机制木炭出棒机温度自动控制系统的研究
南京林业大学南方学院 王迅逸
1 国内外生物质固化成型技术研究的现状
生物质固化成型技术是将木材加工剩余物、农作物秸秆等各类生物质原料粉碎到一定粒度、干燥后，在50~200 MPa和150~300 ℃，或不加热或不加黏结剂的条件下，使原来分散的、没有一定形状的原料压缩成棒状、块状、粒状等具有一定形状、密实度的成型燃料。其用途非常广阔，可以用于锅炉和煤气发生炉，也可以用于工业、家庭等供暖。近年来，生物质固体燃料作为极具竞争力的燃料发展迅速。
1.1 国内生物质炭化成型技术研究的现状
我国对生物质固化成型技术的开发研究工作起步于20世纪80年代[[1]]，湖南省衡阳市粮食机械厂研制了第一台生物质压缩成型机，之后连云港东海粮食机械厂研制了棒状燃料成型机。南京林业化工研究所创立了对生物质致密成型机及生物质成型理论的研究课题，并与东海粮食机械厂合作，于1990年完成了国家“七五”公关项目，建立了年产1000吨的棒状成型燃料生产线。1985年，我国试制了第一台生物质致密成型机，并在之后西北农业大学研制出了三种型号的秸秆固化成型机。“八五”期间，中国农机院能源动力研究所、辽宁省能源研究所、中国林业科学研究院林产化学工业研究所、中国农业工程研究设计院，对生物质冲压式和挤压式压块技术及装置、烧炭技术及装置、多功能燃烧炉技术进行了攻关，使我国在该领域的研究和开发进入了全新的领域。到了20世纪90年代中后期，湖南农业大学、中国农机院能源动力研究所分别研究出了各自的机械冲压式成型机，河南农业大学研制出了液压驱动活塞式成型机，中国林业科学研究院林产化学工业研究所研制了内压环模颗粒成型机。其中的HPB系列液压驱动活塞式成型机，已在国内形成了产业化。进入2000年以后，国家开始重视各种可再生清洁能源开发，生物质固化成型技术进一步得到发展，成型设备的生产和应用初步形成了一定的规模。河南农业大学研究出液压驱动双头活塞式秸秆成型机[[2]]。中国林业科学研究院林产化学工业研究所研究了生物质成型燃料深加工制备成型炭生产过程中热解温度对气-固产物性能的影响[[3]]：分别以木屑、玉米秸秆、稻壳为原料，就气体产物而言，热解气体热值在200~450 ℃温度范围内，在450 ℃左右时气体热值达到最大值，然后有所下降。就固体产品而言，随着最终精炼温度的提高，成型炭产品的挥发分含量递减，而固定碳含量及产品热值递增，但700 ℃以后增加幅度变小。其中以木屑为原料制成的成型炭产品热值最高，品质最好。
近些年，随着国家经济的快速发展以及政府对发展生物质能源的高度重视，我国生物质成型燃料技术已趋向成熟，而且部分已实现了商业化。目前，一些知名的成型设备生产企业，在环模颗粒成型机的设计、制造方面已经积累的丰富的经验，某些方面已经达到了世界先进水平。同时高效及科研单位正在积极开发适合我国国情的生物质成型设备，并已成功研制了一些成型设备。但是总体来看，我国在生物质成型装备的实用性、系列化、规模化上还有不足，距离国际先进水平还有差距。少量已经示范应用的设备在实际使用中存在着能耗高、关键部件使用寿命短等问题。缺乏使用寿命长、能耗低、适用多种原料的成型设备，这限制了我国生物质成型技术和产业的发展。
1.2 国外生物质固化成型技术研究的现状
国外对生物质固化成型技术的研究起步较早[[4]]。20世纪30年代，美国开始研究林木生物质压缩成型技术，并研制出了螺旋压缩机，在10 MPa、110~350 ℃的条件下，把木屑和刨花压缩成固体成型燃料。日本在1948年申报了关于利用木屑为原料生产棒状成型燃料的专利，并且在50年代研究出独特的致密成型燃料技术体系。20世纪70年代后期，随着全球性能源危机和环保意识的逐渐形成，芬兰、比利时等西欧国家开始重视生物质成型技术的研究[[5]]，并研发了冲压式成型机、颗粒成型机及其配套的燃烧设备。20世纪80年代开始，日本对生物质压缩过程中的动力消耗、压模的结构与尺寸、压缩燃料的含水率、压缩时的温度和压力以及原料的颗粒大小等进行了实验研究，进一步改进了生物质压缩成型技术，使之更趋于实用化。同时期的泰国、印度、韩国、菲律宾等国也已建立了不少生物质固化、炭化专业生产工厂，并研制出相关的燃烧设备。20世纪90年代，欧洲、美洲、亚洲的一些国家在生活领域开始大量应用生物质成型燃料。法国使用秸秆的压缩颗粒作为奶牛饲料，由多种林业废弃物生产的压缩成型燃料也已达到使用阶段。美国20世纪末已在25个州兴建了日产量250~300吨的树皮成型燃料加工厂，进行工厂化生产。2005年，世界生物质固体成型燃料产量已超过了420万吨，其中欧洲地区产量达300多万吨。到2008年总产量达到1160万吨，欧洲地区达740万吨[[6]]。
