生物质成型燃料技术研究-第2页-北极星固废网

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3.3.1成型压力

常温成型没有原料加热软化过程，所以成型所需压力较加热成型大。在《生物质成型燃料高压致密成型技术引进》项目中，进行了多种生物质原料的常温成型试验，这里只引用四倍体刺槐枝成型块的试验数据。

粉碎后的刺槐枝，粒度分布为1～2mm的占70%左右，5～10mm的占20%，大于10mm的占10%左右，含水率为7.65%，成型前原料密度为0.195g/cm3。主油缸压力在10～60MPa之间，每隔

2.5MPa做一次实验，试验结果如图2。在压力较低时(10～20PMa)压块密度随成型压力的增大以较大的幅度增大，压力大于20MPa的条件下，压块密度随成型压力的增大变化趋于稳定，压缩前后的体积比分布在5.16～5.97之间。四倍体刺槐枝韧性好，纤维含量高，在较小压力下压制的成型块也很坚实。

3.3.2原料含水率

生物质致密成型燃料技术对原料要求包括含水率和粒度，加热和常温成型技术的区别主要表现在对原料含水率的要求不同，热压成型技术对原料含水率要求较严格，由于绝干的生物质传热性差，水分是生物质原料中最好的传热介质，所以从理论上讲，热压成型中生物质原料的含水率越高传热越好，木质素和半纤维素软化程度越高，越容易成型;然而，含水率过高在压缩过程中易产生高压蒸汽，会出现“放气”或“放炮”现象，中断成型过程。热压成型要求原料含水率控制在8～12%，成型效果最好。常温成型技术要求原料最大含水率可达22%左右，物料成型过程中不会发生“放炮”现象。

3.3.3原料种类

热压成型技术对原料种类适应性较差，由于不同原料木质素和半纤维素含量不同，所以相同加热温度下，原料的软化程度不同。当成型压力一定时，不同原料需调节成不同的加热温度，这样对操作技术要求较高。农作物秸秆所含木质素较少(约为15～25%)，不适宜通过加热使木质素软化而成型，采用常温高压致密成型具有优势;林木类生物质原料的纤维长且韧性强，成型时较困难，但通过常温高压致密成型也可达到存放、运输要求，成型效果也很好，且压块密度值相对集中。

3.4成型机理

纤维素是构成生物质原料细胞壁的主要组分之一，约占细胞壁物质总量的50%左右，纤维素大分子链的结合键主要是氧键、范德华力和碳氧键，在生物质成型燃料生产过程中，通过对生物质原料的机械压缩，可以缩短纤维之间的距离，以利于形成氢键和范德华力，使生物质原料易于成型。

3.4.1加热成型机理

植物中的半纤维素和木质素属无定形的热塑性高聚物，具有玻璃态转化性质，当温度达70～110℃时开始软化且粘合力开始增加，在200～300℃时软化程度加剧达到熔融，此时施加一定的压力，使其与纤维素紧密粘接，并与邻近颗粒互相胶接，冷却后即可固化成型。生物质加热成型燃料就是利用生物质的这种特性，用压缩成型设备将经过干燥和粉碎的松散生物质原料进行加压和加热，使半纤维素和木质素软化并经挤压而成型，得到具有一定形状和规格的成型燃料。

3.4.2常温成型机理

生物质原料是由纤维构成的，被粉碎后的生物质原料质地松散，在受到一定的外部压力后，原料颗粒先后经历位置重新排列、颗粒机械变形和塑性流变等阶段。开始压力较小时，有一部分粒子进入粒子间的空隙内，粒子间的相互位置不断改变，当粒子问所有较大的空隙都被能进入的粒子占据后，再增加压力，只有靠粒子本身的变形去充填其周围的空隙。这时粒子在垂直于最大主应力的平面上被延展，当粒子被延展到与相邻的两个粒子相互接触时，再增加压力，粒子就会相互结合。这样，原来分散的粒子就被压缩成型，同时其体积大幅度减小，密度则显著增大。由于非弹性或粘弹性的纤维分子之间的相互缠绕和咬合，在外部压力解除后，一般都不会恢复到原来的结构形状。

北京林业大学回彩娟硕士，借鉴德国的Rumpf提出的粉粒体成型的有关理论，选用体视显微镜对成型块进行观察，发现常温致密成型过程中，生物质原料颗粒由于受到高压作用而互相镶嵌在一起，颗粒间的结合力主要来自相互间的机械镶嵌。四倍体刺槐枝成型块的微观结构如图3，从左至右依次是10MPa、30Mpa和60Mpa压力下的成型块微观结构图。

原标题：生物质成型燃料技术研究

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