第二章 生物质压缩成型技术
生物质压缩成型技术
制作人：李晓东
研究意义
我国生物质能资源非常丰富, 但是,作为一种散抛型低容重的能源存在形 式, 生物质能源具有资源分散、能量密度低、容重小、储运不方便等缺点, 严重制约了生物质能的大规模应用。所以生物质高品位转换技术的研究便 成为人们开发利用生物质能的重点。而近年来对生物质压缩成型技术的改 进创新发展, 为高效利用农林废弃物、农作物秸秆等重新提供了一条途径。 生物质压缩成型就是将生物质废弃物,用机械加压的方法,使原来松散、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。生物质在经 过压缩成型之后, 其密度、强度和燃烧性能都有了本质的改善, 大大提高 了生物质作为燃料的品质。可以在生活用能、饮食服务业,如采暖、烧饭、 烘烤食品等得到高效清洁应用。
生物质成型工艺
1.常温湿压成型工艺 2.热压成型工艺 3.炭化成型工艺 (1)先成型后炭化工艺 (2)先炭化后成型工艺 4.冷压成型工艺
生物质成型设备
1.螺旋挤压式成型机 2.活塞冲压式成型机 3.压辊式颗粒成型机
谢谢！
生物质成型机理
植物细胞中除含有纤维素、半纤维素外,还含有木质素( 木素) 。木质素是 具有芳香族特性的结构单体,是由苯基丙烷单元构成的三维空间聚合物。木 素属非晶体, 没有熔点但有软化点。当温度为70～110℃时软化具有黏性, 当温度达到200～300℃时成熔融状, 黏性高。此时加以一定的压力就可使其 与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相胶接, 冷却后即可固化成型。生物质压 缩成型燃料就是利用这种特性, 用压缩成型机将松散的秸秆在一定的温度、 压力条件下,使木素软化, 经挤压成型而得到的具有一定形状的新型燃料。
பைடு நூலகம்
国外研究现状
早在20世纪30年代, 美国就开始研究压缩成型燃料技术并研制 了螺旋式成型机。在1976年,开发出了生物质颗粒燃烧设备。 日本于20世纪50年代引进成型技术后进行了改进, 发展成了日 本压缩成型燃料的工业体系, 研制出了棒状燃料成型机及相关 的燃烧设备。20世纪70年代后期, 由于出现世界能源危机, 石 油价格上涨,西欧许多国家如芬兰、比利时、法国、德国、意 大利等也开始重视压缩成型燃料技术的研究。当前, 日本、美 国及欧洲一些国家生物质成型燃料燃烧设备已经定型,形成了 产业化,在加热、供暖、干燥、发电等领域已经普遍推广应用。 亚洲除日本外, 泰国、印度、菲律宾等从20世纪80年代开始也 都先后研制成了加粘结剂和不加粘结剂的生物质压缩成型机。
生物质热解技术
生物质压缩成型技术1 压缩成型原理生物质主要有纤维素、半纤维素和木质素组成。
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，属于高分子化合物，它在植物中的含量一般为15%~30%。
木质素不是晶体，没有熔点但有软化点，当温度为70-110℃时开始软化，木质素有一定的黏度；在200-300℃呈熔融状、黏度高，此时施加一定的压力，增强分子间的内聚力，可将它与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相黏结，使植物体变得致密均匀，体积大幅度减少，密度显著增加，当取消外部压力后，由于非弹性的纤维分子之间相互缠绕，一般不能恢复原来的结构和形状。
在冷却以后强度增加，成为成型燃料。
压缩时如果对生物质原料进行加热，有利于减少成型时的挤压力。
对于木质素含量较低的原料，在压缩成型过程中，可掺入少量的黏结剂，使成型燃料保持给定形状。
当加入黏结剂时，原料颗粒表面会形成吸附层，颗粒之间产生引力，使生物质粒子之间形成连锁的结构。
这种成型方法所需的压力较小，可供选择的黏结剂包括黏土、淀粉、糖蜜、植物油和造纸黑液等。
2 压缩成型生产工艺压缩成型技术按生产工艺分为黏结成型、压缩颗粒燃料和热压缩成型工艺，可制成棒状、块状、颗粒状等各种成型燃料。
生物质—-干燥—-粉碎—-调湿—-成型—-冷却—-成型燃料主要操作步骤如下：（1）干燥生物质的含水率在20%-40%之间，一般通过滚筒干燥机进行烘干，将原料的含水率降低至8%-10%。
如果原料太干，压缩过程中颗粒表面的炭化和龟裂有可能会引起自燃；而原料水分过高时，加热过程中产生的水蒸气就不能顺利排出，会增加体积，降低机械强度。
（2）粉碎木屑及稻壳等原料的粒度较小，经筛选后可直接使用。
而秸秆类原料则需通过粉碎机进行粉碎处理，通常使用锤片式粉碎机，粉碎的粒度由成型燃料的尺寸和成型工艺所决定。
（3）调湿加入一定量的水分后，可以使原料表面覆盖薄薄的一层液体，增加黏结力，便于压缩成型。
（4）成型生物质通过压缩成型，一般不使用添加剂，此时木质素充当了黏合剂。
生物质固化技术
生物质压缩成型技术中国拥有丰富的生物质能资源，目前可供利用开发的资源主要为生物质废弃物，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废弃物、城市固体有机垃圾等。
生物质能是唯一的一种既可再生，又可储存与运输的能源。
我国生物质资源丰富，总量达9亿多吨，但存在能量密度低、生产具有季节性、资源分散、运输难、储运损耗大等缺点，成为制约我国生物质规模化利用的主要瓶颈。
生物质固化技术是指具有一定粒度的农林废弃物干燥后在一定的压力作用下，可连续挤压制成棒状、粒状、块状等各种成型燃料的加工工艺，该技术大大提高了单位体积燃料的品质，便于储存和运输。
生物质压缩成型原理植物细胞中含有纤维素、半纤维素和一定量的木质素。
其中具有一定含水率的纤维素在力的作用下可以形成一定的形状，而木质素具有胶黏作用。
当温度达到70～100℃时，木质素开始软化，并有一定的黏度，当达到200～300℃时，呈熔融状，黏度变高，此时若施加一定的外力，可使它与因受热分子团变形的纤维素紧密粘结，并与相邻颗粒互相胶接，使体积变小，密度增大，取消外力后，由于非弹性或粘弹性的纤维分子间的相互缠绕和绞合，其仍能保持给定形状，冷却后强度进一步增加，成为成型燃料。
生物质压缩成型工艺一般流程为：生物质收集、粉碎、脱水、预压、压缩、加热、保型、切割、包装、储存运输。
（1）生物质收集是十分重要的工序。
在工厂加工的条件下要考虑三个问题：一是加工厂的服务半径；二是农户供给加工厂原料的形式是整体式还是初加工包装式；三是原料的枯萎度，也就是原料在田间经风吹、日晒，自然状态的脱水程度。
（2）粉碎一般高压设备的颗粒可以适当大些，10mm 左右为好；中、低压应小些，但螺旋式设备不能小于2mm，否则要影响密度和生产率。
（3）脱水成型中水分含量很重要，国内外使用的都是经验数据，不是理论计算数据。
水分含量超过经验上线值时，加工过程中，温度升高，体积突然膨胀，易产生爆炸，造成事故；若水分含量过低，会使成型成为问题。
生物质加工
图-2 螺旋挤压机成型工作原理图
2. 活塞冲压式成型机
活塞冲压式成型机的成型是靠活塞的往复运动实 现的。按驱动力不同分为机械式和液压式两种。机械 式冲压成型机是利用飞轮储存的能量.通过曲柄连杆机 构,带动冲压活塞,将松散的生物质冲压成生物质压块。 液压式冲压成型机又分为液压和水压两种,带动冲压活 塞使生物质冲压成型。冲压式成型机通常用于生产实 心燃料棒或燃料块, 减少了电加热这一装置,成型物密 度稍低,容易松散,与螺旋挤压式成型机相比,明显改善 了成型部件磨损严重的问题,机械冲压存在式较大的振 动负荷, 运行稳定性差, 润滑油污染也较严重。液压运 行稳定，维护简单，目前发展较快。
1.螺旋挤压成型机
螺旋挤压机是最早发明且应用普遍的燃料成型 机，成型原理是把生物质原料螺旋输送并挤压进入成 型孔使其成型一般在成型套筒上安装一个电热元件， 是成型温度在150~250℃之间，成型温度使生物质中 的纤维素与木质素软化并产生粘性，进而是生物质燃 料热压成型，该类成型机可连续生产，运动平稳，生 产的燃料易于燃烧；缺点是螺旋杆磨损严重，维修费 用高，生产率低，能耗高，工艺不好掌握难以商业推.09.25
一、生物质压缩成型技术的概述
。
生物质压缩成型就是将生物质 废弃物,用机械加压的方法,使原来 松散、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。生物质在经过压缩成型之后, 其密度、强度和燃烧性能都有了本 质的改善,大大提高了生物质作为 燃料的品质。可以在生活用能、饮 在这些空置住房中，出现空置的房屋主要是拥有多套 食服务业 ,如采暖、烧饭、烘烤食 房屋的家庭出现的空置房屋，只有一套房的家庭，出 现人房分离的比例仅占20%多。 品等得到高效清洁应用。 多套房家庭空置
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生物质成型以及炭化技术
• ⑵成型物内部粒子的粘结机制
• 1962年德国的Rumpf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5类: • • • • • ①固体颗粒桥接或架桥(Solid bridge)； ②固体粒子间的充填或嵌合； ③自由移动液体的表面张力和毛细压力； ④非自由移动粘结剂作用的粘结力； ⑤粒子间的分子吸引力(范德华力)或静电引力。
• ⑴“热压缩”颗粒成型技术
• 是把粉碎后的生物质在220~280℃高温及高压下压缩成1 t/m3左右的高密度成型燃料。 • “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，必须控制在8% ~12%。
• ⑵“冷压缩”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。 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。 • 因为颗粒成型机理的不同，“冷压缩”技术的工艺只需 粉碎和压缩2个环节。 • 特点： “冷压缩”技术与“热压缩”技术相比，具有原料适用 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。
• 生物质中的纤维素、半纤维素和木质素在不同的高温下，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。
1.3 生物质压缩成型的工艺类型
• 热压缩成型技术、冷压缩成型技术、炭化成型技术
• （3）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。 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“钢筋”的加强作用，成为提高成型块强度的 “骨架”。
第二章--生物质压缩成型技术
原料
木屑 秸秆
4 不成型 不成型
6 成型 成型
含水率/%
8
10
成型 成型
成型 成型
12 成型 成型
14 不成型 不成型
原料含水率的影响，对比生活中的和面
水太少
水太多 水适中
原料粒度的影响
对于某一确定的成型方式，原料的粒度大小应不大于某一尺寸。
粒度小 粒度大
延伸率或变形率大 延伸率或变形率大小
容易压缩 难压缩
2.5 生物质成型燃料的性能指标
1. 生物质成型燃料的物理特性
（直接决定成型燃料的使用要求、运输要求和收藏条件）
松弛密度 耐久性
2. 生物质成型燃料的燃烧特性
生物质成型燃料的物理特性
（1）松弛密度 生物质成型块在出模后，由于弹性变形和应力松弛，其压缩密 度逐渐减小，一定时间后密度趋于稳定，此时成型块的密度成 为松弛密度。
温度/oC原料来自180200220
240
260
280
木屑 不成型 不成型 成型缓慢 成型较快 成型快 不成型
秸秆 不成型 不成型 成型缓慢 成型较快 成型快 表面炭化
2.4 生物质压缩成型工艺技术
热压缩
压缩成型工艺类型
螺旋挤压 成型技术
活塞挤 压技术
压辊式成型技术
工作原理：采用压轮和模具之间挤压力摩擦力相互作用原理， 使物料获得成型。物料在加工过程中无需加入任何添加剂或 粘结剂。
1962年，德国Rumpf，黏结力类型和黏结方式分类：
➢固体颗粒桥接或架桥 ➢非自由移动黏结剂作用的黏结力 ➢自由移动液体的表面张力和毛细压力 ➢离子键的分子吸引力（范德华力）或静电引力 ➢固体粒子间的充填和嵌合
生物质压缩成型的粒子特性
生物质(农作物秸秆)致密成型技术概述
2 成型原料问题 生物质原料的特点是具有季节性、分散性，因此严
重的影响了生物质致密成型燃料的工业化生产，根据 中国特色，必须考虑生物质的收集半径。建议采取分 散设点加工及就地使用和集中调配使用的方法。解决 上述问题。考虑到收集范围问题，生物质致密成型设 备的生产率不宜过大。 3 配套设备问题
结渣：是由于秸秆相对于煤和其它的燃料中的碱金属和氯的含量较 高(钾1%左右，氯0.8%左右，是突出特点）加之秸秆收集过程中 带入较多的的SiO2，就使其在燃烧过程中产生含有较多碱金属的 飞灰颗粒。这些颗粒易凝结在锅炉部分受热面上，一定程度下形 成玻璃状的结渣，是一种复杂混合物。严重的结渣会使锅炉停止 运转。
农林废弃物主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，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，是高分子物 质，在植物中含量约为15%～30%。当温度达到70～100℃，木 质素开始软化，并有一定的黏度。当达到200～300℃时，呈熔融 状，黏度变高。此时若施加一定的外力，可使它与纤维素紧密粘 结，使植物体积大量减少，密度显著增加，取消外力后，由于非 弹性的纤维分子间的相互缠绕，其仍能保持给定形状，冷却后强 度进一步增加，成为成型燃料。
CF型后，体积缩小，密度可达 1t/m3左右， 含水率在20%以下，便于贮存和运输。 成型燃料在燃烧过程中热值可达16000kJ/kg左右， 燃烧过程相对干净，热性能优于木材，体积发热量 与中质煤相当，可广泛用于民用炊事炉、取暖炉、 生物质气化炉、高效燃烧炉和小型锅炉，是易于进 行商品化生产和销售的可再生能源。
腐蚀：FeCL3 、碱金属 其它：我国化肥使用多，秸秆中N含量较高，据研究，N2O的温室
效应威力是CO2的296倍。还有一些燃烧微量元素的幅射都远远 大于其他燃料。
生物质能生物质压缩成型技术的研究
生物质能生物质压缩成型技术的研究一、现状分析生物质能是指由植物、动物等生物体以及它们的代谢产物为基础，通过化学、物理等方式转变为可利用能量的形式。
生物质能具有可再生、环保等优点，所以备受人们关注。
生物质的直接利用方式有很多种，如生物质压缩成型技术，是一种将生物质原料压缩成成型物，提高储存和运输的效率的方法。
目前，生物质压缩成型技术已经在生物质能行业得到广泛应用。
生物质原料经过压缩成型后，可以制成各种形状的成型物，如颗粒、砖块等，提高了生物质的密度和稳定性。
这有利于减少储存和运输成本，提高生物质能的利用效率。
生物质压缩成型技术也有利于减少生物质能的灰尘排放，改善环境。
然而，生物质压缩成型技术在应用过程中还存在一些问题。
在压缩成型过程中，由于生物质原料的性质复杂，可能会导致成型物的密度不均匀，质量不稳定。
生物质压缩成型设备的耐磨性和耐腐蚀性也是一个问题，长期使用后需要进行维护或更换，增加了成本。
生物质压缩成型过程中，产生的废水和废渣的处理也是一个不容忽视的环境问题。
二、存在问题1.生物质原料的性质复杂，导致成型物密度不均匀，质量不稳定。
2.生物质压缩成型设备的耐磨性和耐腐蚀性较差，增加了维护成本。
3.废水和废渣处理问题亟待解决。
三、对策建议1.改进生物质压缩成型工艺，提高成型物的密度均匀性和质量稳定性。
可以通过调整原料比例、优化工艺参数等方法来改善这一问题。
2.加强生物质压缩成型设备的研发，提高其耐磨性和耐腐蚀性。
可以采用耐磨材料以及进行表面处理等手段来解决这一问题，并提高设备的长期稳定性。
3.加强废水和废渣处理技术研究，实现资源化利用和减少环境污染。
可以利用生物质废水中的有机物质和养分来生产肥料等，同时采用先进的处理技术来减少废渣的对环境的影响。
四、结论生物质压缩成型技术是生物质能行业中一种重要的利用方式，可以提高生物质能的储存和运输效率。
然而，在实际应用中还存在一些问题需要解决，需要加强技术研究和设备开发，同时关注环境问题，实现生物质能的可持续利用。
简述生物质压缩成型的工艺流程
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在进行生物质压缩成型之前，有许多准备工作需要完成。
生物质成型燃料技术
根据运转方式的不同，可分为: 间歇式 连续式
炭化炉
四.生物质设备厂家分析
一.金旺国际
JW系列颗粒机设备价格配置表
二.山东宇冠机械有限公司
环模制粒机 价格：14.5万 产能：1-1.5吨/时
具体操作见加工视频 原料含水率:13%-15%
三.郑州同创机械
生物质压缩成型燃料特点：
密度高、强度大：体积缩小6~8倍，密度约为1.1~1.4t/m3； 热值高：热值可达到16.7MJ/kg，能源密度相当于中质烟煤； 燃烧性能好：使用时火力持久，炉膛温度高，燃烧特性明显得到改善 。 形状和性质均一：便于运输和装卸、适应性强、燃料操作控制方便等 。
生物质成型影响因素
常用干燥机有回转圆筒干燥机、立式气流干燥机。
回转圆筒干燥机： 构造：
排湿口 干燥筒
进料口
热风炉
出料口 驱动装置
优点： 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。 缺点： 设备复杂，体积庞大，一次性投资高，占地面积大。
干燥过程： 原料进入干燥筒； 干燥筒作低速回转运动。干燥筒向出口方向下倾2～10°，并在筒内安装有抄 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； 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。
加热
棒形成型机的加热温度一般在150~300℃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作部件之间的 摩擦作用可将原料加热到100℃左右。
加热方式： 电阻丝加热、导热油加热。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摩擦热加热。 但动力消耗大，螺旋头和模具磨损加剧，一般30~50h就得更换螺旋头 。
生物质压缩成型技术
2340-60m3秸秆456三是运输不再难。
生物质固体成型燃料的密度通常为1吨／立方米左右，和煤差不多。
运秸秆就象运煤一样使运输不再难。
运秸秆就象运煤样使运输不再难7832%（干基），禾草类木素含量为14%25%。
32%（干基），禾草类木素含量为14%-25%。
苯丙烷结构高聚物10生物质成型燃料就是利用这一原理以生物质固化成型机经热挤压制得。
适用于木质素含量高的农林废弃物。
11131415从运输、储存的角度来看，高密度更好。
16抗跌碎性和抗滚碎性成型燃料装卸时遇到冲击力抗跌碎性和抗滚碎性，成型燃料装卸时遇到冲击力翻滚试验和跌落试验1718待挥发物和炭烧完时空气量又过剩这些气流白白带¾待挥发物和炭烧完时，空气量又过剩，这些气流白白带走一部分热量。
19燃烧时间明显延长。
¾整个燃烧过程的需氧量趋于平衡，燃烧过程比较稳定。
202223高压成型¾高压成型：>10MPa对木屑秸秆等物料成型的适宜含水率范围为6%10%对木屑、秸秆等物料，成型的适宜含水率范围为6%-10%。
27温度对不同物料成型的影响28之间260℃之间。
2931323334353637生物质压缩成型工艺流程（制粒为例）3839404142破碎-干燥-筛分-粉碎-配料-制粒-冷却-输送4344015038（0.15-0.38mm）454647484950。
生物质压缩成型技术
生物质压缩成型技术一、生物质压缩成型的基本成型原理生物质压缩成型技术是指具有一定粒度的农林废弃物，如锯屑、稻壳、树枝、秸秆等，干燥后在一定的压力作用下（加热或不加热），可连续压制成棒状、粒状、块状等各种成型燃料的加工工艺，有些压缩成型技术还需要加入一定的添加剂或粘结剂。
一般生物压缩成型主要是利用木质素的胶黏作用。
农林废弃物主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，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，是高分子物质，在植物中含量约为15%~30%。
当温度达到70~100℃，木质素开始软化，并有一定的黏度。
当达到200~300℃时，呈熔融状，黏度变高。
此时若施加一定的外力，可使它与纤维素紧密粘结，使植物体积大量减少，密度显著增加，取消外力后，由于非弹性的纤维分子间的相互缠绕，其仍能保持给定形状，冷却后强度进一步增加，成为燃料。
二、生物成型技术的国内外研究现状生物质压缩成型技术的研究始于本世纪40年代。
其中规模较大的开发利用是在八十年代以后。
由于出现石油危机，石油价格上涨，西欧、美国的木材加工厂提出用木材实现能源自给，因此，生物质压缩技术发展的很快，在很多国家成为一种产业。
美国早在上世纪30年代就开始研究压缩成型燃料技术，并研制了螺旋式成型机，在一定的温度和压力下，能把木屑和刨花压缩成固体成型燃料。
日本在50年代从国外引进技术后进行了改进，并发展成了日本压缩成型燃料的工业体系。
法国开始时用秸秆的压缩粒作为奶牛饲料，近年来也开始研究压缩块燃料。
印度队这些技术的研究应用也相当重视。
在我国，这项研究也得到了政府的关注和支持。
近年来，国内科研单位加大了研究的力度，取得了明显的进展。
多个大学与企业联合对生物质成型技术进行了研究。
浙江大学生物机电研究所能源清洁利用国家重点实验室在生物质成性理论、成型燃料技术等方面进行了研究。
国内一些生产颗粒饲料的厂家也开始在原设备的基础上生产生物质致密成型燃料。
河南农业大学农业部可再生能源实验室从1992年开始相继开发生产了液压式、辊压式和螺杆式生物质致密成型机，并以小批量生产，取得了较好的社会效益和经济效益。
生物质压缩成型技术的研究进展
生物质压缩成型技术的研究进展煤、石油和天然气等化石能源在为人类社会发展提供能源动力的同时，也对人类的生存环境造成了巨大的危害，如温室效应、NO，排放、SO：排放和粉尘污染等。
与此同时，人类社会也面临着化石能源枯竭的问题，所以寻求开发新的能源，实现社会的可持续发展也日益受到世界各国的重视。
生物质能源作为一种可再生的清洁能源，有着良好的发展前景。
美国国家科学院在《1985～2010年的能源转换》中明确指出：“到2010年，大规模生物质转化所获得的能量将是1985年能源总需求量的20倍”。
我国也提出了“到2020年，可再生能源在能源构成中的比例要占10％左右”的可再生能源发展战略。
但是生物质资源也具有能源密度低、可利用半径小、生产具有季节性、存储损耗大和存储费用高的缺点。
而生物质压缩成型，即生物质致密成型是克服上述缺点的有效技术手段之一。
1 生物质压缩成型的理论依据1962年德国的Rumpf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5类：①固体颗粒桥接或架桥；②非自由移动粘结剂作用的粘结力；③自由移动液体的表面张力和毛细压力；④粒子间的分子吸引力(范德华力)或静电引力；⑤固体粒子间的充填或嵌合。
J.A.Lindley在对生物质燃料压缩成型的研究中指出，虽然成型物的密度和强度受温度、含水量、压力和添加剂等诸多因素影响，但实质上，都可以用Rumpf所述的一种或一种以上的粘结类型和粘结力来解释生物质成型物内部的成型机制。
一般认为，植物细胞中不仅含有纤维素、半纤维素，还含有木质素，简称木紊。
木素是具有芳香族特性的、结构单体为苯丙烷型的立体结构高分子化合物。
在阔叶木、针叶木中干燥基木素含量为27％～32％，禾草中木素含量为14％～25％。
虽然在各种植物中都含有木素，但它们的组成、结构并不完全一样。
在常温下木素不溶于任何有机溶剂。
木素属非晶体，没有熔点，但有软化点，当温度为70～100℃时，粘合力开始增加。
生物质发电技术与系统课程生物质燃烧发电ppt课件
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5
第二章 生物质气化发电 （4学时）
第一节 生物质收集、贮存及预处理
1、预处理
生物质水分变化大，能量密度低，需增加预处理 ，以增加能量密度。
预处理可以改变生物质特性，如硬度、颗粒度、 密度以及部份化学特性。
生物质预处理包括干燥、破碎、造粒和固化成型
。
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6
第二章 生物质气化发电 （4学时）
机壁，受到第二次破碎；从壁弹回的物料再次受到转
子的破碎，如此反复；最后在固定板和转子夹击破碎
。
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第二章 生物质气化发电 （4学时）
第一节 生物质收集、贮存及预处理 2、破碎 2）冲击式破碎：适应性强，适合不同类型的物料；构 造简单，外形尺寸小，操作方便，易于维护。
有反击式破碎机
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第二章 生物质气化发电 （4学时）
第二节 生物质压缩成型
1、压缩原理
压缩又称压实，是通过外力加压于松散的固体物 上，以缩小其体积，增加密度的一种方法；一般压缩 成棒状、粒状和块状。压缩包括三个过程：密实填充 、表面变形和破坏、塑性变形。
塑性变形是生物质在外力作用下比密度增加几百
甚于几千倍，产生复杂的机械齿合和分子间结合，形
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第四章 生物质燃烧发电 （4学时）
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第二章 生物质气化发电 （4学时）
生物质燃烧发电图
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第二章 生物质气化发电 （4学时）
生物质燃烧发电图
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第二章 生物质气化发电 （4学时）
生物质压缩成型的机理
生物质压缩成型的机理生物质压缩成型是一种将生物质原料制成固体燃料或生物质制品的过程。
由于其高热值、易贮运、低硫等特性，越来越多的人开始关注生物质压缩成型技术。
本文将介绍生物质压缩成型的机理。
生物质压缩成型设备可以将生物质材料（如松木屑、稻壳等）按指定形状和尺寸制成固体燃料或生物质产品。
这些产品可以在家庭、农业、工业和能源生产方面广泛使用。
生物质压缩成型技术可以将废旧材料转化为有价值的能源和化学品，同时减少对非可再生能源的依赖。
生物质压缩成型的主要工艺包括材料制备、原料破碎、混合、融合和成型。
其中，成型是一个关键的过程，因为它决定了压缩成型品的品质和性能。
实际上，生物质压缩成型过程中有三种基本的力学机制：弹性变形、塑性变形和断裂。
这些力学机制随着压缩力的增加逐渐转化为生物质纤维素颗粒之间的相互作用，使得松散的生物质原料逐渐成为一个固体物体。
具体来说，生物质压缩成型中的机理可以分为以下几个步骤：1.预处理生物质原料：预处理是生物质压缩成型中的一个重要环节。
通过预处理，可以去除生物质原料中的杂质和水分，减少原料中硬质物的数量。
预处理可以增加生物质的密度和硬度，降低生物质的颗粒大小。
2.破碎和混合：生物质原料通常需要经过机械破碎和混合，使其颗粒尺寸足够小，以便于成型。
破碎和混合的过程可以将生物质颗粒与水混合，形成一种粘合性的物质。
3.成型：成型是生物质压缩成型的关键步骤。
在成型过程中，生物质原料经过压力和热量的作用，逐渐变成具有规则形状和紧密结构的物体。
成型的压力和温度决定了产品的形状、密度和硬度。
4.冷却和包装：在成型之后，生物质制品需要冷却和包装。
冷却可以防止产生内部应力，从而增加产品的强度和稳定性。
包装则有助于保护产品，使其不受外部环境的影响。
总之，生物质压缩成型的机理是一个复杂的过程，需要考虑材料的物理、化学和机械特性。
通过合理的处理、成型和冷却等步骤，可以制造出高质量的生物质制品和固体燃料。
生物质压缩成型技术的研究进展
生物质压缩成型技术的研究进展煤、石油和天然气等化石能源在为人类社会发展提供能源动力的同时，也对人类的生存环境造成了巨大的危害，如温室效应、NO，排放、SO：排放和粉尘污染等。
与此同时，人类社会也面临着化石能源枯竭的问题，所以寻求开发新的能源，实现社会的可持续发展也日益受到世界各国的重视。
生物质能源作为一种可再生的清洁能源，有着良好的发展前景。
美国国家科学院在《1985～2010年的能源转换》中明确指出：“到2010年，大规模生物质转化所获得的能量将是1985年能源总需求量的20倍”。
我国也提出了“到2020年，可再生能源在能源构成中的比例要占10％左右”的可再生能源发展战略。
但是生物质资源也具有能源密度低、可利用半径小、生产具有季节性、存储损耗大和存储费用高的缺点。
而生物质压缩成型，即生物质致密成型是克服上述缺点的有效技术手段之一。
1 生物质压缩成型的理论依据1962年德国的Rumpf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5类：①固体颗粒桥接或架桥；②非自由移动粘结剂作用的粘结力；③自由移动液体的表面张力和毛细压力；④粒子间的分子吸引力(范德华力)或静电引力；⑤固体粒子间的充填或嵌合。
J.A.Lindley在对生物质燃料压缩成型的研究中指出，虽然成型物的密度和强度受温度、含水量、压力和添加剂等诸多因素影响，但实质上，都可以用Rumpf所述的一种或一种以上的粘结类型和粘结力来解释生物质成型物内部的成型机制。
一般认为，植物细胞中不仅含有纤维素、半纤维素，还含有木质素，简称木紊。
木素是具有芳香族特性的、结构单体为苯丙烷型的立体结构高分子化合物。
在阔叶木、针叶木中干燥基木素含量为27％～32％，禾草中木素含量为14％～25％。
虽然在各种植物中都含有木素，但它们的组成、结构并不完全一样。
在常温下木素不溶于任何有机溶剂。
木素属非晶体，没有熔点，但有软化点，当温度为70～100℃时，粘合力开始增加。
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螺旋挤压式成型机是最早研制生产的热压成型机，其原理是利用螺杆 输送推进和挤压生物质。加热器加温时由温控器自动控制在设定的温 度值。这类成型机具有运行平稳、生产连续、所产成型棒易燃等特性。 其主要技术问题是成型部件磨损严重，使用寿命短，单位产品能耗高。
螺 旋 挤 压 式 成 型 机
生活中的螺旋挤压
2.2 生物质压缩成型原理
纤维素：加热到约150 oC时不发生显 著变化，超过此温度会由于脱水而逐 渐焦化。
半纤维素：热解一般发生在200~300 oC ，在高温区域，木聚糖热解产物大 部分是挥发分和焦炭，焦炭产量约 10~20%。 木质素：100 oC开始软化，160 oC开始 熔融形成胶体物质。
2. 燃烧不均匀、不完全
3. CO、PM10、PM2.5排放多
PM，英文全称为particulate matter(颗粒物）。PM2.5是指大气中直径 小于或等于2.5微米的颗粒物
PM2.5在显微镜下的样貌
压缩生物质的特点
密度可达1.1~1.4 t/m3 能量密度与中质煤相当 燃烧特性明显改善，火力持久、黑烟少，炉膛温度高 便于运输和储存 可替代薪柴和煤作为生活及生产用的能源 成型燃料经炭化后变为机制木炭，商业价值和市场良好
松弛密度比模内的最终压缩密度小，通常采用无量纲参数---松弛比，即模 内物料的最大压缩密度与松弛密度的比值描述成型块的松弛密度。 影响因素：生物质的含水率、组成成分。
提 高 松 弛 密 度
采用适宜的压缩时间，控制成型块在模具内 的应力松弛和弹性变形，阻止成型块出模后 压缩密度的减小趋势。
生物质粉碎尽可能减小粒度，适当提高生物质 压缩成型的压力、温度或添加黏结剂，最大限 度降低成型块内部的空隙率，增强结合力。
生物质压缩成型的电势特性
根据传统的动电学理论，一旦固体颗粒与液体接触，在固体颗 粒表面会发生电荷的优先吸附现象，这使固相表面带电荷，与 固体表面接触的周围液体会形成相反电荷的扩散层，构成了双 电层。
固体颗粒表面和液体内部的电势差，F（电势） 对生物质颗粒的压缩成型起排斥作用。减小F，可少加或 不加黏结剂情况下，提高成型块强度。
2.3 生物质压缩成型的主要影响因素
原料种类的影响 原料含水率的影响
原料粒度的影响
成型压力的影响 温度的影响
原料种类的影响
原料的种类不但影响成型质量，如成型块的密度、强度、热值 等，而且影响成型机的产量及动力消耗。 木 材
难于压缩，即在压 力作用下变形较小
植（ 物秸 纤秆 维）
易于压缩，即在压 力作用下变形较大
原料含水率的影响，对比生活中的和面
水太少
水太多
水适中
原料粒度的影响
对于某一确定的成型方式，原料的粒度大小应不大于某一尺寸。
粒度小 粒度大 延伸率或变形率大 延伸率或变形率大小 容易压缩 难压缩
原料粒度影响成型机的效率和成型物的质量 原料粒度较大 原料粒度不均匀 特殊：冲压成型 成型机不能有效地工作，能耗大，产量小 表面将产生裂纹，密度和强度降低 要求粒度较大，粒度较小容易脱落
生活中的活塞挤压
古法榨油
螺旋挤压式和活塞冲压式两者的技术对比
参数 原料最佳含水率 /% 接触部位磨损 螺旋挤压式 活塞冲压式 参数 密度/ （t/m3） 维护费 螺旋挤压式 活塞冲压式
8～ 9
10～15
1～1.4
低
1～1.2
高
在螺旋处有 活塞和模有 较大的磨损 轻度磨损
工作方式
动力消耗/[（ kW〃h）/t]
生物质资源转化与利用
第二章 生物质压缩成型技术
物理化学法
压缩成型直接燃烧ຫໍສະໝຸດ 固体燃料燃烧供热、木炭
高压蒸汽、热气流 直接液化
燃料油、化工原料
生 物 质
液化
热化学法 气化 热裂解 微生物法 生物化学法 发酵
间接液化 共液化
氢气、木煤气
甲醇、柴油、二 甲醚、氢气
化学品、液体燃料
木炭、生物油、木煤气、醋液
氢气
生物质固体成型燃料的应用
家庭炊事，取暖用能 工业锅炉和电厂的燃料 替代煤、天然气、燃料油等 化石能源
生物质压缩成型技术分类
常温湿压成型
棒状成型 按成型物形状 颗粒状成型 圆柱状成型 按广义分
热压成型（最普遍）
炭化成型 冷压成型 固体成型
生物质压缩成型技术的发展 国外发展状况（自学）
我国发展状况（自学）
冷压缩成型工艺
在常温下，将生物质颗粒通过特殊的挤压方式成型的过程。 其黏结力主要是靠挤压过程所产生的热量，是生物质中的 木质素产生塑化黏接。黏结剂的选择至关重要。 对原料含水率要求不高。 颗粒成型机理不同，冷压缩技术的工艺只需要粉碎和压缩 两个环节。
特点： 与热压缩相比，冷压缩一般需要的压力特别大，但具有原 料适用性广，设备系统简单、体积小、质量轻、价格低、 可移动性强、颗粒成型能耗低、成本低等优点。
某些有机化合物可以作为添加剂，中和F电势，例如聚环氧乙烷。
生物质压缩成型的化学成分因素
生物质的组织结构和组成成分不同造成生物质成型块的物理品 质出现较大差异。 主要成分：纤维素、半纤维素、木质素 其他成分：单宁、果胶质、萃取物、色素、灰分 木质素：最好的内在黏结剂 水分可降低木质素的玻璃化转变温度，使生物质在较低 温度下成型 其他黏结剂：腐殖质、树脂、蜡质等
成型缓慢 成型较快 成型缓慢 成型较快
2.4 生物质压缩成型工艺技术
热压缩
螺旋挤压 成型技术 压缩成型工艺类型
活塞挤 压技术
压辊式成型技术
工作原理：采用压轮和模具之间挤压力摩擦力相互作用原理， 使物料获得成型。物料在加工过程中无需加入任何添加剂或 粘结剂。 对成型前粉料含水率有严格要求，8~12%。
沼气、乙醇
2.1 生物质压缩成型技术的基本概 念和发展
为什么要 固化成型？
压缩成型（固化成型）
生物质压缩成型技术的概念
在一定温度和压力作用下，利用木质素充当黏合剂， 将松散的秸秆、树枝和木屑等农林生物质压缩成棒状、 块状或颗粒状的成型燃料。
木质素（碱性）
木质素纤维
传统生物质利用的特点
1. 燃烧效率低（15~20%）
造成松弛的原因之一，参考弹性形变
（2）耐久性 反映成型块的黏结性能，是由成型块的压缩条件及松弛密度决 定的。 耐久性体现在成型块的不同使用性能和储藏性能方面，具体细 化为： 抗变形性----采用强度试验测量其拉伸强度和剪切强度，用失效 载荷值表示成型块的强度； 抗跌（滚）碎性----用跌落试验和翻滚试验或冲击试验来检验； 抗渗水性----计算成型块在一定时间内进入水中的吸水率，或记 录成型块在水中完全剥落分解的时间； 抗吸湿性
原料含水率的影响
无论是颗粒燃料还是块状燃料，含水率严重影响常温成型产品 质量和产量。
适宜的含水率一般在12~18%，最佳含水率在15%左右。 含水率小于15%，燃料密度随含水率的增加呈增大趋势， 含水率大于15%，燃料密度快速下降，成型块表面有裂 纹，甚至不能成型。
原料 木屑 秸秆
含水率/%
4 不成型 不成型 6 成型 成型 8 成型 成型 10 成型 成型 12 成型 成型 14 不成型 不成型
秸秆成型燃料是生物质经脱水、粉碎、成型等程序制备成 的致密固体燃料。
1吨蒸汽锅炉所用各种常规燃料能耗费用对比表
燃料名称 热值(kCal) 柴油(kg) 10200 天然气(M3) 8500 电(kwh) 860 生物质颗粒燃料(kg) 4400±100
燃料价格(元)
每吨蒸汽能耗 每吨蒸汽费用(元)
挥发分燃烧完毕，剩余的焦炭骨架结构紧密，运动的气流不能 使骨架悬浮，骨架保持层状燃烧，形成层状燃烧核心。这是炭 燃烧所需的氧气与静态渗透扩散的氧相当，燃烧稳定、完全， 减小了能量及热损失。
2.6生物质压缩成型应用实例
生物砖料是以第二次石油危机为契机，由日本北海道开发 的，作为煤油的代替燃料，以煤（75%）、生物质（25%） 相混合，不使用黏结剂，高压形成的复合固体燃料。
压缩成型工艺过程
原 料
干 燥
成 型
利 用
炭 化
木 炭
压缩成型的原理
用成型机将松散的生物质原料在高压条 件下，依靠机械与生物质之间及其生物 质相互之间摩擦产生的热量或外部加热， 使木质素软化，经压缩成型得到具有一 定形状和规格的新型燃料。
生物质压缩成型的黏结机制
生物质成型块的品质受到诸多因素影响 ----根本上影响或制约着成型块内部的黏结方式和黏结力大小， 造成成型块物理品质的差异。 1962年，德国Rumpf，黏结力类型和黏结方式分类： 固体颗粒桥接或架桥 非自由移动黏结剂作用的黏结力 自由移动液体的表面张力和毛细压力 离子键的分子吸引力（范德华力）或静电引力 固体粒子间的充填和嵌合
压 辊 挤 压 式 成 型 机
平模颗粒成型机结构示意图
生活中的平模成型
压辊式环模成型机
生物质成型套筒
炭化成型工艺
（1）先成型后炭化工艺
原料 粉碎 干燥 成型 炭化
冷却 包装
（2）先炭化后成型工艺 原料 成品 干燥
粉碎 除杂
包装
炭化
混合黏 结剂
挤压 成型
炭化成型工艺的特点：
炭化过程高分子组分受热裂解转化成炭， 并释放出挥发分，因而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 的能力较差，故成型时一般都要加入一定量 的黏结剂。
成型压力的影响
常温成型，在比较大的压力下，可以获得密度高的成型燃料。
对于环模压缩，由于难以测量成型压力，一般以压缩比大小来 表示成型压力的相对大小。 压缩比增大，燃料密度增加
一般情况，压力较小时，密度随压力增加 而增加的幅度较大，而压力增大到一定值 以后，成型块的密度增加变得缓慢。