生物质压缩成型技术
生物质压缩成型技术
制作人：李晓东
研究意义
我国生物质能资源非常丰富, 但是,作为一种散抛型低容重的能源存在形 式, 生物质能源具有资源分散、能量密度低、容重小、储运不方便等缺点, 严重制约了生物质能的大规模应用。所以生物质高品位转换技术的研究便 成为人们开发利用生物质能的重点。而近年来对生物质压缩成型技术的改 进创新发展, 为高效利用农林废弃物、农作物秸秆等重新提供了一条途径。 生物质压缩成型就是将生物质废弃物,用机械加压的方法,使原来松散、无 定形的原料压缩成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料。生物质在经 过压缩成型之后, 其密度、强度和燃烧性能都有了本质的改善, 大大提高 了生物质作为燃料的品质。可以在生活用能、饮食服务业,如采暖、烧饭、 烘烤食品等得到高效清洁应用。
生物质成型工艺
1.常温湿压成型工艺 2.热压成型工艺 3.炭化成型工艺 (1)先成型后炭化工艺 (2)先炭化后成型工艺 4.冷压成型工艺
生物质成型设备
1.螺旋挤压式成型机 2.活塞冲压式成型机 3.压辊式颗粒成型机
谢谢！
生物质成型机理
植物细胞中除含有纤维素、半纤维素外,还含有木质素( 木素) 。木质素是 具有芳香族特性的结构单体,是由苯基丙烷单元构成的三维空间聚合物。木 素属非晶体, 没有熔点但有软化点。当温度为70～110℃时软化具有黏性, 当温度达到200～300℃时成熔融状, 黏性高。此时加以一定的压力就可使其 与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相胶接, 冷却后即可固化成型。生物质压 缩成型燃料就是利用这种特性, 用压缩成型机将松散的秸秆在一定的温度、 压力条件下,使木素软化, 经挤压成型而得到的具有一定形状的新型燃料。
பைடு நூலகம்
国外研究现状
早在20世纪30年代, 美国就开始研究压缩成型燃料技术并研制 了螺旋式成型机。在1976年,开发出了生物质颗粒燃烧设备。 日本于20世纪50年代引进成型技术后进行了改进, 发展成了日 本压缩成型燃料的工业体系, 研制出了棒状燃料成型机及相关 的燃烧设备。20世纪70年代后期, 由于出现世界能源危机, 石 油价格上涨,西欧许多国家如芬兰、比利时、法国、德国、意 大利等也开始重视压缩成型燃料技术的研究。当前, 日本、美 国及欧洲一些国家生物质成型燃料燃烧设备已经定型,形成了 产业化,在加热、供暖、干燥、发电等领域已经普遍推广应用。 亚洲除日本外, 泰国、印度、菲律宾等从20世纪80年代开始也 都先后研制成了加粘结剂和不加粘结剂的生物质压缩成型机。
生物质热解技术
生物质压缩成型技术1 压缩成型原理生物质主要有纤维素、半纤维素和木质素组成。
木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，属于高分子化合物，它在植物中的含量一般为15%~30%。
木质素不是晶体，没有熔点但有软化点，当温度为70-110℃时开始软化，木质素有一定的黏度；在200-300℃呈熔融状、黏度高，此时施加一定的压力，增强分子间的内聚力，可将它与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相黏结，使植物体变得致密均匀，体积大幅度减少，密度显著增加，当取消外部压力后，由于非弹性的纤维分子之间相互缠绕，一般不能恢复原来的结构和形状。
在冷却以后强度增加，成为成型燃料。
压缩时如果对生物质原料进行加热，有利于减少成型时的挤压力。
对于木质素含量较低的原料，在压缩成型过程中，可掺入少量的黏结剂，使成型燃料保持给定形状。
当加入黏结剂时，原料颗粒表面会形成吸附层，颗粒之间产生引力，使生物质粒子之间形成连锁的结构。
这种成型方法所需的压力较小，可供选择的黏结剂包括黏土、淀粉、糖蜜、植物油和造纸黑液等。
2 压缩成型生产工艺压缩成型技术按生产工艺分为黏结成型、压缩颗粒燃料和热压缩成型工艺，可制成棒状、块状、颗粒状等各种成型燃料。
生物质—-干燥—-粉碎—-调湿—-成型—-冷却—-成型燃料主要操作步骤如下：（1）干燥生物质的含水率在20%-40%之间，一般通过滚筒干燥机进行烘干，将原料的含水率降低至8%-10%。
如果原料太干，压缩过程中颗粒表面的炭化和龟裂有可能会引起自燃；而原料水分过高时，加热过程中产生的水蒸气就不能顺利排出，会增加体积，降低机械强度。
（2）粉碎木屑及稻壳等原料的粒度较小，经筛选后可直接使用。
而秸秆类原料则需通过粉碎机进行粉碎处理，通常使用锤片式粉碎机，粉碎的粒度由成型燃料的尺寸和成型工艺所决定。
（3）调湿加入一定量的水分后，可以使原料表面覆盖薄薄的一层液体，增加黏结力，便于压缩成型。
（4）成型生物质通过压缩成型，一般不使用添加剂，此时木质素充当了黏合剂。
生物质固化技术
生物质压缩成型技术中国拥有丰富的生物质能资源，目前可供利用开发的资源主要为生物质废弃物，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废弃物、城市固体有机垃圾等。
生物质能是唯一的一种既可再生，又可储存与运输的能源。
我国生物质资源丰富，总量达9亿多吨，但存在能量密度低、生产具有季节性、资源分散、运输难、储运损耗大等缺点，成为制约我国生物质规模化利用的主要瓶颈。
生物质固化技术是指具有一定粒度的农林废弃物干燥后在一定的压力作用下，可连续挤压制成棒状、粒状、块状等各种成型燃料的加工工艺，该技术大大提高了单位体积燃料的品质，便于储存和运输。
生物质压缩成型原理植物细胞中含有纤维素、半纤维素和一定量的木质素。
其中具有一定含水率的纤维素在力的作用下可以形成一定的形状，而木质素具有胶黏作用。
当温度达到70～100℃时，木质素开始软化，并有一定的黏度，当达到200～300℃时，呈熔融状，黏度变高，此时若施加一定的外力，可使它与因受热分子团变形的纤维素紧密粘结，并与相邻颗粒互相胶接，使体积变小，密度增大，取消外力后，由于非弹性或粘弹性的纤维分子间的相互缠绕和绞合，其仍能保持给定形状，冷却后强度进一步增加，成为成型燃料。
生物质压缩成型工艺一般流程为：生物质收集、粉碎、脱水、预压、压缩、加热、保型、切割、包装、储存运输。
（1）生物质收集是十分重要的工序。
在工厂加工的条件下要考虑三个问题：一是加工厂的服务半径；二是农户供给加工厂原料的形式是整体式还是初加工包装式；三是原料的枯萎度，也就是原料在田间经风吹、日晒，自然状态的脱水程度。
（2）粉碎一般高压设备的颗粒可以适当大些，10mm 左右为好；中、低压应小些，但螺旋式设备不能小于2mm，否则要影响密度和生产率。
（3）脱水成型中水分含量很重要，国内外使用的都是经验数据，不是理论计算数据。
水分含量超过经验上线值时，加工过程中，温度升高，体积突然膨胀，易产生爆炸，造成事故；若水分含量过低，会使成型成为问题。
生物质成型以及炭化技术
• 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。
• ⑴“热压缩”颗粒成型技术
• 是把粉碎后的生物质在220~280℃高温及高压下压缩成1 t/m3左右的高密度成型燃料。 • “热压缩”技术的工艺由粉碎、干燥、加热、压缩、冷却 过程组成。 对成型前粉料含水率有严格要求，必须控制在8% ~12%。
• ⑵“冷压缩”颗粒成型技术
• 也称湿压成型工艺技术。对原料含水率要求不高。 其成型机理是在常温下，通过特殊的挤压方式，使粉碎 的生物质纤维结构互相镶嵌包裹而形成颗粒。 • 因为颗粒成型机理的不同，“冷压缩”技术的工艺只需 粉碎和压缩2个环节。 • 特点： “冷压缩”技术与“热压缩”技术相比，具有原料适用 性广，设备系统简单、体积小、重量轻、价格低、可移 动性强，颗粒成型能耗低、成本低等优点。
• 生物质中的纤维素、半纤维素和木质素在不同的高温下，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。
1.3 生物质压缩成型的工艺类型
• 热压缩成型技术、冷压缩成型技术、炭化成型技术
• （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”。
第二章--生物质压缩成型技术
原料
木屑 秸秆
4 不成型 不成型
6 成型 成型
含水率/%
8
10
成型 成型
成型 成型
12 成型 成型
14 不成型 不成型
原料含水率的影响，对比生活中的和面
水太少
水太多 水适中
原料粒度的影响
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。
粒度小 粒度大
延伸率或变形率大 延伸率或变形率大小
容易压缩 难压缩
2.5 生物质成型燃料的性能指标
1. 生物质成型燃料的物理特性
（直接决定成型燃料的使用要求、运输要求和收藏条件）
松弛密度 耐久性
2. 生物质成型燃料的燃烧特性
生物质成型燃料的物理特性
（1）松弛密度 生物质成型块在出模后，由于弹性变形和应力松弛，其压缩密 度逐渐减小，一定时间后密度趋于稳定，此时成型块的密度成 为松弛密度。
温度/oC原料来自180200220
240
260
280
木屑 不成型 不成型 成型缓慢 成型较快 成型快 不成型
秸秆 不成型 不成型 成型缓慢 成型较快 成型快 表面炭化
2.4 生物质压缩成型工艺技术
热压缩
压缩成型工艺类型
螺旋挤压 成型技术
活塞挤 压技术
压辊式成型技术
工作原理：采用压轮和模具之间挤压力摩擦力相互作用原理， 使物料获得成型。物料在加工过程中无需加入任何添加剂或 粘结剂。
1962年，德国Rumpf，黏结力类型和黏结方式分类：
➢固体颗粒桥接或架桥 ➢非自由移动黏结剂作用的黏结力 ➢自由移动液体的表面张力和毛细压力 ➢离子键的分子吸引力（范德华力）或静电引力 ➢固体粒子间的充填和嵌合
生物质压缩成型的粒子特性
生物质(农作物秸秆)致密成型技术概述
2 成型原料问题 生物质原料的特点是具有季节性、分散性，因此严
重的影响了生物质致密成型燃料的工业化生产，根据 中国特色，必须考虑生物质的收集半径。建议采取分 散设点加工及就地使用和集中调配使用的方法。解决 上述问题。考虑到收集范围问题，生物质致密成型设 备的生产率不宜过大。 3 配套设备问题
结渣：是由于秸秆相对于煤和其它的燃料中的碱金属和氯的含量较 高(钾1%左右，氯0.8%左右，是突出特点）加之秸秆收集过程中 带入较多的的SiO2，就使其在燃烧过程中产生含有较多碱金属的 飞灰颗粒。这些颗粒易凝结在锅炉部分受热面上，一定程度下形 成玻璃状的结渣，是一种复杂混合物。严重的结渣会使锅炉停止 运转。
农林废弃物主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，木质素为 光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，是高分子物 质，在植物中含量约为15%～30%。当温度达到70～100℃，木 质素开始软化，并有一定的黏度。当达到200～300℃时，呈熔融 状，黏度变高。此时若施加一定的外力，可使它与纤维素紧密粘 结，使植物体积大量减少，密度显著增加，取消外力后，由于非 弹性的纤维分子间的相互缠绕，其仍能保持给定形状，冷却后强 度进一步增加，成为成型燃料。
CF型后，体积缩小，密度可达 1t/m3左右， 含水率在20%以下，便于贮存和运输。 成型燃料在燃烧过程中热值可达16000kJ/kg左右， 燃烧过程相对干净，热性能优于木材，体积发热量 与中质煤相当，可广泛用于民用炊事炉、取暖炉、 生物质气化炉、高效燃烧炉和小型锅炉，是易于进 行商品化生产和销售的可再生能源。
腐蚀：FeCL3 、碱金属 其它：我国化肥使用多，秸秆中N含量较高，据研究，N2O的温室
效应威力是CO2的296倍。还有一些燃烧微量元素的幅射都远远 大于其他燃料。
生物质能生物质压缩成型技术的研究
生物质能生物质压缩成型技术的研究一、现状分析生物质能是指由植物、动物等生物体以及它们的代谢产物为基础，通过化学、物理等方式转变为可利用能量的形式。
生物质能具有可再生、环保等优点，所以备受人们关注。
生物质的直接利用方式有很多种，如生物质压缩成型技术，是一种将生物质原料压缩成成型物，提高储存和运输的效率的方法。
目前，生物质压缩成型技术已经在生物质能行业得到广泛应用。
生物质原料经过压缩成型后，可以制成各种形状的成型物，如颗粒、砖块等，提高了生物质的密度和稳定性。
这有利于减少储存和运输成本，提高生物质能的利用效率。
生物质压缩成型技术也有利于减少生物质能的灰尘排放，改善环境。
然而，生物质压缩成型技术在应用过程中还存在一些问题。
在压缩成型过程中，由于生物质原料的性质复杂，可能会导致成型物的密度不均匀，质量不稳定。
生物质压缩成型设备的耐磨性和耐腐蚀性也是一个问题，长期使用后需要进行维护或更换，增加了成本。
生物质压缩成型过程中，产生的废水和废渣的处理也是一个不容忽视的环境问题。
二、存在问题1.生物质原料的性质复杂，导致成型物密度不均匀，质量不稳定。
2.生物质压缩成型设备的耐磨性和耐腐蚀性较差，增加了维护成本。
3.废水和废渣处理问题亟待解决。
三、对策建议1.改进生物质压缩成型工艺，提高成型物的密度均匀性和质量稳定性。
可以通过调整原料比例、优化工艺参数等方法来改善这一问题。
2.加强生物质压缩成型设备的研发，提高其耐磨性和耐腐蚀性。
可以采用耐磨材料以及进行表面处理等手段来解决这一问题，并提高设备的长期稳定性。
3.加强废水和废渣处理技术研究，实现资源化利用和减少环境污染。
可以利用生物质废水中的有机物质和养分来生产肥料等，同时采用先进的处理技术来减少废渣的对环境的影响。
四、结论生物质压缩成型技术是生物质能行业中一种重要的利用方式，可以提高生物质能的储存和运输效率。
然而，在实际应用中还存在一些问题需要解决，需要加强技术研究和设备开发，同时关注环境问题，实现生物质能的可持续利用。
生物质成型燃料技术
根据运转方式的不同，可分为: 间歇式 连续式
炭化炉
四.生物质设备厂家分析
一.金旺国际
JW系列颗粒机设备价格配置表
二.山东宇冠机械有限公司
环模制粒机 价格：14.5万 产能：1-1.5吨/时
具体操作见加工视频 原料含水率:13%-15%
三.郑州同创机械
生物质压缩成型燃料特点：
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 。
生物质成型影响因素
常用干燥机有回转圆筒干燥机、立式气流干燥机。
回转圆筒干燥机： 构造：
排湿口 干燥筒
进料口
热风炉
出料口 驱动装置
优点： 生产能力大，运行可靠，操作容易，适应性强，流体阻力小， 动力消耗低。 缺点： 设备复杂，体积庞大，一次性投资高，占地面积大。
干燥过程： 原料进入干燥筒； 干燥筒作低速回转运动。干燥筒向出口方向下倾2～10°，并在筒内安装有抄 板。 物料在随干燥筒回转时被抄起后落下，由热风发生炉产生的热风加热干燥； 由于干燥筒的倾斜及回转作用，原料被移送到出料口排出机外。
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。
也可加大成型模内壁的夹角，利用挤压过程中产生摩擦热加热。 但动力消耗大，螺旋头和模具磨损加剧，一般30~50h就得更换螺旋头 。
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40-60m3秸秆
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三是运输不再难。
生物质固体成型燃料的密度通常为1吨／立方米左右，和煤差不多。
运秸秆就象运煤一样使运输不再难。
运秸秆就象运煤样使运输不再难
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32%（干基），禾草类木素含量为14%25%。
32%（干基），禾草类木素含量为14%-25%。
苯丙烷结
构高聚物
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生物质成型燃料就是利用这一原理以生物质固化成型机经热挤压制得。
适用于木质素含量高的农林废弃物。
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从运输、储存的角度来看，高密度更好。
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抗跌碎性和抗滚碎性成型燃料装卸时遇到冲击力
抗跌碎性和抗滚碎性，成型燃料装卸时遇到冲击力
翻滚试验和跌落试验
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待挥发物和炭烧完时空气量又过剩这些气流白白带¾待挥发物和炭烧完时，空气量又过剩，这些气流白白带走一部分热量。
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燃烧时间明显延长。
¾整个燃烧过程的需氧量趋于平衡，燃烧过程比较稳定。
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高压成型
¾高压成型：>10MPa
对木屑秸秆等物料成型的适宜含水率范围为6%10%
对木屑、秸秆等物料，成型的适宜含水率范围为6%-10%。
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温度对不同物料成型的影响
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之间
260℃之间。
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32
33
34
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生物质压缩成型工艺流程（制粒为例）
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破碎-干燥-筛分-粉碎-配料-制粒-冷却-输送
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015038
（0.15-0.38mm）
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50。