生物質(zhì)能源，就是將太陽能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在生物質(zhì)中的能量方式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它具有可再生性、低污染性、廣泛應(yīng)用性以及原材料豐富性等特點(diǎn)。我國擁有豐富的生物質(zhì)能源，包括農(nóng)作物秸稈、薪柴、木屑、花生殼、麥糠、禽畜糞便、工業(yè)有機(jī)廢渣與廢水等，其中大部分生物質(zhì)能源被遺棄或焚燒掉，既造成了資源的浪費(fèi)又導(dǎo)致了環(huán)境的污染，因此利用現(xiàn)有的生物質(zhì)能源，研究新型轉(zhuǎn)換技術(shù)，開發(fā)新型轉(zhuǎn)換裝備，既是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，又是環(huán)境保護(hù)的迫切需要。
1、生物質(zhì)燃料致密成型技術(shù)
1.1生物質(zhì)燃料致密成型技術(shù)的原理
生物質(zhì)燃料致密成型技術(shù)是指在不加任何粘結(jié)劑的條件下對生物質(zhì)進(jìn)行冷壓（或者熱壓）成型。生物質(zhì)中的木質(zhì)素為光合作用形成的天然聚合體，屬非結(jié)晶體，在植物中含量大約為15%～30%，沒有熔點(diǎn)，但隨著溫度的升高木質(zhì)素開始軟化，并有一定的黏度，此時(shí)，若生物質(zhì)在受到外力的作用下，木質(zhì)素就會(huì)和纖維素緊密粘接纏繞，生物質(zhì)顆粒的內(nèi)部分子重新排列位置，并產(chǎn)生機(jī)械變形和塑性流變。在垂直于最大應(yīng)力方向上，粒子主要以相互嚙合的形式結(jié)合，而在垂直于最小應(yīng)力方向上，粒子主要以相互靠緊結(jié)合的形式結(jié)合。隨著外力作用的增大，二者牯接鑲嵌地更加緊密，生物質(zhì)的體積逐漸減少，物料密度隨之增大，并具有一定的形狀和強(qiáng)度，最終致密成型。致密成型后的生物質(zhì)可作為燃料使用，易于儲(chǔ)存、運(yùn)輸，熱值與中質(zhì)煤相當(dāng)，是一種很好的可再生能源，富通新能源生產(chǎn)銷售的秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型顆粒燃料。
1.2生物質(zhì)燃料致密成型技術(shù)的過程及工藝
生物質(zhì)燃料致密成型技術(shù)的過程大致主要包括：生物質(zhì)原料的收集（秸稈、薪柴等）→粉碎→干燥→顆粒機(jī)壓制成型→冷卻→包裝，為了提高經(jīng)濟(jì)效益、減少平均能耗以及延長成型顆粒機(jī)易損部件的使用壽命，目前研究的熱點(diǎn)主要集中在粉碎環(huán)節(jié)、干燥環(huán)節(jié)以及成型環(huán)節(jié)3個(gè)方面。粉碎的目的是將生物質(zhì)原料破碎成粒徑大小均勻、易于成型顆粒機(jī)加工的顆粒，顆粒直徑越小，顆粒之間越容易相互填充、粘合，生物質(zhì)致密成型后的密度以及抗?jié)B水性隨之提高。但粉碎的顆粒直徑越小所需要的能耗驟升，反而會(huì)總體提高單位產(chǎn)量平均能耗，所以在能夠滿足成型顆粒機(jī)加工的前提下，盡量使顆粒直徑大些，這樣既降低能耗，又延長成型顆粒機(jī)易磨件的使用壽命。
干燥的目的是通過物理以及化學(xué)的方法將生物質(zhì)原料中的水分調(diào)節(jié)在適宜的比例，使其穩(wěn)定均，適合成型顆粒機(jī)加工。秸稈、薪柴等生物質(zhì)原料含水率大部分分布在15%～35%之間，含糖比例較多的生物質(zhì)原料，其含水率會(huì)更高。在成型加生物質(zhì)原料時(shí)，一般要求含水率在10%～14%之間，因此必須嚴(yán)格控制原料水分，以防止顆粒膨脹散開或者不能成型。
成型是用致密成型顆粒機(jī)械將粉碎干燥好的疏散的生物質(zhì)原料在很高的壓力下壓入�？字校瑥亩鴶D壓成型，在壓制的過程當(dāng)中，有時(shí)需要外部加熱或者添加黏結(jié)劑促其軟化成型保型。根據(jù)成型過程中是否對生物質(zhì)原料加熱和炭化，國內(nèi)外生產(chǎn)生物質(zhì)固化燃料的工藝大致可劃分為冷壓（濕壓）成型、熱壓成型和炭化成型3種主要形式。冷壓成型工藝常用于含水量較高的原料，對應(yīng)的設(shè)備無用能耗高，成型件磨損快。熱壓成型工藝對燃料的含水率有嚴(yán)格要求，螺桿和成型套筒磨損嚴(yán)重，活塞和沖壓成型顆粒機(jī)振動(dòng)噪聲大，燃料含水量小、易于保存和運(yùn)輸。炭化成型工藝對成型部件磨損小、能耗低，需要加入黏結(jié)劑。
2、生物質(zhì)燃料致密成型常用設(shè)備
生物質(zhì)燃料致密成型設(shè)備按主軸設(shè)置方位可分為立式和臥式，立式成型顆粒機(jī)的傳動(dòng)主軸垂直放置，臥式成型顆粒機(jī)的傳動(dòng)主軸水平放置；按成型燃料尺寸可分為壓塊式和顆粒式，顆粒尺寸小于15mm的是顆粒制造設(shè)備，顆粒尺寸大于25mm的為壓塊設(shè)備：按壓縮成型顆粒機(jī)的工作原理不同可分為螺旋擠壓式成型顆粒機(jī)、活塞沖壓式成型顆粒機(jī)和壓輥式成型顆粒機(jī)。其中壓輥式成型顆粒機(jī)采用的是濕壓（冷壓）成型工藝，活塞沖壓式、螺旋擠壓式成型顆粒機(jī)二者采用的是熱壓成型工藝。
2.1螺旋擠壓式成型顆粒機(jī)
螺旋擠壓成型技術(shù)是目前生產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料用得最多的技術(shù)，也是最成熟的技術(shù)，它最早是由美國開發(fā)研制生產(chǎn)的，工作原理是靠在成型套筒外的加熱裝置給套筒加熱以維持成型物料的溫度為150℃一300℃，使生物質(zhì)體內(nèi)的木質(zhì)素、纖維素等軟化形成具有粘性的黏結(jié)劑，生物質(zhì)原料在錐形螺桿和成型腔的相互擠壓作用下以及物料內(nèi)部相互摩擦的作用下通過成型模具形成生物質(zhì)致密成型燃料。為了縮短加熱段長度，可以在壓縮原料進(jìn)入壓縮成型簡之前就進(jìn)行部分加熱處理，即預(yù)熱，也稱為具有預(yù)熱的加熱螺旋壓縮成型。螺旋擠壓式成型顆粒機(jī)以其運(yùn)行平穩(wěn)、生產(chǎn)連續(xù)、所成型棒密度高、質(zhì)量好、易燃等特性在成型顆粒機(jī)市場中占據(jù)著主導(dǎo)地位。其缺點(diǎn)是產(chǎn)量低、能耗高、螺桿磨損嚴(yán)重以及使用壽命短等，特別是螺旋擠壓成型顆粒機(jī)采用連續(xù)擠壓，成型套筒外面的溫度需要控制在220℃～280℃之間，這樣的溫度條件肯定會(huì)使原料水分快速汽化，可能造成成型塊的脹裂和“放炮”現(xiàn)象。所以螺旋擠壓成型過程中原料的含水率一般控制在8%～14%之間，而多數(shù)生物質(zhì)原料含水率分布在15%～35%之間，這就需要進(jìn)行預(yù)干燥環(huán)節(jié)處理，增加電耗。
2.2活塞沖壓式成型顆粒機(jī)
活塞沖壓式成型技術(shù)也是目前比較成熟的技術(shù)，活塞沖壓式致密成型顆粒機(jī)改變了成型部件與原料之間的作用方式，明顯提高了成型部件的使用壽命，降低了單位產(chǎn)品的能耗。其工作原理是靠高壓力的活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)生物質(zhì)原料通過成型模具形成生物質(zhì)致密成型燃料，在壓縮過程中也需要進(jìn)行外部加熱以維持成型物料的溫度為160℃一200℃，利于生物質(zhì)內(nèi)的木質(zhì)素、纖維素等軟化形成黏結(jié)劑�；钊麤_壓成型設(shè)備按驅(qū)動(dòng)動(dòng)力形式可以分為飛輪驅(qū)動(dòng)活塞式成型顆粒機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)活塞式成型顆粒機(jī)2類，飛輪驅(qū)動(dòng)活塞壓縮是依靠存儲(chǔ)在飛輪當(dāng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能來壓縮成型原料的，缺點(diǎn)是設(shè)備龐大，震動(dòng)強(qiáng)烈而且噪音劇烈，液壓驅(qū)動(dòng)活塞壓縮成型技術(shù)克服了上述缺點(diǎn)，但是機(jī)械行程大、又是間斷擠壓，生產(chǎn)率不高，產(chǎn)品質(zhì)量不太穩(wěn)定�？傮w來說，活塞沖壓式成型顆粒機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是成型密度較大，工作時(shí)可允許物料水分高達(dá)20%左右，不用另外加熱干燥。缺點(diǎn)是潤滑油污染較嚴(yán)重、造價(jià)高等。
2.3壓輥式成型顆粒機(jī)
生物質(zhì)壓輥式成型顆粒機(jī)是根據(jù)飼料顆粒成型顆粒機(jī)改造而來的，相對于飼料顆粒成型顆粒機(jī)而言，燃料顆粒輥模成型顆粒機(jī)損耗比較嚴(yán)重，這主要是成型燃料含有大量纖維素、半纖維素，磨具擠壓它們時(shí)需要克服很大的應(yīng)力，從而加劇磨具磨損。其工作原理是依靠物料擠壓成型時(shí)所產(chǎn)生的摩擦熱軟化黏合成型原料，最終致密成型。過程中一般不需要對設(shè)備外部進(jìn)行加熱�；竟ぷ鞑考蓧狠伜蛪耗＝M成，根據(jù)壓模形狀的不同，壓輥式成型顆粒機(jī)可分為環(huán)模成型顆粒機(jī)、平模成型顆粒機(jī)2種”。環(huán)模成型顆粒機(jī)產(chǎn)量大、耗電少，平模成型顆粒機(jī)由于轉(zhuǎn)速低壓力大，因此產(chǎn)量相對較少，制成的顆粒密度大，此外，平模成型顆粒機(jī)能將諸如秸稈、干甜菜根、木屑等體積粗大、纖維較長的原料強(qiáng)行壓碎后壓制成顆粒，對原料的粉碎度要求降低了。同時(shí)，平模式成型顆粒機(jī)在壓縮纖維性物料時(shí)，對原料的含水率要求較寬，一般在10%-40%之間均能成型。
相比于螺旋擠壓和活塞沖壓式成型技術(shù)而言，壓輥式成型技術(shù)工藝能夠在自然含水率生物質(zhì)不用添加黏結(jié)劑常溫條件下就能壓縮成型，對物料的適應(yīng)性最好；但還是存在產(chǎn)品的耐濕性較差，遇水容易松散，設(shè)備能耗較高等問題。
3、生物質(zhì)燃料致密成型技術(shù)的發(fā)展趨勢
生物質(zhì)燃料致密成型技術(shù)提高了秸稈、薪柴等廢棄生物質(zhì)的運(yùn)輸和貯存能力，改善了生物質(zhì)原料的燃燒特性，是生物質(zhì)能開發(fā)利用技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。
綜上所述，目前國內(nèi)外生物質(zhì)致密成型設(shè)備主要分為三類：螺旋擠壓式成型顆粒機(jī)、活塞沖壓式成型顆粒機(jī)和壓輥式成型顆粒機(jī)。螺旋擠壓式成型顆粒機(jī)由于靠錐形螺桿和生物質(zhì)原料作高速相對運(yùn)動(dòng)，耗能嚴(yán)重：同時(shí)螺桿端部摩擦致使其溫度升高而加劇磨損：再有對原料的含水率難以控制，含水率太低不利于木質(zhì)素軟化成型，含水率太高也會(huì)使燃料脹裂不能成型。液壓驅(qū)動(dòng)活塞壓縮成型技術(shù)克服了上述缺點(diǎn)，只是液壓設(shè)備行程長、往復(fù)間歇，導(dǎo)致生產(chǎn)率低。如果能克服這個(gè)缺點(diǎn)將會(huì)開拓一個(gè)壓縮成型技術(shù)的新思路。此外，從節(jié)能來考慮常溫固化成型技術(shù)也是將來的一個(gè)發(fā)展趨勢。
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