日益增長的煤炭、石油、天然氣等化石燃料的消費給世界帶來了能源安全與環(huán)境問題，這些問題成為當今世界共同關注的焦點之一，因此，作為世界第四大能源的生物質能的利用引起了世界各國的廣泛關注。生物質能相對于風能、太陽能等其他能源具有應用地域廣、投資規(guī)模小、使用更方便、經(jīng)濟等優(yōu)點，并且生物質能是能夠真正穩(wěn)定、持續(xù)提供能量的綠色能源。目前生物質能源轉換方式有生物質氣化、生物質固化、生物質液化和直接燃燒等方式。生物質固化就是利用生物質致密成型技術降低密度的生物質轉化為高密度的生物質燃料。筆者對生物質致密成型裝備進行研究，旨在為更好地利用生物質能源提供參考。
1、生物質致密成型技術的研究意義
生物質致密成型技術是指應用機械加壓的方法將各類原來分散、沒有一定形狀、密度低的生物質原料壓制成一定形狀、密度較高的各種固體成型燃料的過程。
富通新能源生產(chǎn)
木屑顆粒機、
鋸末顆粒機等生物質顆粒燃料成型機械設備。
致密成型加工后的生物質固體燃料力度均勻，體積大大縮小，密度可達0.8～1.4g／cm3，更易輸送和儲存，含水率在.12%以下，增加了單位體積熱值（為16～21MJ/kg），能量與中質煤相當，且燃燒性能明顯改善，熱效率可達80%～95%，而未經(jīng)處理的粗放性燃燒熱利用率僅有10%～15%。因此該類燃料可廣泛應用于民用炊事爐、取暖爐、生物質氣化爐、高效燃燒爐和小型鍋爐，是易于進行商品化生產(chǎn)和銷售的可再生能源。
根據(jù)國家發(fā)改委《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》，至2020年，我國生物質固體成型燃料年利用率將達5 000萬t。
生物質致密成型技術中成型是核心，故成型設備的性能是決定產(chǎn)品質量和控制生產(chǎn)成本的關鍵。
2、傳統(tǒng)生物質固體燃料成型設備
根據(jù)成型原理的不同，生物質致密成型設備主要分為3類：螺旋擠壓式、活塞沖壓式（包括機械式和液壓式）和輥模擠壓式（包括環(huán)模式和平模式）。各種成型機的工作原理見圖1、2、3。其成型原理是依靠傳動部件與生物質原料間的相對運動實現(xiàn)生物質壓縮，壓縮過程中摩擦產(chǎn)生的熱或外部的加熱熱源產(chǎn)生的熱將生物質中的纖維木質素軟化的同時，在活塞或旋轉設備的擠壓下進入型模并被擠出，成為既定形狀。
3、成型設備存在的問題
生物質成型機目前雖初具規(guī)模，但大部分機組可靠性差，運轉不平衡，輥輪和成型孔磨損快，維修費用高，更換不方便。技術較成熟的螺旋擠壓式成型機螺桿是在較高溫度和壓力下工作，并且與生物質始終處于干摩擦狀態(tài)，故螺桿壽命極其有限，平均壽命不超過200 h，這就導致生物質致密成型燃料的成本偏高，嚴重影響生物質致密成型技術及致密成型燃料的發(fā)展和推廣。因此，開發(fā)一種運行穩(wěn)定、安全可靠、成本低廉且維修方便的新型成型機勢在必行。
4、種新型生物質固體燃料成型設備
針對上述存在的問題，筆者設計了一種新型成型機(圖4)。該機所用物料為濕度10%～40%、粒徑14 mm以下的木屑或鋸末，生產(chǎn)率為120~ 200 kg/h，能耗為50～80 kW - h/t，產(chǎn)品密度為0.6～1.1g／cm3的實心燃料棒。
4.1工藝流程當料活塞處于初始位置（圖4中所示位置）時，物料自料倉落入機身空腔中，此時啟動泵站，液壓缸帶動料活塞向前運動，將物料推入成型管中一段距離，此時液壓缸達到最大行程，換向閥工作，液壓缸帶動料活塞退回到初始位置，伴隨著料倉中的物料下落，完成一次進料過程。如此過程往復，物料逐漸向成型管中推進，待泵站所示壓力達到25 MPa時打開熱電偶l開關，加熱，由于摩擦力的存在并且逐漸增大，物料受到擠壓，成為柱狀致密燃料，擇時打開熱電偶2開關加熱，成型燃料出模。
4.2成型原理該成型機是在不加任何黏結劑下冷壓成型的，其主要是利用機械加壓的方法使生物質顆粒重新排列位置關系，并造成物理變形，使生物質粒子靠緊、嚙合。
物料由圖4中ab段運行到bc段時，由于摩擦阻力很小，所以變形很��；cd段主要是干燥段，目的是使物料中的游離水分經(jīng)加熱由排氣孔排出，避免其在成型出模后由于壓力的突然減小而造成成型棒的開裂，并且使生物質中的木質素軟化，為后面的壓縮成型提供一定的黏結力；de段是壓縮段，物料在干餾管中向前運動受到料活塞的推力Pv以及管壁對其的摩擦阻力日的作用。
式中，k-側壓力系數(shù)，k=tg2（450 - a/2）；a一物料的內(nèi)摩擦角；物料與管壁的摩擦系數(shù)；Pk-管壁單位面積上的豎向壓力標準值；Pv-相應計算截面處的橫向推力標準值( kN／m2)。隨著物料的前進，摩擦阻力逐漸增大，而液壓系統(tǒng)中，壓力取決于負載，所以阻力E，越大，推力Pv越大。從上式可以看出，推力的增加又造成了摩擦力的增大，最終使物料壓縮致密成型。該段關鍵是保證管溫不超過70℃，因為試驗發(fā)現(xiàn)，超過這介溫度后，物料與管壁的摩擦系數(shù)減小，物料被松散地送出管外，不能完成擠壓；進入ef段后，物料再次受到加熱，此時物料已基本成型，密度不會發(fā)生改變，加熱主要是使生物質內(nèi)部膠合、外部焦化，具有一定形狀和強度，使成型棒能順利出模。成型過程中，成型管內(nèi)各段壓力和溫度見圖5、6。
4.3液壓回路的設計為了提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，筆者采用雙成型管式結構設備，這樣能將生產(chǎn)效率提高1倍。但是若2個成型管液壓缸的油路布置不當，會造成設備制造成本的增加，該設備若選用并聯(lián)布置，所選用液壓泵的額定功率就需要比串聯(lián)布置提高1倍，這樣勢必會提高生產(chǎn)成本。串聯(lián)布置有一個問題需要解決，就是由于液壓缸的內(nèi)泄漏造成2個液壓缸不同步現(xiàn)象，為此筆者采用圖7所示的補油回路，很好地解決了這個問題，節(jié)約了成本，創(chuàng)造了效益。
5、結語
該新型成型機目前還處于試驗階段，很多問題需要研究，如在何種溫度下出模最為順利，壓縮段最優(yōu)長度，進料速度對成型燃料密度的影響等，但就目前的試驗結果來看，其已經(jīng)表現(xiàn)出很大的優(yōu)越性，如成型管使用壽命大大提高，結構更為簡單，成本更為低廉，維修更換更為方便，單位能耗顯著降低等。它的開發(fā)和使用，為更好地利用生物質能提供了有效途徑，能創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，具有良好的推廣前景。
三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售
木屑顆粒機、
秸稈顆粒機等生物質顆粒燃料成型機械設備，同時我們還有大量的生物質顆粒燃料出售。
