生物质固体燃料成型工艺技术浅析

丁志欣

（新疆维吾尔自治区农牧业机械产品质量监督管理站，新疆 乌鲁木齐 830054）

0 引言

我国拥有丰富的生物质资源，然而得到有效利用的只占很少一部分，其中大部分被农村居民用于焚烧取暖，这样做的最大弊端是以环境为代价。生物质固体燃料成型技术的研究意义在于优化能源结构体系，缓解能源危机；改善农村经济，提高农民生活水平；减轻环境污染。生物质固体成型燃料的发展已经有很长一段时间了，最早在这方面取得应用的是欧美的一些国家，目前已经取得了相当大的成果，并建立了完善的商业体系，甚至在一些国家中，生物质固体燃料已经在国民生产总值中占有一定比例。而在我国生物质固体燃料成型技术还处于研发阶段。

1 生物质固体燃料的主要原料简介

生物质固体燃料，主要以草本类生物质和木质类生物质为主。草本类生物质通常指草地生长的、树木以外的稻科植物和豆科植物，像稻、麦、玉米、高粱等都属于稻科植物；木质类生物质原料由森林产生，分为副产物和以生物质原料为主的产物两类，前者为林业剩余物，后者为低质阔叶树林、快速生长树林[1]。

目前生物质原料应用最多的就是玉米、小麦、高粱以及棉花以等农作物秸秆和木制品工业的残余物[2-3]。

2 生物质固体成型燃料的成型工艺

2.1 传统工艺

生物质固体成型燃料成型工艺是指将农作物秸秆等生物质原料加工成固体成型燃料的方法、技术等，包括整条生产线技术和设备。

生物质固体成型燃料技术的机理是通过特定温度与压强，将农作物秸秆、树枝等生物质原料，经过干燥、粉碎以及成型等工序，获得外表形状规则、致密且具有良好燃烧性能环保的固体燃料[4-5]。

生物质固体成型燃料的传统工艺大体分为三个阶段：一、生物质原料得预处理阶段；二、加工成型阶段；三、包装存储阶段。

第一阶段主要是对生物质原料进行预处理，使其达到成型要求，避免不合格的生物质原料由于物理特性和化学特性对仪器设备造成损伤。该阶段主要是控制生物质原料得含水率，一般控制范围在16%～18%。

第二阶段，对于处理好的生物质原料，进过粉碎然后输送至成型机进行成型处理。该阶段是控制生物质固体燃料品质的关键环节。主要考虑生物质原料自身的粘结性，其次是成型的致密程度。

第三阶段，因为生物质燃料刚加工出来具有很大的热量，不能马上进行包装存储，所以需要经过冷却处理，然后再进行包装冷却。

生物质固体成型燃料的传统工艺的支撑是成型方法和技术，主要体现是生产线和设备。

图2 生物质固化成型燃料一般工艺流程

2.2 现代工艺

生物质固体成型燃料的现代工艺，是经过传统工艺的不断发展完善形成的，像粉碎阶段的一次粉碎工艺和二次粉碎工艺，压缩阶段的常温湿压成型工艺、热压成型工艺、冷态压缩成型工艺等。相比传统工艺而言，生物质固体成型燃料的现代工艺方法更加多样、技术更加成熟、成型设备更加多元化、生产线更加自动化。

生物质固体成型燃料基于不同理论有不同工艺要求，同时生产线、生产设备也会有所差异。工厂化的生物质固体成型燃料生产线，包括原料采购、生产加工、包装运输等一条龙式的工艺模式，家用的小型化的固体成型燃料技术，与工厂化的工艺路线和流程不变，发生变化的仅是应用范围，更加适用于农村农户。

图3 生物质固化成型燃料控制流程图

现代工艺在在工序上更加细化了，包括生物质原料干燥、粉碎、输送、混配、喂料、成型、切断、冷却、计量包装等，而成型设备目前主流的主要有三类模辊碾压式、活塞冲压式、螺旋挤压式，根据不同需要生产出块状、棒状和粒状的固体成型燃料。从生物质原料到固体成型燃料同样分三个阶段，原料预处理、固体成型、辅助配套。但与传统工艺中的三个阶段却有所区别，随着人们对生物质固体成型燃料技术研究的深入，需要处理的生物质种类也不断增多，不同的生物质原料种类有其不同的特性，因而这三个阶段就体现出现代工艺的优越性，突出点就是现代工艺的综合处理能力[6-8]。

3 存在的问题

生物质原料含水率控制问题是一个关键性问题。生物质原料的含水率对成型燃料的品质有着直接影响，含水率过高在成型过程中产生的含水物质可能会对机械造成侵蚀，成型后的固化燃料的燃烧性能下降，含水率降低，不易成型木质素的粘性不足以将物料颗粒紧密粘结在一起。对于生物质含水率的控制，可以采取多种方法，如传统的自然晾晒和较为现代的干燥法，但要考虑两个方面的问题，一是温度控制，二是含水率的检测问题。最后，因为不同生物质生长环境不同、种类不同，组成成分有差异，因而对不同生物质的成型条件，都有一个最佳含水率范围，其含水率的标准还需长期探索研究。

4 发展趋势

“十三五”规划提出推进能源革命，加快能源技术创新，建设清洁低碳、高效安全的现代能源体系。从中可以看到生物质能发展的巨大潜力，目前生物质固体成型燃料技术在我国已经形成了一定规模，今后生物质固体成型燃料技术必然会向提高固体成型燃料的燃烧性能、优化生物质固体成型燃料的流程工艺、增加设备的使用寿命、解析生物质固体成型燃料的燃烧组分等方向发展。