生物質(zhì)固體燃料成型工藝技術(shù)淺析

丁志欣

（新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)機械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督管理站，新疆 烏魯木齊 830054）

0 引言

我國擁有豐富的生物質(zhì)資源，然而得到有效利用的只占很少一部分，其中大部分被農(nóng)村居民用于焚燒取暖，這樣做的最大弊端是以環(huán)境為代價。生物質(zhì)固體燃料成型技術(shù)的研究意義在于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)體系，緩解能源危機；改善農(nóng)村經(jīng)濟，提高農(nóng)民生活水平；減輕環(huán)境污染。生物質(zhì)固體成型燃料的發(fā)展已經(jīng)有很長一段時間了，最早在這方面取得應(yīng)用的是歐美的一些國家，目前已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成果，并建立了完善的商業(yè)體系，甚至在一些國家中，生物質(zhì)固體燃料已經(jīng)在國民生產(chǎn)總值中占有一定比例。而在我國生物質(zhì)固體燃料成型技術(shù)還處于研發(fā)階段。

1 生物質(zhì)固體燃料的主要原料簡介

生物質(zhì)固體燃料，主要以草本類生物質(zhì)和木質(zhì)類生物質(zhì)為主。草本類生物質(zhì)通常指草地生長的、樹木以外的稻科植物和豆科植物，像稻、麥、玉米、高粱等都屬于稻科植物；木質(zhì)類生物質(zhì)原料由森林產(chǎn)生，分為副產(chǎn)物和以生物質(zhì)原料為主的產(chǎn)物兩類，前者為林業(yè)剩余物，后者為低質(zhì)闊葉樹林、快速生長樹林[1]。

目前生物質(zhì)原料應(yīng)用最多的就是玉米、小麥、高粱以及棉花以等農(nóng)作物秸稈和木制品工業(yè)的殘余物[2-3]。

2 生物質(zhì)固體成型燃料的成型工藝

2.1 傳統(tǒng)工藝

生物質(zhì)固體成型燃料成型工藝是指將農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)原料加工成固體成型燃料的方法、技術(shù)等，包括整條生產(chǎn)線技術(shù)和設(shè)備。

生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)的機理是通過特定溫度與壓強，將農(nóng)作物秸稈、樹枝等生物質(zhì)原料，經(jīng)過干燥、粉碎以及成型等工序，獲得外表形狀規(guī)則、致密且具有良好燃燒性能環(huán)保的固體燃料[4-5]。

生物質(zhì)固體成型燃料的傳統(tǒng)工藝大體分為三個階段：一、生物質(zhì)原料得預(yù)處理階段；二、加工成型階段；三、包裝存儲階段。

第一階段主要是對生物質(zhì)原料進(jìn)行預(yù)處理，使其達(dá)到成型要求，避免不合格的生物質(zhì)原料由于物理特性和化學(xué)特性對儀器設(shè)備造成損傷。該階段主要是控制生物質(zhì)原料得含水率，一般控制范圍在16%～18%。

第二階段，對于處理好的生物質(zhì)原料，進(jìn)過粉碎然后輸送至成型機進(jìn)行成型處理。該階段是控制生物質(zhì)固體燃料品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。主要考慮生物質(zhì)原料自身的粘結(jié)性，其次是成型的致密程度。

第三階段，因為生物質(zhì)燃料剛加工出來具有很大的熱量，不能馬上進(jìn)行包裝存儲，所以需要經(jīng)過冷卻處理，然后再進(jìn)行包裝冷卻。

生物質(zhì)固體成型燃料的傳統(tǒng)工藝的支撐是成型方法和技術(shù)，主要體現(xiàn)是生產(chǎn)線和設(shè)備。

圖2 生物質(zhì)固化成型燃料一般工藝流程

2.2 現(xiàn)代工藝

生物質(zhì)固體成型燃料的現(xiàn)代工藝，是經(jīng)過傳統(tǒng)工藝的不斷發(fā)展完善形成的，像粉碎階段的一次粉碎工藝和二次粉碎工藝，壓縮階段的常溫濕壓成型工藝、熱壓成型工藝、冷態(tài)壓縮成型工藝等。相比傳統(tǒng)工藝而言，生物質(zhì)固體成型燃料的現(xiàn)代工藝方法更加多樣、技術(shù)更加成熟、成型設(shè)備更加多元化、生產(chǎn)線更加自動化。

生物質(zhì)固體成型燃料基于不同理論有不同工藝要求，同時生產(chǎn)線、生產(chǎn)設(shè)備也會有所差異。工廠化的生物質(zhì)固體成型燃料生產(chǎn)線，包括原料采購、生產(chǎn)加工、包裝運輸?shù)纫粭l龍式的工藝模式，家用的小型化的固體成型燃料技術(shù)，與工廠化的工藝路線和流程不變，發(fā)生變化的僅是應(yīng)用范圍，更加適用于農(nóng)村農(nóng)戶。

圖3 生物質(zhì)固化成型燃料控制流程圖

現(xiàn)代工藝在在工序上更加細(xì)化了，包括生物質(zhì)原料干燥、粉碎、輸送、混配、喂料、成型、切斷、冷卻、計量包裝等，而成型設(shè)備目前主流的主要有三類模輥碾壓式、活塞沖壓式、螺旋擠壓式，根據(jù)不同需要生產(chǎn)出塊狀、棒狀和粒狀的固體成型燃料。從生物質(zhì)原料到固體成型燃料同樣分三個階段，原料預(yù)處理、固體成型、輔助配套。但與傳統(tǒng)工藝中的三個階段卻有所區(qū)別，隨著人們對生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)研究的深入，需要處理的生物質(zhì)種類也不斷增多，不同的生物質(zhì)原料種類有其不同的特性，因而這三個階段就體現(xiàn)出現(xiàn)代工藝的優(yōu)越性，突出點就是現(xiàn)代工藝的綜合處理能力[6-8]。

3 存在的問題

生物質(zhì)原料含水率控制問題是一個關(guān)鍵性問題。生物質(zhì)原料的含水率對成型燃料的品質(zhì)有著直接影響，含水率過高在成型過程中產(chǎn)生的含水物質(zhì)可能會對機械造成侵蝕，成型后的固化燃料的燃燒性能下降，含水率降低，不易成型木質(zhì)素的粘性不足以將物料顆粒緊密粘結(jié)在一起。對于生物質(zhì)含水率的控制，可以采取多種方法，如傳統(tǒng)的自然晾曬和較為現(xiàn)代的干燥法，但要考慮兩個方面的問題，一是溫度控制，二是含水率的檢測問題。最后，因為不同生物質(zhì)生長環(huán)境不同、種類不同，組成成分有差異，因而對不同生物質(zhì)的成型條件，都有一個最佳含水率范圍，其含水率的標(biāo)準(zhǔn)還需長期探索研究。

4 發(fā)展趨勢

“十三五”規(guī)劃提出推進(jìn)能源革命，加快能源技術(shù)創(chuàng)新，建設(shè)清潔低碳、高效安全的現(xiàn)代能源體系。從中可以看到生物質(zhì)能發(fā)展的巨大潛力，目前生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)在我國已經(jīng)形成了一定規(guī)模，今后生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)必然會向提高固體成型燃料的燃燒性能、優(yōu)化生物質(zhì)固體成型燃料的流程工藝、增加設(shè)備的使用壽命、解析生物質(zhì)固體成型燃料的燃燒組分等方向發(fā)展。