進入21世紀以來，日趨減少的不可再生資源更顯貧乏，脆弱的環(huán)境問題日加嚴峻。從高效、優(yōu)質和可持續(xù)發(fā)展的視角出發(fā)，充分利用農作物秸稈可再生資源，開發(fā)秸稈能源化利用設備是構建資源環(huán)境和諧發(fā)展、循環(huán)經濟型社會的必然趨勢。
我國生物質資源十分豐富，擁有量居世界首位。據統(tǒng)計，我國年產秸稈約7.8億t。目前，我國秸稈綜合利用率僅為33%，其中，經過技術處理后利用的僅占2.6%。現階段其用途主要為：秸稈還田、牲畜飼料、替代能源和工業(yè)原料，約12.7%的剩余秸稈被就地焚燒，引起了越來越嚴重的環(huán)境污染和社會問題。
農作物秸稈的能源化利用具有較大的發(fā)展?jié)摿Γ瑩䦟＜夜浪悖梢宰鳛榘l(fā)電利用的農作物秸稈資源量約為2.3億t標準煤，農作物秸稈的能源化利用對提高可再生能源在我國能源結構中的比例，促進能源結構改善和經濟、環(huán)境可持的發(fā)展，尤其是對提升我國農村經濟發(fā)展水平和環(huán)境質量，建設和諧社會具有重要的意義。
發(fā)達國家的成功經驗表明：農作物秸稈用于肥料、飼料、基料、原料和燃料是其資源化的有效途徑。生物質固化成型技術能使秸稈的燃燒效率達到90%，比傳統(tǒng)的燃燒效率高4倍，更重要的是它不但可替代污染嚴重，資源有限的燃煤等化石能源，而且這種固化燃料在燃燒的過程中產生的廢氣、廢水、固體廢棄物，就連燃燒剩余物，也可以用做最優(yōu)質的鉀肥。
1、原理及現狀
生物質致密成型技術是指具有一定粒度的秸稈、稻殼、鋸屑、樹枝等干燥后在一定的壓力作用下（加熱或不加熱），可連續(xù)擠壓制成棒狀、粒狀、塊狀等各種生物質顆粒燃料的加工工藝。生物質主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，當溫度達到70～100℃，木質素開始軟化，并有一定的黏度。當達到200～300℃時，呈熔融狀，黏度變高。此時若施加一定的外力，可使它與纖維素緊密黏結，使體積減少，密度增加，取消外力后，由于非彈性纖維分子間的相互纏繞，使其仍能保持給定形狀，冷卻后強度進一步增加，成為生物質顆粒燃料，富通新能源生產銷售的秸稈顆粒機、秸稈壓塊機專業(yè)壓制農作物秸稈成型顆粒燃料，農作物秸稈壓制的顆粒燃料如下所示：
早在20世紀30年代，美國就開始研究壓縮燃料成型技術，并研制了螺旋式成型機。日本于20世紀50年代從國外引進成型技術并進行了改進，80年代開始，日本對生物質壓縮生物質顆粒燃料進行了探討，進一步改進了壓縮生物質顆粒燃料技術，1984年日本的生物質壓縮生物質顆粒燃料生產總量達2.6 x105 t。世界能源危機后，西歐許多國家開始重視壓縮生物質顆粒燃料技術的研究。比利時研制成功的T117型螺旋壓塊機，其設備的主要性能力：壓塊燃料出模溫度180℃，軸向壓縮力大于686kN，壓塊移動速度1700～2500mm/min，耗能量45～55 kWh/t。聯邦德國研制的KAHI系列壓粒機可生產直徑為3～40 mm的壓縮粒，所用電機的功率為20～400 kW，能耗為15～40 kWh/t。“七五”計劃期間，我國一些科研院所和企業(yè)開始對生物質致密成型機及生物質成型理論進行研究。但由于設備的運行成本及易損件的壽命和市場問題，發(fā)展緩慢。進入21世紀，化石能源價格連續(xù)攀升，環(huán)境污染日益加劇，國家開始重視對各種可再生能源的開發(fā)，生物質生物質顆粒燃料進入良好發(fā)展階段。
目前已研制成功的成型設備主要有螺旋擠壓式成型機、活塞沖壓式成型機和壓輥式顆粒成型機。很多研究者仍然在對現有的成型設備進行改進和創(chuàng)新，以實現產率高、能耗低的目的。黑龍江省農業(yè)機械工程科學研究院研制的9YK-1000型生物質壓塊設備就是一個高效、低耗的產品。
2、設備介紹及比較
我國目前己投放市場有代表性的幾種模式的壓縮成型設備主要有：
(1)遼寧省能源研究所在國家科技攻關項目支持下研制成功的BIO-15型螺旋擠壓式生物質致密成型機組以木屑、秸稈、稻殼等生物質為原料生產中空棒狀燃料，棒狀燃料經碳化后可制成優(yōu)質木炭。主要技術指標都達到了國際先進水平，單位產品能耗100kWh/t左右，主要易損件壽命達到500h以上。
(2)鞏義市宇航機械廠、鄭州市福華機械制造有限公司都是生產螺旋擠壓式木炭機系列設備的專業(yè)廠家，其設備主要技術指標都達到了國內領先水平，單位產品能耗100kWh/t左右，主要易損件壽命達到400h以上。
河南農業(yè)大學在科技部重大科技攻關項目和技術成果轉化資金的支持下完成了4代活塞液壓式秸稈成型機的研制，設備已轉讓洛陽恒生能源設備有限公司、江蘇蘇州工業(yè)開發(fā)區(qū)等四家企業(yè)生產。
(3)洛陽恒生能源設備有限公司生產的HPB-Ⅳ型活塞液壓式生物質成型機的主要技術指標都達到了國際先進水平，特別是單位產品能耗已降至60 kWh/t左右，主要易損件壽命達1000 h以上。
(4)蘇州恒輝生物能源開發(fā)有限公司的主要產品為HPB-V型液壓活塞式生物質成型機，技術處于國內領先水平，能耗80 kWh/t。
(5)北京盛昌綠能科技有限公司研制開發(fā)的兩個系列生物質顆粒成型設備處于國內領先水平，環(huán)模壽命500 h以上，生物質顆粒產量l~2t/h，單位生產能耗不大于70kWh/t，成型率大于90%，設備經濟壽命大于10年。
(6)上海申德機械有限公司專業(yè)從事飼料機械的設備生產，目前已涉足木質顆粒生產領域，輥模碾壓式成型設備生產率1.2 t/h，單位生產能耗不大于90 kWh/t．成型率大于90%，設備經濟壽命大于10年。
(7)合肥天焱綠色能源開發(fā)有限公司是專業(yè)從事綠色能源開發(fā)及產品研究制造的高科技公司，2004年開發(fā)的機械沖壓式生物質秸稈成型機產量1000 kg/h，動力60 kW。棒料規(guī)格：直徑75 mm，棒料密度1.0~1.4 g/cm3，
由此可以看出，螺旋熱擠壓式成型技術單位產品能耗高，一般為100 kWh/t左右；螺桿首端承磨面磨損嚴重，平均壽命僅有60—80 h，采用特殊工藝強化處理后可達400—500 h，但成本高，用戶難以接受；原料含水率難以控制，適于加工木屑、稻殼、棉桿等木質生物質原料。可進一步碳化，制成機制木炭。
活塞沖壓式成型技術一般不用電加熱。產品為實心燃料棒或燃料塊，密度稍低，介于0.8～1.1 g/cm3之間，容易松散；原料為豐富的農作物秸稈，來源廣泛；成型機對原料的粉碎要求低。要求范圍為1～100 mm；但設備結構復雜，運行穩(wěn)定性差，故障率高，生產率不高，產品質量不太穩(wěn)定；單位能耗，一般為60～80kWh/t左右。
環(huán)模輾壓技術是借鑒飼料機械技術發(fā)展而來的，目前廣泛應用于以木屑、玉米和棉花秸稈為原料的生物質顆粒燃料生產，對原料水分的適應性也較強，含水率15% ~25%的物料都能被壓縮成型，自動化程度高，單機產量大，適于規(guī)模化生產。但投資規(guī)模較大，環(huán)模、壓輥易損件磨損嚴重。對稻草、麥草成型較為困難；單位能耗高，一般為80～90kWh/t左右
平模輾壓成型技術結構簡單、成本低廉、易于維修維護；但所配輔助設備相比環(huán)模制粒多；相對電耗多于環(huán)模；受模具限制，產量低于環(huán)模機。
機械沖壓成型技術比較國內其它生物質成型技術和設備，結構簡單，操作簡單，原料適應性強，易損件壽命長，單位能耗低，一般為60kWh/t左右
TYK - 1000A秸稈壓塊機可以將各種農作物秸稈和森林采伐剩余物經粉碎、除塵、壓縮、定型等工序，把松散的原料壓縮成體積小、密度大的一種致密成型設備。該設備采用螺旋預壓預熱，活塞沖壓，二級壓縮工藝。解決了普遍壓塊機對物料含水率要求較高和模具易磨損的不足，該設備具有能耗低、效率高、機械運行壽命長等特點。成品棒經高溫壓縮、殺蟲滅菌、熟化使其組織結構和化學成分發(fā)生變化，作牛、羊、鹿等反芻動物的粗飼料，適口性好、易消化。成品棒也可替代煤、油等常規(guī)能源、應用于供熱采暖及生物質發(fā)電廠的發(fā)電原料。該設備已獲國家專利。
本成型機采用了先預壓后沖壓的二級壓縮方式，物料在螺旋輸送機的強制推動下送人主機預壓室，使物料密度達到0.2～0.25g/cm3，同時降低了沖壓成型的負荷和行程，便于下一步的沖壓成型。然后由曲柄連桿機構帶動的雙活塞式沖壓系統(tǒng)將兩個預壓室內的物料進行交替沖壓，同時沖模上增加了自動控溫的加熱裝置，自動控制技術的應用使成型機能夠根據不同原料的物理特性，選擇相應的加熱溫度、進料速度和沖壓頻率，使設備運行平穩(wěn)可靠，加快木質素軟化和黏結速度，進一步降低成型能耗，提高成型質量；使物料連續(xù)不斷地從成型系統(tǒng)的型孔中擠出，最后經過冷卻保型形成直徑75 mm的壓塊。
目前使用的沖模型孔直徑和長度都是固定的，因此壓縮比也是固定的，這樣的型孔設計無法滿足多種物料在不同含水率下的成型需要。壓縮比設計過大，會造成物料無法從型孔中擠出，并且會損壞機器；壓縮比設計過小會造成壓縮密度不夠，成型困難，易松散等缺陷。所以本課題創(chuàng)新設計了一種壓縮比可調節(jié)的新型沖模型孔結構，該型孔結構將原來型孔的直孔部分從中間水平剖開，然后再用上下兩個壓板壓上，并用螺栓緊固，隨著螺栓壓緊程度的不同改變孔徑的形狀及大小，從而實現改變壓縮比的目的。
通過采取上述措施，使設備運行平穩(wěn)、可靠，提高了生產效率及原料適應性，提高了壓塊質量；同時大幅提高了設備使用壽命，沖頭壽命達1000h以上；降低了設備單位能耗，經現場實際測試其能耗僅為25kWh/t，考慮到不同物料的影響其綜合單位能耗應在30～40 kWh/t。
3、結論
TYK-1000A秸稈壓塊機通過先螺旋擠壓進行預壓縮，再由機械沖頭完成沖壓，中間配以自動控溫的加熱裝置，實現了降低單位能耗，提高使用壽命的目的；由于采用了壓縮比可調節(jié)的新型沖模型孔結構，使設備對原料的適應性，有了大的提高。同時可以看出該設備畢竟是新研制的，還缺乏長時間的使用考核。
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