1.1生物質(zhì)致密成型原理
生物質(zhì)致密成型技術是指具有一定粒度的農(nóng)林廢棄物（鋸屑、稻殼、樹枝、秸稈等）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、塊狀等各種成型燃料的加工工藝，有些致密成型技術還需要加入一定的添加劑或黏結(jié)劑。一般生物質(zhì)致密成型主要是利用木質(zhì)素的膠黏作用。農(nóng)林廢棄物主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，木質(zhì)素為光合作用形成的天然聚合體， 具有復雜的三維結(jié)構，是高分子物質(zhì)，在植物中含量約為15%～30%。當溫度達到70～100℃，木質(zhì)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粘結(jié)，使植物體積大量減少，密度顯著增加，取消外力后，由于非彈性的纖維分子間的相互纏繞，其仍能保持給定形狀，冷卻后強度進一步增加，成為成型燃料。
生物質(zhì)原料經(jīng)擠壓成型后，體積縮小，密度可達1t/m3左右， 含水率在20%以下，便于貯存和運輸。成型燃料在燃燒過程中熱值可達16000kJ/kg左右，并且“零排放”，即基本不排渣、無煙塵、無二氧化硫等有害氣體，不污染環(huán)境，熱性能優(yōu)于木材，體積發(fā)熱量與中質(zhì)煤相當，可廣泛用于民用炊事爐、取暖爐、生物質(zhì)氣化爐、高效燃燒爐和小型鍋爐，是易于進行商品化生產(chǎn)和銷售的可再生能源，富通新能源生產(chǎn)銷售的顆粒機、木屑顆粒機專業(yè)壓制生物質(zhì)成型燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料出售。
1.2 生物質(zhì)致密成型技術分類及特點
生物質(zhì)致密成型工藝有多種，根據(jù)工藝特性的差別，可劃分為冷壓致密成型、熱壓致密成型和碳化致密成型。
（1）冷壓致密成型 冷壓致密成型一般是輥壓成型， 有水平軸式環(huán)模擠壓成型、垂直軸式環(huán)模擠壓成型和平面輥壓成型。冷壓致密成型工藝常用于含水量較高的原料。原料進入成型室后，在壓輥或壓模的轉(zhuǎn)動作用下，進入壓模與壓輥之間，然后擠入成型孔，從成型孔擠出的原料被擠壓成型，再用切刀切割成一定長度的顆粒狀或塊狀燃料。該機型主要用于木材加工廠的木屑和秸稈碎料。成型設備一般比較簡單，價格較低，但由于死角較大，引起無用能耗大，成型部件磨損較快。工作中易出現(xiàn)輥輪和成型孔堵塞現(xiàn)象。且由于燃料濕度較大，不含黏結(jié)劑，易吸濕變形，不利于長期保存、運輸和使用。
�。�2）熱壓致密成型 熱壓致密成型有螺桿致密成型、 活塞致密成型和沖壓致密成型。熱壓致密成型工藝過程一般分為原料粉碎、干燥、擠壓、加熱、保型等幾個環(huán)節(jié)。螺桿致密成型機是開發(fā)應用較早的生物質(zhì)熱壓成型設備，主要包括驅(qū)動機、傳動部件、進料機構、壓縮螺桿、成型套筒和電加熱等幾部分。工作過程是將粉碎后的生物質(zhì)經(jīng)干燥后，從料斗中加入，螺旋推擠進入成型套筒中，并經(jīng)螺桿壓成帶孔的棒狀成品，連續(xù)從成型套筒中擠出。制約螺桿成型機發(fā)展的主要技術問題是螺桿和成型套筒磨損嚴重，使用壽命短�；钊蜎_壓式致密成型機改變了成型部件與原料之間的作用方式，在大幅提高成型部件使用壽命的同時，也降低了單位產(chǎn)品的能耗。原料經(jīng)粉碎后，通過機械或風力形式送入壓縮間�；钊驔_頭前進時，把原材料壓緊成型，并送入保型筒�；钊蜎_壓成型機一般造價較高，且振動噪聲大， 由于間斷擠壓，成型塊質(zhì)量有時有高低反差。特別是要求原料含水率較小，否則會使成型燃料膨脹、松散、甚至出現(xiàn)危險的“放炮”現(xiàn)象。
�。�3）碳化致密成型 炭化成型工藝的基本特征是，首先將生物質(zhì)原料炭化或部分炭化，然后再加入一定量的黏結(jié)劑擠壓成型。由于原料纖維素結(jié)構在炭化過程中受到破壞，高分子組分受熱裂解轉(zhuǎn)換成炭，并放出揮發(fā)分，使成型部件的磨損和能耗都明顯降低。但炭化后的原料維持既定形狀的能力較差，所以一般要加入黏結(jié)劑。碳化致密成型設備比較簡單，類似于型煤成型設備。
2、生物質(zhì)致密成型技術的研究重點
2.1 壓縮特性分析
秸稈在壓縮過程中，是在一定壓力（溫度）下，通過秸稈的塑性變形和其本身的木質(zhì)素軟化固化成型的。在壓縮過程中可分為3個階段：松軟階段（壓力0MPa～8MPa），過渡階段（壓力8MPa～13MPa）和壓緊階段（壓力13MPa～30MPa）。在壓力較小時，壓塊密度隨壓力的增大顯著增大，但達到壓緊階段后，變化緩慢，趨于常數(shù)。一般情況下，在壓力為15MPa時，壓塊的成型效果就較好， 將壓力控制在15～30 MPa范圍內(nèi)就可以達到成型。國內(nèi)外許多學者研究了生物質(zhì)壓縮力和壓縮密度的關系，建立了相應的數(shù)學模型。這些成果都是關于壓縮力、壓縮密度、壓縮量的關系，但不能估算最終的壓縮密度。
2.2 原料的特性對成型的影響
生物質(zhì)原料具有流動性差、相互牽連力較大的特性，是成型喂入和壓縮的瓶頸。對于不同的原料、不同的含水率、不同的粒度，壓縮特性有很大的差異，并對成型過程和產(chǎn)品質(zhì)量有很大的影響。當原料水分過高時，加熱過程中產(chǎn)生的蒸汽不能順利地從燃料中心孔排出，造成表面開裂，嚴重時產(chǎn)生爆鳴。但含水率太低，成型也很困難，這是因為微量水分對木素的軟化、塑化有促進作用。成型原料的含水率一般在15%左右。植物秸稈易壓縮,在壓力作用下變形較大，壓縮比在9～12之間，木屑廢料較難壓縮，壓縮比在5～9之間。粒度小的原料容易成型，粒度大的較難壓縮。生物質(zhì)的特性對于解釋和說明物質(zhì)的機械變化過程很有價值，但關于特性研究的報道不多。
2.3 壓塊能耗的研究
對于一個生物質(zhì)成型裝置來說，能耗是一個非常重要的性能指標，能耗是指在單位時間內(nèi)生產(chǎn)成型燃料所消耗的能量與該時間內(nèi)生產(chǎn)的成型燃料質(zhì)量的比值。壓縮成型的能耗主要包括三部分：原料喂人所消耗的能量；物料與成型部件內(nèi)壁摩擦所消耗的能量；克服物料彈性變形所需的能量。影響成型機能耗的主要因素有:成型燃料的密度，生產(chǎn)率，物料的種類，粒度和含水率等。
3、國內(nèi)外生物質(zhì)致密成型研發(fā)概況
3.1 國內(nèi)情況
在生物質(zhì)成型方面，近年來國內(nèi)科研單位加大了研究力度，取得了明顯進展。清華大學清潔能源研究與教育中心已開發(fā)出生物質(zhì)顆粒燃料冷成型技術和設備，并在北京懷柔區(qū)組織了示范項目，環(huán)境科學與工程系也有相關研究。浙江大學生物機電工程研究所能源清潔利用國家重點實驗室在生物質(zhì)成型理論、成型燃料燃燒技術等方面進行了研究。山東大學機械工程學院、華中科技大學化學與化工系、北京林業(yè)大學工學院等都對生物質(zhì)成型燃料進行了研究。中國林科院林產(chǎn)化學工業(yè)研究所從20世紀80年代開始研究開發(fā)林木生物質(zhì)原料和農(nóng)業(yè)廢棄物的成型技術。東南大學、中科院廣州能源研究所、 湖南農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)機院可再生能源與環(huán)境研究所等也進行了一些特色研究。國內(nèi)一些生產(chǎn)顆粒飼料的廠家也開始在原設備的基礎上生產(chǎn)生物質(zhì)致密成型燃料。河南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)部可再生能源重點實驗室從1992年開始相繼開發(fā)生產(chǎn)了液壓式、輥壓式和螺桿式生物質(zhì)致密成型機，并以進行小批量生產(chǎn)，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。
3.2 國外情況
美國在20世紀30年代就開始研究生物質(zhì)致密成型燃料技術及其燃燒技術，并研制了螺旋壓縮機及相應的燃燒設備[16]，日本在20世紀40年代開始研究機械式活塞式致密成型技術處理林業(yè)廢棄物，與1954年成功研制出了單頭、多頭螺桿擠壓棒狀致密成型機，80年代建立了年產(chǎn)600t的固體原料工廠（煤75%，生物質(zhì)25%）。在亞洲，泰國、印度等國也建立了不少生物質(zhì)致密成型燃料專業(yè)生產(chǎn)廠。目前，德國有100多家顆粒成型燃料工廠，主要以木屑、木片、枝、邊角料等生物質(zhì)為原料。瑞典有生物質(zhì)顆粒成型燃料加工廠10多家，企業(yè)的年生產(chǎn)能力達到了20多萬噸。
4、生物質(zhì)致密成型技術的問題和建議
4.1 成型機的問題
生物質(zhì)成型機目前初具規(guī)模，但要真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化， 還有一些技術障礙亟待解決�，F(xiàn)在大部分機組可靠性能差，運行不平穩(wěn)，易損件使用壽命太短，維修和更換不方便。技術較成熟的螺旋擠壓式成型機的螺桿壽命極其有限，由于物料的壓縮是靠螺桿和出料套筒配合完成的， 螺桿的幾何尺寸和出料筒的幾何尺寸必須在一定的范圍內(nèi)，才能在較快的擠出速度下獲得較大密度的成型燃料。螺桿是在較高溫度和壓力下工作的，與物料始終處于干摩擦狀態(tài)，導致螺桿的磨損非�？�。螺桿磨損到一定程度時，會與出料套筒失去尺寸配合，使成型無法進行�？傮w上來看，液壓活塞式和輥壓式致密成型機較為合理，建議加大研制力度，開發(fā)出適合生物質(zhì)特性的致密成型機。
4.2 成型原料問題
生物質(zhì)原料的特點是具有季節(jié)性、分散性，因此嚴重的影響了生物質(zhì)致密成型燃料的工業(yè)化生產(chǎn)，根據(jù)中國特色，必須考慮生物質(zhì)的收集半徑。建議采取分散設點加工及就地使用和集中調(diào)配使用的方法。解決上述問題�？紤]到收集范圍問題，生物質(zhì)致密成型設備的生產(chǎn)率不宜過大。
4.3 配套設備問題
由于成型機對原料的粒度和含水率要求較高， 而成型設備自動化低、粉碎、干燥、進料和包裝設備沒有形成配套的生產(chǎn)線，工作時原料往往達不到生產(chǎn)要求。建議在研制和生產(chǎn)生物質(zhì)致密成型設備的同時，要配套相應的粉碎和干燥設備。
5、生物質(zhì)致密成型技術的發(fā)展前景
生物質(zhì)成型技術的優(yōu)點是絕對的環(huán)保性和良好的經(jīng)濟性。以往由于對其不完全了解，造成推廣受到一定程度的限制。可以預見，隨著該技術一些關鍵問題的解決，保護自然生態(tài)環(huán) 境意識的日益加強和國家相應配套政策的通過， 市場覆蓋率將逐漸擴大。同時必須清楚地認識到，由于多種因素影響，短期內(nèi)不能期望出現(xiàn)全面應用。我國生物質(zhì)致密成型裝備的研究與制造起步較晚，今后應在設備實用性、降低能耗、減輕磨損、原料適用性、系列化等方面下功夫，為大規(guī)模開發(fā)利用生物質(zhì)能提供必要的技術儲備。
富通新能源生產(chǎn)銷售的秸稈顆粒機、木屑顆粒機是客戶們壓制顆粒燃料最佳的選擇。
