第四章生物质压缩成型燃料技术

1、第四章第四章 生物质压缩成型燃料技术生物质压缩成型燃料技术过度的资源、能源消耗和不可逆转的环境破坏，过度的资源、能源消耗和不可逆转的环境破坏，导致人类生活环境出现了严重的导致人类生活环境出现了严重的生态危机生态危机地球地球“发烧发烧”了了中国二氧化碳排放量已中国二氧化碳排放量已超过美国，成为二氧化超过美国，成为二氧化碳排放量碳排放量最大最大的国家。的国家。专家预测，如不加以控专家预测，如不加以控制，到制，到20302030年中国二氧年中国二氧化碳排放量将达到化碳排放量将达到8 8兆吨兆吨/ /年年，相当于目前全世界，相当于目前全世界的排放量的三分之一。的排放量的三分之一。 削减削减COCO2

2、2排放是降低温室气体效应排放是降低温室气体效应最有效、最得力的措施之一！最有效、最得力的措施之一！减少石油、煤等高污染石化资源利用，充分利用减少石油、煤等高污染石化资源利用，充分利用低污染的生物质能源势在必行。低污染的生物质能源势在必行。生物质压缩成型燃料是生物质能源转化利用的一生物质压缩成型燃料是生物质能源转化利用的一个重要领域。个重要领域。 欧洲、美国、日本等发达国家生物质成型燃料产业发欧洲、美国、日本等发达国家生物质成型燃料产业发展已进入商品化阶段，拥有成熟的技术，完整的标展已进入商品化阶段，拥有成熟的技术，完整的标准体系和不断增长的市场。准体系和不断增长的市场。国外生物质成型燃料产业发

3、展现状以德国为例以德国为例4040多座生物质燃料厂，多座生物质燃料厂，240240万吨万吨11001100多个生物质工业供暖多个生物质工业供暖设施设施 超过超过1010万台民用生物质颗万台民用生物质颗粒采暖炉粒采暖炉200200多座生物质热电联供多座生物质热电联供厂，厂，20082008年供电超过年供电超过 11701170万千瓦时万千瓦时 可再生能源供热的可再生能源供热的92%92%来来自于生物质能自于生物质能，其中其中77.8%77.8%来自于生物质成型燃料来自于生物质成型燃料成型燃料厂经销商炉具制造商锅炉制造商配件商协会及组织 德国德国20082008年可再生能源供热统计年可再生能源供热

4、统计 生物质成型燃料（民用）生物质成型燃料（民用）生物质成型燃料（工业）生物质成型燃料（工业）生物质成型燃料（热电联产）生物质成型燃料（热电联产）液态生物质燃料液态生物质燃料生物质燃气生物质燃气垃圾类生物质垃圾类生物质太阳能供热太阳能供热深层地热深层地热浅层地热浅层地热国内生物质成型燃料产业发展现状国内生物质成型燃料产业发展现状生物质资源丰富生物质资源丰富我国粮食与秸秆产量发展趋势（根据中国农业年鉴整理）我国粮食与秸秆产量发展趋势（根据中国农业年鉴整理） 我国我国秸秆年产量约秸秆年产量约7 7亿吨，另有约亿吨，另有约1.21.2亿吨稻壳、蔗渣、花生壳等剩余物。据亿吨稻壳、蔗渣、花生壳等剩余物。

5、据农业部对粮食产量预测分析，到农业部对粮食产量预测分析，到20202020年我国主要作物的秸秆总量将达到年我国主要作物的秸秆总量将达到8 8亿吨。亿吨。 我国林木生物质资源预测（我国林木生物质资源预测（亿吨亿吨 ）我国现有生物质成型燃料生我国现有生物质成型燃料生产厂近产厂近200200家。秸秆燃料厂主家。秸秆燃料厂主要分布在华北、华中和东北等要分布在华北、华中和东北等地；木质颗粒燃料厂主要集中地；木质颗粒燃料厂主要集中在华东、华南、东北和内蒙等在华东、华南、东北和内蒙等地。地。国内国内现有成型现有成型设备生产厂设备生产厂家家100100多多家，主要分布在河家，主要分布在河南、河北、南、河北、山

6、东山东等地区。等地区。国内生物质燃烧技术国内生物质燃烧技术生物质成型燃料村镇应用炉具生物质成型燃料村镇应用炉具生物质工业锅炉生物质工业锅炉生物质电站锅炉生物质电站锅炉生物质炉具和锅炉近来也有长足发展，如生物质炉具和锅炉近来也有长足发展，如广州迪森、广州迪森、重庆良奇、重庆良奇、山东多乐、山东多乐、湖南万家、湖南万家、张家界三木、北京桑普和北京老万等。但由于种种原因，使用可靠、张家界三木、北京桑普和北京老万等。但由于种种原因，使用可靠、技术先进、价廉物美、能批量投入工业生产、满足广大用户使用要求的产品并技术先进、价廉物美、能批量投入工业生产、满足广大用户使用要求的产品并不多。不多。生物质成型燃料

7、产业发展生物质成型燃料产业发展意义意义液态液态技术（技术（生物乙醇、甲醇和生物柴油生物乙醇、甲醇和生物柴油）新能源新能源风能风能太阳能太阳能地热能地热能潮汐能潮汐能生物质能生物质能利用形式气态气态技术（技术（生物沼气、垃生物沼气、垃圾沼气、木质气）圾沼气、木质气）固态固态技术农林技术农林废弃物直燃、压废弃物直燃、压缩缩成型（成型（发电、供热）发电、供热） 能源问题能源问题 环境环境问题问题 三三农问题农问题l 农林废弃物资源化利用农林废弃物资源化利用l 改善农村能源结构改善农村能源结构l 提高农民收入、增加农民就业岗位提高农民收入、增加农民就业岗位l 新的、可再生的替代能源新的、可再生的替代能

8、源l 优化能源结构、增加能源供给优化能源结构、增加能源供给l 提高能源使用效率提高能源使用效率l CO CO2 2零排放、零排放、SOSO2 2、氮氧化物低排放、氮氧化物低排放l 减少秸秆焚烧污染空气减少秸秆焚烧污染空气有助于解决我国三大战略难题有助于解决我国三大战略难题生物质成生物质成型燃料型燃料生物质燃料生物质燃料二氧化碳零排放二氧化碳零排放植物生长期吸植物生长期吸收二氧化碳收二氧化碳生物质燃料燃烧排生物质燃料燃烧排放的放的COCO2 2是植物生是植物生长期所吸受的，不长期所吸受的，不会增加大气中会增加大气中COCO2 2的总量。国际上称的总量。国际上称之为之为COCO2 2零排放，零排放

9、，也称碳中性。也称碳中性。燃烧排放二氧化碳燃烧排放二氧化碳生物质成型燃料生物质成型燃料生物质生物质成型燃料产业链成型燃料产业链原料规模收集原料规模收集能源作物种植能源作物种植原料收集原料收集原料分散收集原料分散收集燃料生产燃料生产粉粉 碎碎调调 制制成成 型型冷冷 却却包包 装装生生产产流流程程民用炉具民用炉具工业锅炉工业锅炉电站锅炉电站锅炉往复式炉排锅炉往复式炉排锅炉循环流化床锅炉循环流化床锅炉热水锅炉热水锅炉蒸汽锅炉蒸汽锅炉生物质炊事炉生物质炊事炉炊事取暖两用炉炊事取暖两用炉生物质取暖炉生物质取暖炉燃燃烧烧设设备备水冷震动式锅炉水冷震动式锅炉燃料销售燃料销售生物质成型燃料产业循环示意图（1

10、）生物质压缩成型燃料技术：在一定温度和压力下，生物质压缩成型燃料技术：在一定温度和压力下，利用木质素充当黏合剂，将各类利用木质素充当黏合剂，将各类分布散、形体轻、储分布散、形体轻、储运困难、使用不便运困难、使用不便的生物质原料（农作物秸秆、稻壳、的生物质原料（农作物秸秆、稻壳、锯末、木屑等）经压缩成型和炭化工艺，加工成锯末、木屑等）经压缩成型和炭化工艺，加工成具有具有一定几何形状、密度较大一定几何形状、密度较大的的成型燃料成型燃料，以提高燃料的，以提高燃料的热值，改善燃烧性能，使之成为商品能源。热值，改善燃烧性能，使之成为商品能源。也称为也称为“压缩致密成型压缩致密成型”、“致密固化成型致密固

11、化成型”、“生生物质压块物质压块”。一、基本概念一、基本概念生物质压缩成型燃料：松散的秸杆、籽壳、树枝、锯末等纤生物质压缩成型燃料：松散的秸杆、籽壳、树枝、锯末等纤维质、木质生物质废料经热挤压工艺制成的固形燃料。维质、木质生物质废料经热挤压工艺制成的固形燃料。生物质压缩成型燃料类型生物质压缩成型燃料类型： 粒状、棒状、块状等粒状、棒状、块状等用途：用途：家庭取暖炉家庭取暖炉小型热水锅炉小型热水锅炉热风炉热风炉小型发电设施小型发电设施等等。等等。生物质压缩成型燃料特点：生物质压缩成型燃料特点：密度高、强度大密度高、强度大：体积缩小：体积缩小68倍，密度约为倍，密度约为1.11.4t/m3；热值高

12、热值高：热值可达到：热值可达到16.7MJ/kg，能源密度相当于中，能源密度相当于中质烟煤；质烟煤；燃烧性能好燃烧性能好：使用时火力持久，炉膛温度高，燃烧：使用时火力持久，炉膛温度高，燃烧特性明显得到改善。特性明显得到改善。形状和性质均一形状和性质均一：便于运输和装卸、适应性强、燃：便于运输和装卸、适应性强、燃料操作控制方便等。料操作控制方便等。二、生物质压缩成型原理（一）压缩过程中生物质的粒子特性（一）压缩过程中生物质的粒子特性 生物质压缩成型过程中粒子状态变化生物质压缩成型过程中粒子状态变化生物质压缩成型分为两个阶段。生物质压缩成型分为两个阶段。第一阶段，初期，较低压力传递至生物质颗粒中，

13、使第一阶段，初期，较低压力传递至生物质颗粒中，使原先松散堆积的原先松散堆积的固体颗粒排列结构开始改变固体颗粒排列结构开始改变，生物质，生物质内部空隙率减少。内部空隙率减少。第二阶段，压力逐渐增大时，生物质大颗粒在压力作第二阶段，压力逐渐增大时，生物质大颗粒在压力作用下用下破裂破裂，变成更加细小粒子，并，变成更加细小粒子，并发生变形或塑性流发生变形或塑性流动动，粒子开始充填空隙，粒子间更加紧密地接触而互，粒子开始充填空隙，粒子间更加紧密地接触而互相啮合，一部分残余应力贮存于成型块内部，使粒子相啮合，一部分残余应力贮存于成型块内部，使粒子间结合更牢固。间结合更牢固。成型物内部粒子的粘结机制成型物内

14、部粒子的粘结机制1962年德国的年德国的Rumpf针对不同材料的压缩成型，将针对不同材料的压缩成型，将成型物内部的粘结力类型和粘结方式分成成型物内部的粘结力类型和粘结方式分成5类类:固体颗粒固体颗粒桥接或架桥桥接或架桥(Solid bridge)；固体粒子间的固体粒子间的充填或嵌合充填或嵌合；自由移动液体的自由移动液体的表面张力和毛细压力表面张力和毛细压力；非自由移动粘结剂作用的非自由移动粘结剂作用的粘结力粘结力；粒子间的粒子间的分子吸引力分子吸引力(范德华力范德华力)或静电引力。或静电引力。压缩过程的影响粒子变化的因素压缩过程的影响粒子变化的因素含水率含水率。生物质内适量的结合水和自由水是一

15、种润。生物质内适量的结合水和自由水是一种润滑剂，使粒子间内摩擦变小，流动性增强，从而促滑剂，使粒子间内摩擦变小，流动性增强，从而促进粒子在压力作用下滑动而嵌合。进粒子在压力作用下滑动而嵌合。颗粒尺寸颗粒尺寸。构成成型块的粒子越细小，粒子间充填程度就越高，构成成型块的粒子越细小，粒子间充填程度就越高，接触越紧密；接触越紧密；当粒子的粒度小到一定程度当粒子的粒度小到一定程度( (几百至几微米几百至几微米) )后，成型后，成型块内部结合力方式和主次甚至也会发生变化，粒子间块内部结合力方式和主次甚至也会发生变化，粒子间分子引力、静电引力和液相附着力分子引力、静电引力和液相附着力( (毛细管力毛细管力)

16、 )开始上开始上升为主导地位。升为主导地位。（二）压缩成型时生物质的化学成分变化（二）压缩成型时生物质的化学成分变化（1）木质素木质素是生物质固有的最好内在粘接剂。是生物质固有的最好内在粘接剂。木质素木质素100才开始软化，才开始软化，160开始熔融形成胶体物开始熔融形成胶体物质。质。在压缩成型过程中，木质素在温度与压力的共同作用在压缩成型过程中，木质素在温度与压力的共同作用下发挥粘结剂功能，粘附和聚合生物质颗粒，提高了下发挥粘结剂功能，粘附和聚合生物质颗粒，提高了成型物的结合强度和耐久性。成型物的结合强度和耐久性。（2）水分水分是一种必不可少的自由基。是一种必不可少的自由基。水分流动于生物质

17、团粒间，在压力作用下，与水分流动于生物质团粒间，在压力作用下，与果胶质或糖类混合形成胶体，起粘结剂的作用。果胶质或糖类混合形成胶体，起粘结剂的作用。水分还有降低木质素的玻变水分还有降低木质素的玻变(熔融熔融)温度的作用，温度的作用，使生物质在较低加热温度下成型。使生物质在较低加热温度下成型。（3）半纤维素与纤维素的作用。）半纤维素与纤维素的作用。半纤维素水解转化为木糖，也可起到粘结剂的作用。半纤维素水解转化为木糖，也可起到粘结剂的作用。纤维素分子连接形成的纤丝，在粘聚体内发挥了类纤维素分子连接形成的纤丝，在粘聚体内发挥了类似于混凝土中似于混凝土中“钢筋钢筋”的加强作用，成为提高成型的加强作用，

18、成为提高成型块强度的块强度的“骨架骨架”。（4 4）其它化学成分的作用。）其它化学成分的作用。生物质所含腐殖质、树脂、蜡质等对压力和温度比较生物质所含腐殖质、树脂、蜡质等对压力和温度比较敏感。当采用适宜温度和压力时，也有助于在压缩成型敏感。当采用适宜温度和压力时，也有助于在压缩成型过程中发挥粘结作用。过程中发挥粘结作用。生物质中的纤维素、半纤维素和木质素在不同高温生物质中的纤维素、半纤维素和木质素在不同高温下，都能受热分解转化为液、固和气态产物。下，都能受热分解转化为液、固和气态产物。将生物质热解技术与压缩成型工艺结合，利用热解将生物质热解技术与压缩成型工艺结合，利用热解反应产生的热解油或木焦

19、油作为黏结剂，有利于提高反应产生的热解油或木焦油作为黏结剂，有利于提高粒子间的黏聚作用，提高成型燃料的品位和热值。粒子间的黏聚作用，提高成型燃料的品位和热值。二、生物质压缩成型的工艺流程生物质收集生物质收集工厂化加工主要涉及的问题：工厂化加工主要涉及的问题：加工厂的服务半径；加工厂的服务半径；农户供给加工厂的原料的形式；农户供给加工厂的原料的形式；原料状况。原料状况。物料粉碎物料粉碎木块、树皮、植物秸杆等尺寸较大的原料要时行粉碎，木块、树皮、植物秸杆等尺寸较大的原料要时行粉碎，粉碎作业尽量在粉碎机上完成；粉碎作业尽量在粉碎机上完成；锯末、稻壳等只需清除尺寸较大的异物，无需粉碎。锯末、稻壳等只需

20、清除尺寸较大的异物，无需粉碎。对颗粒成型燃料，一般需要将对颗粒成型燃料，一般需要将90%左右的原料粉碎到左右的原料粉碎到2mm以下，必要时原料需进行二次甚至三次粉碎。以下，必要时原料需进行二次甚至三次粉碎。常用粉碎机械：锤片式粉碎机。常用粉碎机械：锤片式粉碎机。干燥干燥干燥处理的原因：干燥处理的原因：水分含量超过经验值上限时，加工过程中当温度升高水分含量超过经验值上限时，加工过程中当温度升高时，体积突然膨胀，易发生爆炸造成事故；水分含量时，体积突然膨胀，易发生爆炸造成事故；水分含量过低时，会使范德华力降低，物料难以成型。过低时，会使范德华力降低，物料难以成型。物料湿度一般要求在物料湿度一般要求

21、在1015%之间，间歇式或低速压之间，间歇式或低速压缩工艺中可适当放宽。缩工艺中可适当放宽。常用干燥机有回转圆筒干燥机、立式气流干燥机。常用干燥机有回转圆筒干燥机、立式气流干燥机。出料口出料口排湿口排湿口驱动装置驱动装置干燥筒干燥筒进料口进料口热风炉热风炉回转圆筒干燥机：回转圆筒干燥机：构造：构造：优点：优点：生产能力大，运行可靠，操作容易，适应性强，流体生产能力大，运行可靠，操作容易，适应性强，流体阻力小，动力消耗低。阻力小，动力消耗低。缺点：缺点：设备复杂，体积庞大，一次性投资高，占地面积大。设备复杂，体积庞大，一次性投资高，占地面积大。干燥过程：干燥过程：原料进入干燥筒；原料进入干燥筒；

22、干燥筒作低速回转运动。干燥筒向出口方向下倾干燥筒作低速回转运动。干燥筒向出口方向下倾2 21010，并在筒内安装有抄，并在筒内安装有抄板。板。物料在随干燥筒回转时被抄起后落下，由热风发生炉产生的热风加热干燥；物料在随干燥筒回转时被抄起后落下，由热风发生炉产生的热风加热干燥；由于干燥筒的倾斜及回转作用，原料被移送到出料口排出机外。由于干燥筒的倾斜及回转作用，原料被移送到出料口排出机外。干燥筒内操作方式：干燥筒内操作方式：逆流操作逆流操作干燥器内传热与传质推动力比较均匀，适干燥器内传热与传质推动力比较均匀，适用于不允许快速干燥的热敏性物料。干燥处理后物料用于不允许快速干燥的热敏性物料。干燥处理后物

23、料含水率较低。含水率较低。顺流操作顺流操作适用于原料含水量较高，允许干燥速度快，适用于原料含水量较高，允许干燥速度快，在干燥过程中不分解，能耐高温的非热敏性物料。在干燥过程中不分解，能耐高温的非热敏性物料。上干燥管下干燥管分离器热风炉加料口出料口抽风机立式气流立式气流干燥设备：干燥设备：构造：构造：特点：特点：原料在气流中分散性好，故原料在气流中分散性好，故干燥有效面积干燥有效面积大，干燥强大，干燥强度高，生产能力大，从而干燥时间大大缩短；度高，生产能力大，从而干燥时间大大缩短；干燥过程中采用顺流操作，入口处气温高而原料温度干燥过程中采用顺流操作，入口处气温高而原料温度大，能充分利用气体的热能

24、，故热效率高；大，能充分利用气体的热能，故热效率高；设备简单，占地面积小，一次性投资少，可同时完成设备简单，占地面积小，一次性投资少，可同时完成输送作业，工艺流程简化，便于实现自动化作业。输送作业，工艺流程简化，便于实现自动化作业。干燥过程：干燥过程：热风发生炉产生的热风在抽风机作用下被吸入干燥管热风发生炉产生的热风在抽风机作用下被吸入干燥管道内；道内；同时，被干燥的原料由加料口加入与热风汇合，二者同时，被干燥的原料由加料口加入与热风汇合，二者在干燥管内充分混合并向前流动，完成干燥过程。在干燥管内充分混合并向前流动，完成干燥过程。干燥后的物料被吸入离心分离器分离，然后从出料口干燥后的物料被吸入

25、离心分离器分离，然后从出料口排出。排出。湿空气被风机抽出排放。湿空气被风机抽出排放。预压缩预压缩为提高生产率，在推进器进刀前先把松散的物料预压为提高生产率，在推进器进刀前先把松散的物料预压一下，然后再推入成型模具。多采用螺旋推进器、液一下，然后再推入成型模具。多采用螺旋推进器、液压推进器。压推进器。压缩压缩F1机器主推力，机器主推力，F2摩擦力，摩擦力，F3模具壁的向心反作用压力，模具壁的向心反作用压力，模具内壁的倾斜夹角。模具内壁的倾斜夹角。影响影响F1大小的是大小的是F2和料块的密度、直径等，和料块的密度、直径等，影响影响F2大小的是大小的是和模具的温度。和模具的温度。是成型模设计的关键因

26、素，它随着料块的直径、密度、原料是成型模设计的关键因素，它随着料块的直径、密度、原料类型而有不同的要求。类型而有不同的要求。 的确定需要经过试验，一般从的确定需要经过试验，一般从3开开始，用插入法进行调试。始，用插入法进行调试。模具设计有内模和外模，外模是不变的，内模可以调换。模具设计有内模和外模，外模是不变的，内模可以调换。加热加热棒形成型机的加热温度一般在棒形成型机的加热温度一般在150300之间；之间；颗粒成型机没有外热源加热，但成型过程中原料与机器工颗粒成型机没有外热源加热，但成型过程中原料与机器工作部件之间的摩擦作用可将原料加热到作部件之间的摩擦作用可将原料加热到100左右。左右。加

27、热方式：加热方式：电阻丝加热、导热油加热电阻丝加热、导热油加热。应先预热后开机。应先预热后开机。也可加大成型模内壁的夹角，利用挤压过程中产生也可加大成型模内壁的夹角，利用挤压过程中产生摩擦热摩擦热加热加热。但动力消耗大，螺旋头和模具磨损加剧，一般。但动力消耗大，螺旋头和模具磨损加剧，一般3050h就得更换螺旋头。就得更换螺旋头。添加黏结剂添加黏结剂目的：目的：增加压块的热值，同时增大黏结力。增加压块的热值，同时增大黏结力。方法：加入方法：加入10%20%的煤粉或炭粉。的煤粉或炭粉。注意事项：添加要均匀，避免因相对密度不同造成不均注意事项：添加要均匀，避免因相对密度不同造成不均匀聚结；匀聚结；纯

28、增加黏结力，减少动力输入。纯增加黏结力，减少动力输入。要求：生物质颗粒尺寸要小，便于黏结剂均匀接触。一要求：生物质颗粒尺寸要小，便于黏结剂均匀接触。一般在预压前输送的过程中添加，以便于搅拌。般在预压前输送的过程中添加，以便于搅拌。保型保型目的：目的：使已成型的生物质棒消除部分应力，使料块形状固定下来。使已成型的生物质棒消除部分应力，使料块形状固定下来。方法：方法：在生物质成型后的那段套筒内进行。此段套筒内径略大于压缩成型在生物质成型后的那段套筒内进行。此段套筒内径略大于压缩成型的最小部位直径，成型料进入后适量膨胀，消除部分应力。保型套的最小部位直径，成型料进入后适量膨胀，消除部分应力。保型套筒

29、端部有开口，用以调整保型套筒的保型能力。筒端部有开口，用以调整保型套筒的保型能力。保型筒直径的影响：保型筒直径的影响：若保型筒直径过大，生物质会迅速膨胀，容易产生裂纹；若保型筒直径过大，生物质会迅速膨胀，容易产生裂纹；直径过小，应力得不到消除，出品后会因温度突然下降发生崩裂或直径过小，应力得不到消除，出品后会因温度突然下降发生崩裂或粉碎。粉碎。三、生物质压缩成型的工艺类型三、生物质压缩成型的工艺类型热压缩成型技术热压缩成型技术冷压缩成型技术冷压缩成型技术炭化成型技术炭化成型技术湿压成湿压成型型热压成热压成型型炭化成型炭化成型干燥干燥不炭化不炭化炭化炭化低密度低密度成型块成型块生物质生物质成型块

30、成型块成型炭成型炭块块挤压成挤压成型型生物质压缩成型的工艺形式生物质压缩成型的工艺形式生物生物质燃质燃料料“热压缩热压缩”颗粒成型技术颗粒成型技术定义：是把粉碎后的生物质在定义：是把粉碎后的生物质在220280高温及高压高温及高压下压缩成下压缩成1 t/m3左右的高密度成型燃料。左右的高密度成型燃料。“热压缩热压缩”技术的工艺由粉碎、干燥、加热、压缩、技术的工艺由粉碎、干燥、加热、压缩、冷却过程组成。对成型前粉料含水率有严格要求，必冷却过程组成。对成型前粉料含水率有严格要求，必须控制在须控制在8% 12%。“冷压缩冷压缩”颗粒成型技术颗粒成型技术也称湿压成型工艺技术。对原料含水率要求不高。也称

31、湿压成型工艺技术。对原料含水率要求不高。其成型机理是在常温下，通过特殊的挤压方式，使粉其成型机理是在常温下，通过特殊的挤压方式，使粉碎的生物质纤维结构互相镶嵌包裹而形成颗粒。碎的生物质纤维结构互相镶嵌包裹而形成颗粒。因为颗粒成型机理的不同，因为颗粒成型机理的不同，“冷压缩冷压缩”技术的工艺只技术的工艺只需粉碎和压缩需粉碎和压缩2个环节。个环节。特点：特点：“冷压缩冷压缩”技术与技术与“热压缩热压缩”技术相比，具原料适用技术相比，具原料适用性广，设备系统简单、体积小、重量轻、价格低、可性广，设备系统简单、体积小、重量轻、价格低、可移动性强，颗粒成型能耗低、成本低等优点。移动性强，颗粒成型能耗低、

32、成本低等优点。炭化成型技术炭化成型技术根据工艺流程分为两类：先成型后炭化、先炭化根据工艺流程分为两类：先成型后炭化、先炭化后成型后成型先成型后炭化：先用压缩成型机将生物质物料压先成型后炭化：先用压缩成型机将生物质物料压缩成具有一定密度和形状的棒料，然后在炭化炉缩成具有一定密度和形状的棒料，然后在炭化炉内炭化成为木炭。内炭化成为木炭。先炭化后成型：先将生物质原料炭化或部分炭化，然先炭化后成型：先将生物质原料炭化或部分炭化，然后加入一定量的黏结剂压缩成型。后加入一定量的黏结剂压缩成型。特点：特点：炭化过程高分子组分受热裂解转化成炭，并释放出挥发炭化过程高分子组分受热裂解转化成炭，并释放出挥发分，其

33、挤压加工性能得到改善，功率消耗也明显下降。分，其挤压加工性能得到改善，功率消耗也明显下降。炭化后的原料在挤压成型后维持既定形状能力较差，故炭化后的原料在挤压成型后维持既定形状能力较差，故成型时一般都要加入一定量黏结剂。成型时一般都要加入一定量黏结剂。四、生物质成型影响因素四、生物质成型影响因素成型压力成型压力原料含水率原料含水率原料颗粒度原料颗粒度原料的种类原料的种类温度温度黏结剂黏结剂成型压力成型压力压力作用：压力作用：破坏原生物质的物相结构，组成新的物相结构；破坏原生物质的物相结构，组成新的物相结构；加强分子间的凝聚力，提高成型体的强度和刚度；加强分子间的凝聚力，提高成型体的强度和刚度；为

34、生物质在模具成型提供必要的动力。为生物质在模具成型提供必要的动力。当压力较小时，密度随压力增加而增加的幅度较大，当压力较小时，密度随压力增加而增加的幅度较大，当压力增加到一定值以后，成型物密度的增加就变得当压力增加到一定值以后，成型物密度的增加就变得缓慢。缓慢。成型压力与模具的形状尺寸有密切的关系。成型压力与模具的形状尺寸有密切的关系。原料含水率原料含水率水分过高时，加热过程中产生的蒸汽不能顺利地从燃水分过高时，加热过程中产生的蒸汽不能顺利地从燃料中心孔排出，造成表面开裂，严重时会伴有爆鸣。料中心孔排出，造成表面开裂，严重时会伴有爆鸣。若过低，成型很困难，因为微量水分对木质素的软化、若过低，成

35、型很困难，因为微量水分对木质素的软化、塑化有促进作用。塑化有促进作用。对于颗粒成型燃料，一般要求原料的含水率在对于颗粒成型燃料，一般要求原料的含水率在15% 25%；对于棒状成型燃料，则要求原料的含水率不大；对于棒状成型燃料，则要求原料的含水率不大于于10%。原料颗粒度原料颗粒度在相同的压力及实验条件下，原料粒径越小，越易成在相同的压力及实验条件下，原料粒径越小，越易成型。型。当成型方式已定，原料粒度应不大于成型料尺寸。当成型方式已定，原料粒度应不大于成型料尺寸。如：对于直径如：对于直径6mm的颗粒燃料，其原料粒度应小于的颗粒燃料，其原料粒度应小于5 。原料粒度还影响成型机的效率及成型物的质量

36、。原料粒度还影响成型机的效率及成型物的质量。原料粒度较大时，能耗大，产量小。原料粒度形态原料粒度较大时，能耗大，产量小。原料粒度形态差异较大时，成型物表面易产生裂纹。差异较大时，成型物表面易产生裂纹。但对有些成型方式，如冲压成型时，要求原料有较但对有些成型方式，如冲压成型时，要求原料有较大的尺寸或较长的纤维。大的尺寸或较长的纤维。原料的种类原料的种类不同种类原料的压缩成型特性差异很大。不同种类原料的压缩成型特性差异很大。原料种类不但影响成型质量，且影响成型机的产量及动力原料种类不但影响成型质量，且影响成型机的产量及动力消耗。消耗。在不加热条件下，木材废料一般较难压缩，而纤维状植物在不加热条件下

37、，木材废料一般较难压缩，而纤维状植物秸秆和树皮等容易压缩。但在加热条件下，木材废料反而秸秆和树皮等容易压缩。但在加热条件下，木材废料反而容易成型，而植物秸秆和树皮等不易成型。容易成型，而植物秸秆和树皮等不易成型。思考一下原因？思考一下原因？温度温度影响原料成型，而且影响成型机的工作效率。一般到影响原料成型，而且影响成型机的工作效率。一般到控制在控制在150 300 ，可根据原料形态进行调整。，可根据原料形态进行调整。加热的作用：加热的作用：使原料中含有的木质素软化，起到粘结剂的作用，使原料中含有的木质素软化，起到粘结剂的作用，使原料本身变软，变得容易压缩。使原料本身变软，变得容易压缩。加热温度

38、过低，不但原料不能成型，而且功耗增加；加热温度过低，不但原料不能成型，而且功耗增加；加热温度过高，电机功耗减小，但成型压力变小，加热温度过高，电机功耗减小，但成型压力变小，颗粒挤压不实，密度变小，容易断裂破损。且燃料表颗粒挤压不实，密度变小，容易断裂破损。且燃料表面过热，容易烧焦，烟气较大。面过热，容易烧焦，烟气较大。黏结剂黏结剂要求：必须能够保证成型炭块具有足够的强度和要求：必须能够保证成型炭块具有足够的强度和抗潮解性，而且在燃烧时不产生烟尘和异味，最抗潮解性，而且在燃烧时不产生烟尘和异味，最好黏结剂本身能够燃烧。好黏结剂本身能够燃烧。常用的黏结剂常用的黏结剂无机黏结剂：水泥、黏土、水玻璃等

39、；无机黏结剂：水泥、黏土、水玻璃等；有机黏结剂：焦油、沥青、树脂、淀粉等；有机黏结剂：焦油、沥青、树脂、淀粉等；纤维类黏结剂：废纸浆、水解纤维等；纤维类黏结剂：废纸浆、水解纤维等；四、 生物质压缩成型技术与设备机械驱动活塞压缩机机械驱动活塞压缩机液压驱动活塞压缩机液压驱动活塞压缩机双螺杆挤压机双螺杆挤压机单螺杆挤压机单螺杆挤压机加热螺旋挤压机加热螺旋挤压机螺旋挤压成型技术螺旋挤压成型技术活塞冲压成型技术活塞冲压成型技术压辊式成型技术压辊式成型技术压辊成型机压辊成型机（一） 螺旋挤压成型技术（一）螺旋挤压机类型双螺杆挤压机单螺杆挤压机加热螺旋挤压机大型机：纯压缩型锥形螺杆压缩机、双螺杆压缩机小型

40、机： 外部加热成型螺旋挤压机双螺杆挤压机：双螺杆挤压机：特点：特点：对原料的预处理要求不严，原料粒度在对原料的预处理要求不严，原料粒度在3080mm之间，之间，水分含量可高达水分含量可高达30%。物料干燥由机械压缩来完成。需大型的电机，能耗较高；物料干燥由机械压缩来完成。需大型的电机，能耗较高；推力轴承、密封装置、齿轮传动装置需维护保养，成本增推力轴承、密封装置、齿轮传动装置需维护保养，成本增加。加。单螺杆挤压机：单螺杆挤压机：生物质原料被旋转的生物质原料被旋转的锥形螺杆锥形螺杆压入压缩室，压入压缩室，然后被螺杆挤压头挤然后被螺杆挤压头挤入模具。入模具。特点：特点：螺旋头和模具磨损严重，寿命短

41、（如花生壳原料螺旋头和模具磨损严重，寿命短（如花生壳原料100h，稻壳稻壳300h），需采用硬质合金，维修费用高。），需采用硬质合金，维修费用高。加热螺旋挤压机加热螺旋挤压机在螺旋压缩机压缩成型在螺旋压缩机压缩成型筒外设置一加热装置，筒外设置一加热装置，使筒温保持在使筒温保持在220280，生物质中的木，生物质中的木素受热塑化后具有粘性，素受热塑化后具有粘性，降低螺旋压缩成型设备降低螺旋压缩成型设备从而的功耗。从而的功耗。制制 棒棒 机机（二） 活塞冲压成型技术(一一)活塞冲压原理：活塞冲压原理：活塞后退活塞后退时，粉碎的生物质原料从入料口进入套筒，时，粉碎的生物质原料从入料口进入套筒，活塞前

42、进活塞前进时把原时把原料压紧到减缩的锥形模具内成型。料压紧到减缩的锥形模具内成型。在压缩过程中由于在压缩过程中由于摩擦生热摩擦生热作用，生物质会被加热，使生物质中的木作用，生物质会被加热，使生物质中的木质素软化起黏结作用；质素软化起黏结作用；也可采用对也可采用对模具模具外部加热外部加热的方式增强木质素的黏结作用。的方式增强木质素的黏结作用。活塞冲压的特点活塞冲压的特点优点：优点：与螺旋挤压相比，改变了成型部件与原料的作用方式，冲与螺旋挤压相比，改变了成型部件与原料的作用方式，冲头与生物质原料间没有相对滑动，故磨损小，成型部件使头与生物质原料间没有相对滑动，故磨损小，成型部件使用寿命大幅度提高，

43、单位产品能耗降低。用寿命大幅度提高，单位产品能耗降低。缺点：缺点：但作用时为间断式冲击，有不平衡现象，产品不适宜炭化。但作用时为间断式冲击，有不平衡现象，产品不适宜炭化。(1)机械驱动活塞压缩机械驱动活塞压缩依靠存储于飞轮中的转动动能，通过曲柄连杆机依靠存储于飞轮中的转动动能，通过曲柄连杆机构带动活塞做高速往复运动，压缩成型原料。构带动活塞做高速往复运动，压缩成型原料。生产能力大，产品密度大，但其设备庞大，震动生产能力大，产品密度大，但其设备庞大，震动强烈而且噪音剧烈。强烈而且噪音剧烈。(2) 液压驱动活塞压缩装置液压驱动活塞压缩装置利用液压油缸所提供的压力，带动活塞冲压生物质利用液压油缸所提供的压力，带动活塞冲压生物质成型。成型。运行稳定性得到极大提高，产生的噪音也很小，明运行稳定性得到极大提高，产生的噪音也很小，明显改善了操作环境。显改善了操作环境。根据液压驱动方式，液压驱动式成型机分为根据液压驱动方式，液压驱动式成型机分为单向驱单向驱动动和和双向驱动双向驱动。（三） 压辊式成型技术成型模具直径较小，而且每一个压模盘片上有很多成型模具直径较小，而且每一个压模盘片上有很多成型孔，主要用于生产成型孔，主要用于生产颗