　生物質(zhì)成型燃料的抗水性是評價其穩(wěn)定性的一個重要指標(biāo)，抗水性差的成型燃料通常會給生物質(zhì)的運輸、使用和儲存帶來麻煩，因此，需要增加防水防潮投資。

　　3.4成型設(shè)備運行問題

　　雖然我國成型機的生產(chǎn)和應(yīng)用已達(dá)到了一定的規(guī)模，但在實際工作中還存在許多不足之處 以螺旋擠壓成型機為例，自身存在著一些諸如成型筒及螺旋軸磨損嚴(yán)重、壽命較短、電耗大和成型工藝過于簡單等缺點。

　　3.5生物質(zhì)混合顆粒燃料的難題

　　生物質(zhì)混合顆粒燃料在燃燒過程中，一個很重要的問題就是積灰結(jié)渣，探討積灰結(jié)渣的形成原因和抑制機理對于生物質(zhì)利用安全運行具有非常重要的實際意義 因此，要通過實驗研究生物質(zhì)混合顆粒燃料的灰熔點規(guī)律，找出抑制其積灰結(jié)渣的成型因素。

　　4.發(fā)展生物質(zhì)成型燃料的可行性

　　2010年，中國作為世界第二大能源消耗國，并以每年6-7％的速度增長。目前，我國能源主要以煤(占69％)、石油(占18％)和天然氣(占4％)為主 而煤的直接燃燒對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，而《防止大氣污染法》和“京都議定書”中都對中國城鎮(zhèn)燃煤問題提出了量的限制和技術(shù)改造的要求。

　　2009年底，中國政府在哥本哈根召開的全球氣候峰會前宣布，到2020年中國單位GDP的CO₂排放要量比2005年下降40-45％。據(jù)國際能源署統(tǒng)計，中國的減排目標(biāo)意味著中國將承擔(dān)世界所需減排總量的四分之一以上 這就意昧著改善原有能源結(jié)構(gòu)和尋找新型替代能源已經(jīng)刻不容緩了。

　　生物質(zhì)成型燃料能夠充分利用生物質(zhì)能源，不僅可提高工業(yè)鍋爐效率和降低成本，而且使工農(nóng)業(yè)可燃廢物變廢為寶，燃盡灰可以得到很好地綜合利用。