速生林桉木屑與天然林木屑的成型特性比較

李偉振 姜洋 陰秀麗 羅光輝

摘要[目的]比較速生林桉木屑與天然林木屑的成型特性。[方法]對比速生林桉木屑與現有應用成熟的天然林硬雜木屑的成型差異，在WD-100KE型電子壓力機上進行桉木屑與硬雜木屑的單顆粒壓縮成型試驗，研究成型參數水分8%～16%、溫度80～160℃、壓力4000～8000N、粒徑1～5mm對成型指標松弛密度、比能耗、Meyer強度的影響。[結果]水分12%～14%、溫度100～120℃、壓力5000～6000N、粒徑2～3mm為桉木屑及硬雜木屑較佳的成型參數范圍;相同成型條件下，桉木屑與硬雜木屑相比松弛密度相差不大，但比能耗明顯較高、顆粒Meyer強度明顯較低。[結論]為了降低桉木屑成型能耗、提高顆粒強度及提高現有生產設備的原料適應性，可采用與現有硬雜木屑混配成型的方式，以提高成型效果。

關鍵詞桉木屑;顆粒;比能耗;能源化

中圖分類號S789文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）01-0103-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.01.032

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

天然林木屑是目前國內常用的生物質成型燃料生產原料，針對其成型特性的研究較為深入，生產技術較為成熟，已有規?；瘧肹1-3]。隨著市場規模的擴大，天然林原料資源受限，價格不斷上漲，嚴重制約產業的規?；l展。2015年，華南地區天然林木屑原料價格已由原來400元/t左右上漲到650元/t左右[4]，直接導致企業利潤下降，使企業處于虧損或微利狀態運行。因此，部分企業開始尋求以農作物秸稈、速生林剩余物、樹皮、果殼等為原料進行成型燃料生產。

桉樹具有速生、豐產、經濟效益顯著等優點，已成為我國速生林的戰略樹種[5]，目前，我國桉樹林種植面積達368萬hm2，其中廣東省種植面積達110萬hm2，在桉樹加工過程中每年有150多萬t的剩余物被廢棄[6]，不僅造成嚴重的環境污染，還造成資源浪費[7]。將大量的桉樹加工剩余物加工為成型燃料，進行能源化利用，不僅能解決桉樹加工企業廢棄物無法處理的難題，而且還能解決成型燃料生產企業原料資源量受限問題[8]。但是，由于對桉樹加工剩余物的成型特性研究較少，其是否適應于成型燃料生產及對現有生產設備的適應特性未知，筆者以桉樹加工剩余物——桉木屑為原料，進行單顆粒壓縮成型試驗，考察水分、溫度、壓力、粒徑4個參數對比能耗、松弛密度、Meyer強度的影響，系統研究其成型特性，同時，以現有應用成熟的天然林硬雜木屑為參照物，對比2種原料成型特性的差異，分析桉木屑作為成型燃料生產原料的可行性，以期為桉木屑的能源化利用提供一定理論支撐。

1材料與方法

1.1材料

桉木屑取自廣東陽山一造紙廠，為生長在該地區典型人工速生林尾葉桉的剩余物;硬雜木屑取自廣東廣州一家具廠，為天然林橡木、樟木等的剩余物。原料經自然風干、粉碎和篩分后置于105℃干燥箱至恒重后摻入一定質量的去離子水，均勻混合后獲得不同水分含量的樣品，密封后放置陰涼干燥處。參考美國國家可再生能源實驗室的方法測定原料的三大組分[9]，結果見表1。

2.2SEC

圖2為成型參數對SEC的影響。由圖2a可知，水分增加，SEC減小，桉木屑SEC由36.22kJ/kg（水分8%）減小到25.31kJ/kg（水分16%），減小了30.12%，桉木屑與硬雜木屑SEC相差最大比例為45.98%（水分16%）。由圖2b可知，溫度提高，SEC增大，桉木屑SEC由11.96kJ/kg（溫度80℃）增大到36.57kJ/kg（溫度160℃），增大了205.77%，桉木屑與硬雜木屑SEC相差最大比例為57.73%（溫度80℃）。由圖2c可知，壓力增大，SEC提高，桉木屑SEC由24.91kJ/kg（壓力4000N）增大到38.28kJ/kg（壓力8000N），增大了53.67%，桉木屑與硬雜木屑SEC相差最大比例為58.04%（壓力8000N）。由圖2d可知，粒徑增大，SEC先減小再增大，桉木屑SEC由30.75kJ/kg（粒徑1mm）減小到29.04kJ/kg（粒徑3mm），減小了5.56%，再增大到36.25kJ/kg（粒徑5mm），增大了24.83%，桉木屑與硬雜木屑SEC相差最大比例為40.00%（粒徑4mm）。

結果表明，溫度和壓力提高，SEC增大，水分增加，SEC降低;粒徑增大，SEC先減小再增大，粒徑3mm時桉木屑SEC最小。相同成型條件下，桉木屑SEC明顯高于硬雜木屑。

2.3HM

圖3為成型參數對HM的影響。由圖3a可知，水分增加，HM先增大后減小，桉木屑顆粒HM由13.39N/mm2（水分8%）增大到14.07N/mm2（水分12%），增大了5.08%，再降低到13.03N/mm2（水分16%），減小了7.39%，桉木屑與硬雜木屑顆粒HM相差最大比例為-41.52%（水分8%）。由圖3b可知，溫度提高，HM增大，桉木屑顆粒HM由11.77N/mm2（溫度80℃）增大到16.31N/mm2（溫度160℃），增大了38.57%，桉木屑與硬雜木屑顆粒HM相差最大比例為-40.32%（溫度80℃）。由圖3c可知，壓力增大，HM增大，桉木屑顆粒HM由11.00N/mm2（壓力4000N）增大到16.67N/mm2（壓力8000N），增大了51.62%，桉木屑與硬雜木屑顆粒HM相差最大比例為-37.33%（壓力6000N）。由圖3d可知，粒徑增大，HM先增大再減小，桉木屑顆粒HM由9.66N/mm2（粒徑1mm）增加到14.07N/mm2（粒徑3mm），增加了45.65%，再減小到7.79N/mm2（粒徑5mm），減小了44.63%，桉木屑與硬雜木屑顆粒HM相差最大比例為-64.29%（粒徑5mm）。

結果表明，溫度和壓力增加，HM增大，水分和粒徑增加，HM先增大后減小，水分12%、粒徑3mm時，桉木屑顆粒HM最大。相同成型條件下，桉木屑顆粒HM明顯低于硬雜木屑。

由以上分析可知，水分12%～14%、溫度100～120℃、壓力5000～6000N、粒徑2～3mm時，桉木屑及硬雜木屑顆粒RDS≥1000kg/m3、SEC適中、HM較高，是較佳的成型參數范圍。但是，相同成型條件時，桉木屑顆粒RDS與硬雜木屑相差不大，但SEC明顯高于硬雜木屑、顆粒HM明顯低于硬雜木屑，說明雖然2種原料較佳的生產條件基本一致，但是在RDS相差不大的情況下，壓縮桉木屑時所消耗能量較大，成型后桉木屑顆粒的強度較低，現有成熟的硬雜木屑生產設備直接生產桉木屑原料存在電機不匹配及模具壓縮比調整的問題。為了降低桉木屑成型能耗、提高顆粒強度及提高現有生產設備的原料適應性，可采用與現有硬雜木屑混配成型的方式，以提高成型效果。

一般認為生物質壓縮成型主要是利用原料中木質素的軟化黏結作用，木質素含量越高，原料越易成型，成型效果越好[17]。該研究發現，雖然桉木屑與硬雜木屑木質素含量相差不大（表1），但2種原料成型效果相差較大，這說明成型效果不但與木質素含量有關，原料其他組分含量和結構對成型效果也有很大影響。

3結論及建議

為了研究桉木屑是否適應于成型燃料生產，考察了水分、溫度、壓力、粒徑4個參數對比能耗、松弛密度、Meyer強度的影響，同時，以現有應用成熟的天然林硬雜木屑為參照物，對比2種原料成型特性的差異，主要結論如下。

（1）桉木屑及硬雜木屑較佳的成型參數范圍是水分12%～14%、溫度100～120℃、壓力5000～6000N、粒徑2～3mm。

（2）相同成型條件時，桉木屑顆粒RDS與硬雜木屑相差不大，但SEC明顯高于硬雜木屑，最大相差比例58.04%（壓力8000N），顆粒HM明顯低于硬雜木屑，最大相差比例-64.29%（粒徑5mm）。

（3）為了降低桉木屑成型能耗、提高顆粒強度及提高現有生產設備的原料適應性，可采用與現有硬雜木屑混配成型的方式，以提高成型效果。

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