第四章 生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)

1、第四章第四章 生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)概念與原理概念與原理生物質(zhì)壓縮成型機(jī)技術(shù)生物質(zhì)壓縮成型機(jī)技術(shù)秸稈壓縮成型技術(shù)應(yīng)用實(shí)例秸稈壓縮成型技術(shù)應(yīng)用實(shí)例 生物質(zhì)固化成型技術(shù)生物質(zhì)固化成型技術(shù)就是將農(nóng)作物秸稈、稻就是將農(nóng)作物秸稈、稻殼、鋸木、木屑等生物質(zhì)原料，在一定溫殼、鋸木、木屑等生物質(zhì)原料，在一定溫度、濕度和壓力下，使原來松散、無定形度、濕度和壓力下，使原來松散、無定形的粉碎原料壓縮成棒狀、粒狀、塊狀及其的粉碎原料壓縮成棒狀、粒狀、塊狀及其他形狀，密度大、熱值高的固體成型燃料。他形狀，密度大、熱值高的固體成型燃料。第一節(jié)第一節(jié) 概念與原理概念與原理 生物質(zhì)壓縮成型過程將分布散、

2、形體輕、生物質(zhì)壓縮成型過程將分布散、形體輕、儲運(yùn)困難、使用不便的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)儲運(yùn)困難、使用不便的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料，經(jīng)壓縮成型和炭化工藝，加工成燃原料，經(jīng)壓縮成型和炭化工藝，加工成燃料，能提高容重和熱值，改善燃燒性能，料，能提高容重和熱值，改善燃燒性能，成為商品燃料。成為商品燃料。一、一、 發(fā)展歷史發(fā)展歷史成型燃料最早是英國一家機(jī)械工程研究所成型燃料最早是英國一家機(jī)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，逐步發(fā)展到加工造紙廠的廢棄物。和精煤，逐步發(fā)展到加工造紙廠的廢棄物。2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代，年代，“螺旋式螺旋式”在美國開始設(shè)在

3、美國開始設(shè)計(jì)計(jì)2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代，成型燃料得到大規(guī)模的發(fā)年代，成型燃料得到大規(guī)模的發(fā)展。展。二、生物質(zhì)原料組成成分二、生物質(zhì)原料組成成分 木質(zhì)素是由苯基甲烷結(jié)構(gòu)單體構(gòu)成的具有木質(zhì)素是由苯基甲烷結(jié)構(gòu)單體構(gòu)成的具有三度空間結(jié)構(gòu)的天然高分子化合物，有機(jī)三度空間結(jié)構(gòu)的天然高分子化合物，有機(jī)賦予織物較高的硬度和剛度。在常溫下木賦予織物較高的硬度和剛度。在常溫下木質(zhì)素主要部分不溶于機(jī)溶劑，它屬于非晶質(zhì)素主要部分不溶于機(jī)溶劑，它屬于非晶體，沒有體，沒有 熔點(diǎn)但有軟化點(diǎn)。當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)但有軟化點(diǎn)。當(dāng)溫度達(dá)到200-3000200-3000時軟化加劇，此時施加一定壓時軟化加劇，此時施加一定壓力，可使其

4、與纖維素緊密黏結(jié)，從而使植力，可使其與纖維素緊密黏結(jié)，從而使植物體各部分在模具內(nèi)成型。物體各部分在模具內(nèi)成型。半纖維素是由多聚糖組成，在貯存過程中半纖維素是由多聚糖組成，在貯存過程中易水解，轉(zhuǎn)變?yōu)槟举|(zhì)素，也可達(dá)到黏結(jié)劑易水解，轉(zhuǎn)變?yōu)槟举|(zhì)素，也可達(dá)到黏結(jié)劑的目的。的目的。纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖，是纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖，是植物細(xì)胞壁的主要成分，賦予植物彈性和植物細(xì)胞壁的主要成分，賦予植物彈性和機(jī)械強(qiáng)度。機(jī)械強(qiáng)度。不同種類的生物質(zhì)植物都含有纖維素、半不同種類的生物質(zhì)植物都含有纖維素、半纖維素及木質(zhì)素，但其組成、結(jié)構(gòu)不完全纖維素及木質(zhì)素，但其組成、結(jié)構(gòu)不完全一樣。一樣。 生物質(zhì)的

5、揮發(fā)分含量高，一般在生物質(zhì)的揮發(fā)分含量高，一般在60%以上，以上，因此，生物質(zhì)比煤易燃燒。同時，生物質(zhì)因此，生物質(zhì)比煤易燃燒。同時，生物質(zhì)比煤容易點(diǎn)燃和燃盡。比煤容易點(diǎn)燃和燃盡。三、三、 生物質(zhì)燃料的壓縮成型特性生物質(zhì)燃料的壓縮成型特性 生物質(zhì)原料的結(jié)構(gòu)通常比較疏松，密度生物質(zhì)原料的結(jié)構(gòu)通常比較疏松，密度較小，在一定溫度、濕度和壓力下，原料較小，在一定溫度、濕度和壓力下，原料先后經(jīng)過重新排列關(guān)系、顆粒機(jī)械變形和先后經(jīng)過重新排列關(guān)系、顆粒機(jī)械變形和流變等階段。從原來松散、無定形的粉碎流變等階段。從原來松散、無定形的粉碎原料壓縮成棒狀、粒狀、塊狀及其他形狀、原料壓縮成棒狀、粒狀、塊狀及其他形狀、密

6、度大、熱值高的固體成型燃料。密度大、熱值高的固體成型燃料。四、四、 生物質(zhì)壓縮成型的主要影響因素生物質(zhì)壓縮成型的主要影響因素1 1、原料種類、原料種類2 2、成型壓力、成型壓力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、加熱溫度、加熱溫度五、五、 生物質(zhì)壓縮成型工藝生物質(zhì)壓縮成型工藝1 1、濕壓成型、濕壓成型 原料從濕壓成型機(jī)進(jìn)原料從濕壓成型機(jī)進(jìn)料口進(jìn)入成型室，在料口進(jìn)入成型室，在成型室內(nèi)，原料在壓成型室內(nèi)，原料在壓輥或壓模的轉(zhuǎn)動作用輥或壓模的轉(zhuǎn)動作用下，進(jìn)入壓模之間然下，進(jìn)入壓模之間然后被擠入成型孔。從后被擠入成型孔。從成型孔擠出的原料已成型孔擠出的原料已被擠壓成

7、型，用切斷被擠壓成型，用切斷刀切割成一定長度的刀切割成一定長度的顆粒從機(jī)內(nèi)排出。顆粒從機(jī)內(nèi)排出。2 2、熱壓成型、熱壓成型 生物質(zhì)熱壓成型就是以生物質(zhì)加熱后的木生物質(zhì)熱壓成型就是以生物質(zhì)加熱后的木質(zhì)素為黏結(jié)劑，纖維素、半纖維素為質(zhì)素為黏結(jié)劑，纖維素、半纖維素為“骨骨架架”，在一定的溫度和壓力等工藝條件下，在一定的溫度和壓力等工藝條件下把碎散的生物質(zhì)物料壓制成具有固定集合把碎散的生物質(zhì)物料壓制成具有固定集合形狀的規(guī)格型體。形狀的規(guī)格型體。 原料粉碎原料粉碎 干燥混合干燥混合 擠壓成型擠壓成型 冷卻包裝冷卻包裝 非預(yù)熱熱壓成型工藝：原料只在成型部位非預(yù)熱熱壓成型工藝：原料只在成型部位被加熱。被加熱

8、。 預(yù)熱熱壓成型工藝：原料在進(jìn)入壓縮機(jī)構(gòu)預(yù)熱熱壓成型工藝：原料在進(jìn)入壓縮機(jī)構(gòu)之前和成型部位分別被加熱。之前和成型部位分別被加熱。3 3、炭化成型、炭化成型 炭化成型工藝的基本特征是，首先將生物炭化成型工藝的基本特征是，首先將生物質(zhì)原料炭化或部分炭化，然后再加入一定質(zhì)原料炭化或部分炭化，然后再加入一定量的黏結(jié)劑擠壓成型。量的黏結(jié)劑擠壓成型。工藝可分為兩類工藝可分為兩類先成型后炭化：原料粉碎先成型后炭化：原料粉碎- -干燥干燥- -成型成型- -炭化炭化- -冷卻包裝。冷卻包裝。先炭化后成型：原料先炭化后成型：原料- -粉碎除雜粉碎除雜- -炭化炭化- -混合混合黏結(jié)劑黏結(jié)劑- -擠壓成型擠壓成型

9、- -干燥干燥- -包裝。包裝。4 4、黏結(jié)劑、黏結(jié)劑常用的黏結(jié)劑：常用的黏結(jié)劑：無機(jī)黏結(jié)劑：水泥、黏土和水玻璃等，會無機(jī)黏結(jié)劑：水泥、黏土和水玻璃等，會增大燃料的灰分含量，降低燃料熱值，而增大燃料的灰分含量，降低燃料熱值，而且在炭塊燃燒時會產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。且在炭塊燃燒時會產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。有機(jī)黏結(jié)劑：焦油、瀝青、樹脂和淀粉等，有機(jī)黏結(jié)劑：焦油、瀝青、樹脂和淀粉等，抗潮解能力較差?？钩苯饽芰^差。 纖維類黏結(jié)劑：廢紙漿和水解木纖維等工纖維類黏結(jié)劑：廢紙漿和水解木纖維等工業(yè)廢棄物，價格低廉，黏結(jié)能力較好，不業(yè)廢棄物，價格低廉，黏結(jié)能力較好，不必人工干燥。必人工干燥。第二節(jié)第二節(jié) 生物質(zhì)壓縮成型機(jī)技術(shù)生

10、物質(zhì)壓縮成型機(jī)技術(shù)按產(chǎn)品形態(tài)分：按產(chǎn)品形態(tài)分：壓縮塊：主要應(yīng)用于間歇式加燃料的燃具，壓縮塊：主要應(yīng)用于間歇式加燃料的燃具，如家用炊事灶、取暖灶等如家用炊事灶、取暖灶等壓縮粒：主要應(yīng)用于連續(xù)加料燃器，如鍋壓縮粒：主要應(yīng)用于連續(xù)加料燃器，如鍋爐、干燥窯和汽化爐等。爐、干燥窯和汽化爐等。按機(jī)械作用原理分：按機(jī)械作用原理分：螺旋擠壓技術(shù)螺旋擠壓技術(shù)活塞沖壓技術(shù)活塞沖壓技術(shù)壓輥式成型技術(shù)壓輥式成型技術(shù)環(huán)模壓塊成型技術(shù)環(huán)模壓塊成型技術(shù)機(jī)械壓成型技術(shù)機(jī)械壓成型技術(shù)一、螺旋擠壓成型技術(shù)一、螺旋擠壓成型技術(shù) 成型原料被不斷送入壓縮成型腔，錐形螺成型原料被不斷送入壓縮成型腔，錐形螺桿在其他動力機(jī)械的帶動下，推動成

11、型原桿在其他動力機(jī)械的帶動下，推動成型原料進(jìn)入橫截面積逐漸變小的壓縮成型筒內(nèi)，料進(jìn)入橫截面積逐漸變小的壓縮成型筒內(nèi)，成型物料在錐形螺旋和壓縮成型桶的作用成型物料在錐形螺旋和壓縮成型桶的作用下，內(nèi)壓應(yīng)力越來越大，在壓縮成型筒的下，內(nèi)壓應(yīng)力越來越大，在壓縮成型筒的頂端達(dá)到最大內(nèi)應(yīng)力而成型，再經(jīng)過一段頂端達(dá)到最大內(nèi)應(yīng)力而成型，再經(jīng)過一段應(yīng)力松弛段，被推出螺旋壓縮成型機(jī)械，應(yīng)力松弛段，被推出螺旋壓縮成型機(jī)械，成為成型物料。成為成型物料。提高螺桿的壽命：提高螺桿的壽命：噴涂、堆焊和高耐磨材質(zhì)的使用噴涂、堆焊和高耐磨材質(zhì)的使用徹底改變這種成型工藝徹底改變這種成型工藝二、活塞壓力式成型技術(shù)二、活塞壓力式成型

12、技術(shù) 靠活塞的往復(fù)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)。按驅(qū)動力不同可靠活塞的往復(fù)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)。按驅(qū)動力不同可分為：分為：機(jī)械驅(qū)動活塞式成型機(jī)：用發(fā)動機(jī)或電動機(jī)械驅(qū)動活塞式成型機(jī)：用發(fā)動機(jī)或電動機(jī)通過機(jī)械傳動來驅(qū)動成型機(jī)。機(jī)通過機(jī)械傳動來驅(qū)動成型機(jī)。用液壓機(jī)械驅(qū)動的液壓驅(qū)動活塞式成型機(jī)。用液壓機(jī)械驅(qū)動的液壓驅(qū)動活塞式成型機(jī)。液壓驅(qū)動活塞成型工藝：液壓驅(qū)動活塞成型工藝： 首先，粉碎后較松散的生物質(zhì)（秸稈）原料經(jīng)過首先，粉碎后較松散的生物質(zhì)（秸稈）原料經(jīng)過垂直液壓油缸和水平液壓油缸兩次預(yù)壓后，由油缸垂直液壓油缸和水平液壓油缸兩次預(yù)壓后，由油缸上的沖桿推入成型套筒內(nèi)，在合適的成型溫度下，上的沖桿推入成型套筒內(nèi)，在合適的成型溫度下，

13、套筒中的秸稈生物質(zhì)在外力的作用下顆粒重新排列套筒中的秸稈生物質(zhì)在外力的作用下顆粒重新排列位置關(guān)系，并發(fā)生塑性變形。在垂直于最大應(yīng)力的位置關(guān)系，并發(fā)生塑性變形。在垂直于最大應(yīng)力的方向上，粒子主要以相互靠近結(jié)合的形式結(jié)合。隨方向上，粒子主要以相互靠近結(jié)合的形式結(jié)合。隨外力的增大，生物質(zhì)體積大幅度減小，容積密度顯外力的增大，生物質(zhì)體積大幅度減小，容積密度顯著增大，生物質(zhì)內(nèi)部膠合、外部焦化，并具有一定著增大，生物質(zhì)內(nèi)部膠合、外部焦化，并具有一定的形狀和強(qiáng)度。沖桿不斷推擠，秸稈生物質(zhì)從成型的形狀和強(qiáng)度。沖桿不斷推擠，秸稈生物質(zhì)從成型套筒中擠出，成為生物質(zhì)棒塊成型燃料。套筒中擠出，成為生物質(zhì)棒塊成型燃料。

14、三、三、 壓輥式成型機(jī)壓輥式成型機(jī)壓輥顆粒成型機(jī)主要用于生產(chǎn)顆粒狀成型壓輥顆粒成型機(jī)主要用于生產(chǎn)顆粒狀成型燃料，不用電加熱。燃料，不用電加熱。主要部件：壓輥和壓模主要部件：壓輥和壓模壓輥可以繞軸轉(zhuǎn)動，壓模上加工有成型孔，壓輥可以繞軸轉(zhuǎn)動，壓模上加工有成型孔，原料進(jìn)入壓輥和壓模之間，在壓輥的作用原料進(jìn)入壓輥和壓模之間，在壓輥的作用下被壓入成型孔內(nèi)。從成型孔內(nèi)壓出的原下被壓入成型孔內(nèi)。從成型孔內(nèi)壓出的原料就變成圓柱形或棱柱形。料就變成圓柱形或棱柱形。根據(jù)壓模結(jié)構(gòu)不同，分為：根據(jù)壓模結(jié)構(gòu)不同，分為：平模成型機(jī)：平模成型機(jī)：環(huán)模成型機(jī)：立式和臥式環(huán)模成型機(jī)：立式和臥式1 1、環(huán)模成型機(jī)、環(huán)模成型機(jī)主要

15、有齒輪傳動和皮帶傳動兩種方式。主要有齒輪傳動和皮帶傳動兩種方式。環(huán)模固定在大齒輪傳遞的空心軸上旋轉(zhuǎn)，環(huán)模固定在大齒輪傳遞的空心軸上旋轉(zhuǎn)，壓輥則固定在用制動裝置固定的實(shí)心軸上，壓輥則固定在用制動裝置固定的實(shí)心軸上，為動模式成型機(jī)。為動模式成型機(jī)。國內(nèi)環(huán)模壓輥式成型機(jī)主要有兩種：國內(nèi)環(huán)模壓輥式成型機(jī)主要有兩種：內(nèi)環(huán)模壓輥擠壓成型：內(nèi)環(huán)模壓輥擠壓成型：設(shè)備采用常溫成型，設(shè)備采用常溫成型，適用原料為秸稈、木屑等各種農(nóng)林廢棄物，適用原料為秸稈、木屑等各種農(nóng)林廢棄物，產(chǎn)品為顆粒狀及方塊狀。產(chǎn)品為顆粒狀及方塊狀。雙環(huán)模對輥擠壓成型：雙環(huán)模對輥擠壓成型：適用原料為木屑。適用原料為木屑。2 2、平模成型機(jī)、平模

16、成型機(jī) 平模成型機(jī)壓制室空間較大，可采用大直平模成型機(jī)壓制室空間較大，可采用大直徑壓輥，因而能將諸如秸稈、木屑等體積徑壓輥，因而能將諸如秸稈、木屑等體積粗大、纖維較長的原料強(qiáng)行碾壓粉碎后壓粗大、纖維較長的原料強(qiáng)行碾壓粉碎后壓制成型，降低了對原料粉碎度要求。對原制成型，降低了對原料粉碎度要求。對原料水分的適應(yīng)性也較強(qiáng)。料水分的適應(yīng)性也較強(qiáng)。四、四、 環(huán)模壓塊成型技術(shù)環(huán)模壓塊成型技術(shù)主要由供料器、除鐵裝置、壓塊機(jī)構(gòu)、傳主要由供料器、除鐵裝置、壓塊機(jī)構(gòu)、傳動裝置組成。動裝置組成。物料進(jìn)入壓制室后在偏心壓輪的擠壓下，物料進(jìn)入壓制室后在偏心壓輪的擠壓下，從徑向分布的環(huán)?？字袛D出。從徑向分布的環(huán)?？字袛D出

17、。比較適于生物質(zhì)規(guī)?；瘧?yīng)用的原料預(yù)處理比較適于生物質(zhì)規(guī)模化應(yīng)用的原料預(yù)處理以及發(fā)電廠補(bǔ)充燃料的加工成型。以及發(fā)電廠補(bǔ)充燃料的加工成型。五、五、 機(jī)械沖壓成型技術(shù)機(jī)械沖壓成型技術(shù) 機(jī)械沖壓成型機(jī)主要生產(chǎn)出生物質(zhì)型煤，機(jī)械沖壓成型機(jī)主要生產(chǎn)出生物質(zhì)型煤，俗稱秸稈煤。其成型原理為筒內(nèi)單向力沖俗稱秸稈煤。其成型原理為筒內(nèi)單向力沖壓成型。壓成型。第三節(jié)第三節(jié) 秸稈壓縮成型技術(shù)應(yīng)用舉例秸稈壓縮成型技術(shù)應(yīng)用舉例一、一、 瑞典生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展瑞典生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展1、集中供熱鍋爐、集中供熱鍋爐 集中供熱鍋爐能夠應(yīng)用于單個或多個家庭，集中供熱鍋爐能夠應(yīng)用于單個或多個家庭，熱量通過水循環(huán)交換到供熱系統(tǒng)。熱量通過水循環(huán)交換到供熱系統(tǒng)。組合式鍋爐：由一個顆粒燃燒器和一個標(biāo)準(zhǔn)組合式鍋爐：由一個顆粒燃燒器和一個標(biāo)準(zhǔn)鍋爐（無燃燒器）組成。鍋爐（無燃燒器）組成。一體鍋爐：燃燒器是鍋爐的一部分。一體鍋爐：燃燒器是鍋爐的一部分。2 2、生物質(zhì)爐具、生物質(zhì)爐具 獨(dú)立顆粒爐具獨(dú)立顆粒爐具 煙囪一體式爐具：通常由一個內(nèi)置顆粒料煙囪一體式爐具：通常由一個內(nèi)置顆粒料倉，能夠存儲一定的顆