農(nóng)作物秸稈是生物質(zhì)資源的重要組成部分，具有種類多、數(shù)量大、可再生等特點(diǎn)。生物質(zhì)能作為第四大能源資源，在可再生能源中占有重要地位。但是，作為一種能源形式，農(nóng)作物秸稈具有資源分散、能量密度低、容重小、儲(chǔ)運(yùn)不方便等缺點(diǎn)，嚴(yán)重地制約了農(nóng)作物秸稈作為生物質(zhì)能的大規(guī)模應(yīng)用。而農(nóng)作物秸稈成型燃料是生物質(zhì)能的一種簡(jiǎn)單、實(shí)用、高效的利用形式，為高效利用農(nóng)作物秸稈提供了一條重要的途徑。對(duì)于改善我國(guó)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)，緩解由能源生產(chǎn)和使用造成的環(huán)境問題，保障我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。
農(nóng)作物秸稈成型燃料就是將農(nóng)作物秸稈進(jìn)行脫水、粉碎處理后，采用機(jī)械加壓的方法，制備成具有一定形狀、密度較大的固體生物質(zhì)燃料。農(nóng)作物秸稈成型燃料從農(nóng)作物秸稈生長(zhǎng)到成型燃料燃燒的整個(gè)循環(huán)中，可以實(shí)現(xiàn)C02零排放，并且具有可再生和燃燒效率高的優(yōu)點(diǎn)，是一種清潔無污染的優(yōu)質(zhì)代煤燃料。
三門峽富通新能源銷售秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)械設(shè)備。
1、秸稈成型燃料的特點(diǎn)及成型機(jī)理
1.1秸稈成型燃料的特點(diǎn)
秸稈成型燃料含70%左右的纖維素，10%～17%的木質(zhì)素，0.08%～0.3%的S，1%左右的堿金屬，0.296～0. 8%的Si。因成型方式不同，密度在0.6～1.2 g/cm3范圍內(nèi)，重量熱值約為普通煙煤的75%，燃燒比較完全，燃燒后灰渣中殘?zhí)己績(jī)H為1%左右，而煤灰渣中殘?zhí)家话阍?5%～20%。因此，1t的秸稈成型燃料可替代1t煤。
1.2秸稈成型燃料的成型機(jī)理
農(nóng)作物秸稈的主要成分是纖維素和木質(zhì)素，木質(zhì)素屬于非晶體，沒有固定的熔點(diǎn)，在110℃左右會(huì)軟化，160℃左右出現(xiàn)熔融態(tài)，此時(shí)給松散農(nóng)作物秸稈一定的壓力就能使木質(zhì)素與纖維素緊密粘接并與相鄰顆�；ハ嗄z合，經(jīng)過保型、冷卻后即可固化成型。秸稈成型燃料成型的方式有熱壓成型和冷壓成型兩種形式。熱壓成型著力于減小磨損，消耗的是外部熱源的熱能，因此，采用熱壓法成型農(nóng)作物秸稈燃料時(shí)可以不添加任何添加劑和粘接劑，加工成本低，符合環(huán)保的要求；冷壓成型是利用秸稈與設(shè)備的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磨擦熱來完成壓縮成型，它消耗的是動(dòng)力，因此，冷壓成型一般需要配置較大動(dòng)力，磨損修復(fù)費(fèi)用較熱壓成型高。
2、國(guó)內(nèi)外成型技術(shù)狀況
2.1國(guó)外成型技術(shù)發(fā)展
早在20世紀(jì)30年代，美國(guó)等國(guó)就開始?jí)嚎s燃料成型技術(shù)的研究，并研究了螺旋成型機(jī)。日本于50年代從國(guó)外引進(jìn)成型技術(shù)并進(jìn)行了改進(jìn)，從20世紀(jì)80年代開始，日本對(duì)生物質(zhì)壓縮成型燃料進(jìn)行了研究和探討，對(duì)壓縮過程中的動(dòng)力消耗、壓模的結(jié)構(gòu)與尺寸、壓縮燃料的含水率、壓縮時(shí)的溫度、壓力以及原料的顆粒大小等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)一步改進(jìn)了壓縮成型燃料技術(shù)，并發(fā)展成為日本壓縮成型燃料的工業(yè)體系。20世紀(jì)70年代以來，隨著全球性石油危機(jī)的沖擊和環(huán)保意識(shí)的提高，世界各國(guó)越來越重視開發(fā)和高效轉(zhuǎn)換生物質(zhì)能。西歐國(guó)家先后研制生產(chǎn)了沖壓式成型機(jī)、顆粒成型機(jī)，意大利、加拿大等因相繼建成生物質(zhì)顆粒燃料成型生產(chǎn)廠家30多個(gè)，機(jī)械驅(qū)動(dòng)活塞式成型燃料生產(chǎn)廠家40多個(gè)，成型設(shè)備及成型燃料進(jìn)入了商業(yè)化運(yùn)作階段。20世紀(jì)80年代初，顆粒成型技術(shù)獲得一定突破，東南亞國(guó)家的生物質(zhì)成型燃料行業(yè)發(fā)展迅速，泰國(guó)、印度、越南、菲律賓等國(guó)都先后建成了多家生物質(zhì)固化、碳化專業(yè)生產(chǎn)廠。1995年前后，瑞典、丹麥、奧地利等國(guó)大力推進(jìn)秸稈成型燃料的產(chǎn)業(yè)化，民用鍋爐、工業(yè)鍋爐及小型熱電廠開始使用秸稈成型燃料，并實(shí)現(xiàn)了各自的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，開始向國(guó)外出口生物質(zhì)成型技術(shù)和設(shè)備。
2.2國(guó)內(nèi)成型技術(shù)發(fā)展
我國(guó)的生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究開始于“七五”期間，從20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)螺旋推進(jìn)式秸稈成型機(jī)，1990年后，機(jī)械螺桿式、柱塞式成型技術(shù)得到發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)主要設(shè)備類型有：螺桿擠壓式成型機(jī)、活塞式成型機(jī)和壓輥式成型機(jī)。其中，壓輥式成型機(jī)可分力環(huán)模成型機(jī)和平模成型機(jī)，環(huán)模顆粒機(jī)又可分為臥式和立式兩種。臥式環(huán)模顆粒機(jī)是現(xiàn)有秸稈成型燃料成型機(jī)中的主流機(jī)型，這種機(jī)型具有壓模更換保養(yǎng)方便、樣機(jī)容易進(jìn)行尺寸和速度放大等特點(diǎn)，其加工能力為1～3t/h。近幾年，河北、山東，河南、江蘇、遼寧、安徽等地開始將成型設(shè)備進(jìn)行示范推廣。秸稈成型燃料產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出企業(yè)積極參與、國(guó)家導(dǎo)向逐步加強(qiáng)的特點(diǎn)，但存在著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、盲目上馬等問題。中國(guó)現(xiàn)有不同生產(chǎn)規(guī)模的企業(yè)30多個(gè)，但全年生產(chǎn)秸稈成型燃料總量?jī)H有10多萬t。究其原因，主要是對(duì)秸稈類的生物質(zhì)物化特性了解較少，輕視了秸稈成型燃料的產(chǎn)業(yè)化難度，忽視了秸稈成型燃料生產(chǎn)中的一些關(guān)鍵技術(shù)問題。
2.3壓縮成型影響因素的研究
目前，我國(guó)研究較多的是生物質(zhì)燃料熱壓成型，因而成型影響因素的研究也主要集中在熱壓成型上，而在常溫致密成型上研究較少。影響熱壓成型的主要因素有：原料種類，原料含水率，原料粒度，成型壓力與模具結(jié)構(gòu)形狀和尺寸、加熱溫度。這些影響因素在不同壓縮成型方式下的表現(xiàn)形式也不盡相同。
2.3.1農(nóng)作物秸稈的種類
不同的農(nóng)作物秸稈，其壓縮成型特性有較大的差異。農(nóng)作物秸稈的種類不但影響成型的質(zhì)量（例如成型塊的密度，強(qiáng)度、熱值等），而且影響成型機(jī)的產(chǎn)量和動(dòng)力消耗。例如，玉米秸稈在粉碎以后容易壓縮成型，而小麥秸稈壓縮成型就比較困難。所以不同的農(nóng)作物秸稈對(duì)壓縮成型的影響與成型方式有密切關(guān)系。
2.3.2農(nóng)作物秸稈的含水率
農(nóng)作物秸稈的含水率是秸稈成型燃料壓縮成型過程中需要控制的一個(gè)重要參數(shù)；農(nóng)作物秸稈的含水率合適可以使壓縮成型效果佳，過高或過低都將不利于壓縮成型。根據(jù)成型方式的不同，一般要求農(nóng)作物秸稈的含水率在12%—20%左右。
2.3.3農(nóng)作物秸稈的粉碎與處理
農(nóng)作物秸稈粉碎的大小和粉碎處理的質(zhì)量也是影響壓縮成型的重要因素。對(duì)于某一確定的成型方式，秸稈粉碎的大小一般應(yīng)不大于成型孔的尺寸。如果秸稈粉碎的長(zhǎng)度較長(zhǎng)和粉碎處理的質(zhì)量較差，將直接影響成型機(jī)的成型效果、生產(chǎn)效率和動(dòng)力消耗。
2. 3.4成型壓力與模具尺寸
成型壓力是農(nóng)作物秸稈壓縮成型最基本的條件。只有施加足夠的壓力，秸稈才能被壓縮成型。當(dāng)壓力較小時(shí)，密度隨壓力增加而增加的幅度較大，當(dāng)壓力增加到一定值以后，成型物密度的增加就變得緩慢。成型壓力與模具（成型孔）的形狀尺寸有密切關(guān)系，因?yàn)榇蠖鄶?shù)成型機(jī)都采取擠壓成型方式，即原料從成型模具的一端連續(xù)壓入，又從另一端連續(xù)擠出（出料端直徑小于進(jìn)料端直徑），這時(shí)原料擠壓所需要的成型壓力與成型孔內(nèi)壁麗的摩擦力相平衡，即機(jī)器只能產(chǎn)生和摩擦力相同大小的成型壓力，而摩擦力的大小與模具的形狀尺寸有直接關(guān)系。秸稈成型燃料壓縮成型中模具的形狀、長(zhǎng)徑比都是關(guān)鍵參數(shù)，目前國(guó)內(nèi)壓縮成型技術(shù)研究主要采用圓筒模進(jìn)行，對(duì)矩形模研究較少。
2.3.5加熱溫度
加熱溫度影響原料的成型，也影響生產(chǎn)效率。一般來說，加熱溫度調(diào)整在150℃～300℃。溫度過低，不但原料不能成型，而且功耗增加；溫度過高，電機(jī)功耗減小，導(dǎo)致成型壓力減小，成形塊壓縮不實(shí)，密度變小。
2.3.6成型添加劑
根據(jù)農(nóng)作物秸稈成型燃料的用途不同，在致密成型時(shí)可添加不同的添加劑，一方面添加劑起到黏結(jié)劑的作用，改善致密成型的效果，減少能耗；另一方面，采用不同的添加劑，可改善秸稈成型燃料的燃燒性能。
3、影響秸稈成型燃料成型生產(chǎn)及應(yīng)用的幾個(gè)關(guān)鍵問題
農(nóng)作物秸稈的收集、儲(chǔ)存、燃燒機(jī)理以及秸稈成型燃料生產(chǎn)中問題都是影響秸稈成型燃料應(yīng)用和技術(shù)推廣的瓶頸，國(guó)外對(duì)于這這些問題已進(jìn)行了多年的研究。要實(shí)現(xiàn)秸稈成型燃料規(guī)模化生產(chǎn)，必須認(rèn)真解決好以下幾個(gè)方面的問題：一是農(nóng)作物秸稈收集和儲(chǔ)運(yùn)的高成本問題。二是對(duì)于小同用途的秸稈成型燃料的燃燒機(jī)理問題研究和技術(shù)突破。三是影響秸稈成型燃料生產(chǎn)中的原材料脫水及水分調(diào)控問題、秸稈成型機(jī)的性能穩(wěn)定可靠及關(guān)鍵部件快速磨損問題、生產(chǎn)能耗過高等關(guān)鍵技術(shù)問題。目前，農(nóng)作物秸稈收集和儲(chǔ)運(yùn)問題隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的高度發(fā)展將可以得到較好地解決。對(duì)于不同用途的燃燒機(jī)理問題，國(guó)內(nèi)外都還處于研究階段，目前還沒有突破性進(jìn)展，在對(duì)秸稈成型燃料的燃燒設(shè)備選用設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，由于缺乏秸稈成型燃料燃燒機(jī)理的數(shù)據(jù)而大都參考煤的燃燒機(jī)理進(jìn)行選用，缺乏科學(xué)依據(jù)，這將影響秸稈成型燃料的正常燃燒，也進(jìn)一步影響秸稈成型燃料的應(yīng)用與推廣。
3.1秸稈脫水及水分調(diào)控問題
農(nóng)作物收獲時(shí)秸稈的含水率一般較高（如水稻秸稈一般在40%以上），而秸稈成型燃料加工允許原料含水率為20%以下，秸稈成型燃料的安全儲(chǔ)存含水率在12%以內(nèi)。如果用人工烘干的辦法，將1t秸稈的含水率從60%降到16%，至少要消耗150 kg原煤，這種能源和經(jīng)費(fèi)的投入是阻礙企業(yè)進(jìn)行規(guī)�；ㄔO(shè)的主要原因。秸稈堆積密度僅有0.2，因此，存儲(chǔ)秸稈需占用大量土地。所以秸稈原料的脫水和儲(chǔ)存水分調(diào)控是加工遇到的最解決的問題之一。
目前解決該問題的辦法主要有兩種：一是農(nóng)作物收獲時(shí)收穗不收稈，讓秸稈在地里接受風(fēng)吹日曬，自然脫水，提高枯萎度，降低氯含量。二是提高機(jī)械化程度，將機(jī)械收獲粉碎和農(nóng)戶分散儲(chǔ)存、自然脫水結(jié)合起來。
3.2秸稈成型燃料成型機(jī)的性能穩(wěn)定及關(guān)鍵部件快速磨損問題
現(xiàn)在采用的螺桿式和壓輥式成型機(jī)都是依靠傳動(dòng)部件與秸稈之間的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)壓縮，壓縮過程中磨擦產(chǎn)生的熱將纖維、木質(zhì)素軟化的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生的擠壓力把秸稈推入成型模，從而完成成型。生物質(zhì)秸稈內(nèi)Si、Ca、Cr等元素含量較高，秸稈收集過程中還會(huì)帶入許多泥沙(Si02)．這些物質(zhì)的存在會(huì)加劇加工機(jī)械的磨損。
對(duì)于螺桿式成型機(jī)，由于螺桿與物料始終處于高速摩擦狀態(tài)，導(dǎo)致壓縮區(qū)（高溫、高壓）螺紋的磨損非常嚴(yán)重。目前國(guó)內(nèi)外的工藝技術(shù)條件尚不能從根本上解決螺桿磨損問題。螺桿的平均修復(fù)期為60h左右，因一次性投入較低，該技術(shù)目前還有不少國(guó)家在應(yīng)用。解決的方法是規(guī)模化生產(chǎn)，批量換件維修。
環(huán)模成型設(shè)備同樣存在快速磨損問題。其壓輥在環(huán)模內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)過程中與喂入環(huán)模內(nèi)的秸稈摩擦生熱，溫度可達(dá)200℃以上；同時(shí)壓輥運(yùn)動(dòng)的分力擠壓秸稈進(jìn)入成型孔成型。在這樣的條件下，壓輥和成型孔磨損較快。目前解決快速磨損的措施有兩條：一是從環(huán)模金屬材料和熱處理入手，改變金屬材料的耐磨性能。二是從模具的結(jié)構(gòu)入手，改變成型孔與壓輥切線的角度，增加推入力，減少擠壓力。
3.3成型燃料形狀的大小和松弛密度問題
成型燃料形狀的大小和松弛密度不僅是影響成型工藝和生產(chǎn)能耗的重要因素，而且對(duì)應(yīng)用推廣有著重要的影響。同一種秸稈原料生產(chǎn)的成犁燃料，其形狀的大小和致密度的不同，在實(shí)際應(yīng)用中的效果會(huì)有不同。例如，秸稈成型燃料應(yīng)用在氣化發(fā)電中，當(dāng)成型燃料進(jìn)入流化床時(shí)，在成型燃料內(nèi)部快速形成了溫度梯度，成型燃料形狀的大小和致密度就決定了成型燃料內(nèi)達(dá)到生物質(zhì)熱解反應(yīng)條件的速率，這對(duì)氣化效果和焦油的產(chǎn)生都會(huì)產(chǎn)生影響。因此在秸稈成型燃料的生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)成型燃料的不同用途來確定其合理的形狀大小和松弛密度。
3.4秸稈成型燃料成型機(jī)的生產(chǎn)效率和能耗問題
我國(guó)秸稈成型燃料成型機(jī)大多是在借鑒國(guó)外壓塊技術(shù)和飼料成型機(jī)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行變型設(shè)計(jì)而生產(chǎn)制造的，在成型機(jī)理方面的研究還幾乎是窄白，這直接導(dǎo)致我國(guó)秸稈成型燃料成型機(jī)存在結(jié)構(gòu)不合理，生產(chǎn)效率偏低、能耗偏高等缺陷。成型機(jī)成型能耗在生產(chǎn)成本中占有一定的比重，生產(chǎn)效率偏低、能耗過高制約了企業(yè)的生產(chǎn)效益。因此，有必要根據(jù)農(nóng)作物秸稈的特點(diǎn)，通過理論分析與工藝試驗(yàn)來研究秸稈成型燃料成型機(jī)能耗影響因素，為提高生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗提供依據(jù)。
4、結(jié)論與建議
(1)秸稈成型燃料是一種優(yōu)質(zhì)的代煤生物固體燃料，直面“三農(nóng)”，具有良好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。但是，秸稈收集、儲(chǔ)運(yùn)問題是農(nóng)作物秸稈綜合利用的首要問題，也是降低秸稈成型燃料生產(chǎn)成本、提高效益和促進(jìn)秸稈成型燃料的應(yīng)用與推廣的關(guān)鍵問題。秸稈收集、儲(chǔ)運(yùn)問題的根本解決方法是秸稈收獲機(jī)械化。無論是農(nóng)作物秸稈綜合利用還是秸稈成型燃料的應(yīng)用，都必須提高我國(guó)秸稈收獲機(jī)械化水平，各級(jí)政府應(yīng)結(jié)合秸稈禁燒工作給予經(jīng)濟(jì)和政策上的支持。
(2)加強(qiáng)對(duì)秸稈成型燃料的應(yīng)用和相關(guān)燃燒機(jī)理的研究。秸稈成型燃料的應(yīng)用和相關(guān)燃燒機(jī)理是一個(gè)復(fù)雜的基礎(chǔ)理論問題，是實(shí)現(xiàn)秸稈成型燃料產(chǎn)業(yè)化和高效燃燒合理利用的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)秸稈成型燃料燃燒設(shè)備安全、穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)燃燒的理論基礎(chǔ)；同時(shí)也是為秸稈成型燃料及相關(guān)設(shè)備的推廣與應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。只有加強(qiáng)對(duì)秸稈成型燃料應(yīng)用和相關(guān)燃燒機(jī)理的研究，才能進(jìn)一步促進(jìn)秸稈成型燃料的應(yīng)用與推廣。
(3)在秸稈成型機(jī)的性能穩(wěn)定可靠及關(guān)鍵部件快速磨損問題、生產(chǎn)能耗過高等關(guān)鍵技術(shù)問題上，調(diào)整設(shè)計(jì)思路是關(guān)鍵。應(yīng)根據(jù)秸稈成型燃料不同的應(yīng)用方式和燃燒機(jī)理，確定秸稈成型燃料的致密度，選擇合理的成型方式，注重成型機(jī)的供料、均料和成型受力問題研究，通過調(diào)整成型孔結(jié)構(gòu)形狀及位置來降低磨損，提高成型機(jī)的性能的穩(wěn)定和可靠性，提高秸稈成型燃料的生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。
(4)影響秸稈成型燃料實(shí)現(xiàn)規(guī)�；a(chǎn)幾個(gè)方面的問題均屬基礎(chǔ)性研究問題，只有通過加大研究力度，攻克技術(shù)難關(guān)，秸稈成型燃料才能有十分廣闊的市場(chǎng)前景。建議國(guó)家各級(jí)科技部門組織有條件的研究單位進(jìn)行攻關(guān)，為秸稈成型燃料的推廣應(yīng)用提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。
三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等生物質(zhì)燃料飼料成型機(jī)械設(shè)備，同時(shí)我們也大量的銷售生物質(zhì)顆粒燃料。
