中國20世紀(jì)80年代引進(jìn)國外技術(shù)開始研究開發(fā)生物質(zhì)成型技術(shù),目前已初具規(guī)模.經(jīng)過不斷的研究與開發(fā),已經(jīng)取得了較大的發(fā)展,全國研究生產(chǎn)成型設(shè)備的企業(yè)或科研單位已有幾十家[13].在中國要形成新的產(chǎn)業(yè)只是早晚的問題,但是要真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,還有一些突出的制約因素和技術(shù)障礙亟待解決.
1、生物質(zhì)成型設(shè)備面對的問題。
1.1設(shè)備機組可靠性能較差
設(shè)備的可靠性屬于最主要的制約因素,共同存在于技術(shù)與設(shè)備中.一是主要工作部件的工作壽命短,二是設(shè)備系統(tǒng)配合協(xié)調(diào)能力差,運行不穩(wěn)定.技術(shù)比較成熟的螺桿擠壓式成型機,由于螺桿一直處于高溫高壓下工作,其磨損壽命不足100h。盡管國內(nèi)不少廠家及科研單位對此進(jìn)行了研究,一定程度上提高了成型部件的耐磨性,壽命已達(dá)到500h,但其成本較高,生產(chǎn)工藝復(fù)雜.既是從國外進(jìn)口的此類成型機組,也存在同樣的問題.液壓活塞沖壓式生物質(zhì)成型機國內(nèi)外也很多,并取得了技術(shù)突破,使得主要工作部件壽命可達(dá)1800h,但是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)分析,比能耗、比投資及產(chǎn)品成本都高于其他類型的
顆粒機等成型機,而且運行不太穩(wěn)定,連續(xù)工作能力差.目前的國內(nèi)生物質(zhì)成型機普遍生產(chǎn)能力偏低,單位能耗過大,成型設(shè)備的工作可靠性差,仍需要投入大量資金與技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計、完善更新.
1.2成型設(shè)備適應(yīng)范圍小,規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一
國內(nèi)外眾多研究機構(gòu)各自為是,相互獨立.還沒有形成統(tǒng)一的理論體系,成型機械(系統(tǒng))千差萬別,適用范圍頗受局限.一是不同的成型機對原料的粒度和含水率要求不盡相同:從6%～35%不等,超出正常范圍就會導(dǎo)致不能成型或能耗增大，從而導(dǎo)致因各地原料不同而配備各種專門設(shè)計的成型設(shè)備[16～27].二是不同的成型設(shè)備適用的原料要求嚴(yán)格:為鋸末、木屑設(shè)計的成型設(shè)備不能處理生物質(zhì)秸稈等;能處理秸稈的成型設(shè)備對稻殼無能為力;處理稻殼的成型設(shè)備卻奈何不得棉花稈等等.
成型技術(shù)的研究與應(yīng)用受當(dāng)?shù)刭Y源的影響,也受技術(shù)本身的局限;不同類型的成型設(shè)備由于受設(shè)計限制很難適應(yīng)多種的原料,也就不易形成統(tǒng)一的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范.現(xiàn)有國內(nèi)技術(shù)的成型設(shè)備中螺旋擠壓成型設(shè)備以處理鋸末木屑為主,要求原料含水率為6%～12%;活塞沖壓成型機適用原料較廣(生物質(zhì)秸稈、鋸末木屑、紙屑、有機物廢渣等),對單純的稻殼處理有一定難度,對含水率要求8%～18%;常溫輥壓成型設(shè)備常以谷草類生物質(zhì)為原料,要求含水率在8%～35%左右既可成型,但能耗較大.
1.3配套設(shè)備不足,技術(shù)后續(xù)乏力
目前國內(nèi)沒有形成配套的生產(chǎn)線,而且烘干設(shè)備、粉碎設(shè)備等沒有統(tǒng)一的規(guī)格與標(biāo)準(zhǔn),多數(shù)是根據(jù)需要自行設(shè)計、加工,只為短期運行,沒有長遠(yuǎn)打算.成型燃料的包裝自動化程度低,規(guī)模小;生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備尚處于研究開發(fā)階段,產(chǎn)品規(guī)格單一,應(yīng)用范圍有局限性,還不具備商業(yè)競爭力.多數(shù)企業(yè)定量生產(chǎn)小規(guī)模經(jīng)營,很難長期支撐,科研單位無生產(chǎn)制造能力,委托加工單位生產(chǎn),由于模具造價高,又無能力批量生產(chǎn),造成設(shè)備制造成本居高不下;還有些是小企業(yè)與科研單位邊試驗邊生產(chǎn)改進(jìn),經(jīng)濟效益、社會效益短期內(nèi)不明顯,科研經(jīng)費明顯不足,導(dǎo)致科研單位的試驗工作進(jìn)展緩慢,甚至半途而廢,以至于科研人員流失,研發(fā)人員日漸減少或轉(zhuǎn)行.
1.3設(shè)備連續(xù)運行能力低
由于原料的供應(yīng)受季節(jié)、成本、運輸半徑等影響難以滿足連續(xù)生產(chǎn)的需求,設(shè)備只好間歇工作,一年中有多半時間處于閑置狀態(tài),導(dǎo)致資源浪費,設(shè)備自然損耗嚴(yán)重,增大了設(shè)備回收年限[9].若要滿足設(shè)備連續(xù)生產(chǎn),一要擴大運輸半徑,二要增大儲備倉庫,這2種方法都會導(dǎo)致投資增加.最好的方法是設(shè)備具有廣泛的適應(yīng)性,對原料“不挑剔”,這樣才可以最大限度的減少額外的投資.另外,由于關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵材料不過關(guān),使得設(shè)備運行不穩(wěn)定,故障率較高,維修頻繁,影響連續(xù)生產(chǎn).
生物質(zhì)成型技術(shù)在中國還沒有產(chǎn)業(yè)化的經(jīng)驗,仍然缺少生產(chǎn)實用的技術(shù)數(shù)據(jù),距離商品化推廣實用還有相當(dāng)長的路要走.為了探索一條適合中國國情的生物質(zhì)成型技術(shù)產(chǎn)業(yè)化路子,讓成型設(shè)備及成型燃料商品化,就必須針對影響生物質(zhì)成型技術(shù)的諸因素,盡快找到解決問題的途徑.
2、 解決問題的對策
2.1加緊科研攻關(guān),積極改進(jìn)設(shè)備
對于技術(shù)上已經(jīng)成熟的設(shè)備要積極推廣,商業(yè)示范運行;對于技術(shù)或工藝還有欠缺的要集中力量科研攻關(guān),讓產(chǎn)品早日投放市場,適應(yīng)市場競爭,不斷完善生產(chǎn)工藝.目前比較成熟的生物質(zhì)成型技術(shù)有螺旋擠壓成型、環(huán)模壓輥擠壓成型、液壓活塞成型技術(shù)等.不同地區(qū)的林業(yè)廢棄物、農(nóng)作物秸稈不盡相同,也應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況選擇不同的生物質(zhì)成型技術(shù).在農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)尤其是大型農(nóng)場,由于農(nóng)作物秸稈非常豐富,可以大力推廣液壓生物質(zhì)成型設(shè)備;在林區(qū)或農(nóng)場為了便于處理木屑及枯枝、木片,宜以螺旋擠壓成型系統(tǒng)為主;草原牧區(qū)則最好發(fā)展?jié)駢撼尚图夹g(shù),將牧草制成生物成型磚,即可用作備用燃料,又可以作為儲存飼料[1,23].遼寧省能源研究所、陜西省武功縣輕工機械廠等研制的螺旋擠壓成型機的螺桿磨損壽命已大幅度提高;清華大學(xué)等研制生產(chǎn)的環(huán)模壓輥擠壓成型機生產(chǎn)能力可以調(diào)節(jié)從0.1～3t・h-1;河南農(nóng)業(yè)大學(xué)等研制生產(chǎn)的液壓活塞成型設(shè)備(第三代)已在大型農(nóng)場示范運行,工作性能穩(wěn)定,連續(xù)作業(yè)能力強,尤其適應(yīng)能力好,對于生物質(zhì)秸稈類、農(nóng)林廢棄物、紙屑、廢渣均能很好的運行處理.
2.2 制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),開發(fā)先進(jìn)產(chǎn)品
目前國內(nèi)幾十家生物質(zhì)成型技術(shù)科研單位與生產(chǎn)企業(yè)所進(jìn)行的研究相互獨立,缺少合作,既浪費人力物力,又限制了這一產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展.產(chǎn)品制造質(zhì)量、工藝水平參差不齊.所有同類科研單位與生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該聯(lián)合起來,取長補短,抓住機遇,共謀發(fā)展,為使生物質(zhì)成型技術(shù)早日產(chǎn)業(yè)化,造福社會而共同努力.可以借鑒發(fā)達(dá)國家成立協(xié)會,定期舉辦年會,互相交流信息.主管部門積極制定成型設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,嚴(yán)格管理,淘汰落后產(chǎn)品,開發(fā)推廣先進(jìn)技術(shù).還要鼓勵企業(yè)打破部門、地區(qū)界限,實行橫向聯(lián)合,對技術(shù)上基本成熟的產(chǎn)品組織專業(yè)化生產(chǎn).
2.3 政策傾斜,吸引投資
生物質(zhì)成型技術(shù)目前還處于發(fā)展的初期,尚屬于新生事物,產(chǎn)業(yè)規(guī)模小,獲益能力低,還不具備參與市場競爭的能力.因此,必須得到國家和各級政府宏觀調(diào)控政策的保護(hù).要從全局的長遠(yuǎn)利益出發(fā),增加對生物質(zhì)成型的科研、技術(shù)產(chǎn)品的研制和開發(fā)的財政資助和投資力度,加速產(chǎn)品工藝技術(shù)的突破和系統(tǒng)開發(fā)的過程.加大產(chǎn)業(yè)化建設(shè)和服務(wù)體系的信貸規(guī)模,提供長期的低息貸款,提高資金使用效果.制訂減免稅收、價格補貼和獎勵政策,加速生物質(zhì)成型和碳化產(chǎn)品進(jìn)入市場,提高競爭力,最終依靠自身的發(fā)展?jié)摿?確立并占有應(yīng)有的市場份額.其次,加強生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換的科研攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化建設(shè).另外,廣泛吸引資金,除了靠國家的優(yōu)惠政策外,還可以考慮采取合資、入股等形式解決資金不足問題,甚至利用國際資金,吸引風(fēng)險投資等.針對制約生物質(zhì)成型技術(shù)發(fā)展的障礙因素和技術(shù)難題,集中資金,加大力量進(jìn)行科研攻關(guān),加強科研示范和產(chǎn)業(yè)化的銜接,促進(jìn)科研成果迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力.
3生物質(zhì)成型技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的可行性
3.1生物質(zhì)能資源充足
目前世界生物質(zhì)能源利用已占基本能源消耗的15%以上,在發(fā)展中國家的生物質(zhì)能利用卻超過總能源消耗的38%,而在農(nóng)村基本用能更是有超過90%是由生物質(zhì)能源提供的.1996年中國薪柴、秸稈的消費量已達(dá)2.2億t標(biāo)準(zhǔn)煤,約占全國能源消費量的14%,占農(nóng)村地區(qū)能源消費量的34%,占農(nóng)村生活用能的59%.中國生物質(zhì)能資源相當(dāng)豐富,僅農(nóng)作物秸稈中國每年就有6億t實物量,用于燃料的占25%～30%,折合0.75億t標(biāo)準(zhǔn)煤.而各類農(nóng)業(yè)廢棄物的資源量每年約有3.08億t標(biāo)準(zhǔn)煤,薪柴資源量為1.3億t標(biāo)準(zhǔn)煤,加上糞便、城市垃圾等,資源總量估計可達(dá)6.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤以上.這些充足的生物質(zhì)資源為成型燃料提供了可靠的生產(chǎn)原料,生產(chǎn)原料的可再生性使得“綠色”成型燃料取之不盡,用之不竭.
3.2技術(shù)上的可行性
生物質(zhì)成型技術(shù)經(jīng)過世界各國半個多世紀(jì)的發(fā)展,在中國又經(jīng)歷了20多年的改進(jìn)與完善,技術(shù)日趨成熟.該技術(shù)能將低品位能源轉(zhuǎn)換為高品位能源,提供給用戶使用,并在一定程度上提高能源利用效率,從而滿足了商業(yè)化的條件.各種成型設(shè)備可以實行自動化或半自動化生產(chǎn),不會產(chǎn)生有害氣體或污染物,從生產(chǎn)到運輸?shù)染哂休^高的可靠性與安全性.而且多種類型成型設(shè)備的使用壽命可以滿足生產(chǎn)要求.隨著技術(shù)的完善,以及機械材料的不斷更新,成型設(shè)備的主要工作部件使用壽命將會越來越長,設(shè)備生產(chǎn)及穩(wěn)定性能也會越來越可靠.另外,成型技術(shù)處理生物質(zhì)能力大,可以顯著改善農(nóng)村生活環(huán)境,減少荒燒秸稈,保護(hù)大氣環(huán)境,解放土地資源,并能給農(nóng)民增收節(jié)支,所以大受農(nóng)民歡迎.
3.3 經(jīng)濟上的可行性
生物質(zhì)顆粒燃料完全可以代替煤用于鍋爐,其價格在中國中部價格基本與煤相當(dāng),在中國東部、南部地區(qū)大大低于煤.本項目的經(jīng)濟效益主要來自秸稈成型前后每噸秸稈獲得的凈收入部分,以HPB-Ⅲ系列成型機為例,設(shè)備價格12萬元,生產(chǎn)成型燃料的成本包括能耗費60～70kW・h・t-1,以及原料費和人工費等,秸稈成型燃料市場價可按當(dāng)?shù)孛簝r70%估算;折算后,鄭州地區(qū)每噸秸稈成型燃料塊的加工成本不超過160元,而鄭州市場煤價超過300元・t-1,隨著能源緊張以及環(huán)境問題日趨嚴(yán)重,煤價還會上漲;若每套秸稈成型燃料生產(chǎn)線每年加工900t成型燃料(300d),可獲純利潤4～5萬元.同時,一套設(shè)備可安排4～6個工作崗位,每年處理160～200hm2地生產(chǎn)的秸稈.另外,隨著城鎮(zhèn)小型燃煤鍋爐的取締,生物質(zhì)成型燃料將成為中國農(nóng)村、小城鎮(zhèn)的高品位支柱能源,因此加快了生物質(zhì)成型燃料技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程.
