第四章 生物质压缩成型燃料技术

1、第四章第四章 生物质压缩成型燃料技术生物质压缩成型燃料技术 概念与原理概念与原理 生物质压缩成型机技术生物质压缩成型机技术 秸秆压缩成型技术应用实例秸秆压缩成型技术应用实例 生物质固化成型技术生物质固化成型技术就是将农作物秸秆、稻就是将农作物秸秆、稻 壳、锯木、木屑等生物质原料，在一定温壳、锯木、木屑等生物质原料，在一定温 度、湿度和压力下，使原来松散、无定形度、湿度和压力下，使原来松散、无定形 的粉碎原料压缩成棒状、粒状、块状及其的粉碎原料压缩成棒状、粒状、块状及其 他形状，密度大、热值高的固体成型燃料。他形状，密度大、热值高的固体成型燃料。 第一节第一节 概念与原理概念与原理 生物质压缩成

2、型过程将分布散、形体轻、生物质压缩成型过程将分布散、形体轻、 储运困难、使用不便的木质纤维素生物质储运困难、使用不便的木质纤维素生物质 原料，经压缩成型和炭化工艺，加工成燃原料，经压缩成型和炭化工艺，加工成燃 料，能提高容重和热值，改善燃烧性能，料，能提高容重和热值，改善燃烧性能， 成为商品燃料。成为商品燃料。 一、一、 发展历史发展历史 成型燃料最早是英国一家机械工程研究所成型燃料最早是英国一家机械工程研究所 以泥煤作原料研制成的，后用于加工用煤以泥煤作原料研制成的，后用于加工用煤 和精煤，逐步发展到加工造纸厂的废弃物。和精煤，逐步发展到加工造纸厂的废弃物。 2020世纪世纪3030年代，年

3、代，“螺旋式螺旋式”在美国开始设在美国开始设 计计 2020世纪世纪8080年代，成型燃料得到大规模的发年代，成型燃料得到大规模的发 展。展。 二、生物质原料组成成分二、生物质原料组成成分 木质素是由苯基甲烷结构单体构成的具有木质素是由苯基甲烷结构单体构成的具有 三度空间结构的天然高分子化合物，有机三度空间结构的天然高分子化合物，有机 赋予织物较高的硬度和刚度。在常温下木赋予织物较高的硬度和刚度。在常温下木 质素主要部分不溶于机溶剂，它属于非晶质素主要部分不溶于机溶剂，它属于非晶 体，没有体，没有 熔点但有软化点。当温度达到熔点但有软化点。当温度达到 200-3000200-3000时软化加剧

4、，此时施加一定压时软化加剧，此时施加一定压 力，可使其与纤维素紧密黏结，从而使植力，可使其与纤维素紧密黏结，从而使植 物体各部分在模具内成型。物体各部分在模具内成型。 半纤维素是由多聚糖组成，在贮存过程中半纤维素是由多聚糖组成，在贮存过程中 易水解，转变为木质素，也可达到黏结剂易水解，转变为木质素，也可达到黏结剂 的目的。的目的。 纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，是纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，是 植物细胞壁的主要成分，赋予植物弹性和植物细胞壁的主要成分，赋予植物弹性和 机械强度。机械强度。 不同种类的生物质植物都含有纤维素、半不同种类的生物质植物都含有纤维素、半 纤维素及木质素，但其组

5、成、结构不完全纤维素及木质素，但其组成、结构不完全 一样。一样。 生物质的挥发分含量高，一般在生物质的挥发分含量高，一般在60%以上，以上， 因此，生物质比煤易燃烧。同时，生物质因此，生物质比煤易燃烧。同时，生物质 比煤容易点燃和燃尽。比煤容易点燃和燃尽。 三、三、 生物质燃料的压缩成型特性生物质燃料的压缩成型特性 生物质原料的结构通常比较疏松，密度生物质原料的结构通常比较疏松，密度 较小，在一定温度、湿度和压力下，原料较小，在一定温度、湿度和压力下，原料 先后经过重新排列关系、颗粒机械变形和先后经过重新排列关系、颗粒机械变形和 流变等阶段。从原来松散、无定形的粉碎流变等阶段。从原来松散、无定

6、形的粉碎 原料压缩成棒状、粒状、块状及其他形状、原料压缩成棒状、粒状、块状及其他形状、 密度大、热值高的固体成型燃料。密度大、热值高的固体成型燃料。 四、四、 生物质压缩成型的主要影响因素生物质压缩成型的主要影响因素 1 1、原料种类、原料种类 2 2、成型压力、成型压力 3 3、原料粉碎粒度、原料粉碎粒度 4 4、原料含水率、原料含水率 5 5、加热温度、加热温度 五、五、 生物质压缩成型工艺生物质压缩成型工艺 1 1、湿压成型、湿压成型 原料从湿压成型机进原料从湿压成型机进 料口进入成型室，在料口进入成型室，在 成型室内，原料在压成型室内，原料在压 辊或压模的转动作用辊或压模的转动作用 下

7、，进入压模之间然下，进入压模之间然 后被挤入成型孔。从后被挤入成型孔。从 成型孔挤出的原料已成型孔挤出的原料已 被挤压成型，用切断被挤压成型，用切断 刀切割成一定长度的刀切割成一定长度的 颗粒从机内排出。颗粒从机内排出。 2 2、热压成型、热压成型 生物质热压成型就是以生物质加热后的木生物质热压成型就是以生物质加热后的木 质素为黏结剂，纤维素、半纤维素为质素为黏结剂，纤维素、半纤维素为“骨骨 架架”，在一定的温度和压力等工艺条件下，在一定的温度和压力等工艺条件下 把碎散的生物质物料压制成具有固定集合把碎散的生物质物料压制成具有固定集合 形状的规格型体。形状的规格型体。 原料粉碎原料粉碎 干燥混

8、合干燥混合 挤压成型挤压成型 冷却包装冷却包装 非预热热压成型工艺：原料只在成型部位非预热热压成型工艺：原料只在成型部位 被加热。被加热。 预热热压成型工艺：原料在进入压缩机构预热热压成型工艺：原料在进入压缩机构 之前和成型部位分别被加热。之前和成型部位分别被加热。 3 3、炭化成型、炭化成型 炭化成型工艺的基本特征是，首先将生物炭化成型工艺的基本特征是，首先将生物 质原料炭化或部分炭化，然后再加入一定质原料炭化或部分炭化，然后再加入一定 量的黏结剂挤压成型。量的黏结剂挤压成型。 工艺可分为两类工艺可分为两类 先成型后炭化：原料粉碎先成型后炭化：原料粉碎- -干燥干燥- -成型成型- -炭化炭

9、化 - -冷却包装。冷却包装。 先炭化后成型：原料先炭化后成型：原料- -粉碎除杂粉碎除杂- -炭化炭化- -混合混合 黏结剂黏结剂- -挤压成型挤压成型- -干燥干燥- -包装。包装。 4 4、黏结剂、黏结剂 常用的黏结剂：常用的黏结剂： 无机黏结剂：水泥、黏土和水玻璃等，会无机黏结剂：水泥、黏土和水玻璃等，会 增大燃料的灰分含量，降低燃料热值，而增大燃料的灰分含量，降低燃料热值，而 且在炭块燃烧时会产生开裂现象。且在炭块燃烧时会产生开裂现象。 有机黏结剂：焦油、沥青、树脂和淀粉等，有机黏结剂：焦油、沥青、树脂和淀粉等， 抗潮解能力较差。抗潮解能力较差。 纤维类黏结剂：废纸浆和水解木纤维等工

10、纤维类黏结剂：废纸浆和水解木纤维等工 业废弃物，价格低廉，黏结能力较好，不业废弃物，价格低廉，黏结能力较好，不 必人工干燥。必人工干燥。 第二节第二节 生物质压缩成型机技术生物质压缩成型机技术 按产品形态分：按产品形态分： 压缩块：主要应用于间歇式加燃料的燃具，压缩块：主要应用于间歇式加燃料的燃具， 如家用炊事灶、取暖灶等如家用炊事灶、取暖灶等 压缩粒：主要应用于连续加料燃器，如锅压缩粒：主要应用于连续加料燃器，如锅 炉、干燥窑和汽化炉等。炉、干燥窑和汽化炉等。 按机械作用原理分：按机械作用原理分： 螺旋挤压技术螺旋挤压技术 活塞冲压技术活塞冲压技术 压辊式成型技术压辊式成型技术 环模压块成型

11、技术环模压块成型技术 机械压成型技术机械压成型技术 一、螺旋挤压成型技术一、螺旋挤压成型技术 成型原料被不断送入压缩成型腔，锥形螺成型原料被不断送入压缩成型腔，锥形螺 杆在其他动力机械的带动下，推动成型原杆在其他动力机械的带动下，推动成型原 料进入横截面积逐渐变小的压缩成型筒内，料进入横截面积逐渐变小的压缩成型筒内， 成型物料在锥形螺旋和压缩成型桶的作用成型物料在锥形螺旋和压缩成型桶的作用 下，内压应力越来越大，在压缩成型筒的下，内压应力越来越大，在压缩成型筒的 顶端达到最大内应力而成型，再经过一段顶端达到最大内应力而成型，再经过一段 应力松弛段，被推出螺旋压缩成型机械，应力松弛段，被推出螺旋

12、压缩成型机械， 成为成型物料。成为成型物料。 提高螺杆的寿命：提高螺杆的寿命： 喷涂、堆焊和高耐磨材质的使用喷涂、堆焊和高耐磨材质的使用 彻底改变这种成型工艺彻底改变这种成型工艺 二、活塞压力式成型技术二、活塞压力式成型技术 靠活塞的往复运动实现。按驱动力不同可靠活塞的往复运动实现。按驱动力不同可 分为：分为： 机械驱动活塞式成型机：用发动机或电动机械驱动活塞式成型机：用发动机或电动 机通过机械传动来驱动成型机。机通过机械传动来驱动成型机。 用液压机械驱动的液压驱动活塞式成型机。用液压机械驱动的液压驱动活塞式成型机。 液压驱动活塞成型工艺：液压驱动活塞成型工艺： 首先，粉碎后较松散的生物质（秸

13、秆）原料经过首先，粉碎后较松散的生物质（秸秆）原料经过 垂直液压油缸和水平液压油缸两次预压后，由油缸垂直液压油缸和水平液压油缸两次预压后，由油缸 上的冲杆推入成型套筒内，在合适的成型温度下，上的冲杆推入成型套筒内，在合适的成型温度下， 套筒中的秸秆生物质在外力的作用下颗粒重新排列套筒中的秸秆生物质在外力的作用下颗粒重新排列 位置关系，并发生塑性变形。在垂直于最大应力的位置关系，并发生塑性变形。在垂直于最大应力的 方向上，粒子主要以相互靠近结合的形式结合。随方向上，粒子主要以相互靠近结合的形式结合。随 外力的增大，生物质体积大幅度减小，容积密度显外力的增大，生物质体积大幅度减小，容积密度显 著增

14、大，生物质内部胶合、外部焦化，并具有一定著增大，生物质内部胶合、外部焦化，并具有一定 的形状和强度。冲杆不断推挤，秸秆生物质从成型的形状和强度。冲杆不断推挤，秸秆生物质从成型 套筒中挤出，成为生物质棒块成型燃料。套筒中挤出，成为生物质棒块成型燃料。 三、三、 压辊式成型机压辊式成型机 压辊颗粒成型机主要用于生产颗粒状成型压辊颗粒成型机主要用于生产颗粒状成型 燃料，不用电加热。燃料，不用电加热。 主要部件：压辊和压模主要部件：压辊和压模 压辊可以绕轴转动，压模上加工有成型孔，压辊可以绕轴转动，压模上加工有成型孔， 原料进入压辊和压模之间，在压辊的作用原料进入压辊和压模之间，在压辊的作用 下被压入

15、成型孔内。从成型孔内压出的原下被压入成型孔内。从成型孔内压出的原 料就变成圆柱形或棱柱形。料就变成圆柱形或棱柱形。 根据压模结构不同，分为：根据压模结构不同，分为： 平模成型机：平模成型机： 环模成型机：立式和卧式环模成型机：立式和卧式 1 1、环模成型机、环模成型机 主要有齿轮传动和皮带传动两种方式。主要有齿轮传动和皮带传动两种方式。 环模固定在大齿轮传递的空心轴上旋转，环模固定在大齿轮传递的空心轴上旋转， 压辊则固定在用制动装置固定的实心轴上，压辊则固定在用制动装置固定的实心轴上， 为动模式成型机。为动模式成型机。 国内环模压辊式成型机主要有两种：国内环模压辊式成型机主要有两种： 内环模压

16、辊挤压成型：内环模压辊挤压成型：设备采用常温成型，设备采用常温成型， 适用原料为秸秆、木屑等各种农林废弃物，适用原料为秸秆、木屑等各种农林废弃物， 产品为颗粒状及方块状。产品为颗粒状及方块状。 双环模对辊挤压成型：双环模对辊挤压成型：适用原料为木屑。适用原料为木屑。 2 2、平模成型机、平模成型机 平模成型机压制室空间较大，可采用大直平模成型机压制室空间较大，可采用大直 径压辊，因而能将诸如秸秆、木屑等体积径压辊，因而能将诸如秸秆、木屑等体积 粗大、纤维较长的原料强行碾压粉碎后压粗大、纤维较长的原料强行碾压粉碎后压 制成型，降低了对原料粉碎度要求。对原制成型，降低了对原料粉碎度要求。对原 料水

17、分的适应性也较强。料水分的适应性也较强。 四、四、 环模压块成型技术环模压块成型技术 主要由供料器、除铁装置、压块机构、传主要由供料器、除铁装置、压块机构、传 动装置组成。动装置组成。 物料进入压制室后在偏心压轮的挤压下，物料进入压制室后在偏心压轮的挤压下， 从径向分布的环模孔中挤出。从径向分布的环模孔中挤出。 比较适于生物质规模化应用的原料预处理比较适于生物质规模化应用的原料预处理 以及发电厂补充燃料的加工成型。以及发电厂补充燃料的加工成型。 五、五、 机械冲压成型技术机械冲压成型技术 机械冲压成型机主要生产出生物质型煤，机械冲压成型机主要生产出生物质型煤， 俗称秸秆煤。其成型原理为筒内单向

18、力冲俗称秸秆煤。其成型原理为筒内单向力冲 压成型。压成型。 第三节第三节 秸秆压缩成型技术应用举例秸秆压缩成型技术应用举例 一、一、 瑞典生物质颗粒燃料产业的发展瑞典生物质颗粒燃料产业的发展 1、集中供热锅炉、集中供热锅炉 集中供热锅炉能够应用于单个或多个家庭，集中供热锅炉能够应用于单个或多个家庭， 热量通过水循环交换到供热系统。热量通过水循环交换到供热系统。 组合式锅炉：由一个颗粒燃烧器和一个标准组合式锅炉：由一个颗粒燃烧器和一个标准 锅炉（无燃烧器）组成。锅炉（无燃烧器）组成。 一体锅炉：燃烧器是锅炉的一部分。一体锅炉：燃烧器是锅炉的一部分。 2 2、生物质炉具、生物质炉具 独立颗粒炉具独立颗粒炉具 烟囱一体式炉具：通常由一个内置颗粒料烟囱一体式炉具：通常由一个内置颗粒料 仓，能够存储一