田宜水

摘要：生物質固體成型燃料具有易運輸和貯存、燃燒效率高等特點，是生物質開發(fā)利用的主要方向之一。國外生物質固體成型燃料技術及設備已經趨于成熟，形成了整個產業(yè)鏈的成熟技術體系和產業(yè)模式。我國目前也形成了良好的政策法規(guī)環(huán)境，農林生物資源豐富，生物質固體成型燃料產業(yè)化關鍵技術亦趨于成熟，秸稈收、儲、運模式初步建立，未來發(fā)展?jié)摿薮?。但還需要完善財政補貼政策、加強技術研發(fā)、開展示范、盡快出臺國家或行業(yè)標準。

關鍵詞：中國；生物質固體成型燃料；產業(yè)

0．引言

在農業(yè)和林業(yè)生產過程中，會產生大量的剩余物。例如，殘留在農田內的農作物秸稈，農副產品加工后剩余的稻殼、玉米芯和花生殼等，林業(yè)生產過程中殘留的樹枝、樹葉、木屑和木材加工的邊角料等。上述農林業(yè)生物質資源通常松散地分布在大面積范圍內，堆積密度比較低，給收集、運輸、儲藏和應用帶來了一定的困難。

由此，人們提出了生物質固體成型燃料技術，即在一定溫度和壓力作用下，利用木質素充當粘合劑，將松散的秸稈、樹枝和木屑等農林生物質壓縮成棒狀、塊狀或顆粒狀的成型燃料。壓縮后的成型燃料體積縮小6~8倍，能源密度相當于中質煙煤，提高了運輸和貯存能力；燃燒特性明顯得到改善，提高了利用效率。

生物質固體成型燃料技術是生物質能開發(fā)利用技術的主要發(fā)展方向之一，不僅可以為家庭提供炊事、取暖用能，也可以作為工業(yè)鍋爐和電廠的燃料，替代煤、天然氣、燃料油等化石能源，近年來日益受到人們的廣泛關注。

1．國外生物質固體成型燃料產業(yè)發(fā)展經驗

2005年，世界生物質固體成型燃料產量已經超過了420萬t。其中，美洲地區(qū)110萬t；歐洲地區(qū)300萬t，現(xiàn)有大型生物質固體燃料成型廠285個。瑞典生物質顆粒燃料的產量約141.1萬t，消費量約171.5萬t，位居世界首位，生產的固體顆粒燃料除通過專門運輸工具定點供應發(fā)電和供熱企業(yè)外，還以袋裝的方式在市場上銷售，已經成為許多家庭首選生活用燃料。芬蘭的木質生物質顆粒燃料發(fā)展始于1998年，原料以木材剩余物（如樹皮、木屑、刨花和鋸末等）為主，主要來源于木材加工廠，年生產能力達20萬t。生物質固體成型燃料也成為全球貿易對象，如加拿大等林業(yè)資源豐富的國家具有非常大的生產潛力，而丹麥則是重要的消費國，國際貿易量逐步上升。目前，國外生物質固體成型燃料技術及設備的研發(fā)已經趨于成熟，相關標準體系也比較完善，主要以木質生物質為原料生產顆粒燃料，形成了從原料收集、儲藏、預處理到生物質固體成型燃料生產、配送和應用的整個產業(yè)鏈的成熟技術體系和產業(yè)模式。

針對生物質固體成型燃料的種類、熱值、灰分含量、顆粒尺寸和加熱系統(tǒng)，各國也分別開發(fā)了不同的采暖爐和熱水鍋爐，而且可以應用配套的自動上料系統(tǒng)。家庭用生物質顆粒燃料爐灶的熱效率可達80%以上；為住宅小區(qū)、學校大面積供熱的生物質鍋爐的燃燒效率高達90%以上。

在標準方面，歐盟固體生物質燃料標準化工作始于2000年。歐盟標準化委員會（CEN）委托瑞典標準所（Swedish Standards Institute）組建歐盟固體生物質燃料標準化委員會（CEN/TC 335），開始歐盟固體生物質燃料標準的制定工作。為了盡快服務于市場，CEN/TC 335決定首先制定技術規(guī)范（TS），此項工作的主要部分已于2006年完成，已發(fā)布了30個技術規(guī)范，分為術語、規(guī)格、分類和質量保證；取樣和樣品準備；物理（或機械）試驗；化學試驗等5個方面。目前，正在向歐盟標準轉化，并著手制定國際（ISO）標準。

2．我國生物質固體成型燃料產業(yè)發(fā)展的條件

我國生物質固體成型燃料技術的研究開發(fā)始于20世紀80年代，已有二十多年的歷史，早期主要集中在螺旋擠壓成型機上，但存在著成型筒及螺旋軸磨損嚴重、壽命較短、電耗大等缺點，導致綜合成本較高，發(fā)展停滯不前。進入2000年以來，生物質固體成型技術得到明顯的進展，成型設備的生產和應用已初步形成了一定的規(guī)模。截至2007年底，國內有生物質固體成型燃料生產廠50余處，固體成型燃料生產能力約20萬t/a，主要用于農村居民炊事取暖用能、工業(yè)鍋爐和發(fā)電廠的燃料等。

下面，本文將針對政策法規(guī)、資源、關鍵技術和需求等四個方面對我國生物質固體成型燃料產業(yè)發(fā)展條件進行分析。

2.1政策法規(guī)

長期以來，黨中央國務院高度重視秸稈能源化利用工作，相繼出臺了一系列政策法規(guī)，鼓勵和支持相關產業(yè)的發(fā)展?！吨腥A人民共和國可再生能源法》第十六條規(guī)定“國家鼓勵清潔、高效地開發(fā)利用生物質燃料”?！犊稍偕茉粗虚L期發(fā)展規(guī)劃》提出，到2010年秸稈固體成型燃料年利用量達到100萬t以上；力爭到2020年秸稈固體成型燃料年利用量達到5000萬t。農業(yè)部《農業(yè)生物質能產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》也提出，到2010年，全國建成400個左右秸稈固化成型燃料應用示范點，秸稈固化成型燃料年利用量達到100萬t左右；到2015年，秸稈固化成型燃料年利用量達到2000萬t左右。《可再生能源產業(yè)發(fā)展指導目錄》認為“生物質固化成型燃料技術”符合可持續(xù)發(fā)展要求和能源產業(yè)發(fā)展方向，具有廣闊的發(fā)展前景，應積極開展技術研發(fā)、項目示范和投資建設活動。2008年7月,國務院辦公廳發(fā)布了《關于加快推進農作物秸稈綜合利用意見的通知》指出，“結合鄉(xiāng)村環(huán)境整治，積極利用秸稈生物氣化（沼氣）、熱解氣化、固化成型及炭化等發(fā)展生物質能，逐步改善農村能源結構”。財政部出臺了《秸稈能源化利用補助資金管理暫行辦法》，擬采取綜合性補助方式，支持從事秸稈成型燃料、秸稈氣化、秸稈干餾等秸稈能源化生產的企業(yè)收集秸稈、生產秸稈能源產品并向市場推廣。

2.2 農林生物質資源分析

我國具有豐富的生物質資源。其中，可用于生物質固體成型燃料的資源主要分為農作物秸稈、農產品加工剩余物、林業(yè)生物質資源等?，F(xiàn)分析如下：

2.2.1 農作物秸稈資源

農作物秸稈是指在農業(yè)生產過程中，收獲了稻谷、小麥、玉米等農作物以后，殘留的不能食用的莖、葉等副產品。秸稈資源量與農作物產量、農業(yè)生產條件和自然條件等因素有著密切關系。通常根據(jù)農作物產量和各種農作物的草谷比，大致估算出各種農作物秸稈的產量。我國是一個農業(yè)大國，具有豐富的秸稈資源。初步估算，2006年全國稻谷、小麥、玉米、豆類、薯類、棉花和油菜等七類主要農作物秸稈理論資源量為5.43億t（按風干計，含水量約15%），在扣除用作肥料、飼料、以及造紙、建材、編織和養(yǎng)殖食用菌等工副業(yè)的生產原料外，可能源化利用資源量約為2.21億t，折合1.11億tce。

秸稈作為農作物的副產品，受農作物產量、種植結構、收獲方式等因素的影響。根據(jù)《全國農業(yè)和農村經濟十一五規(guī)劃》，預計到2010年，我國七種主要農作物秸稈理論資源量約6.0億t，2020年約6.5億t。在扣除各種用途，并在保障土壤肥力的前提下，預計到2010年我國七種主要農作物秸稈可能源化利用的資源量為1.65億t，2020年為1.65億t?？梢钥闯?，雖然未來我國秸稈理論資源量將有所上升，但隨著畜牧業(yè)等競爭性行業(yè)的發(fā)展，可用于能源化利用的七種主要農作物秸稈資源將長期保持在1.6億t左右。

2.2.2農產品加工剩余物

農產品在初加工過程中產生的副產品主要包括稻殼、玉米芯、花生殼、甘蔗渣等。稻殼占稻谷重量的20%，玉米芯約占穗重的20%，花生殼約占花生重量的35%，甘蔗渣是蔗糖加工業(yè)的主要廢棄物，蔗糖與蔗渣各占50%。目前，上述副產品的年產量約1.3億t，折合0.65億tce。

2.2.3林業(yè)“三剩物”

林業(yè)“三剩物”主要包括采伐剩余物、造材剩余物、木材加工剩余物。根據(jù)對各大林區(qū)采伐地的抽樣調查，采伐、造材剩余物（包括樹干梢頭、枝椏和樹葉）約占林木生物量的40%。根據(jù)國務院批準的“十一五”期間森林采伐限額，全國每年限額采伐指標為2.5億m³，可產生采伐、造材剩余物約1.1億t（含水量約50%），折合干重約5500萬t。根據(jù)對木材加工廠的抽樣調查，綜合考慮各地的實際情況，估計木材加工剩余物數(shù)量約占原木的34.4%，因此可推算出全國木材加工剩余物約為3207.9萬m³，換算重量為2887.1萬t（含水量約40%），折合干重約1700萬t。

2.3產業(yè)化關鍵技術評價

2.3.1 固體成型技術

生物質固體成型技術主要分為壓模輥壓式成型機、活塞式成型機和螺旋擠壓式成型機等幾種形式。其中，壓模輥壓式成型機分為環(huán)模壓輥成型機和平模顆粒成型機等?；钊麤_壓式成型機按驅動動力不同可分為機械活塞式成型機和液壓驅動活塞式成型機兩種類型。各類固體成型技術綜合比較見表1。

目前，我國生物質固體成型的關鍵技術已取得突破，特別是壓模輥壓式成型技術，已經達到國際同類產品先進水平，有效地解決了功率大、生產效率低、成型部件磨損嚴重、壽命短等問題，并已實行商業(yè)化。農業(yè)部規(guī)劃設計研究院和北京盛昌綠能科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的生物質固體成型燃料加工工藝與成套設備，生產率≥2.0 t/h，成型率≥95%，顆粒密度1.0～1.2 t/m³。系統(tǒng)運行穩(wěn)定，物料適應性好，主要技術經濟指標居國內領先水平，成套設備達到國際同類產品先進水平。利用該技術工藝和設備已在北京市大興區(qū)建成了年產2萬t的生物質固體成型燃料生產線并投產運行。

2.3.2 原料“收、儲、運”模式

農作物秸稈通常松散地分散在大面積范圍內，面廣量大，涉及到千家萬戶，這給秸稈收購和能源化利用帶來了困難。經過探索和嘗試，各地因地制宜，形成了“農戶+秸稈經紀人+企業(yè)”、“農戶+企業(yè)+政府”等各具特色的秸稈收、儲、運模式。

2.3.3 生物質固體成型燃料熱利用設備

生物質固體成型燃料密度為0.8～1.2 t/m³，能源密度相當于中質煙煤，使用時火力持久，爐膛溫度高，燃燒特性明顯得到了改善，可為農村居民、工業(yè)鍋爐及發(fā)電廠提供優(yōu)質能源。固體成型燃料主要利用設備為生物質固體成型燃料炊事爐、采暖爐、炊事取暖兩用爐、工業(yè)鍋爐等專用燃燒設備，多采用反燒、雙層爐排以及半氣化燃燒等方式，也取得了一定進展，開發(fā)了各具特色的燃燒設備，并在當?shù)剡M行了推廣。也可以通過簡單改造，將現(xiàn)有的燃煤工業(yè)鍋爐改為燃生物質固體成型燃料。

2.4 需求分析

生物質固體成型燃料適用于農村居民炊事和采暖用能，大中城市工業(yè)鍋爐、發(fā)電和熱電聯(lián)產等。

我國地域廣闊，各地氣候條件差別非常之大，主要采暖區(qū)域為嚴寒和寒冷地區(qū)，包括黑龍江、吉林、遼寧、北京、天津、河北、山東，山西，河南、內蒙古，陜西，寧夏，甘肅，青海，新疆，西藏等省區(qū)，人口約占全國總人口的三分之一。采暖燃料主要為秸稈、薪柴和煤，采暖設備主要為炕連灶和煤爐等，存在著浪費燃料和嚴重污染環(huán)境等問題。生物質固體成型燃料可為農村家庭提供室內取暖燃料，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆？紤]資源的可獲得性，應重點在糧食主產區(qū)發(fā)展生物質固體成型燃料產業(yè)。

隨著國家節(jié)能減排政策的實施，大中城市取締燃煤的工業(yè)鍋爐將成為必然。但如果改用燃油或天然氣，則運行成本較高，長期使用難以為繼。因此，將燃煤鍋爐改造為燃生物質固體成型燃料鍋爐則是一個可行的選擇。例如，2.3.2 原料“收、儲、運”模式

農作物秸稈通常松散地分散在大面積范圍內，面廣量大，涉及到千家萬戶，這給秸稈收購和能源化利用帶來了困難。經過探索和嘗試，各地因地制宜，形成了“農戶+秸稈經紀人+企業(yè)”、“農戶+企業(yè)+政府”等各具特色的秸稈收、儲、運模式。

2.3.3 生物質固體成型燃料熱利用設備

生物質固體成型燃料密度為0.8~1.2 t/m³，能源密度相當于中質煙煤，使用時火力持久，爐膛溫度高，燃燒特性明顯得到了改善，可為農村居民、工業(yè)鍋爐及發(fā)電廠提供優(yōu)質能源。固體成型燃料主要利用設備為生物質固體成型燃料炊事爐、采暖爐、炊事取暖兩用爐、工業(yè)鍋爐等專用燃燒設備，多采用反燒、雙層爐排以及半氣化燃燒等方式，也取得了一定進展，開發(fā)了各具特色的燃燒設備，并在當?shù)剡M行了推廣。也可以通過簡單改造，將現(xiàn)有的燃煤工業(yè)鍋爐改為燃生物質固體成型燃料。

2.4 需求分析

生物質固體成型燃料適用于農村居民炊事和采暖用能，大中城市工業(yè)鍋爐、發(fā)電和熱電聯(lián)產等。

我國地域廣闊，各地氣候條件差別非常之大，主要采暖區(qū)域為嚴寒和寒冷地區(qū)，包括黑龍江、吉林、遼寧、北京、天津、河北、山東，山西，河南、內蒙古，陜西，寧夏，甘肅，青海，新疆，西藏等省區(qū)，人口約占全國總人口的三分之一。采暖燃料主要為秸稈、薪柴和煤，采暖設備主要為炕連灶和煤爐等，存在著浪費燃料和嚴重污染環(huán)境等問題。生物質固體成型燃料可為農村家庭提供室內取暖燃料，未來發(fā)展?jié)摿薮?。考慮資源的可獲得性，應重點在糧食主產區(qū)發(fā)展生物質固體成型燃料產業(yè)。

隨著國家節(jié)能減排政策的實施，大中城市取締燃煤的工業(yè)鍋爐將成為必然。但如果改用燃油或天然氣，則運行成本較高，長期使用難以為繼。因此，將燃煤鍋爐改造為燃生物質固體成型燃料鍋爐則是一個可行的選擇。例如，2007年6月沈陽市環(huán)保局出臺了《關于推廣生物質燃料及配套爐具的通知》，支持將原有的燃煤鍋爐改造為生物質固體成型燃料鍋爐。據(jù)悉，哈爾濱市和保定市也分別發(fā)布了類似的文件。另外，生物質固體成型燃料也可以用于發(fā)電或熱電聯(lián)產。

木質顆粒燃料具有燃燒效率高、自動化程度高、清潔衛(wèi)生等優(yōu)點，適合于別墅壁爐等高端人群的冬季采暖，也是未來一個應用方向。

3．存在的主要問題和建議

3.1 完善財政補貼政策

如前所述，財政部已經出臺了《秸稈能源化利用補助資金管理暫行辦法》，支持秸稈能源化利用的企業(yè)。但是，該辦法要求申請補助資金的企業(yè)必須滿足注冊資本在1000萬元以上、年消耗秸稈量在1萬噸以上等兩項條件。這無疑提高了申請補貼的門檻，使大多數(shù)秸稈固體成型燃料生產企業(yè)無法享受到國家的補貼政策。建議在試點示范的基礎上，修改補貼標準和辦法，爭取將大多數(shù)項目納入補貼范圍。

3.2 加強技術研發(fā)

目前，我國生物質固體成型燃料利用過程中仍然存在諸多問題，包括農作物秸稈的收集、儲運技術體系不完善，機械化水平低；成型設備機組可靠性能較差，模具磨損嚴重、使用壽命短，維修和更換不便，導致設備不能連續(xù)生產，故障率較高，維修頻繁，只能斷續(xù)小量生產；設備能耗過高；設備系統(tǒng)配合協(xié)調能力差，運行不穩(wěn)定，目前的國內生物質成型機多為低產率的單機生產，沒有形成配套的生產線；成型設備的原料適應能力差，不同的成型設備對適用原料類型、粒度和含水率要求各不相同；對秸稈燃燒過程中結渣、腐蝕等問題缺乏足夠的重視，配套燃燒設備亟待完善；相關標準缺乏；缺乏成熟的運行模式可供借鑒；沒有建立科學完善的服務管理體系等，如圖1所示。

生物質固體成型技術的推廣使用，有賴于成型設備及專用爐具生產的規(guī)?；?。要通過試點工程，逐步完善現(xiàn)有技術，實現(xiàn)設備生產規(guī)?；?、產業(yè)化，形成完善的設備生產、產品配送體系，在生產實踐中提高并考驗生物質固體成型技術的可靠性和經濟性，有效降低生物質固體成型燃料的生產成本；著重從機組運行可靠性、易損件使用壽命、維修方便性、降低能耗等方面進行研發(fā)，努力降低造價，使成型機和爐具以及成型燃料盡快進入商業(yè)化階段。

3.3 示范先行，多種模式探索

我國幅員遼闊，各地區(qū)的氣候特點、資源稟賦和經濟發(fā)展水平差異很大。生物質固體成型燃料技術及運行模式需要在不同地區(qū)進行技術適用性、工程應用模式以及綜合配套技術的完善。建議在全國的典型地區(qū)對不同原料、不同用途、不同運行模式的秸稈固體成型燃料技術進行試點，驗證工藝和設備的可靠性、可行性及適用性，為下一步大面積推廣提供技術支持和管理經驗。

3.4 盡快出臺國家或行業(yè)標準

我國已制訂了GB/T17664－1999木炭和木炭試驗方法、NY/T12—1985生物質燃料發(fā)熱量測試方法、NY/T8—2006民用柴爐、柴灶熱性能試驗方法、NY/T1001—2006民用省柴節(jié)煤灶、爐、炕技術條件、GB/T 21923—2008 固體生物質燃料檢測通則等國家或農業(yè)行業(yè)標準。其中，《固體生物質燃料檢測通則》在術語、定義、分類和特性信息上完全參考了歐盟標準，并不符合我國國情。

我國對生物質固體成型燃料的試驗基本上是參照煤炭測試方法。雖然屬于固體燃料，存在著許多共同之處，但由于組成及結構上的差異、燃料的物理和化學特性的不同，煤炭的測試標準不完全適用于生物質固體成型燃料。隨著生物質固體成型燃料市場的逐漸成熟，標準化工作已明顯滯后于產業(yè)發(fā)展速度，影響了該產業(yè)的市場化、規(guī)?；蛯I(yè)化發(fā)展。建議借鑒歐美國家先進經驗，結合我國秸稈固體成型燃料發(fā)展的實際，盡快制定我國生物質固體成型燃料標準。