生物質能源，就是將太陽能以化學能的形式儲存在生物質中的能量方式，即以生物質為載體的能量。它具有可再生性、低污染性、廣泛應用性以及原材料豐富性等特點。我國擁有豐富的生物質能源，包括農作物秸稈、薪柴、木屑、花生殼、麥糠、禽畜糞便、工業有機廢渣與廢水等，其中大部分生物質能源被遺棄或焚燒掉，既造成了資源的浪費又導致了環境的污染，因此利用現有的生物質能源，研究新型轉換技術，開發新型轉換裝備，既是經濟發展的戰略要求，又是環境保護的迫切需要。
1、生物質燃料致密成型技術
1.1生物質燃料致密成型技術的原理
生物質燃料致密成型技術是指在不加任何粘結劑的條件下對生物質進行冷壓（或者熱壓）成型。生物質中的木質素為光合作用形成的天然聚合體，屬非結晶體，在植物中含量大約為15%～30%，沒有熔點，但隨著溫度的升高木質素開始軟化，并有一定的黏度，此時，若生物質在受到外力的作用下，木質素就會和纖維素緊密粘接纏繞，生物質顆粒的內部分子重新排列位置，并產生機械變形和塑性流變。在垂直于最大應力方向上，粒子主要以相互嚙合的形式結合，而在垂直于最小應力方向上，粒子主要以相互靠緊結合的形式結合。隨著外力作用的增大，二者牯接鑲嵌地更加緊密，生物質的體積逐漸減少，物料密度隨之增大，并具有一定的形狀和強度，最終致密成型。致密成型后的生物質可作為燃料使用，易于儲存、運輸，熱值與中質煤相當，是一種很好的可再生能源，富通新能源生產銷售的秸稈顆粒機、木屑顆粒機專業壓制生物質成型顆粒燃料。
1.2生物質燃料致密成型技術的過程及工藝
生物質燃料致密成型技術的過程大致主要包括：生物質原料的收集（秸稈、薪柴等）→粉碎→干燥→顆粒機壓制成型→冷卻→包裝，為了提高經濟效益、減少平均能耗以及延長成型顆粒機易損部件的使用壽命，目前研究的熱點主要集中在粉碎環節、干燥環節以及成型環節3個方面。粉碎的目的是將生物質原料破碎成粒徑大小均勻、易于成型顆粒機加工的顆粒，顆粒直徑越小，顆粒之間越容易相互填充、粘合，生物質致密成型后的密度以及抗滲水性隨之提高。但粉碎的顆粒直徑越小所需要的能耗驟升，反而會總體提高單位產量平均能耗，所以在能夠滿足成型顆粒機加工的前提下，盡量使顆粒直徑大些，這樣既降低能耗，又延長成型顆粒機易磨件的使用壽命。
干燥的目的是通過物理以及化學的方法將生物質原料中的水分調節在適宜的比例，使其穩定均，適合成型顆粒機加工。秸稈、薪柴等生物質原料含水率大部分分布在15%～35%之間，含糖比例較多的生物質原料，其含水率會更高。在成型加生物質原料時，一般要求含水率在10%～14%之間，因此必須嚴格控制原料水分，以防止顆粒膨脹散開或者不能成型。
成型是用致密成型顆粒機械將粉碎干燥好的疏散的生物質原料在很高的壓力下壓入模孔中，從而擠壓成型，在壓制的過程當中，有時需要外部加熱或者添加黏結劑促其軟化成型保型。根據成型過程中是否對生物質原料加熱和炭化，國內外生產生物質固化燃料的工藝大致可劃分為冷壓（濕壓）成型、熱壓成型和炭化成型3種主要形式。冷壓成型工藝常用于含水量較高的原料，對應的設備無用能耗高，成型件磨損快。熱壓成型工藝對燃料的含水率有嚴格要求，螺桿和成型套筒磨損嚴重，活塞和沖壓成型顆粒機振動噪聲大，燃料含水量小、易于保存和運輸。炭化成型工藝對成型部件磨損小、能耗低，需要加入黏結劑。
2、生物質燃料致密成型常用設備
生物質燃料致密成型設備按主軸設置方位可分為立式和臥式，立式成型顆粒機的傳動主軸垂直放置，臥式成型顆粒機的傳動主軸水平放置；按成型燃料尺寸可分為壓塊式和顆粒式，顆粒尺寸小于15mm的是顆粒制造設備，顆粒尺寸大于25mm的為壓塊設備：按壓縮成型顆粒機的工作原理不同可分為螺旋擠壓式成型顆粒機、活塞沖壓式成型顆粒機和壓輥式成型顆粒機。其中壓輥式成型顆粒機采用的是濕壓（冷壓）成型工藝，活塞沖壓式、螺旋擠壓式成型顆粒機二者采用的是熱壓成型工藝。
2.1螺旋擠壓式成型顆粒機
螺旋擠壓成型技術是目前生產生物質成型燃料用得最多的技術，也是最成熟的技術，它最早是由美國開發研制生產的，工作原理是靠在成型套筒外的加熱裝置給套筒加熱以維持成型物料的溫度為150℃一300℃，使生物質體內的木質素、纖維素等軟化形成具有粘性的黏結劑，生物質原料在錐形螺桿和成型腔的相互擠壓作用下以及物料內部相互摩擦的作用下通過成型模具形成生物質致密成型燃料。為了縮短加熱段長度，可以在壓縮原料進入壓縮成型簡之前就進行部分加熱處理，即預熱，也稱為具有預熱的加熱螺旋壓縮成型。螺旋擠壓式成型顆粒機以其運行平穩、生產連續、所成型棒密度高、質量好、易燃等特性在成型顆粒機市場中占據著主導地位。其缺點是產量低、能耗高、螺桿磨損嚴重以及使用壽命短等，特別是螺旋擠壓成型顆粒機采用連續擠壓，成型套筒外面的溫度需要控制在220℃～280℃之間，這樣的溫度條件肯定會使原料水分快速汽化，可能造成成型塊的脹裂和“放炮”現象。所以螺旋擠壓成型過程中原料的含水率一般控制在8%～14%之間，而多數生物質原料含水率分布在15%～35%之間，這就需要進行預干燥環節處理，增加電耗。
2.2活塞沖壓式成型顆粒機
活塞沖壓式成型技術也是目前比較成熟的技術，活塞沖壓式致密成型顆粒機改變了成型部件與原料之間的作用方式，明顯提高了成型部件的使用壽命，降低了單位產品的能耗。其工作原理是靠高壓力的活塞作往復運動推動生物質原料通過成型模具形成生物質致密成型燃料，在壓縮過程中也需要進行外部加熱以維持成型物料的溫度為160℃一200℃，利于生物質內的木質素、纖維素等軟化形成黏結劑。活塞沖壓成型設備按驅動動力形式可以分為飛輪驅動活塞式成型顆粒機和液壓驅動活塞式成型顆粒機2類，飛輪驅動活塞壓縮是依靠存儲在飛輪當中的轉動動能來壓縮成型原料的，缺點是設備龐大，震動強烈而且噪音劇烈，液壓驅動活塞壓縮成型技術克服了上述缺點，但是機械行程大、又是間斷擠壓，生產率不高，產品質量不太穩定。總體來說，活塞沖壓式成型顆粒機的優點是成型密度較大，工作時可允許物料水分高達20%左右，不用另外加熱干燥。缺點是潤滑油污染較嚴重、造價高等。
2.3壓輥式成型顆粒機
生物質壓輥式成型顆粒機是根據飼料顆粒成型顆粒機改造而來的，相對于飼料顆粒成型顆粒機而言，燃料顆粒輥模成型顆粒機損耗比較嚴重，這主要是成型燃料含有大量纖維素、半纖維素，磨具擠壓它們時需要克服很大的應力，從而加劇磨具磨損。其工作原理是依靠物料擠壓成型時所產生的摩擦熱軟化黏合成型原料，最終致密成型。過程中一般不需要對設備外部進行加熱。基本工作部件由壓輥和壓模組成，根據壓模形狀的不同，壓輥式成型顆粒機可分為環模成型顆粒機、平模成型顆粒機2種”。環模成型顆粒機產量大、耗電少，平模成型顆粒機由于轉速低壓力大，因此產量相對較少，制成的顆粒密度大，此外，平模成型顆粒機能將諸如秸稈、干甜菜根、木屑等體積粗大、纖維較長的原料強行壓碎后壓制成顆粒，對原料的粉碎度要求降低了。同時，平模式成型顆粒機在壓縮纖維性物料時，對原料的含水率要求較寬，一般在10%-40%之間均能成型。
相比于螺旋擠壓和活塞沖壓式成型技術而言，壓輥式成型技術工藝能夠在自然含水率生物質不用添加黏結劑常溫條件下就能壓縮成型，對物料的適應性最好；但還是存在產品的耐濕性較差，遇水容易松散，設備能耗較高等問題。
3、生物質燃料致密成型技術的發展趨勢
生物質燃料致密成型技術提高了秸稈、薪柴等廢棄生物質的運輸和貯存能力，改善了生物質原料的燃燒特性，是生物質能開發利用技術的主要發展方向之一。
綜上所述，目前國內外生物質致密成型設備主要分為三類：螺旋擠壓式成型顆粒機、活塞沖壓式成型顆粒機和壓輥式成型顆粒機。螺旋擠壓式成型顆粒機由于靠錐形螺桿和生物質原料作高速相對運動，耗能嚴重：同時螺桿端部摩擦致使其溫度升高而加劇磨損：再有對原料的含水率難以控制，含水率太低不利于木質素軟化成型，含水率太高也會使燃料脹裂不能成型。液壓驅動活塞壓縮成型技術克服了上述缺點，只是液壓設備行程長、往復間歇，導致生產率低。如果能克服這個缺點將會開拓一個壓縮成型技術的新思路。此外，從節能來考慮常溫固化成型技術也是將來的一個發展趨勢。
（轉載請注明：富通新能源顆粒機www.jiankongpf.cn）
