生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究

1、生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)摘要：生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)與利用關(guān)系到可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略，它是一種清潔的可再生能源，有助于改善生態(tài)環(huán)境、緩解世界能源供應(yīng)緊缺的現(xiàn)狀。生物質(zhì)固化成型技術(shù)將生物質(zhì)物料加工成高品位、低污染、高燃燒率、高潔凈的成型產(chǎn)品，這是一種利用生物質(zhì)能源的高效途徑，是代替化石能源的一種有效方法。本文主要對(duì)生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀、成型機(jī)理、成型工藝及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了論述?？偨Y(jié)了成型技術(shù)在推廣應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題,并提出了相應(yīng)的解決措施。并針對(duì)中國(guó)的國(guó)情，提出了發(fā)展生物質(zhì)成型燃料的途徑和方法，以便充分、有效地利用農(nóng)林剩余物等生物質(zhì)資源。關(guān)鍵詞：生物質(zhì) 壓縮成型 成型機(jī)理

2、 成型機(jī)Research of biomass compression molding technology Changchun university of technology WenqiangdiAbstract: Development and utilization of biomass energy related to all important strategy for sustainable developrnent.The ecological environment is improved; the shortage of world energy supply is al

3、leviatedBiomass densification technology is that the materials are processed into high grade,low pollution,high burning rate and high cleanliness molded products.This is an efficient way to use biomass energy, is an effective way to replace fossil fuels. This paper mainly on biomass compression mold

4、ing technology development history, present research situation, forming mechanism, the forming process and related equipment are discussed. Summarized the main problems existing in the application of molding technology and puts forward relevant solving measures. Key words: Biomass; Compression Moldi

5、ng; Briquetting mechanism; Briquetting Press 0.引言化石能源在為人類社會(huì)的發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也對(duì)地球的生態(tài)環(huán)境造成巨大危害，如臭氧層破壞、溫室效應(yīng)、酸雨、粉塵污染等。隨著化石能源逐漸走向枯竭，為了實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，尋找可替代的新型能源日益受到世界各國(guó)的重視。生物質(zhì)能源作為一種清潔能源，有著良好的發(fā)展前景。生物質(zhì)能是僅次于石油、天然氣和煤，居世界能源消費(fèi)總量第四位的能源，其實(shí)質(zhì)是以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的太陽(yáng)能，是唯一能以固態(tài)形式存在的可再生能源，具有清潔環(huán)保、碳中性(C02排放為零)、含S低、來(lái)源廣等特點(diǎn)。我國(guó)是生物質(zhì)資源大國(guó)，全國(guó)農(nóng)作

6、物秸稈年產(chǎn)8億噸，林業(yè)廢棄物年產(chǎn)810億噸,工業(yè)生物質(zhì)廢棄物年產(chǎn)2億噸以上，開(kāi)發(fā)潛力巨大。據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年，中國(guó)可利用的生物質(zhì)能可相當(dāng)于15億噸標(biāo)煤。充分開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義，對(duì)于緩解“能源危機(jī)"與全球環(huán)境問(wèn)題具有不可估量的作用。我國(guó)十分重視生物質(zhì)能的發(fā)展，在國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要中，將生物質(zhì)能作為能源領(lǐng)域前沿技術(shù)之一重點(diǎn)開(kāi)發(fā)；在發(fā)改委頒布的可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃中，把生物質(zhì)列入“能源與節(jié)能規(guī)劃”的優(yōu)先發(fā)展內(nèi)容，規(guī)劃明確規(guī)定，到2020年生物質(zhì)固體燃料要達(dá)到5000萬(wàn)噸，代替3000萬(wàn)噸標(biāo)煤，生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)3000萬(wàn)千瓦。但是，作為一種散拋

7、型低容重的能源存在形式，生物質(zhì)能源具有資源分散、能量密度低、容重小、儲(chǔ)運(yùn)不方便等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約了生物質(zhì)能的大規(guī)模應(yīng)用。所以生物質(zhì)高品位轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究便成為人們開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能的重點(diǎn)。而近年來(lái)對(duì)生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的改進(jìn)創(chuàng)新發(fā)展，為高效利用農(nóng)林廢棄物、農(nóng)作物秸稈等重新提供了一條途徑。 生物質(zhì)壓縮成型就是將生物質(zhì)廢棄物，用機(jī)械加壓的方法，使原來(lái)松散、無(wú)定形的原料壓縮成具有一定形狀、密度較大的固體成型燃料。生物質(zhì)在經(jīng)過(guò)壓縮成型之后，其密度、強(qiáng)度和燃燒性能都有了本質(zhì)的改善，大大提高了生物質(zhì)作為燃料的品質(zhì)。可以在生活用能、飲食服務(wù)業(yè)、生物質(zhì)發(fā)電等得到高效清潔應(yīng)用。1. 國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)成型技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1.1

8、國(guó)外生物質(zhì)成型技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀最早的固化成型技術(shù)要追溯到19世紀(jì)下半葉，英國(guó)一家機(jī)械工程研究所用泥煤為原料，經(jīng)過(guò)擠壓成型得到成型燃料，這就被認(rèn)為是成型機(jī)的最初原形；1945年日本設(shè)計(jì)出了帶有加熱的模具和漸縮的長(zhǎng)桿軸的螺桿擠壓成型機(jī)，主要是生產(chǎn)棒狀的成型燃料，已經(jīng)推廣到了中國(guó)的臺(tái)灣、泰國(guó)、乃至美國(guó)和歐洲，在1983年前后日本又從國(guó)處引進(jìn)了顆粒成型燃料技術(shù)，到1987年，在日本已有十幾家成型燃料工廠投入運(yùn)行。烏克蘭生物質(zhì)能研究所在生物質(zhì)固化成型技術(shù)的研究水平處于世界先進(jìn)行列，其生物質(zhì)成型技術(shù)打破了傳統(tǒng)成型技術(shù)需進(jìn)行加熱的瓶頸，開(kāi)發(fā)低能耗的生物質(zhì)冷成型設(shè)備，并已經(jīng)在烏克蘭國(guó)內(nèi)進(jìn)入商業(yè)領(lǐng)域，取得了很好的經(jīng)

9、濟(jì)和環(huán)境效益。2002年意大利研究出了新型生物質(zhì)顆粒生產(chǎn)系統(tǒng)ETS，它對(duì)物料含水率要求比較低，物料不需要通過(guò)干燥就可以直接制粒，并且擠壓出來(lái)的生物質(zhì)顆粒無(wú)須冷卻就可以直接進(jìn)行包裝，省去干燥和冷卻2道工序，可見(jiàn)，ETS不僅可以提高生產(chǎn)效率，降低能耗，還降低總的生產(chǎn)成本。芬蘭是在1998年開(kāi)始生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料的，目前已經(jīng)發(fā)展到十多個(gè)生產(chǎn)廠家，每年可以生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒24萬(wàn)噸以上，主要供國(guó)內(nèi)使用；丹麥、瑞典、德國(guó)、俄羅斯和印度等國(guó)家也不斷的發(fā)展生物質(zhì)固化成型技術(shù)，并且每年生產(chǎn)的生物質(zhì)顆粒也有幾十萬(wàn)噸。德國(guó)RWE Innogy公司于2010年1月21日宣布，在美國(guó)喬治亞州南部建設(shè)一個(gè)世界上最大的生物質(zhì)

10、顆粒燃料工廠，該工廠年生產(chǎn)能力可達(dá)到75萬(wàn)噸，使其成為世界上最大和最現(xiàn)代化的生物質(zhì)顆粒工廠，此項(xiàng)目還與瑞典生物質(zhì)制造解決方案開(kāi)發(fā)專BWC MaIlagement AB公司進(jìn)行的合作，項(xiàng)目總投資為1.2億歐元，該工廠制造的生物質(zhì)顆粒初期將用于荷蘭Amer現(xiàn)有的電廠燃燒使用，該電廠現(xiàn)在已經(jīng)采用固體生物質(zhì)顆粒燃料，主要是木質(zhì)顆粒替代了30的硬煤，并計(jì)劃使混燒比例提高到50。在未來(lái)幾年內(nèi)，荷蘭、德國(guó)、意大利和英國(guó)等常規(guī)發(fā)電廠也將使用固體生物質(zhì)顆粒燃料，向純生物質(zhì)發(fā)電廠拓展口?？梢?jiàn)國(guó)外生物質(zhì)能源的利用主要是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電力或清潔的燃料，如生物質(zhì)顆粒、乙醇、油、氫氣等。瑞典也是一個(gè)能源需求大國(guó)，這推動(dòng)了

11、瑞典開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源的腳步。近30年來(lái)，生物質(zhì)固化成型技術(shù)在瑞典已經(jīng)日趨成熟，2004年，瑞典一年生物質(zhì)燃料的使用量達(dá)到120萬(wàn)噸，占總能源比例的17%，達(dá)到 1100×108kW·h，不僅解決了有害氣體超標(biāo)的問(wèn)題，還解決了 20%集中供熱。日本于20世紀(jì)50年代從國(guó)外引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)后進(jìn)行了改進(jìn)，并形成了日本壓縮固體成型燃料的工業(yè)體系從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，日本對(duì)生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)進(jìn)行了探討，對(duì)壓縮過(guò)程中的動(dòng)力消耗、壓模的結(jié)構(gòu)與尺寸、壓縮燃料的含水率、壓縮時(shí)的溫度和壓力以及原料的顆粒大小等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)一步改進(jìn)了生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)，使之更趨于實(shí)用化。1984年日本的生物

12、質(zhì)成型燃料生產(chǎn)廠達(dá)到172家，生產(chǎn)總量達(dá)2.6×105t。1985年日本平均每戶家庭消耗成型燃料達(dá)750kg。美國(guó)和日本是最早關(guān)注生物質(zhì)致密成型技術(shù)的國(guó)家，并在成型機(jī)研發(fā)領(lǐng)域投入了大量人力物力。早在20世紀(jì)30年代，美國(guó)就研發(fā)出了螺旋式成型機(jī)，可將刨花、木屑等木質(zhì)原料在溫度80-350、壓力100MPa的條件下壓制成密度為l-1.2 gcm3的棒狀燃料，同時(shí)期的日本也開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)研究，并于1954年成功研制出機(jī)械活塞式棒狀燃料成型機(jī)。20世紀(jì)70年代，美國(guó)又成功開(kāi)發(fā)出了內(nèi)壓滾筒式顆粒成型機(jī)并被引入日本。此后，美國(guó)密蘇里大學(xué)哥倫比亞分校的囊體管道系統(tǒng)研究中心先后研發(fā)了30t、500t規(guī)

13、模的旋轉(zhuǎn)環(huán)模壓塊機(jī)，以及250t規(guī)模的對(duì)輥壓塊成型機(jī)。自2000年開(kāi)始，美國(guó)先后通過(guò)了生物質(zhì)研究法、能源政策法案、能源法案等法律法規(guī)，提出要大力發(fā)展生物質(zhì)能源和生物質(zhì)技術(shù)。美國(guó)、日本、歐洲國(guó)家的生物質(zhì)固體成型燃料產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化階段，并相應(yīng)開(kāi)發(fā)了專用的爐具，泰國(guó)、印度、越南、菲律賓等國(guó)家也建成了一些生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)廠，年生產(chǎn)能力過(guò)到了170多萬(wàn)噸，逐漸進(jìn)入了規(guī)?；a(chǎn)階段。1.2國(guó)內(nèi)生物質(zhì)成型技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀相對(duì)而言，我國(guó)在這方面的研發(fā)和生產(chǎn)起步較晚。我國(guó)從20世紀(jì)80年代起開(kāi)始致力于生物質(zhì)致密成型技術(shù)的研究。1985年，湖南衡陽(yáng)糧食機(jī)械廠仿制了第一臺(tái)ZT-63型生物質(zhì)壓縮成型機(jī)，1986年，

14、江蘇連云港市東海糧食機(jī)械廠引進(jìn)了OBM.88型棒狀成型機(jī)。1990年，中國(guó)林業(yè)科學(xué)院林產(chǎn)化工所在研究生物質(zhì)擠壓成型機(jī)理的基礎(chǔ)上，研制成功了螺旋擠壓式棒狀燃料成型機(jī)，隨后陜西武功輕功機(jī)械廠、河南鞏義包裝設(shè)備廠等多家單位相繼研制和生產(chǎn)了幾種不同的生物質(zhì)螺旋擠壓成型設(shè)備。1998年江蘇正昌糧機(jī)集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)了內(nèi)壓環(huán)模式顆粒成型機(jī)，其生產(chǎn)能力為250300kg/h，老萬(wàn)生物質(zhì)能科技有限公司的董事長(zhǎng)從2000年就開(kāi)始研發(fā)農(nóng)作物秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料及其燃燒供暖設(shè)備，目前主要生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料和各種用于燃燒顆粒燃料的燃燒器具，有暖風(fēng)壁爐、水暖爐、炊事?tīng)t等系列爐具，這些爐具的熱效率可達(dá)86.07%，各項(xiàng)排放指標(biāo)

15、均達(dá)到了國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和歐洲現(xiàn)行的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所于1998年研制成功了生物質(zhì)顆粒燃料成型制造機(jī)，該機(jī)由旋風(fēng)干燥裝置、木質(zhì)素加熱軟化裝置和顆粒成型裝置三大部分組成，總裝機(jī)功率29kW，其中旋風(fēng)干燥5kW、木質(zhì)素加熱軟化7kW、顆粒擠壓成型17kW。2004年，清華大學(xué)清潔能源研究與教育中心通過(guò)對(duì)具有纖維結(jié)構(gòu)生物質(zhì)材料的研究和分析，研制出了另一種常溫成型顆粒燃料生產(chǎn)設(shè)備，原料在自然干燥含水率狀態(tài)下被粉碎成細(xì)小顆?；蚶w維狀，然后放入機(jī)器中便可制成顆粒狀燃料，生產(chǎn)率可達(dá)到600kg/h，能耗低于國(guó)外同類設(shè)備的能耗，顆粒成型燃料產(chǎn)品的強(qiáng)度、熱值均大于國(guó)外同類產(chǎn)品。該項(xiàng)技術(shù)已

16、在北京的密云和懷柔等地推廣應(yīng)用。2005年，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部可再生能源實(shí)驗(yàn)室研制出一種新的螺旋擠壓式成型機(jī)第四代HPB-IV型液壓驅(qū)動(dòng)式雙杠活塞式秸稈成型機(jī)，它基本上解決了螺旋擠壓式成型機(jī)存在的問(wèn)題。2006年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的HPB-型液壓驅(qū)動(dòng)活塞式成型機(jī)和遼寧省能源研究所研制的BIO-37型制粒設(shè)備，其技術(shù)水準(zhǔn)已到達(dá)國(guó)家先進(jìn)水準(zhǔn)。2009年，北京林業(yè)大學(xué)俞國(guó)勝教授開(kāi)發(fā)了一種液力雙向擠壓的常溫成型機(jī)，并得出了生物質(zhì)常溫壓縮成型的機(jī)理?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整設(shè)備的液壓系統(tǒng)的壓力，控制成型塊的密度，一般適當(dāng)增大系統(tǒng)的壓力，也就增大了對(duì)生物質(zhì)的壓縮力，成型塊的密度也就相應(yīng)增大。既能滿足加工生物質(zhì)成型燃料的

17、要求，又可以滿足所需飼料的要求，成型塊密度最大可達(dá)到1.2g/cm3，并以投入生產(chǎn)使用。2009年5月我國(guó)首座內(nèi)蒙古毛烏素林木生物質(zhì)熱電廠自2008 年11月并網(wǎng)以來(lái)發(fā)電量達(dá)6000萬(wàn)度，目前年產(chǎn)電量已達(dá)1.1億度。2011年3月中科院與內(nèi)蒙古自治區(qū)合作建立了鄂爾多斯市東勝區(qū)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)研究所，主要針對(duì)內(nèi)蒙地區(qū)打造新能源、清潔能源。國(guó)內(nèi)生物質(zhì)固化成型技術(shù)整體起步較晚，在設(shè)備方面還存在運(yùn)行不穩(wěn)定、關(guān)鍵零部件損耗大等缺點(diǎn)，還有很多需要我們深入研究探索、開(kāi)發(fā)試驗(yàn)的內(nèi)容。另外現(xiàn)有的很多設(shè)備都是學(xué)習(xí)國(guó)外設(shè)備的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)研制出來(lái)的，跟中國(guó)人均耕地的國(guó)情不能完全符合，因此在設(shè)備的改進(jìn)上應(yīng)該盡量滿足現(xiàn)在

18、中國(guó)的國(guó)情。要想大力發(fā)展推廣生物質(zhì)固化成型技術(shù)，還需要政府在資金、管理等各方面的支持。2.生物質(zhì)壓縮成型的機(jī)理生物質(zhì)壓縮燃料，是以稻草、秸稈、木屑、樹(shù)皮等農(nóng)林剩余物為原料，在高壓加熱條件下，壓縮成顆粒狀、棒狀、塊狀等質(zhì)地堅(jiān)實(shí)的成型物，可作為工業(yè)鍋爐、民用爐灶、家庭取暖爐以及農(nóng)業(yè)暖房的燃料。雖然不同的植物其組成成分不同，但纖維素、半纖維素和木質(zhì)素是植物體的主要成分，一般占植物體成分的2/3以上。木質(zhì)素屬非晶體，在常溫下木質(zhì)素主要部分不溶于任何有機(jī)溶劑，沒(méi)有熔點(diǎn)但有軟化點(diǎn)。當(dāng)溫度達(dá)7O-l10左右時(shí)，軟化粘合力開(kāi)始增加；在200-300時(shí)，軟化程度加劇而達(dá)到液化，此時(shí)加以一定壓力，可使其與纖維素緊

19、密粘接，同時(shí)與鄰近的秸稈顆?；ハ嘟唤?。稻草秸稈植物細(xì)胞中含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，自然密度小，通常為0.030.05。當(dāng)達(dá)到一定的溫度并加 以適當(dāng)壓力，可不用任何粘接劑，可使它與纖維素緊密黏結(jié)，使體積減少，密度增加，取消外力后，由于非彈性纖維分子間的相互纏繞，使其仍能保持給定形狀，冷卻后強(qiáng)度進(jìn)一步增加，成為成型燃料。所有的植物中都含有木質(zhì)素，但是每種植物木質(zhì)素的含量、組成以及結(jié)構(gòu)都各不相同。如在闊葉木、針葉木中木素含量為27% 32%，禾草類木質(zhì)素含量為14% 25%。當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，木質(zhì)素會(huì)發(fā)生軟化甚至液化的現(xiàn)象。正因?yàn)槿绱?，生物質(zhì)在受到外力的作用時(shí)，軟化的木質(zhì)素使生物質(zhì)內(nèi)部的纖維

20、素黏貼在一起并與周圍顆粒相互結(jié)合，隨著外力作用的累積，即可以使生物質(zhì)固化成型。所以在生物質(zhì)固化成型的過(guò)程中，木質(zhì)素成為了一種粘結(jié)劑。因此常用加熱的方法作為生物質(zhì)壓縮的一種手段，適當(dāng)?shù)募訜嵊欣跍p小外壓力，減低成本，提高效率。 3. 生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備的類型按成型加壓的方法不同來(lái)區(qū)分，技術(shù)較為成熟、應(yīng)用較多的成型燃料加工機(jī)有輥模擠壓式（包括環(huán)模式和平模式）、活塞沖壓式（包括機(jī)械式、液壓式）、螺旋擠壓式等三種機(jī)型，其中輥模擠壓式成型機(jī)采用的是濕壓（冷壓）成型工藝，活塞沖壓式、螺旋擠壓式成型機(jī)都采用的是熱壓成型工藝。3.1螺旋擠壓成型機(jī)美國(guó)最早研制并生產(chǎn)出了螺旋壓縮成型設(shè)備，其原理如圖1所示。工作時(shí)

21、，待成型的原料依靠自身重力落入螺旋壓縮成型裝置中，同時(shí)由錐形 螺桿在動(dòng)力機(jī)械的推動(dòng)下進(jìn)入壓縮成型筒內(nèi)。隨著物料逐漸進(jìn)入橫截面積漸漸變小的成型筒中，物料受到的內(nèi)壓應(yīng)力則越來(lái)越大。當(dāng)物料到達(dá)壓縮成型筒的頂端后，它達(dá)到了最大內(nèi)壓應(yīng)力，這樣物料被壓縮成型。然后再經(jīng)過(guò)應(yīng)力松弛階段后，被推出螺旋壓縮成型機(jī)械的成型套筒，成為成型物料。一般在成型套筒上安裝一個(gè)電熱元件，使成型溫度在150250之間，成型溫度使生物質(zhì)中的纖維素與木質(zhì)素軟化并產(chǎn)生粘性，進(jìn)而使生物質(zhì)燃料熱壓成型。圖1 螺旋擠壓成型機(jī)對(duì)螺旋壓縮成型機(jī)械而言，由于被壓縮的原料不同，其物料成型難易度也不同。對(duì)纖維狀植物秸稈容易壓縮，因它在壓力作用下變形較

22、大。而木材廢料較難壓縮，因它在壓力作用下變形較小。在不需要加熱（如常溫）的條件下進(jìn)行壓縮成型時(shí)，容易被壓縮的原料較易成型，而較難被 壓縮的原料不易成型。但雖然在加熱的條件下，如植物秸稈等原料由于內(nèi)部木質(zhì)素含量較低，粘結(jié)能力弱，因此壓縮時(shí)也不易成型。而對(duì)木材廢料雖然難于壓縮，但其本身內(nèi)部的木質(zhì)素含量較高，在高溫下能起粘結(jié)作用 ，所以容易成型。此外，螺旋壓縮成型機(jī)械雖有許多優(yōu)點(diǎn)但也存在著明顯的缺點(diǎn)。如在壓縮過(guò)程中，由于成型原料與錐形螺桿之間總是處于干摩擦的狀態(tài)，這就必然導(dǎo)致由普通材質(zhì)所做成的螺桿使用壽命大大縮短。因此，由高耐磨材質(zhì)代替普通材質(zhì)則可以提高錐形螺桿的使用壽命。3.2活塞沖壓式成型機(jī)活塞

23、沖壓式成型機(jī)的成型是靠活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。按驅(qū)動(dòng)力不同分為機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式?jīng)_壓成型機(jī)是利用飛輪儲(chǔ)存的能量.通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu),帶動(dòng)沖壓活塞,將松散的生物質(zhì)沖壓成生物質(zhì)壓塊。但飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)壓縮成型具有震動(dòng)強(qiáng)烈、噪音劇烈和設(shè)備龐大等缺點(diǎn)，所以又限制了它的應(yīng)用與推廣。而相對(duì)于飛輪活塞壓縮設(shè)備，液壓活塞壓縮裝置雖然避免 了飛輪活塞壓縮的缺點(diǎn)，但是由于生物質(zhì)在壓縮成型時(shí)，需要依靠較大的液壓機(jī)械行程來(lái)增加物料表觀密度，這樣會(huì)導(dǎo)致液壓活塞壓縮裝置生產(chǎn)率不高。液壓式?jīng)_壓成型機(jī)又分為液壓和水壓兩種,帶動(dòng)沖壓活塞使生物質(zhì)沖壓成型。沖壓式成型機(jī)通常用于生產(chǎn)實(shí)心燃料棒或燃料塊, 減少了電加熱這一裝置,成型物密度

24、稍低,容易松散,與螺旋擠壓式成型機(jī)相比,明顯改善了成型部件磨損嚴(yán)重的問(wèn)題,機(jī)械沖壓存在較大的振動(dòng)負(fù)荷, 運(yùn)行穩(wěn)定性差, 潤(rùn)滑油污染也較嚴(yán)重。液壓運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)簡(jiǎn)單，目前發(fā)展較快。 圖2 活塞沖壓式成型機(jī)3.3壓輥式顆粒成型機(jī)壓輥式成型機(jī)的基本工作部件由壓輥和壓模組成。其中壓輥可以繞自己的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。原料進(jìn)入壓輥和壓模之間，在壓輥的作用下被壓入成型孔內(nèi)。從成型孔內(nèi)壓出的原料就變成圓柱形或棱柱形，最后用切斷刀切成顆粒狀成型燃料。一般不需要外部加熱,可根據(jù)原料狀況添加少量粘結(jié)劑，對(duì)原料的含水率要求較寬,一般在10-40%下均能很好成型,顆粒燃料密度1.01.4t/m3。壓輥式成型機(jī)主要用于大型木材加工廠

25、木屑加工或造紙廠秸稈碎屑的加工。根據(jù)壓模形狀的不同,此類成型機(jī)可分為平模成型機(jī)和環(huán)模成型機(jī)。環(huán)模輾壓技術(shù)是借鑒飼料機(jī)械技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，目前廣泛應(yīng)用于以木屑、玉米和棉花秸稈為原料的生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)，對(duì)原料水分的適應(yīng)性也較強(qiáng)，含水率15-25的物料都能被壓縮成型，自動(dòng)化程度高，單機(jī)產(chǎn)量大，適于規(guī)模化生產(chǎn)。但投資規(guī)模較大，環(huán)模、壓輥易損件磨損嚴(yán)重。對(duì)稻草、麥草成型較為困難；單位能耗高，一般為8090 kWht左右平模輾壓成型技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、易于維修維護(hù)；但所配輔助設(shè)備相比環(huán)模制粒多；相對(duì)電耗多于環(huán)模；受模具限制，產(chǎn)量低于環(huán)模機(jī)。圖3 平模顆粒成型機(jī) 圖4環(huán)模顆粒成型機(jī) 4.生物質(zhì)壓縮成型的

26、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、粒度、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的壓縮條件下的影響結(jié)果也不盡相同。4.1原料的種類原料的不同，其壓縮成型特性有很大的差異。如木材廢料一般難以壓縮，而纖維狀的植物秸稈和樹(shù)皮等容易壓縮。在農(nóng)林廢棄物中，如鋸末、柴薪等，這些原料在不加熱的情況下很難壓縮成型，因?yàn)檫@些原料的纖維較長(zhǎng)，在很大的壓力下變形也很小。但是如果在壓縮的過(guò)程中進(jìn)行加熱，這些物料卻反而容易成型。因?yàn)檫@些原料里含有的木質(zhì)素較多，在加熱溫度后，木質(zhì)素成為了很好的粘結(jié)劑，使其更加容易成型。木材廢料等雖然難以壓縮，但其本身的木素含量高，在高溫條件

27、下成型反而容易。這說(shuō)明生物質(zhì)種類和成型時(shí)是否加熱都是影響生物質(zhì)固化成型的重要因素。4.2原料的粒度一般，粒度小的原料容易壓縮，粒度大的原料較難壓縮。原料的粒度影響成型機(jī)的效率及成型物的質(zhì)量。粒度較大時(shí)，成型機(jī)能耗大、產(chǎn)量小，工作的有效率低。原料粒度不均勻時(shí)，成型物密度、強(qiáng)度降低，表面易產(chǎn)生裂紋。4.3原料的含水率原料的含水率也是控制生物質(zhì)塊效果好壞的重要指標(biāo)，適當(dāng)?shù)暮士梢允钩尚托Ч?，而含水率過(guò)低或者過(guò)高都可能使生物質(zhì)在壓縮過(guò)程中產(chǎn)生“壓不出”或者“放炮”的情況?！皦翰怀觥笔侵冈谖锪铣尚退枰膲毫σ呀?jīng)高于設(shè)備的最大壓力，物料不能繼續(xù)成型。“放炮”的情況是指原料含水率過(guò)高，在壓縮過(guò)程中，

28、物料顆粒直接的摩擦以及物料與模具的摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，物料中的水分會(huì)由于溫度升高而蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽過(guò)大就造成了“放炮”的現(xiàn)象。根據(jù)學(xué)者研究，生物質(zhì)含水率一般在15%-25%左右，成型效果最好?；夭示暝谘芯砍馗邏褐旅艹尚偷囊?guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，含水率最好控制在 5%-15%，最高不能超過(guò)22%。4.4成型壓力與模具尺寸成型壓力是生物質(zhì)原料壓縮成型最基本的條件。只有施加足夠的壓力，原料才能被壓縮成型，但成型壓力與模具的形狀尺寸有密切關(guān)系。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)成型機(jī)都采用擠壓成型方式，即原料從成型模具的一端連續(xù)壓入，又從另一端連續(xù)擠出，這時(shí)原料擠壓所需要的成型壓力與容器內(nèi)壁面摩擦力相平衡，而摩擦力的大小與模具的形狀尺

29、寸有直接關(guān)系。在壓縮的過(guò)程中，原料與模具的內(nèi)壁相互接觸產(chǎn)生很大的摩擦力，而壓縮設(shè)備要提供一個(gè)很大的力來(lái)克服這個(gè)摩擦力物料才能被壓縮出來(lái)。而摩擦力的大小與模具的結(jié)構(gòu)尺寸有很大關(guān)系?，F(xiàn)階段已有的模具一般為單錐度或者直筒的結(jié)構(gòu)，模具的直徑、長(zhǎng)度、錐度、錐長(zhǎng)都是影響物料成型效果的重要因素。郭康權(quán)在研究凸凹模壓縮特性時(shí)得出了，模具的錐角偏大或偏小都會(huì)影響生物質(zhì)顆粒的流動(dòng)性和成型效果。馬孝琴在研究成型錐套的最佳結(jié)構(gòu)時(shí)得出，當(dāng)成型直徑為 55-130mm 時(shí)，入口面積和出口面積比為1.23-1.78時(shí)成型效果最好。4.5加熱溫度通過(guò)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

30、本身變軟，變得容易壓縮。對(duì)于一般的燃料成型機(jī)來(lái)說(shuō)，加熱溫度過(guò)低，使物料在壓縮過(guò)程中導(dǎo)熱不均勻，造成密度不均勻，而且功耗增加；溫度增高，電機(jī)功耗減小，導(dǎo)致成型壓力減小，成型物擠壓不實(shí)，密度變小，容易斷裂破損，溫度過(guò)高原料也會(huì)發(fā)生碳化等現(xiàn)象，導(dǎo)致無(wú)法成型。林維紀(jì)得出，不同種類的生物質(zhì)原料在相同的環(huán)境下所需的成型溫度相差不大，一般可以控制在 140-260之間。對(duì)于不需要加熱的技術(shù)，如高壓常溫致密成型技術(shù)，物料在成型的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生的一定的熱量，可以達(dá)到100。5.存在的問(wèn)題5.1成型技術(shù)存在的問(wèn)題及解決對(duì)策我國(guó)自20世紀(jì)80年代已開(kāi)始引進(jìn)生物質(zhì)成型技術(shù)，并進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)。通過(guò)消化吸收，我國(guó)的生物質(zhì)

31、成型技術(shù)目前已初具規(guī)模。但是所研究和開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)成型技術(shù)在應(yīng)用中，遇到了一系列問(wèn)題。其中主要問(wèn)題可歸納如下:(1)由于機(jī)組可靠性較差、易損件使用壽命短、維修和更換不便等，所以導(dǎo)致設(shè)備不能連續(xù)生產(chǎn)而只能斷續(xù)小批量生產(chǎn)。這樣，則影響了產(chǎn)量和效益。因此,應(yīng)從原理和機(jī)理上進(jìn)行突破,研制和開(kāi)發(fā)新構(gòu)思、新結(jié)構(gòu)的新一代生物質(zhì)致密成型機(jī)。(2)生產(chǎn)能力偏低，單位產(chǎn)品能耗過(guò)大。若從提高生產(chǎn)率和降低能耗來(lái)看，應(yīng)加強(qiáng)顆粒成型燃料的研究與開(kāi)發(fā)力度，使其盡快進(jìn)入市場(chǎng)(3)因?qū)υ系牧６群秃室筝^高，所以必須配套成具有粉碎、烘干、輸送等功能的生產(chǎn)線，才能較完善的解決這一問(wèn)題。而這樣的生產(chǎn)線投資由于費(fèi)用較大，一般企業(yè)和

32、用戶以承受。因此，目前我國(guó)大部分致密成型企業(yè)設(shè)備配套不理想，形成不了規(guī)模。因此,要加強(qiáng)生物質(zhì)成型技術(shù)的深入研究。(4)成型設(shè)備適應(yīng)范圍小，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。由于國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立，還沒(méi)有形成統(tǒng)一的理論體系，所以成型機(jī)械(系統(tǒng))千差萬(wàn)別，適用范圍受到了很大限制。其中主要表現(xiàn)為：一是不同的成型機(jī)原料的粒度和含水率要求不盡相同；二是不同的成型設(shè)備適用的原料要求嚴(yán)格。因此,要加強(qiáng)生物質(zhì)成型燃料燃燒理論和專用燃燒設(shè)備的研究。(5)對(duì)于電液比例控制技術(shù)，國(guó)內(nèi)不僅已經(jīng)開(kāi)展進(jìn)行研究，而且已經(jīng)得到了實(shí)際應(yīng)用。但由于我國(guó)電液控制技術(shù)起步較晚，在這方面，目前國(guó)內(nèi)的制造技術(shù)還落后于國(guó)際水平，并且有較大差距。尤其

33、在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的電液比例控制技術(shù)的研究還沒(méi)有受到足夠重視，相關(guān)的控制技術(shù)較為滯后。5.2生物質(zhì)固化成型產(chǎn)業(yè)面臨的問(wèn)題經(jīng)過(guò)近一二十年的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，生物質(zhì)成型技術(shù)發(fā)展取得了階段性成果，其中原料及成型部件經(jīng)過(guò)預(yù)熱處理的液壓成型技術(shù)和壓輥式顆粒成型技術(shù)趨于成熟并已市場(chǎng)化運(yùn)作，配套技術(shù)設(shè)備和燃用設(shè)備亦逐步完善。但是生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化程度還比較低，產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展的能力不足。我國(guó)應(yīng)找到適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的產(chǎn)業(yè)化思路和方式，在產(chǎn)業(yè)化的道路上一些困難亟待解決。(1)物質(zhì)原材料我國(guó)是生物質(zhì)資源大國(guó)，在原料產(chǎn)地獲取生物質(zhì)原料的費(fèi)用是極低的。但是，對(duì)于生物質(zhì)資源(農(nóng)林廢棄物)收集處理、物流運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)保管還很困難，使

34、得終端的生物質(zhì)原料費(fèi)用相對(duì)較高，對(duì)著規(guī)模和地域半徑的增加，邊際成本增加，產(chǎn)生了收集半徑和有效規(guī)模等突出特點(diǎn)。原料受季節(jié)、收集、運(yùn)輸?shù)扔绊懺斐稍O(shè)備閑置損耗嚴(yán)重。當(dāng)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化時(shí)，生物質(zhì)資源的收集問(wèn)題應(yīng)引起高度重視。在技術(shù)成熟的發(fā)達(dá)國(guó)家，農(nóng)業(yè)的機(jī)械化和農(nóng)田規(guī)?；癁槭占峁┝颂烊粭l件，但是我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的分散性較為嚴(yán)重，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況建立多級(jí)倉(cāng)儲(chǔ)、高效物流，必要時(shí)在收集機(jī)制和價(jià)格方面引入政府調(diào)控。(2)設(shè)備方面成型設(shè)備易損件壽命短、維修與更換不方便，造成設(shè)備的可靠性差，導(dǎo)致設(shè)備連續(xù)生產(chǎn)能力不足、故障與維修頻繁、從而降低了產(chǎn)量和效益。設(shè)備的能耗控制不足，使得生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)能耗較大。設(shè)備的總體協(xié)調(diào)能力不

35、足，運(yùn)行不穩(wěn)定，低效率的單機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)象普遍，形成不了配套的生產(chǎn)線，成型設(shè)備適應(yīng)不同原料種類、顆粒、含水率的能力較差。開(kāi)發(fā)和實(shí)際應(yīng)用的燃燒設(shè)備的種類，尤其是專用設(shè)備的開(kāi)發(fā)能力不足。(3)產(chǎn)業(yè)管理與技術(shù)支持我國(guó)生物制成型燃料體系還未成熟，并沒(méi)有形成一套完整與統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)眾多研究機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立，還沒(méi)有形成統(tǒng)一的理論體系,成型機(jī)械(系統(tǒng))千差萬(wàn)別,適用范圍頗受局限。作為一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)，越來(lái)越多的研究機(jī)構(gòu)不斷地參與研發(fā)和生產(chǎn)，將進(jìn)一步提高產(chǎn)品和設(shè)備的適應(yīng)性、質(zhì)量和壽面管理。因此,要制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),開(kāi)發(fā)先進(jìn)產(chǎn)品使所有同類科研單位與生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該聯(lián)合起來(lái),取長(zhǎng)補(bǔ)短,抓住機(jī)遇,共謀發(fā)展,為使生物質(zhì)成型技術(shù)早日產(chǎn)業(yè)

36、化,造福社會(huì)而共同努力。另外，國(guó)家對(duì)該行業(yè)的監(jiān)管也有待提高。(4)產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)和服務(wù)配套生物質(zhì)成型燃料的推廣應(yīng)用，對(duì)其實(shí)踐運(yùn)營(yíng)方式有待進(jìn)一步探討，秸稈氣化工程的投入正常運(yùn)營(yíng)嚴(yán)重不足，大量設(shè)備閑置。主要原因在于沒(méi)有建立完善的科學(xué)運(yùn)營(yíng)與服務(wù)管理體系，設(shè)備的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)制度不完善，收費(fèi)制度的推行困難，資金鏈難以為繼。在生物質(zhì)燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，這個(gè)問(wèn)題和困難同樣存在，并制約行業(yè)的發(fā)展。(5)社會(huì)的認(rèn)可度生物質(zhì)顆粒燃料雖然具有高能、環(huán)保、使用方便的優(yōu)勢(shì)，但是人們對(duì)于生物質(zhì)顆粒燃料的認(rèn)識(shí)不夠，甚至許多用能單位根本就不知道有生物質(zhì)顆粒產(chǎn)品,對(duì)于其使用更是無(wú)從談起，所以加強(qiáng)生物質(zhì)顆粒燃料的宣傳和推廣是十分必要和迫切的。綜上所述，研究生物質(zhì)致密成型過(guò)程機(jī)理及新的成型工藝，將對(duì)進(jìn)一步降低或減少能耗、減少加工成本、減少對(duì)原料成型條件的限制等系列問(wèn)題，將是生物質(zhì)致密成型燃料推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。當(dāng)然，為生物質(zhì)致密成型燃料的發(fā)展，這些研究工作還需要國(guó)家和地方政府提供相關(guān)的配套政策。國(guó)外生物質(zhì)資源發(fā)展的成功經(jīng)驗(yàn)表明，政策的刺激對(duì)生物質(zhì)能源的發(fā)展具有很大的推動(dòng)作用。6.生物質(zhì)壓縮成型的發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)對(duì)生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)也十分重視，國(guó)家投入了大量的人力和財(cái)力鼓勵(lì)在該方面的研發(fā)，但在生物質(zhì)成型燃料的加工和應(yīng)用方面還處于起步階段。國(guó)家對(duì)生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)