1、
木屑顆粒機生物質(zhì)壓縮成型原理植物細(xì)胞中含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素f或稱木素）。雖然不同的植物其組成成分不同，但纖維素、半纖維素和木素是植物體的主要成分，一般占植物體成分的2/3以上。其中纖維素的含量在木材中為40%—55%，≠F禾本科植物的莖稈中占40%～50%，木素的含量在術(shù)村中達25%以上，在禾本類中占有14%～25%。
純纖維素呈白色，密度為1.50～1.56g/cm3比熱為0.32～0.33。在水分存在時，纖維素可結(jié)合成團狀，當(dāng)含水率在30%wh左右時，用較小的力作用即可使纖維，素形成一定的形狀，當(dāng)含水率在10%wb左右時，對其施加較大壓力，才能使其成型，但成型后結(jié)構(gòu)牢固。
木素是一類以苯丙烷單體為骨架，具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的元定型高分子化合物。雖然各種植物都含木素，但它們的組成、結(jié)構(gòu)并不完全一樣，在常溫下木素主要部分不溶于任何有機溶劑，木素屬非晶體，沒有熔點但有軟化點。當(dāng)溫度達70～110℃左右時，軟化粘臺力開始增加，在200—300℃時，軟化程度加劇而達到液化，此時加以一定壓力，可使其與纖維素緊密粘接，同時與鄰近的秸稈顆�；ハ嘟唤�。這樣經(jīng)過一定形狀的成型孔、眼，可以形成具有固定形狀的壓縮成型棒、粒燃料。在熱壓縮成型過程中，可不用任何粘接劑，因大部分植物體的生物質(zhì)，其本身就已具備了壓縮成型所必需的基本條件。
2、生物質(zhì)壓縮成型的主要影響因素影響生物質(zhì)壓縮成型的主要因素有：原料種類、含水率、粒率、成型壓力、壓縮成型模具的形狀尺寸及加熱溫度等。這些影響因素在不同壓縮成型方式條件下的表現(xiàn)形式也不盡相同。
(1)原料的種類不同種類的原料，其壓縮成型特性有很大差異。原料的種類不但影響成型的質(zhì)量，如成型塊的密度、強度、熱值等、而且影響生物質(zhì)顆粒燃料成型機的產(chǎn)量及動力消耗。在大量的農(nóng)林廢棄物中，有的植物體粉碎以后容易壓縮成型，有的就比較困難。例如木材廢料一般難壓縮（在壓力作用下變形較�。�，而纖維狀植物秸稈和樹皮等容易壓縮（在壓力作用下變形較大）。在不加熱條件下，進行壓縮成型時，較難壓縮的原料就不易成型，容易壓縮的原料則成型也較為容易，但是在加熱的條件下進行壓縮成型時，如棒狀燃料生物質(zhì)顆粒燃料成型機，木材廢料雖然難于壓縮，但木材本身的木素含量高，在高溫下能起粘結(jié)作用。因此，其成型反而容易。而植物秸稈和樹皮等，原料的粘結(jié)能力弱，因此不易成型．所以原料種類對壓縮成型的影響與成型方式有密切關(guān)系．
(2)原料的粒度原料粒度的大小也是影響壓縮成型的重要因素。對于某一確定的成型方式，原料的粒度大小應(yīng)不大于某一尺寸。例如：對于直徑為6mm的顆粒成型燃料，通常要求原料的粒度不大于5mm。一般來說，粒度小的原料容易壓縮，粒度大的原料較難于壓縮。在對不同粒徑原料進行壓縮試驗時發(fā)現(xiàn)原料的粒徑越小，在相同的壓力及其實驗條件下，其粒子的延伸率或變形率較大。即粒徑越小，越容易成型。這種傾向在要求原料粒度較小的成型方式條件下較為明顯。
原料的粒度同樣影響生物質(zhì)顆粒燃料成型機的效率及成型物的質(zhì)量。當(dāng)原料粒度較大時，生物質(zhì)顆粒燃料成型機將不能有效地工作，能耗大，產(chǎn)量小。原料粒度不均勻，特別是形態(tài)差異較大時，成型物表面將產(chǎn)生裂紋，密度、強度降低。但對有些成型方式，如沖壓成型時，要求原料有較大的尺寸或較大的纖維，原料粒度小反而容易產(chǎn)生脫落。
(3)原料的含水率原料的含水率是生物質(zhì)壓縮成型過程中需要控制的一個重要參數(shù)。原料的含水率過高或過低都不能很好地成型。對于顆粒成型燃料，一般要求原料的含水率在15%～25%wb左右，對于棒狀成型燃料，要求原料的含水率不大于10%wb左右。
(4)成型壓力與模具尺寸成型壓力是植物材料壓縮成型最基本的條件。只有施加足夠的壓力，原材料才能被壓縮成型。但成型壓力與模具（成型孔、成型容器）的形狀尺寸有密切關(guān)系，這是因為大多數(shù)生物質(zhì)顆粒燃料成型機都采取擠壓成型方式，即原料從成型模具的一端連續(xù)壓人，又從另一端連續(xù)擠出，（出料端直徑小于進料端直徑），這時原料擠壓所需要的成型壓力與容器內(nèi)壁面的摩擦力相平衡，即機器只能產(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。試驗說明當(dāng)壓力較小時，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。
(5)加熱溫度加熱溫度也是影響壓縮成型的一個顯著因素。通過加熱，一方面可使原料中含有的木素軟化，起到粘結(jié)劑的作用，另一方面還可以使原料席身變軟，變得容易壓縮．加熱溫度不但影響原料成型性，而且影響生物質(zhì)顆粒燃料成型機的工作效率。例如對于棒狀燃料生物質(zhì)顆粒燃料成型機，當(dāng)機器的結(jié)構(gòu)尺寸確定以后，加熱溫度就應(yīng)詬整到-J Al合理的范圍。溫度過低，不但原料不能成型，而且功耗增加，溫度增高，電機功耗減小，但成型壓力減小，成型物擠壓不實，密度變小，容易斷裂破損。且棒料表面過熱燒焦，煙氣較大。
有些成型方式，如顆粒燃料生物質(zhì)顆粒燃料成型機，雖然沒有外熱源加熱，但在成型過程中，原料和機器部件之間的摩擦作用也可將原料加熱到100℃，同樣可使原料所含木素軟化，起到粘結(jié)劑作用。
3、生物質(zhì)壓縮成型的工藝類型生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)發(fā)展至今，已開發(fā)了許多種成型工藝和生物質(zhì)顆粒燃料成型機械。根據(jù)主要工藝特征的差別，可將這些工藝從廣義上分為濕壓成型、熱壓成型、碳化成型和捆扎成型。其中，熱壓成型工藝是目前普遍采用的生物質(zhì)壓縮成型工藝。這種工藝采用的是在一定的溫度條件下將生物質(zhì)壓縮成型，根據(jù)原料被加熱的部位的不同，p-將這一工藝劃為2類：一類是原料只在成型部位被加熱，稱為“非預(yù)熱熱壓成型工藝”；另一類是原料在進入壓縮機構(gòu)之前和在成型部位被分別加熱，稱為“預(yù)熱熱壓成型工藝”。
(1)濕壓成型工藝?yán)w維類原料經(jīng)一定程度的腐化后，會損失一定能量，但是與一般風(fēng)干原料相比，其擠壓、加壓性能會有明顯改善。通常情況下，將原料在常溫下浸泡數(shù)日水解處理后，其壓縮成型特性明顯改善，纖維變得柔軟、濕潤皺裂并部分降解，易于壓縮成型。這種方法常用于纖維板的生產(chǎn)，同樣利用簡單的杠桿和模具等將腐化后的農(nóng)林廢棄物中的水分?jǐn)D出，即可形成低密度的壓縮成型燃料塊。這一技術(shù)在泰國、菲律賓等國得到一定程度的發(fā)展，菲律賓一家研究機構(gòu)的試驗結(jié)果表明，這類機組的生產(chǎn)率可以達到1t/h，在25%的含水率條件下，成型燃料的平均熱值約為23kj/kg，該類燃料在當(dāng)?shù)乇环Q為“綠色炭”或“綠色燃料，在燃料市場上具有一定的競爭能力。
(2)熱壓成型工藝熱壓成型是目前普遍采用的生物質(zhì)壓縮成型工藝。其工藝過程一般可分為原料粉碎、干燥混合、擠壓成型和冷卻包裝等幾個環(huán)節(jié)。由于原料的種類、粒度、含水率、成型壓力、成型溫度、成型方式、成型模具的形狀和尺寸以及生產(chǎn)規(guī)模等因素對成型工藝過程和產(chǎn)品的性能都有一定的影響，所以，具體的生產(chǎn)工藝流程以及生物質(zhì)顆粒燃料成型機結(jié)構(gòu)和原理也有一定的差別，但是在各種熱壓成型方式中，擠壓成型作業(yè)都是關(guān)鍵的作業(yè)步驟。
熱壓成型的主要工藝參數(shù)是溫度、壓力和物料在成型模具內(nèi)的滯留時間。該工藝的主要特點是物料在模具內(nèi)被擠壓的同時，需對模具進行外部加熱，將熱量傳遞給物料，使物料受熱而提高溫度。
加熱的主要作用是：(1)使生物質(zhì)中的木質(zhì)素軟化、熔融而成為粘結(jié)劑。由于植物細(xì)胞中的木質(zhì)素是具有芳香族特性、結(jié)構(gòu)單位為苯丙烷型的立體結(jié)構(gòu)高分子化合物，當(dāng)溫度為70～110℃時軟化，粘合力增加，達到140～180℃時就會塑化而富有粘性，在200～300℃時可熔融。因此，對生物質(zhì)加熱的主要目的，就是將生物質(zhì)中木質(zhì)素加熱后起到粘結(jié)劑的作用。(2)使成型塊燃料的外表層炭化，使其通過模具時能順利滑出而不會粘連，減少擠壓動力消耗。(3)提供物料分子結(jié)構(gòu)變化的能量。
對生物質(zhì)物料施加壓力的主要目的是：使物料原來的物相結(jié)構(gòu)破壞，組成新的物相結(jié)構(gòu)，加固分子陽的凝聚力，使物料變得致密均實，以增強型體的強度和剛度，為物料在模內(nèi)成型及推進提供動力。
成型物料在模具內(nèi)所受的壓應(yīng)力隨時間的增加而逐漸減小，因此，必須有一定的滯留時間，以保證成型物料中的應(yīng)力充分松弛，防止擠壓出模后產(chǎn)生過大的膨脹。另外也使物料有較長時間進行熱交換。一般滯留時間應(yīng)不少于40～50。
此外，物料的含水率和顆粒度對成型影響也較大。含水率應(yīng)低于15%(干基)。含水率過高，擠壓過程中物料的水分要受熱蒸發(fā)，大量的水蒸汽通過成型簡迅速排放，導(dǎo)致成型失敗。含水率過低則不利于木素的塑化和熱量的傳遞。物料的顆粒度以直徑和長度不大于5mm和20mm為宜。過大則木質(zhì)素塑化不充分，影響結(jié)合強度。
由于不同種類的生物質(zhì)中木質(zhì)素和纖維素含量及物料的形狀等都不相同。因此成型時對溫度和壓力參數(shù)值的要求也不一樣。即使同一種生物質(zhì)，形態(tài)相似而含水率和顆粒度不同，則成型時所需溫度和壓力等也不相同。實踐證明，溫度和壓力選得過高和過低都會導(dǎo)致成型失敗。溫度選得過低則生物質(zhì)中的木質(zhì)素未能塑化變粘，物料不能粘結(jié)成型。反之，如溫度選得過高，則成型燃料的表面出現(xiàn)裂紋，嚴(yán)重時成型塊一出口就變成了“散花”。此外，若施加壓力過小，則會使成型燃料無法粘結(jié)，而且也無法克服摩擦阻力，因而無法成型。若施加壓力過大，則會使成型燃料在模具內(nèi)滯留時間縮短，使生物質(zhì)物料加溫不足而無法成型。
目前，熱壓成型工藝中采用的擠壓生物質(zhì)顆粒燃料成型機主要有螺旋擠壓式生物質(zhì)顆粒燃料成型機、機械驅(qū)動活塞式生物質(zhì)顆粒燃料成型機、液壓驅(qū)動活塞式生物質(zhì)顆粒燃料成型機和壓輥式顆粒生物質(zhì)顆粒燃料成型機等幾種形式。其中螺旋擠壓生物質(zhì)顆粒燃料成型機采用連續(xù)擠壓，成型溫度通常調(diào)整在150～300℃之間。為了避免成型過程中原料水分的快速汽化造成成型塊的開裂和“放炮”現(xiàn)象發(fā)生，一般要將原料含水率控制在8%-12%之間，由于啟動時原料溫度較低，因而需要采用電熱元件等對成型部位進行加熱，但在穩(wěn)定運行后，原料和成型部件的摩擦發(fā)熱往往不足以滿足成型溫度的要求，還需要外部加熱。成型壓力的大小隨原料和所要求成型塊密度的不同而異，成型塊通常為空心燃料棒。液壓或機械驅(qū)動的活塞式生物質(zhì)顆粒燃料成型機通常用于生產(chǎn)實心燃料棒或燃料塊。壓輥式生物質(zhì)顆粒燃料成型機大多用于生產(chǎn)顆粒狀的成型燃料，一般不需要外部加熱，但需要在原料中加入—定量的粘結(jié)劑。各種常用擠爪生物質(zhì)顆粒燃料成型機工作部分的結(jié)構(gòu)如圖1-2至圖1-5所示。
(3)預(yù)熱成型工藝與上述熱壓成型工藝不同之處在丁，該工藝采用在原料進入生物質(zhì)顆粒燃料成型機壓縮之前，對其進行了預(yù)熱處理，即將原料加熱到一定溫度，使其所含的木質(zhì)素軟化，起到粘結(jié)劑的作用，并且在后續(xù)壓縮過程中能減少成型部件與原料間的摩擦作用，降低成型所需的壓力，從而大幅度提高成型部件的使用壽命，顯著降低單位產(chǎn)品的能耗。印度學(xué)者Bhattacharya(1995)等人利用螺旋式生物質(zhì)顆粒燃料成型機，將預(yù)熱和非預(yù)熱成型工藝做了一個對比試驗，結(jié)果表明，整個系統(tǒng)能耗下降了40.2%，成型部件壽命提高了2.5倍。目前國內(nèi)研制成功的成型設(shè)備都采用非預(yù)熱熱壓成型工藝，預(yù)熱成型的研究尚處在起步階段，國內(nèi)還沒有見到相關(guān)研究報導(dǎo)。
(4)碳化成型工藝碳化成型工藝的基本特征是，首先將生物質(zhì)原料碳化或部分碳化，然后再加入一定量的粘結(jié)劑擠壓成型。由于原料纖維結(jié)構(gòu)在碳化程中受到破壞高分子組份受熱裂解轉(zhuǎn)換成炭并釋放出揮發(fā)份（包括可燃體、木醋液和焦油等）因而其擠壓加工性能得到改善，成型部件的機械磨損和擠壓加工過程中的功率消耗明顯降低。但是，碳化后的原料在擠壓成型后維持既定形狀的能力較差，貯存、運輸和使用時容易開裂或破碎，所以采用碳化成型工藝時，一般都要加人一定量的粘結(jié)劑。如果在成型過程中不使用粘結(jié)劑，要保證成型塊的貯存和使用性能，則需要較高的成型壓力，這將明顯提高生物質(zhì)顆粒燃料成型機的造價。
碳化成型工藝可分為炭粉制備、粘結(jié)劑混合，擠壓成型和成品干燥4個步驟，成型過程的工藝流程見圖。理想的粘結(jié)劑必須能夠保證成型碳塊具有足夠的強度和抗潮解性而且在燃燒時不產(chǎn)生煙塵和異味，最好粘結(jié)劑本身也可以燃燒。常用的粘結(jié)劑可分為無機粘結(jié)劑、有機粘結(jié)劑和纖維類粘結(jié)劑3類。其中無機粘結(jié)劑如水泥、粘土和水玻璃等雖然具有一定的粘結(jié)能力，但這類粘結(jié)劑會增大燃料的灰份含量，降低燃料的熱值，而且在碳塊燃燒時會產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，所以使用效果較差。有機類粘結(jié)劑如焦油、瀝青、樹脂和淀粉等也具有較強的粘結(jié)能力，淀粉類粘結(jié)劑使用量一般為4%左右，雖然在燃燒時不產(chǎn)生煙氣，但其抗潮解能力較差，焦油、瀝青和糖漿廢料作為粘結(jié)劑使用時，用量大約30%，這一類粘結(jié)劑的抗潮解能力較強，但在燃燒時會產(chǎn)生一定的煙氣，當(dāng)成型炭作為家用燃料使用時，往往需要對成型后的炭塊進行二次碳化處理，以減少燃燒時的煙氣和異昧。纖維類粘結(jié)劑如廢紙漿和水解木纖維等工業(yè)廢棄物，價格低廉，而且具有較好的粘結(jié)能力，使用這一類粘結(jié)劑生產(chǎn)的成型炭可以采用自然干燥，而不必進行人工干燥，富通新能源生產(chǎn)銷售的木屑顆粒機、秸稈壓塊機專業(yè)壓制生物質(zhì)成型燃料。
