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木屑颗粒机生物质压缩成型原理植物细胞中含有纤维素、半纤维素和木质素f或称木素）。虽然不同的植物其组成成分不同，但纤维素、半纤维素和木素是植物体的主要成分，一般占植物体成分的2/3以上。其中纤维素的含量在木材中为40%—55%，≠F禾本科植物的茎秆中占40%～50%，木素的含量在术村中达25%以上，在禾本类中占有14%～25%。
纯纤维素呈白色，密度为1.50～1.56g/cm3比热为0.32～0.33。在水分存在时，纤维素可结合成团状，当含水率在30%wh左右时，用较小的力作用即可使纤维，素形成一定的形状，当含水率在10%wb左右时，对其施加较大压力，才能使其成型，但成型后结构牢固。
木素是一类以苯丙烷单体为骨架，具有网状结构的元定型高分子化合物。虽然各种植物都含木素，但它们的组成、结构并不完全一样，在常温下木素主要部分不溶于任何有机溶剂，木素属非晶体，没有熔点但有软化点。当温度达70～110℃左右时，软化粘台力开始增加，在200—300℃时，软化程度加剧而达到液化，此时加以一定压力，可使其与纤维素紧密粘接，同时与邻近的秸秆颗�；ハ嘟唤印Ｕ庋欢ㄐ巫吹某尚涂�、眼，可以形成具有固定形状的压缩成型棒、粒燃料。在热压缩成型过程中，可不用任何粘接剂，因大部分植物体的生物质，其本身就已具备了压缩成型所必需的基本条件。
2、生物质压缩成型的主要影响因素影响生物质压缩成型的主要因素有：原料种类、含水率、粒率、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压缩成型方式条件下的表现形式也不尽相同。
(1)原料的种类不同种类的原料，其压缩成型特性有很大差异。原料的种类不但影响成型的质量，如成型块的密度、强度、热值等、而且影响生物质颗粒燃料成型机的产量及动力消耗。在大量的农林废弃物中，有的植物体粉碎以后容易压缩成型，有的就比较困难。例如木材废料一般难压缩（在压力作用下变形较�。�，而纤维状植物秸秆和树皮等容易压缩（在压力作用下变形较大）。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，容易压缩的原料则成型也较为容易，但是在加热的条件下进行压缩成型时，如棒状燃料生物质颗粒燃料成型机，木材废料虽然难于压缩，但木材本身的木素含量高，在高温下能起粘结作用。因此，其成型反而容易。而植物秸秆和树皮等，原料的粘结能力弱，因此不易成型．所以原料种类对压缩成型的影响与成型方式有密切关系．
(2)原料的粒度原料粒度的大小也是影响压缩成型的重要因素。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。例如：对于直径为6mm的颗粒成型燃料，通常要求原料的粒度不大于5mm。一般来说，粒度小的原料容易压缩，粒度大的原料较难于压缩。在对不同粒径原料进行压缩试验时发现原料的粒径越小，在相同的压力及其实验条件下，其粒子的延伸率或变形率较大。即粒径越小，越容易成型。这种倾向在要求原料粒度较小的成型方式条件下较为明显。
原料的粒度同样影响生物质颗粒燃料成型机的效率及成型物的质量。当原料粒度较大时，生物质颗粒燃料成型机将不能有效地工作，能耗大，产量小。原料粒度不均匀，特别是形态差异较大时，成型物表面将产生裂纹，密度、强度降低。但对有些成型方式，如冲压成型时，要求原料有较大的尺寸或较大的纤维，原料粒度小反而容易产生脱落。
(3)原料的含水率原料的含水率是生物质压缩成型过程中需要控制的一个重要参数。原料的含水率过高或过低都不能很好地成型。对于颗粒成型燃料，一般要求原料的含水率在15%～25%wb左右，对于棒状成型燃料，要求原料的含水率不大于10%wb左右。
(4)成型压力与模具尺寸成型压力是植物材料压缩成型最基本的条件。只有施加足够的压力，原材料才能被压缩成型。但成型压力与模具（成型孔、成型容器）的形状尺寸有密切关系，这是因为大多数生物质颗粒燃料成型机都采取挤压成型方式，即原料从成型模具的一端连续压人，又从另一端连续挤出，（出料端直径小于进料端直径），这时原料挤压所需要的成型压力与容器内壁面的摩擦力相平衡，即机器只能产生和摩擦力相同大小的成型压力。而摩擦力的大小与模具的形状尺寸有直接关系。试验说明当压力较小时，密度随压力增加而增加的幅度较大，当压力增加到一定值以后，成型物密度的增加就变得缓慢。
(5)加热温度加热温度也是影响压缩成型的一个显著因素。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席身变软，变得容易压缩．加热温度不但影响原料成型性，而且影响生物质颗粒燃料成型机的工作效率。例如对于棒状燃料生物质颗粒燃料成型机，当机器的结构尺寸确定以后，加热温度就应诟整到-J Al合理的范围。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，但成型压力减小，成型物挤压不实，密度变小，容易断裂破损。且棒料表面过热烧焦，烟气较大。
有些成型方式，如颗粒燃料生物质颗粒燃料成型机，虽然没有外热源加热，但在成型过程中，原料和机器部件之间的摩擦作用也可将原料加热到100℃，同样可使原料所含木素软化，起到粘结剂作用。
3、生物质压缩成型的工艺类型生物质压缩成型技术发展至今，已开发了许多种成型工艺和生物质颗粒燃料成型机械。根据主要工艺特征的差别，可将这些工艺从广义上分为湿压成型、热压成型、碳化成型和捆扎成型。其中，热压成型工艺是目前普遍采用的生物质压缩成型工艺。这种工艺采用的是在一定的温度条件下将生物质压缩成型，根据原料被加热的部位的不同，p-将这一工艺划为2类：一类是原料只在成型部位被加热，称为“非预热热压成型工艺”；另一类是原料在进入压缩机构之前和在成型部位被分别加热，称为“预热热压成型工艺”。
(1)湿压成型工艺纤维类原料经一定程度的腐化后，会损失一定能量，但是与一般风干原料相比，其挤压、加压性能会有明显改善。通常情况下，将原料在常温下浸泡数日水解处理后，其压缩成型特性明显改善，纤维变得柔软、湿润皱裂并部分降解，易于压缩成型。这种方法常用于纤维板的生产，同样利用简单的杠杆和模具等将腐化后的农林废弃物中的水分挤出，即可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，成型燃料的平均热值约为23kj/kg，该类燃料在当地被称为“绿色炭”或“绿色燃料，在燃料市场上具有一定的竞争能力。
(2)热压成型工艺热压成型是目前普遍采用的生物质压缩成型工艺。其工艺过程一般可分为原料粉碎、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、成型压力、成型温度、成型方式、成型模具的形状和尺寸以及生产规模等因素对成型工艺过程和产品的性能都有一定的影响，所以，具体的生产工艺流程以及生物质颗粒燃料成型机结构和原理也有一定的差别，但是在各种热压成型方式中，挤压成型作业都是关键的作业步骤。
热压成型的主要工艺参数是温度、压力和物料在成型模具内的滞留时间。该工艺的主要特点是物料在模具内被挤压的同时，需对模具进行外部加热，将热量传递给物料，使物料受热而提高温度。
加热的主要作用是：(1)使生物质中的木质素软化、熔融而成为粘结剂。由于植物细胞中的木质素是具有芳香族特性、结构单位为苯丙烷型的立体结构高分子化合物，当温度为70～110℃时软化，粘合力增加，达到140～180℃时就会塑化而富有粘性，在200～300℃时可熔融。因此，对生物质加热的主要目的，就是将生物质中木质素加热后起到粘结剂的作用。(2)使成型块燃料的外表层炭化，使其通过模具时能顺利滑出而不会粘连，减少挤压动力消耗。(3)提供物料分子结构变化的能量。
对生物质物料施加压力的主要目的是：使物料原来的物相结构破坏，组成新的物相结构，加固分子阳的凝聚力，使物料变得致密均实，以增强型体的强度和刚度，为物料在模内成型及推进提供动力。
成型物料在模具内所受的压应力随时间的增加而逐渐减小，因此，必须有一定的滞留时间，以保证成型物料中的应力充分松弛，防止挤压出模后产生过大的膨胀。另外也使物料有较长时间进行热交换。一般滞留时间应不少于40～50。
此外，物料的含水率和颗粒度对成型影响也较大。含水率应低于15%(干基)。含水率过高，挤压过程中物料的水分要受热蒸发，大量的水蒸汽通过成型简迅速排放，导致成型失败。含水率过低则不利于木素的塑化和热量的传递。物料的颗粒度以直径和长度不大于5mm和20mm为宜。过大则木质素塑化不充分，影响结合强度。
由于不同种类的生物质中木质素和纤维素含量及物料的形状等都不相同。因此成型时对温度和压力参数值的要求也不一样。即使同一种生物质，形态相似而含水率和颗粒度不同，则成型时所需温度和压力等也不相同。实践证明，温度和压力选得过高和过低都会导致成型失败。温度选得过低则生物质中的木质素未能塑化变粘，物料不能粘结成型。反之，如温度选得过高，则成型燃料的表面出现裂纹，严重时成型块一出口就变成了“散花”。此外，若施加压力过小，则会使成型燃料无法粘结，而且也无法克服摩擦阻力，因而无法成型。若施加压力过大，则会使成型燃料在模具内滞留时间缩短，使生物质物料加温不足而无法成型。
目前，热压成型工艺中采用的挤压生物质颗粒燃料成型机主要有螺旋挤压式生物质颗粒燃料成型机、机械驱动活塞式生物质颗粒燃料成型机、液压驱动活塞式生物质颗粒燃料成型机和压辊式颗粒生物质颗粒燃料成型机等几种形式。其中螺旋挤压生物质颗粒燃料成型机采用连续挤压，成型温度通常调整在150～300℃之间。为了避免成型过程中原料水分的快速汽化造成成型块的开裂和“放炮”现象发生，一般要将原料含水率控制在8%-12%之间，由于启动时原料温度较低，因而需要采用电热元件等对成型部位进行加热，但在稳定运行后，原料和成型部件的摩擦发热往往不足以满足成型温度的要求，还需要外部加热。成型压力的大小随原料和所要求成型块密度的不同而异，成型块通常为空心燃料棒。液压或机械驱动的活塞式生物质颗粒燃料成型机通常用于生产实心燃料棒或燃料块。压辊式生物质颗粒燃料成型机大多用于生产颗粒状的成型燃料，一般不需要外部加热，但需要在原料中加入—定量的粘结剂。各种常用挤爪生物质颗粒燃料成型机工作部分的结构如图1-2至图1-5所示。
(3)预热成型工艺与上述热压成型工艺不同之处在丁，该工艺采用在原料进入生物质颗粒燃料成型机压缩之前，对其进行了预热处理，即将原料加热到一定温度，使其所含的木质素软化，起到粘结剂的作用，并且在后续压缩过程中能减少成型部件与原料间的摩擦作用，降低成型所需的压力，从而大幅度提高成型部件的使用寿命，显著降低单位产品的能耗。印度学者Bhattacharya(1995)等人利用螺旋式生物质颗粒燃料成型机，将预热和非预热成型工艺做了一个对比试验，结果表明，整个系统能耗下降了40.2%，成型部件寿命提高了2.5倍。目前国内研制成功的成型设备都采用非预热热压成型工艺，预热成型的研究尚处在起步阶段，国内还没有见到相关研究报导。
(4)碳化成型工艺碳化成型工艺的基本特征是，首先将生物质原料碳化或部分碳化，然后再加入一定量的粘结剂挤压成型。由于原料纤维结构在碳化程中受到破坏高分子组份受热裂解转换成炭并释放出挥发份（包括可燃体、木醋液和焦油等）因而其挤压加工性能得到改善，成型部件的机械磨损和挤压加工过程中的功率消耗明显降低。但是，碳化后的原料在挤压成型后维持既定形状的能力较差，贮存、运输和使用时容易开裂或破碎，所以采用碳化成型工艺时，一般都要加人一定量的粘结剂。如果在成型过程中不使用粘结剂，要保证成型块的贮存和使用性能，则需要较高的成型压力，这将明显提高生物质颗粒燃料成型机的造价。
碳化成型工艺可分为炭粉制备、粘结剂混合，挤压成型和成品干燥4个步骤，成型过程的工艺流程见图。理想的粘结剂必须能够保证成型碳块具有足够的强度和抗潮解性而且在燃烧时不产生烟尘和异味，最好粘结剂本身也可以燃烧。常用的粘结剂可分为无机粘结剂、有机粘结剂和纤维类粘结剂3类。其中无机粘结剂如水泥、粘土和水玻璃等虽然具有一定的粘结能力，但这类粘结剂会增大燃料的灰份含量，降低燃料的热值，而且在碳块燃烧时会产生开裂现象，所以使用效果较差。有机类粘结剂如焦油、沥青、树脂和淀粉等也具有较强的粘结能力，淀粉类粘结剂使用量一般为4%左右，虽然在燃烧时不产生烟气，但其抗潮解能力较差，焦油、沥青和糖浆废料作为粘结剂使用时，用量大约30%，这一类粘结剂的抗潮解能力较强，但在燃烧时会产生一定的烟气，当成型炭作为家用燃料使用时，往往需要对成型后的炭块进行二次碳化处理，以减少燃烧时的烟气和异昧。纤维类粘结剂如废纸浆和水解木纤维等工业废弃物，价格低廉，而且具有较好的粘结能力，使用这一类粘结剂生产的成型炭可以采用自然干燥，而不必进行人工干燥，富通新能源生产销售的木屑颗粒机、秸秆压块机专业压制生物质成型燃料。
