生物质压缩成型

1、目录 1.生物质固化成型的基本理论 2.生物质固化成型的工艺 3.生物质固化成型的影响因素 4.生物质固化成型的物理性能衡量 5.生物质固化成型设备 粗粉碎干燥细粉碎 原料仓 颗粒成型 冷却 筛分 包装 图1 瑞典生物质固体成型工艺流程图 生物质压缩成型，就是将各类生物质废弃物，如秸秆、稻壳、 锯末、木屑等，采用机械加压的方法，使原来分散、无定形的 原料压缩成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料。体积缩 小68倍，密度为1.11.4t/m3能源密度相当于中质煤。 压缩成型可分为两个阶段： 第一阶段，在压力较低时，压力使原本较为松散的固体颗粒排 列发生改变，生物质内部的空隙减少； 第二阶段，当压

2、力逐渐增大时，大颗粒破裂变为小颗粒，并发 生变形或塑性流动，小粒子开始填充空隙，使颗粒间更加紧密 接触而互相嵌合，一部分残余应力则存储在压缩产品内部，使 颗粒间的结合更加牢固。 农林废弃物的主要成分是纤维素、半纤维素、木质 素。木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复 杂的三维结构，在植物中的含量一般为15%30%。 是非晶体，没有熔点但有软化点，当70110时 开始软化，具有一定的粘度；当200300时粘 度很高。 1.常温常压成型 在常温下，对纤维类原料进行水解处理，即把含有纤维 类的原料放入水中浸泡数日，使纤维变得柔软、湿润皱裂 并部分将解，然后再压缩成型，使压缩特性明显提高，该 工艺适

3、用于原料水分较高的工艺； 2.热压成型 是目前普遍采用的生物质压缩成型方法。该成型工艺的 特点是原料在挤压的同时对原料进行加热。 加热的作用是： 使原料中的木质素软化、熔融而成为天然粘结剂； 使成型后的燃料外表层炭化，表面粘结作用减小使其能 够顺利脱膜而不粘连，减少挤压时动力消耗； 提供物料分子结构变化所需的能量 3.预热成型 与热压成型相比，先对原料进行预热处理，使生物质中的 木质素软化，增强粘结作用，减少原料与模具之间的摩擦， 使成型压力减少，增加了成型部件的寿命。 4.炭化成型 生物质炭化是将松散的生物质经烘干或晒干、粉碎，然 后在制炭设备中，经干燥、干馏、冷却等工序，将生物质 制成木炭

4、的过程。通过生物质炭化生产的木炭称有机木炭。 炭化后的原料在压缩成型后生成的产品力学性能较差，在 存储、运输和使用时容易开裂和破碎，所以在成型时需要 加入一定量的粘结剂，改变其力学性能。 炭化成型的两种工艺流程图 1.含水率 在压缩成型时水分起到粘结、润滑和热传递的作用。含 水率太低，影响木质素软化，物料内摩擦力和抗压强度增 大，压缩成型时所需的压力增大、能耗增高。含水率太高， 影响热量传递，并增大了物料与模具间的摩擦力，压缩成 型困难，成型燃料的质量差；在高温时，大量水变成蒸汽， 而没有及时从孔中排出可能会发生气堵或放炮现象。 2.成型压力 对生物质原料施加压力的主要目的是： 破坏物料原来的

5、物相结构，组成新的物相结构； 加强分子间的作用力，使物料变得致密均实； 为物料在模内成型及推进提供动力。 随着成型压力的增大，成型块物质的结合力增大，结合 强度提高，致密度大。当压力达到一定值时，颗粒的机械 性能和松弛密度趋于平稳，无法产生明显变化。 当成型压力不足时,成型燃料的密度达不到标准,成型物 料的表面粗糙,物料与模具之间的摩擦力增大,成型过程将 会很难进行；当压力较大时,物料容易挤压成形,克服阻力， 形成表面光滑且密度较高的燃料；当压力过大时,成型较 快，物料内部受力不均匀，燃料没有压实，其内部密度、 强度和热值不达标 3.原料种类 原料是生物质成型燃料的根本,不同原料的相应压缩条件

6、也 有差异,这是由原料内部的木质素和纤维素含量不同而引起的。 一般在不加热条件下(或当温度较低时) ,纤维素类植物(如秸秆、 树皮等)较易成型,木材废料则难压缩,不易成型;但是在加热条 件下(或当温度较高时) ,由于纤维素类植物含木质素较少,茹结 能力弱,成型后勃结程度与低温状态相差不大;而木材废料中由 于含有较多的木质素,虽然其本身难以压缩成型,但木质素软化 能够起到赫结作用,在高温条件下成型反而容易。 4.原料的粒度 原料粒度和均匀性的差异影响生物质固化燃料的成型 质量、成型机的效率、产量及能耗等。小颗粒有充填特性、 流动特性和压缩特性。一般来说,粒度小的原料容易压缩, 粒度大的原料较难压

7、缩。原料尺寸过大,容易造成成型机 工作不稳定、进料困难、压缩设备能耗大且产品的成型效 果不理想。 5.成型温度 加热使生物质物料达到适当的温度,能够使生物质中所 含的木质素软化、熔融而成为粘结剂;使所压缩燃料的外 表层炭化,减少挤压动力消耗;提供物料分子结构变化所需 的能量。如果成型机模内达不到一定温度,一则加工原料 过于坚硬不易被压缩;再则原料内的木质素不能软化,无豁 结作用,使得原料难以成型。 6.添加剂和粘结剂 膨润土、木质素磺酸盐、甘油、废弃物包装纸、亚麻纤维 等。不仅可以提高物理性能降低能耗还可以提高热值。 1.松弛密度 2.耐久性 抗变形性 成型燃料的抗变形性（抗压强度），是指成型

8、燃料在破裂之前所能 承受的最大断裂载荷，主要反映的成型燃料在承受外界压力作用条件下 抗破坏的能力。 抗冲击性 抗渗水性和抗吸湿性 国内外常见的压缩成型设备有： 螺杆挤压式成型机 活塞挤压式成型机 压辊式成型机 平板模颗粒成型机 环模颗粒成型机 螺旋挤压成型技术有很多 优点：成品密度高，成型棒料的密 度都在11001400kg/m3； 生产连 续性好；成品质量好，热值高，适 合于加工成炭化材料。 缺点：产量低、能耗高、螺旋杆易 磨损等，原料要求苛刻。螺旋挤压 成型机成型温度一般在220280， 为了避免成型过程中原料水分快速 汽化造成型块开裂，一般将原料的 含水率控制在8%12%，所以要对 物料

9、进行干燥处理，从而增加了成 本。 活塞冲压技术 优点：成型密度大，允许物料的含水率较高。 缺点：活塞做往复运动导致生产率不高且产品质量不稳定， 不适合炭化，活塞容易磨损，维修频率高。 图3 环模压辊式成型部件结构示意图 早在19941998 年，江苏正昌集团公司联合中国林科院林产化 学工业研究所便承担了“林业剩余物制造颗粒成型燃料技术研 究”项目，该项目成功研制了以木屑和刨花粉为主要原料的颗 粒燃料成型机，其产品质量达到了日本“全国燃料协会”公布 的颗粒成型燃料标准的特级或一级。 缺点：生产成本高、寿命短等。 大型平模式制粒机具有很多优点：原料适应性广、产量大、吨料耗电低、 辊模寿命长、成型密

10、度可调等。 生物质压缩成型，就是将各类生物质废弃物，如秸秆、稻壳、 锯末、木屑等，采用机械加压的方法，使原来分散、无定形的 原料压缩成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料。体积缩 小68倍，密度为1.11.4t/m3能源密度相当于中质煤。 压缩成型可分为两个阶段： 第一阶段，在压力较低时，压力使原本较为松散的固体颗粒排 列发生改变，生物质内部的空隙减少； 第二阶段，当压力逐渐增大时，大颗粒破裂变为小颗粒，并发 生变形或塑性流动，小粒子开始填充空隙，使颗粒间更加紧密 接触而互相嵌合，一部分残余应力则存储在压缩产品内部，使 颗粒间的结合更加牢固。 3.预热成型 与热压成型相比，先对原料进行预热处理，使生物质中的 木质素软化，增强粘结作用，减少原料与模具之间的摩擦， 使成型压力减少，增加了成型部件的寿命。 活塞冲压技术 优点：成型密度大，允许物料的含水率较高。 缺点：活塞做往复运动导致生产率不高且产品质量不稳定， 不适合炭化，活塞容易磨损，维修频率高。 图3