[科普中国]-微燃料制程系统

燃料制备过程。

生物质成型燃料（densified biomass briquetting fuel，DBBF）添加剂的筛选和应用对于 DBBF 的规模化制备和高效燃烧均具有重要意义。

DBBF黏结剂种类可选择性高、廉价易得，但其对于燃料的机械强度的改善有待提高；DBBF防腐降沉添加剂来源广泛，但工作效率低，工业运用效果有待提升；DBBF助燃剂虽然种类较少、机理尚不明确、无统一的研究开发标准，但是助燃剂能够有效改善DBBF的燃烧性能，提高燃烧效率。

简介生物质能源高效利用关键技术研发是我国“十三五”规划下能源领域研究的重点课题，其中生物质成型燃料（densified biomass briquetting fuel，DBBF）是生物质能源利用的重要途径。生物质成型燃料技术包括生物质直接成型和生物质炭化成型两种方式，在DBBF利用的过程中，添加剂不仅在燃料规模化制造成型的过程中起到重要的黏结作用，其在燃烧前后对DBBF的提质改性也有重要的应用前景。

按照添加剂功能和作用机理的不用，大致可以分为：黏结剂、防腐降沉添加剂和助燃剂三类。其中黏结剂主要应用在DBBF成型过程中，其依据不同的成型工艺，又可以分为常温（冷压）成型黏结剂、热压成型黏结剂、炭化成型黏结剂。黏结剂应用广泛，对于DBBF燃料机械强度的提升有重要作用。防腐降沉添加剂的应用旨在降低DBBF燃烧过程中对设备的腐蚀和因焦化积灰引起的设备损伤，对提升DBBF燃烧效率和设备的使用寿命有重要意义。

DBBF助燃剂是依据燃烧催化机理发展起来的一种促进DBBF燃烧的添加剂，助燃剂的使用大大改善了DBBF点火困难的困局，也极大地提升了DBBF的燃烧性能。由于DBBF添加剂的优良性能，目前在DBBF规模化生产中应用广泛，除此之外国内外很多学者还对DBBF添加剂的使用性能和作用机理做了较为全面的研究，但是绝大多数的综述性文献针对的是DBBF本身和其制备、燃烧设备炭化成型工艺黏合剂的研发及机理研究现状。1

生物质炭化成型工艺生物质炭化成型工艺是指将生物质进行炭化，至粉状后添加一定的黏结剂并挤压至一定形状。生物质在炭化的过程中纤维素遭到破坏，生物质高分子组分裂解为炭，所以粉体成型主要依靠黏结剂，且其成型机理类似于常温（冷压）成型工艺。从热力学观点来看，炭粒成型过程是体系熵减小的非自发过程，必须有外界做功才能促使炭粒成型。从表面化学观点来看，体系表面能在炭粒破碎的过程中不断增大，而黏结剂在炭粒成型中的作用正是分子充分润湿颗粒表面，降低体系的表面能。

TAYLOR认为炭粒成型存在挤压阶段和松弛阶段。挤压阶段，黏结剂在炭粒表面分布并逐步进入颗粒之间狭窄的空隙，在一定温度和压力的作用下，形成许多连接周围例子表面的黏结剂液桥（liquid bridge）。在松弛阶段，颗粒与黏结剂之间的距离扩大，部分黏结剂退回原位置，但此时仍有部分黏结剂液桥连接。徐振刚等针对无机黏结剂和有机黏结剂对于炭粒的黏结效果分别作了研究，发现两者在炭粒黏结中的作用机理有所不同：无机黏结剂对于炭粒成型的黏结作用主要依靠的是毛细管力、离子键力；而有机黏结剂对于炭粒的黏结机理主要依靠的是相似相溶原理，炭粒对于黏结剂有较强的亲和力，即在极性分子基团之间形成共价键和氢键，非极性电子基团之间形成色散力。

黏结剂的添加不仅减少了物料颗粒对成型设备的磨损，而且对于燃料加工性能和设备功率损耗均有所改善，但是，成型制品在运输和存储的过程中易开裂是生物质炭化成型工艺目前面临的主要问题。鉴于此，开发和选择合适的黏结剂对于发展和改善生物质炭化成型工艺有重要作用。近年来，很多学者已经通过研究黏结剂的种类、用量、炭粉粒度及成型工艺对炭成型块性能的影响，研究开发出种类繁多的生物质炭化成型燃料的黏结剂，总体看主要由无机黏结剂、有机黏结剂和复合类黏结剂三种组成。无机类黏结剂虽可以提高DBBF的机械强度，但是添加过多的无机类黏结剂会减低燃料中的碳含量，降低DBBF的燃烧性能。有机类黏结剂虽然在添加后的燃料机械强度相比前者有所降低，但是其与燃料表现出较好的亲和力，且能够均匀的分布在生物质粉体表面，环保是生物质碳的主要特点之一，所以在黏结剂选取上也应遵循这一标准，目前常用的生物炭化成型黏结剂（例如木质素黏结剂、淀粉黏结剂、植物蛋白黏结剂等）都是环保可再生的黏结剂，并且价格低廉来源广泛，但是淀粉黏结剂生物质炭成品热稳定性及机械强度较差，且回溯性较高。

所以黏结剂的种类选择与用量决定了生物质成型炭的性能，至今很多研究者都将对生物质炭的研究重心放在了黏结剂的研究开发与改性上。生物质炭化成型的黏结剂种类繁多，且原料以木炭粉居多，而冷压成型的黏结剂虽然在冷杉树皮和锯末中也有应用，但是主要针对是以玉米秸秆和水葫芦为主的草本类生物质成型原料。1

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学