生物質(zhì)壓塊成型技術(shù)應(yīng)用

孫嘯萍 徐 敏

我國人口眾多，是一個能源供需矛盾比較突出的國家，人均能源擁有量與發(fā)達(dá)國家相比差距較大，而目前我國在生物質(zhì)能源利用上還比較落后，約有50%的農(nóng)作物秸稈和部分林業(yè)剩余物被廢棄和焚燒，造成生物質(zhì)能源的嚴(yán)重浪費和環(huán)境污染。因此，加快我國生物質(zhì)壓塊技術(shù)的應(yīng)用，提高農(nóng)作物秸稈和林業(yè)廢棄物的利用率，減少生物質(zhì)能源的浪費和環(huán)境污染，有利于促進(jìn)我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

1 生物質(zhì)壓塊成型技術(shù)特點

生物質(zhì)壓塊成型后，體積縮小20～30倍，密度可達(dá)成1 t/m3左右，含水量在20%以下，便于貯存和運輸，可作為生物質(zhì)成型燃料，廣泛用于民用炊事爐、取暖爐、生物質(zhì)氣化爐、鍋爐及生物質(zhì)發(fā)電等。生物質(zhì)成型燃料熱性能優(yōu)于木材，單位體積發(fā)熱量與中質(zhì)煤相當(dāng)，熱值可達(dá)16 000 kJ/kg，并可實現(xiàn)溫室氣體二氧化碳的零排放。而煤碳的燃燒使用，則會不斷增加大氣中的二氧化碳含量，致使地球溫室效應(yīng)進(jìn)一步加劇。以植物為原料生產(chǎn)的生物質(zhì)壓塊成型燃料，固定碳含量為15.99%，硫含量為0.05%，氮含水量為0.14%。因此，生物質(zhì)壓塊成型燃料是良好的低碳燃料，而且硫、氮含量較低，燃燒生成的污染物少，不需要脫硫設(shè)備就可實現(xiàn)二氧化硫減排，采用簡單的除塵裝置就可以實現(xiàn)粉塵排放達(dá)標(biāo)。所以，生物質(zhì)成型燃料的應(yīng)用符合“降低碳排放，減少環(huán)境污染”國際標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 生物質(zhì)壓塊成型燃料技術(shù)方法

生物質(zhì)壓塊成型技術(shù)是把農(nóng)林廢棄物（農(nóng)作物秸稈、稻殼、樹枝、樹皮、鋸屑等）粉碎、干燥后，將原料含水率控制在20%左右，在一定的壓力作用下（加熱或不加熱）連續(xù)擠壓制成棒狀、粒狀、塊狀等各種成型燃料的加工技術(shù)方法。農(nóng)林廢棄物主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，木質(zhì)素是光合作用形成的天燃聚合體，具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，是高分子物質(zhì)，在植物中含量約為15%～30%，當(dāng)溫度達(dá)到70～100 C°時，木質(zhì)素開始軟化，并產(chǎn)生一定的黏度；當(dāng)溫度提高到100～200 C°時，生物質(zhì)呈熔融狀，黏度變高，此時增加一定的壓力，可使它與纖維素緊密黏結(jié)，使植物體積大量減少，密度顯著增加。取消壓力后，由于非彈性的纖維分子間相互纏繞，仍能保持壓制形狀，待冷卻后強度進(jìn)一步增加，成為成型燃料。

生物質(zhì)壓塊成型燃料的生產(chǎn)工藝過程一般分為原料粉碎、干燥、擠壓、加熱幾個環(huán)節(jié)。當(dāng)原料進(jìn)入壓塊成型室后，在壓輥和壓模的轉(zhuǎn)動作用下，物料進(jìn)入壓模與壓輥之間，然后被擠入成型孔（壓力在15～30 MPa范圍內(nèi)），從成型孔擠出的原料被擠壓成型，壓制出顆粒狀或塊狀成型燃料。

3 生物質(zhì)壓塊技術(shù)成熟情況

我國于20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)、研究生物質(zhì)壓塊成型設(shè)備，目前，已成功研制了壓輥式、螺旋擠壓式和活塞沖壓式顆粒成型機，其中，壓輥式顆粒成型機近年來發(fā)展速度較快，應(yīng)用較多。壓輥式成型機又分為環(huán)模成型機和平模成型機。幾年前，生物質(zhì)壓塊成型設(shè)備大多用于壓制玉米秸稈，原因是玉米秸稈含糖分多，粘性大，易成型。近年來，因壓制水稻、小麥秸稈和鋸屑需要，江蘇省的農(nóng)機研究部門和一部分生物質(zhì)壓塊機生產(chǎn)企業(yè)開始研制適應(yīng)性強的機型，即在壓輥式成型機的基礎(chǔ)上，改進(jìn)設(shè)計了平模式生物質(zhì)壓塊機和環(huán)模平放式生物質(zhì)壓塊機，經(jīng)市場應(yīng)用表明，此類機型適應(yīng)于壓制小麥、水稻、玉米等農(nóng)作物秸稈和鋸屑等難以成型的物料，在使用效率、工作可靠性、降低能耗等技術(shù)方面都有了較大的提高，該項技術(shù)基本成熟，可廣泛用于生物質(zhì)壓塊生產(chǎn)中。

4 應(yīng)用效益

經(jīng)濟效益：以徐州萬國生物能源科技有限公司生產(chǎn)的9SYH-1600型生物質(zhì)壓塊機為例，每臺壓塊機售價14萬元，配套動力為55kW電動機，每小時可生產(chǎn)1.5 t秸稈塊。平均每噸秸稈收購價為150元左右，加工成秸稈塊后每噸可售價400元左右，在壓塊過程中，每加工一噸生物質(zhì)秸稈塊需人工、電費、維修、折舊、管理費約150元，即加工每噸生物質(zhì)塊可創(chuàng)收100元。按每臺壓塊機每年工作200天，每天工作8小時，每小時生產(chǎn)1.5 t計算，一臺機器一年可壓塊2 400 t，可創(chuàng)收24萬元，購機戶購機當(dāng)年可收回投資成本，并取得一定的經(jīng)濟效益。

社會效益：將農(nóng)作物秸稈和林業(yè)廢棄物壓塊成型后，成為清潔燃料，可廣泛用于家庭炊事、鍋爐、生物質(zhì)發(fā)電等，能減少碳排放量，并可避免因農(nóng)作物秸稈焚燒和廢棄而造成的大氣、河流等環(huán)境污染，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。