生物质压缩成型技术
生物质颗粒的加工方法
生物质颗粒的加工方法生物质颗粒的加工方法主要包括以下几种：1. 冷压成型：将生物质在常温下进行高压揉捏成型，利用生物质中的木质素塑化粘结。
这种方法需要很大的成型压力，为降低压力，可以在成型过程中加入一定的粘结剂。
2. 热压成型：通过加热使材料破坏、干燥、混合、揉捏成型和冷却包装。
根据材料加热部分的不同，分为只在成型部分加热和在进入紧缩组织前和成型部分加热两类。
3. 常温湿压成型：纤维材料经过一定程度的堕落后，纤维变得柔软、湿皱纹和部分降解，容易紧缩成型。
使用简单的模具挤出部分降解农林残留物中的水分，形成低密度紧缩成型燃料。
4. 螺旋式：这种结构与绞肉机相似，由挤压螺旋推进器、压缩室、模孔和切断刀组成。
工作时挤压螺旋推进器把压缩室内的粉料向前推挤，使其穿过模板孔形成圆柱形，随后被切刀切成粒状。
该结构多用于生产膨化饲料，缺点是螺旋绞龙寿命短。
5. 平模式：在立轴上装有压辊，压辊紧贴在多孔平模板上，当压辊或平模旋转时，可把粉料从模孔中压出，形成柱状，随后被切刀切成粒状。
制粒质量较好，机组结构小、成本低，可用于中小型颗粒燃料加工厂。
6. 对辊式：工作部件是一对有许多窝眼的压辊，工作时两辊相对运动，将落入窝眼的粉料挤压成颗粒。
该结构的缺点是挤压作用时间短、颗粒密度低。
7. 环模式：工作部件是多孔厚壁环模，模的内腔装有2～3个压辊，工作时压辊或环模旋转，压辊将腔内的粉料从模孔中压出，随后被切刀切成粒状。
制粒质量较好，机组结构大、成本高，多用于中型以上颗粒燃料加工厂。
这些方法各有优缺点，适用于不同的应用场景和需求。
选择合适的加工方法需要考虑多种因素，包括原料的种类、质量、可用资源、能源消耗和成本等。
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 。
压缩成型
碳化成型工艺可分为碳粉制备、粘结剂混合、挤压成型和成品 干燥4个步骤。 碳化成型工艺流程 热解碳化炉 原料 挥 发 份 搅拌混合 加热炉 热烟气 挤压成型 干燥室 成品碳
可燃气
影响生物质压缩成型的主要因素
1.原料的种类
不同原料的成型特性差异很大。
产量 主要影响 质量(密度、强度、热值等)
动力消耗
2.原料形态
压块能耗的研究
原料喂人的能耗 能耗主要构成： 物料与部件内壁摩擦的能耗 克服物料弹性变形的能耗。 物料的种类 粒度和含水率 成型料密度 生产率
能耗主要影响因素：
原料收集问题
生物质原料的特点是具有季节性、分散性，影响了生物质致密 成型燃料的规模化生产，必须考虑生物质的收集半径。考虑分散设 点及就地使用或集中调配使用的适宜方法。适宜的生物质致密成型 设备规模。
第七章 生物质压缩成型
7.1 生物质压缩成型一般概念
基本原理
一定粒度的农林废弃物在压力作用下制成各种成型燃料的工艺， 有些工艺需要加入一定的添加剂或加热处理。 生物质成型主要是利用木质素的胶黏作用。
主成分
纤维素 木质素 70～100℃软化、黏度↗，200～300℃呈熔融状
木质素为天然高分子聚合体， 具有复杂的三维结构，植物中含 量约为15%～30%。
几个有待深入研究的技术问题 各种原料的压缩特性:
实度的关系
秸秆在压缩过程中，是在一定压力（温度）下，通过秸秆的塑 性变形和其本身的木质素软化固化成型的。 在压缩过程中可分为3个阶段：
F（压力、压缩时间、温度）与 密
松软阶段（压力0MPa～8MPa）
过渡阶段（压力8MPa～13MPa） 压紧阶段（压力13MPa～30MPa） 在压力较小时，压块密度随压力的增大显著增大，但达到压紧阶段 后，变化缓慢，趋于常数。 一般情况下，在压力为15MPa时，压块的成型效果较好， 将压力控 制在15～30 MPa范围内就可以达到成型。
生物质压缩成型工艺与实践考核试卷
9.生物质压缩成型工艺在发展中国家具有广泛的应用前景。（）
10.判断题的答案只能是√或×，不能填写其他内容。（）
五、主观题（本题共4小题，每题10分，共40分）
1.请简述生物质压缩成型工艺的主要步骤及其各自的作用。
2.分析生物质压缩成型燃料与传统生物质燃料相比的优势和不足。
18. ABCD
19. ABC
20. ABCD
三、填空题
1. 15-25
2.压缩成型机
3. 30%-60%
4.成型压力
5.成型工艺参数
6.潮湿
7.成型工艺
8.温室气体
9.城市生活垃圾
10.燃料密度
四、判断题
1. √
2. ×
3. ×
4. ×
5. ×
6. √
7. ×
8. ×
9. √
10. √
五、主观题（参考）
A.高温
B.潮湿
C.阳光直射
D.密封保存
15.以下哪种方法不能提高生物质压缩成型燃料的热值？（）
A.提高原料的含水率
B.选用高热值原料
C.增加成型压力
D.控制成型温度
16.生物质压缩成型工艺中，以下哪个环节对成型燃料的环保性能影响较小？（）
A.原料选择
B.预处理
C.成型方法
D.燃烧设备
17.以下哪种因素不影响生物质压缩成型工艺的生产效率？（）
A.提高能源利用率
B.减少运输成本
C.增加燃烧时的环境污染
D.提高燃料的热值
2.常见的生物质压缩成型原料包括（）
A.农业废弃物
B.林业废弃物
C.城市生活垃圾
生物质稻壳压缩成型过程建模及优化
生物质稻壳压缩成型过程建模及优化随着环保意识的增强和社会的可持续发展要求的提高，生物质燃料逐渐成为替代传统化石燃料的重要选择之一。
在生物质能源领域中，生物质压缩成型是一种有效的生产方式。
稻壳作为一种常见的生物质资源，其压缩成型过程不仅可以利用和节约资源，也有利于改善环境，降低排放。
因此，建模和优化生物质稻壳压缩成型过程具有重要的理论和实践意义。
一、生物质稻壳压缩成型过程原理生物质压缩成型是指将生物质原材料经过预处理后进行挤压成型，压缩后形成的颗粒状生物质燃料具有高热值、低含水率、易储运等特点，广泛用于生物质能源领域。
其压缩成型过程可以简单分为以下几个步骤：1. 初级处理：即将生物质原材料进行物理或化学处理，如去杂质、破碎、干燥等。
2. 压缩和挤出：经初级处理后的生物质原料通过挤压机或压缩机进行挤压成型。
该过程中涉及很多参数，如受力状态、温度、压力、速度等。
3. 成型品处理：经挤压成型的生物质颗粒在该过程中可进行多种处理方式，如冷却、升温、干燥等，以达到理想的形成品质。
4. 粉碎处理：生产完成后的生物质颗粒可通过粉碎装置提高颗粒的密度和流动性，使生物质燃料具有更好的使用效果。
由此可以看出，生物质压缩成型过程涉及很多参数和环节，需要充分考虑各种因素，优化整个过程。
二、建模和优化生物质压缩成型过程1. 数据采集和预处理在建模和优化过程中，首先需要采集生产过程中的数据，如原材料质量、温度、压力、速度等参数。
然后对所采集的数据进行预处理，如数据清洗、特征提取、异常检测等，以使其合理可用。
2. 模型建立模型建立是整个过程的核心步骤，直接关系到压缩成型效果的优良与否。
生物质压缩成型过程的建模可采用多种方法，如机器学习方法、数据挖掘算法、建模软件等。
本文以人工神经网络（ANN）为例进行描述。
ANN是一种在类似人脑神经系统中结构构建的机器学习算法，可处理非线性关系和高维度数据。
在生物质压缩成型模型中，ANN模型的构建可参考以下流程：（1）确定模型输入和输出：模型输入可以包括原材料质量、温度、压力、速度等参数，输出为生物质颗粒的质量等级。
生物质压缩成型技术
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
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。
国内研究技术
我国从20世纪80年代引进并开始致力于生物质压缩成型 技术的研究。南京林化所在“七五”期间开展了对生物 质压缩成型机的研制及对生物质成型理论的研究; 湖南 省衡阳市粮食机械厂于1985年研制了第一台ZT- 63型生 物质压缩成型机; 江苏省连云港东海粮食机械厂与1986 年引进了一台OBM- 88棒状燃料成型机;1990年前后,陕 西省武功县轻工机械厂, 河南工艺包装设备厂等单位先 后研制和生产了几种不同规模的生物质成型机和碳化机 组;1994年湖南农大, 中国农机能源动力所分别研究出 PB- 1型、CYJ- 35型机械冲压式成型机;1997年河南农 业大学又研制出HPB- 1型液压驱动活塞式成型机;2002 年中南林学院也研制了相应设备。目前我国成型机的生 产和应用已形成了一定的规模, 热点主要集中在螺旋挤 压成型机上, 但是,仍然存在着诸如成型筒及螺旋轴磨 损严重、寿命较短、电耗大等问题, 因此,有待于进一 步深入研究。
第3章 生物质压缩成型
47
破碎-干燥-筛分-粉碎-配料-制粒-冷却-输送
（0.15-0.38mm） （0 15 0 38 ）
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破碎-干燥-筛分-粉碎-配料-制粒-冷却-输送
49
破碎-干燥-筛分-粉碎-配料-制粒-冷却-输送
50
51
52
53
破碎-干燥-筛分-粉碎-配料-制粒-冷却-输送
54
破碎-干燥-筛分-粉碎-配料-制粒-冷却-输送
12
生物质固化成型原理
木素属非晶体，没有熔点但有软化点，当温度 为70～110℃时粘合力开始增加，木素在适当温 为70～110℃时粘合力开始增加 木素在适当温 度下（200～300℃）会软化、液化，此时加以 一定的压力使其与纤维素紧密粘接并与相邻颗 定的压力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，因此采用 热压法成型秸秆（或木屑）燃料可不用任何添 加剂、粘接剂，大大降低了加工成本，而且利 用木素软化、液化的特点，适当提高热压成型 时的温度有利于减小挤压动力。 时的 度有利 减小挤 动力 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的。 化成型机经热挤 制得的
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生物质固化成型的技术关键-螺杆的使用寿命
物料的压缩是螺杆和出料筒配合完成的，即螺杆的 几何尺寸和出料筒几何尺寸必须在一定的范围内才 几何尺寸和出料筒几何尺寸必须在 定的范围内才 能在较快的挤出速度下获得较大密度的成型燃料。 螺杆是在较高温度和压力下工作的，螺杆与物料始 螺杆是在较高温度和压力下工作的 螺杆与物料始 终处于干磨擦状态，导致螺杆的磨损非常快。当螺 杆磨损到 定程度时，螺杆与出料筒失去尺寸配合， 杆磨损到一定程度时 螺杆与出料筒失去尺寸配合 成型就无法进行。 因此，压缩区螺纹的磨损决定了螺杆的使用寿命， 因此 压缩区螺纹的磨损决定了螺杆的使用寿命 螺杆的使用寿命成为生物质固化成型设备和技术实 用价值的决定性因素。
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。
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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。
三、生物压缩成型技术的分类和特点
根据生物质压缩成型的工艺特性可以将其分为湿压成型、热压成型、碳化成型三种主要形式。
湿压成型室将原料在常温下浸泡数日，使其湿润皱裂并降解，然后利用高压将其水分挤出，压缩成燃料块。
现在已有试验表明，湿压成型的生产率可以达到很高，因此在燃料市场上具有一定的竞争力。
热压成型是目前普遍采用的生物质压缩成型工艺，一般其工艺过程可以分为原料粉碎、干燥混合、挤压成型和冷却包装等几个环节。
由于原料的种类、粒度、含水率等因素对成型工艺过程有一定的影响，所以具体的生产工艺流程也有一定的差别，但是挤压成型都是关键。
碳化成型工艺的基本特征是，将生物质原料碳化或部分碳化，然后再加入一
定量地黏结剂挤压成型。
由于原料纤维素结构在碳化过程中受到破坏，高分子组分受热裂解转化成炭，并放出挥发分，使成型部件的磨损和能耗都明显降低。
但碳化后的原料维持既定形状的能力较差，所以一般都要加入黏结剂。
碳化成型的成型设备一般都比较简单。
四、生物质压缩成型影响因素的研究及结果
影响生物质压缩成型的主要因素有：原料种类、含水率、粒度、成型压力、压缩成型模具的形状尺寸及加热温度等。
这些影响因素在不同的压缩条件下的影响结果也不尽相同。
4.1原料的种类
原料的不同，其压缩成型特性有很大的差异。
如木材废料一般难以压缩，而纤维状的植物秸秆和树皮等容易压缩。
在不加热条件下进行压缩成型时，较难压缩的原料就不易成型，容易压缩的原料则容易成型，但是在加热的条件下进行压缩成型时，象木材废料等虽然难以压缩，但其本身的木素含量高，在高温条件下成型反而容易。
而植物秸秆和树皮等，原料的黏结能力弱，因此不易成型。
4.2原料的粒度
一般，粒度小的原料容易压缩，粒度大的原料较难压缩。
原料的粒度影响成型机的效率及成型物的质量。
粒度较大时，成型机能耗大、产量小，工作的有效率低。
原料粒度不均匀时，成型物密度、强度降低，表面易产生裂纹。
4.3原料的含水率
当原料的含水率过高时，加热过程中产生的蒸汽不能从成型燃料中心孔排出，轻者会造成燃料开裂，表面非常粗糙，重者产生爆鸣；当原料含水率太低时，成型困难。
一般对于颗粒装的成型燃料，要求其含水率子在三分之一左右；对于棒状成型燃料，要求原料的含水率在百分子十左右。
4.4成型压力与模具尺寸
成型压力是生物质原料压缩成型最基本的条件。
只有施加足够的压力，原料才能被压缩成型，但成型压力与模具的形状尺寸有密切关系。
这是因为大多数成型机都采用挤压成型方式，即原料从成型模具的一端连续压入，又从另一端连续挤出，这时原料挤压所需要的成型压力与容器内壁面摩擦力相平衡，而摩擦力的大小与模具的形状尺寸有直接关系。
国内外许多学者研究了生物质压缩力和压缩密度的关系，建立了相应的数学模型。
这些成果都是关于成型压力与压缩密度、压缩量地关系，但是不能估算出最终的压缩密度。
4.5加热温度
通过加热，一方面可使原料中含有的木素软化，起到粘结剂的作用；另一方面还可以使原料本身变软，变得容易压缩。
对于一般的燃料成型机来说，加热温度过低，不但原料不能成型，而且功耗增加；温度增高，电机功耗减小，导致成型压力减小，成型物挤压不实，密度变小，容易断裂破损，成型燃料表面过热烧焦，烟气较大。
五、生物质压缩成型技术存在的问题和解决方法
生物质压缩成型经过几十年的理论探索和工程实践，虽然克服了生物质资源密度低、可利用半径小等缺点，但是在成型设备、成型原料特性方面存在不少的问题。
5.1成型设备方面的问题
在生物质压缩成型中成型机无疑扮演着重要的角色，虽然成型机目前一定具有一定的规模，但要实现产业化，还有一些技术障碍需要解决。
现在大部分机组可靠性能差，运行不平稳，易损件使用寿命太短，维修和更换不方便。
技术较为成熟的螺旋挤压式成型机的螺杆寿命及其有限，由于物料的压缩是靠螺杆和出料套筒配合完成的，螺杆的几何尺寸和出料套筒配合完成的，螺杆的几何尺寸和出料筒的几何尺寸必须在一定的范围内，才能在较快的挤出速度下获得较大密度的成型燃料。
螺杆是在较高温度和压力下工作的，与物料始终处于干摩擦状态，导致螺杆的磨损非常快。
螺杆磨损到一定程度时，会与出料套筒失去尺寸配合，使成型无法进行。
相对的，比较适宜在液压活塞式和辊压式压缩成型机的基础上做一定的改进，从而适用于生物质压缩成型。
同时，由于成型机对原料的种类、粒度和含水率的要求较高，而成型设备自动化低，整个生产过程没有形成配套的生产线，工作时原料达不到生产的要求。
因此应在配套的设备上也多下些功夫。
5.2设备连续运行能力低
生物质的原料具有季节性和分散不均的情况，严重的影响了生物质致密成型燃料的工业化生产。
因此必须考虑到生物质原料的收集和连续供给的问题。
最好是采用分散的设置加工或就地使用的方法，因此生物质压缩成型设备的生产率不易过大。
六、生物质压缩成型技术的发展前景
生物质压缩成型的原料来源广泛，具有良好的经济效益，且其利用秸秆、稻壳等生物质纤维为原料，具有绝对的环保性。
随着该技术和设备的进一步完善，保护自然生态环境意识地日益加强，生物压缩成型技术将覆盖在更广阔的空间。
但现在还有很多因素制约它的全面应用。
我们应该在设备实用性、原料适用性、降低消耗等多方面入手，为以后更好的利用生物能做准备。
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