[科普中国]-固体燃料成型技术

简介

固体燃料成型技术是将松散的秸秆、树枝和木屑等农林废物经干燥并粉碎到一定粒度，在一定的温度、湿度和压力条件下，挤压成规则的、较大密度的固体成型燃料，是生物质资源预处理的一种方式。其根据最后成型的燃料形状可以分为棒状燃料、颗粒燃料和块状燃料三种。按照成型后的密度大小，可分为高、中、低三种密度：密度在1100kg/m3以上的为高密度成型燃料，更适于进一步加工成炭化制品；密度在700kg/m3以下的为低密度成型燃料；密度介于700~1100kg/m3之间的为中密度成型燃料，块型大小适宜的中低密度生物质成型燃料可以代替煤或与煤混合一起在普通炉灶、工业锅炉和燃煤电厂锅炉中燃烧。1

成型机理及影响因素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，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使其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一原理，用压缩成型机将松散的生物质在一定的温度、压力条件下，靠机械与生物质之间及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，经挤压成型而得到具有一定形状的新型燃料。1

影响因素影响生物质燃料成型的主要因素有：原料种类、含水率、原料粒度、成型压力与模具尺寸、加热温度、挤压过程滞留时间等，这些影响因素在不同压缩成型方式下的表现形式不相同。因此，在设计时要对这些参数进行合理的设置，以保证燃料的成型和成型后的产品质量。1

湿压成型湿压成型工艺常用于含水量较高的原料。纤维类原料经一定程度的腐化后，会损失一定能量，但是其挤压、加压性能会比一般风干原料有明显改善。其工艺过程为：把纤维类原料在常温下浸泡数日水解处理，使纤维变得柔软、湿润、皱裂并部分降解，以易于压缩成型。然后利用简单的杠杆和模具，将部分降解后的农林废物中的水分挤出，即形成低密度的压缩成型燃料块。这一技术在泰国、菲律宾等国得到了一定程度的发展，菲律宾一家研究机构的试验结果表明，这类机组的生产率可以达到1t/h，在25%的含水率条件下，燃料的平均热值约为23kJ/kg，被当地称为“绿色碳”或“绿色燃料”，在燃料市场上具有一定的竞争能力。湿压成型设备一般比较简单、容易操作，但是成型部件磨损较快、烘干费用高、多数产品燃料性能较差。1

活塞冲压式成型机活塞冲压成型机的燃料成型是靠活塞的往复运动实现的，如下图1所示。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；液压式冲压成型机是利用液压油缸所提供的压力，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，所得的产品密度介于0.8~1.1g/cm3。液压驱动活塞式成型机对原料的含水率要求不高，允许原料含水率高达20%左右。1