第四章 生物质压缩成型燃料技术

我国粮食与秸秆产量发展趋势（根据中国农业年鉴整理）
我国林木生物质资源预测（亿吨 ）
300
280
250 200 150
250 200 205 210 215 220 生物总量
可获得量
100
可利用量
50
8-10
0 3 2006年
8-10
4 2007年
9-11
5 2008年
10-12
6 2009年
12-14
压推进器。
⑸压缩
F1—机器主推力， F2—摩擦力， F3—模具壁的向心反作用压力， α—模具内壁的倾斜夹角。
影响F1大小的是F2和料块的密度、直径等， 影响F2大小的是α和模具的温度。 α是成型模设计的关键因素，它随着料块的直径、密度、原料 类型而有不同的要求。 α的确定需要经过试验，一般从3°开 始，用插入法进行调试。 模具设计有内模和外模，外模是不变的，内模可以调换。
65000 60000 55000
万吨
50000 45000 40000 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
秸秆产量 59961 59307 61704 61803 57318 56767 57343 54398 59570 60502 61150 61647 粮食产量 50454 49417 51230 50839 46218 45264 45706 43070 46947 48402 49746 50150
⑵成型物内部粒子的粘结机制
1962年德国的Rumpf针对不同材料的压缩成型，将
成型物内部的粘结力类型和粘结方式分成5类:
①固体颗粒桥接或架桥(Solid bridge)；
②固体粒子间的充填或嵌合；
③自由移动液体的表面张力和毛细压力；
④非自由移动粘结剂作用的粘结力；
⑤粒子间的分子吸引力(范德华力)或静电引力。
也称为“压缩致密成型”、“致密固化成型”、“生 物质压块”。
⑵生物质压缩成型燃料：松散的秸杆、籽壳、树枝、锯末等纤 维质、木质生物质废料经热挤压工艺制成的固形燃料。
①生物质压缩成型： 家庭取暖炉 小型热水锅炉 热风炉
小型发电设施 等等。
③生物质压缩成型燃料特点：
国内生物质燃烧技术
生物质成型燃料村镇应用炉具
生物质工业锅炉
生物质电站锅炉
生物质成型燃料产业发展意义
风能 太阳能
新能源
固态技术农林废弃物直燃、压 缩成型（发电、供热）
利 用 形 式
生物质能 地热能
液态技术（生物乙醇、甲醇和生物柴油） 气态技术（生物沼气、垃 圾沼气、木质气）
潮汐能
有助于解决我国三大战略难题
①加工厂的服务半径；
②农户供给加工厂的原料的形式；
③原料状况。
⑵物料粉碎
木块、树皮、植物秸杆等尺寸较大的原料要时行粉碎， 粉碎作业尽量在粉碎机上完成； 锯末、稻壳等只需清除尺寸较大的异物，无需粉碎。
对颗粒成型燃料，一般需要将90%左右的原料粉碎到 2mm以下，必要时原料需进行二次甚至三次粉碎。 常用粉碎机械：锤片式粉碎机。
⑶压缩过程的影响粒子变化的因素
①含水率。生物质内适量的结合水和自由水是一种润 滑剂，使粒子间内摩擦变小，流动性增强，从而促 进粒子在压力作用下滑动而嵌合。
②颗粒尺寸。
•构成成型块的粒子越细小，粒子间充填程度就越高，
接触越紧密；
•当粒子的粒度小到一定程度(几百至几微米)后，成型 块内部结合力方式和主次甚至也会发生变化，粒子间 分子引力、静电引力和液相附着力(毛细管力)开始上 升为主导地位。
以德国为例
40多座生物质燃料厂， 240万吨 1100多个生物质工业供暖 设施 超过10万台民用生物质颗 粒采暖炉 200多座生物质热电联供 厂，2008年供电超过 1170 万千瓦时 可再生能源供热的92%来 自于生物质能，其中77.8%
来自于生物质成型燃料
成型燃料厂 经销商 炉具制造商 锅炉制造商 配件商 协会及组织
•生物质中的纤维素、半纤维素和木质素在不同高温 下，都能受热分解转化为液、固和气态产物。
•将生物质热解技术与压缩成型工艺结合，利用热解 反应产生的热解油或木焦油作为黏结剂，有利于提高 粒子间的黏聚作用，提高成型燃料的品位和热值。
二、生物质压缩成型的工艺流程
⑴生物质收集
工厂化加工主要涉及的问题：
密度高、强度大：体积缩小6~8倍，密度约为
1.1~1.4t/m3；
热值高：热值可达到16.7MJ/kg，能源密度相当于中
质烟煤；
燃烧性能好：使用时火力持久，炉膛温度高，燃烧
特性明显得到改善。
形状和性质均一：便于运输和装卸、适应性强、燃
料操作控制方便等。
二、生物质压缩成型原理
（一）压缩过程中生物质的粒子特性
削减CO2排放是降低温室气体效应
最有效、最得力的措施之一！！
减少石油、煤等高污染石化资源利用，充分利用
低污染的生物质能源势在必行。
生物质压缩成型燃料是生物质能源转化利用的一
个重要领域。
国外生物质成型燃料产业发展现状
欧洲、美国、日本等发达国家生物质成型燃料产业发 展已进入商品化阶段，拥有成熟的技术，完整的标 准体系和不断增长的市场。
⑴生物质压缩成型过程中粒子状态变化
生物质压缩成型分为两个阶段。
第一阶段，初期，较低压力传递至生物质颗粒中，使
原先松散堆积的固体颗粒排列结构开始改变，生物质
内部空隙率减少。
第二阶段，压力逐渐增大时，生物质大颗粒在压力作
用下破裂，变成更加细小粒子，并发生变形或塑性流
动，粒子开始充填空隙，粒子间更加紧密地接触而互 相啮合，一部分残余应力贮存于成型块内部，使粒子 间结合更牢固。
30~50h就得更换螺旋头。
⑺添加黏结剂
目的：
①增加压块的热值，同时增大黏结力。 方法：加入10%~20%的煤粉或炭粉。
注意事项：添加要均匀，避免因相对密度不同造成不均
匀聚结；
②纯增加黏结力，减少动力输入。 要求：生物质颗粒尺寸要小，便于黏结剂均匀接触。一 般在预压前输送的过程中添加，以便于搅拌。
德国2008年可再生能源供热统计
生物质成型燃料（民用） 生物质成型燃料（工业） 生物质成型燃料（热电联产） 液态生物质燃料 生物质燃气 垃圾类生物质 太阳能供热 深层地热 浅层地热
国内生物质成型燃料产业发展现状
生物质资源丰富
我国秸秆年产量约7亿吨，另有约1.2亿吨稻壳、蔗渣、花生壳等剩余物。据 农业部对粮食产量预测分析，到2020年我国主要作物的秸秆总量将达到8亿吨。

• 能源问题﹖
生物质成 型燃料

新的、可再生的替代能源 优化能源结构、增加能源供给 提高能源使用效率
• 环境问题﹖

CO2零排放、SO2、氮氧化物低排放 减少秸秆焚烧污染空气
• 三农问题﹖

农林废弃物资源化利用 改善农村能源结构 提高农民收入、增加农民就业岗位
植物生长期吸 收二氧化碳
热风发生炉产生的热风在抽风机作用下被吸入干燥管
道内； 同时，被干燥的原料由加料口加入与热风汇合，二者 在干燥管内充分混合并向前流动，完成干燥过程。
干燥后的物料被吸入离心分离器分离，然后从出料口
排出。 湿空气被风机抽出排放。
⑷预压缩
为提高生产率，在推进器进刀前先把松散的物料预压 一下，然后再推入成型模具。多采用螺旋推进器、液
⑶干燥
干燥处理的原因： 水分含量超过经验值上限时，加工过程中当温度升高 时，体积突然膨胀，易发生爆炸造成事故；水分含量 过低时，会使范德华力降低，物料难以成型。
物料湿度一般要求在10～15%之间，间歇式或低速压
缩工艺中可适当放宽。
常用干燥机有回转圆筒干燥机、立式气流干燥机。
①回转圆筒干燥机：
干燥筒内操作方式： 逆流操作—干燥器内传热与传质推动力比较均匀，适 用于不允许快速干燥的热敏性物料。干燥处理后物料
含水率较低。
顺流操作—适用于原料含水量较高，允许干燥速度快，
在干燥过程中不分解，能耐高温的非热敏性物料。
上干燥管
分离器
下干燥管
②立式气流 干燥设备：
热风炉
加料口
出料口
抽风机
8 2010年
16
10 2015年
20
12 2020年
我国现有生物质成型燃料生 产厂近200家。秸秆燃料厂主
要分布在华北、华中和东北等 地；木质颗粒燃料厂主要集中 在华东、华南、东北和内蒙等 地。
国内现有成型设备生产厂 家100多家，主要分布在河 南、河北、山东等地区。
生物质炉具和锅炉近来也有长足发展，如广州迪森、重庆良奇、山东多乐、 湖南万家、张家界三木、北京桑普和北京老万等。但由于种种原因，使用可靠、 技术先进、价廉物美、能批量投入工业生产、满足广大用户使用要求的产品并 不多。
•水分还有降低木质素的玻变(熔融)温度的作用，
使生物质在较低加热温度下成型。
（3）半纤维素与纤维素的作用。
半纤维素水解转化为木糖，也可起到粘结剂的作用。
纤维素分子连接形成的纤丝，在粘聚体内发挥了类
似于混凝土中“钢筋”的加强作用，成为提高成型 块强度的“骨架”。
（4）其它化学成分的作用。
•生物质所含腐殖质、树脂、蜡质等对压力和温度比较 敏感。当采用适宜温度和压力时，也有助于在压缩成型 过程中发挥粘结作用。
⑹加热
棒形成型机的加热温度一般在150~300℃之间；
颗粒成型机没有外热源加热，但成型过程中原料与机器工
作部件之间的摩擦作用可将原料加热到100℃左右。 加热方式：
电阻丝加热、导热油加热。应先预热后开机。