我國秸稈類生物質資源豐富，但存在資源分 散、形態各異、能量密度低、運輸難、儲存不方便等 缺點，這是目前制約生物質秸稈規模化利用的主 要瓶頸％生物質秸稈成型技術是將松散、無定形 的原料壓縮成具有一定形狀、密度較大的燃料的 技術，該技術大大提高了單位體積燃料的品質，因 而受到國內外研究人員的普遍關注。目前，生物質 秸稈成型技術已取得了很大進展，但是仍存在著 單位產量功耗大、設備可靠性較差等缺點。本研究 以節能降耗、延長設備使用壽命為出發點，對生物 質秸稈的各種成型工藝進行了系統的試驗研究，富通新能源生產銷售
秸稈顆粒機、
秸稈壓塊機、
木屑顆粒機等生物質顆粒燃料誠信機械設備。
1、生物質秸稈成型技術 1.1生物質秸稈成型機理
植物細胞中除含有纖維素、半纖維素外，還含 有木質素(木素）。木素是具有芳香族特性的結構 單體，是由苯基丙烷單元構成的三維空間聚合物。木素屬非晶體，沒有熔點，但有軟化點。當溫度為 70~110<1：時，木素變軟，具有粘性；當溫度達到 200~300尤時，木素呈熔融狀，粘性較高P1,此時加 以一定的壓力，就可使其與纖維素緊密粘接并與 相鄰顆粒互相膠接，冷卻后即可固化成型。生物質 秸稈成型燃料就是利用秸稈的這種特性，用壓縮 成型機將松散的秸稈在一定的溫度、壓力條件下， 使木素軟化，經擠壓成型而得到的具有一定形狀 的新型燃料。
1.2影響秸稈成型的主要因素
通過對生物質成型機理的分析，確定影響生 物質成型的主要因素有原料種類、原料粒度、含水 率、成型壓力、壓縮成型模具形狀及尺寸、加熱溫 度等關。
1.2.1原料種類
不同種類原料的壓縮成型特性有很大的差 異,如木材廢料一般難以被壓縮，纖維狀植物秸稈
和樹皮等容易被壓縮。
1.2.2原料粒度
—般來說，粒度小的原料容易被壓縮,粒度大 的原料較難被壓縮。原料粒度對成型機的效率及 成型物的質量也有影響，例如原料粒度較大時，成 型機將不能有效地工作,能耗大，產量小;原料粒 度不均勻時，成型物表面將產生裂紋，成型物密 度、強度均降低。
1.2.3含水率
當原料水分含量過高時，加熱過程中產生的 蒸汽不能從成型燃料中心孔排出，會造成燃料開 裂，表面非常粗糙，甚至產生爆鳴；原料水分含量 太低，則成型困難。一般來說，對于顆粒成型燃料， 要求原料的水分含童為丨5%-25%
;對于棒狀成型 燃料,要求原料的水分含量不大于10%。
1.2.4成型壓力與模具尺寸
成型壓力是生物質秸稈原料壓縮成型的最基 本條件。只有施加足夠的壓力，原料才能被壓縮成 型。成型壓力與模具的形狀尺寸有著密切的關系。 1.2.5加熱溫度
加熱一方面可以使原料中的木素軟化，起到 粘結劑的作用，另一方面可以使原料本身變軟，更 容易壓縮成型。對于一般的成型機來說，加熱溫度 調整為UCKBOOt比較適宜。
1.3生物質秸稈成型工藝
根據主要工藝特征的差別，可以將生物質成 型工藝劃分為常溫成型、熱壓成型和炭化成型3 種主要形式。
1.3.1常溫成型工藝
常溫成型又稱冷壓成型。根據在成型過程中 是否加人粘結劑，又可將冷壓成型分為加粘結劑 冷壓成型和不加粘結劑冷壓成型。加粘結劑冷壓 成型工藝就是將原料粉碎、調濕，添加粘結劑后加 壓成型。這種方法具有低壓下容易成型和能耗低 等優點，但對低成本粘結劑的選擇、粘結劑的調配 以及粘結劑與原料的均勻混合等要求較高。不加 粘結劑冷壓成型就是將秸稈物料粉碎后直接進行 加壓成型。
1.3.2熱壓成型工藝
熱壓成型工藝是目前普遍采用的生物質壓縮 成型工藝。該工藝是在一定的溫度條件下將生物 質秸稈壓縮成型。根據原料在成型機中被加熱的不同位置，可將熱壓成型工藝劃為2類，即非預熱 熱壓成型工藝、預熱熱壓成型工藝。
1.3.3炭化成型工藝
根據不同的工藝流程，可將炭化成型工藝分 為2類，即先成型后炭化工藝、先炭化后成型工藝。
2、生物質秸稈成型試驗
2.1試驗物料
本研究選用山東地區比較具有代表性且資源 豐富的玉米秸稈和小麥秸稈作為試驗物料。將物 料進行自然風干、切碎及篩分后，按粒徑0~0.45 mm，0.45~0.9 mm,0.9~2 mm,2~5 mm 進行分類。
2.2試驗裝置及模具
實驗室模壓成型裝置主要由油壓機構、成型 模具和固定架構成。油壓表用于指示油 壓,壓力為0~40 MPa。
Fig.l Structure and schematic diagram of forming device
借助實驗室的成型裝置，結合生物質秸稈的 成型機理，我們自行設計了2套閉式壓縮成型模 具,分別用于生物質秸稈冷壓成型和熱壓成型。在 壓縮成型過程中，油缸座(機座）是靜止的，工作臺 可以上下移動。成型模具的結構原理圖見圖2。
2.3試驗內容及試驗過程 2.3.1試驗內容
生物質秸稈成型工藝的試驗研究主要分為2 部分。
① 針對影響生物質秸桿成型的主要因素，選 擇玉米秸稈和小麥秸稈進行成型試驗，研究原料 粒度、水分含量、成型壓力及原料種類對生物質秸 稈成型效果的影響，確定較優的冷壓成型工藝參 數。
② 在生物質秸稈冷壓成型的基礎上，進行生 物質秸稈加粘結劑冷壓成型及熱壓成型試驗，并 對3種成型工藝進行能耗比較分析。
2.3.2試驗過程
① 分別選取粒徑為0~0.45 mm,0.45~0.9 mm,
0.9~2 mm及2~5 mm的玉米枯桿和小麥結桿顆粒 備用。
② 將物料放入烘干箱內，在105±5 t下烘干 24h后備用。
③ 使用噴霧器和快速水分測量儀調節物料的 水分含量。
④ 每次試驗稱取相同質量的物料進行壓縮成型。
⑤ 將稱量后的物料放人模具中，加壓直至達 到設定的成型壓力；在設定的成型壓力下保持一 定時間，退模后即可得到成型燃料，自然風干一段 時間后，測董成型燃料密度及跌碎強度。
2.4試驗指標的測定將成型模具內的成型燃料退模、自然風干一良時間后，利用電子天平和游標卡尺分別測量成型燃料的質量和長度，根據下面的公式來計算生物質秸稈成型燃料的成型密度。
3、試驗結果及分析
3.1生物質秸稈冷壓成型試驗
為了考察原料粒度、水分含量、成型壓力以及 原料種類對生物質秸稈成型效果的影響規律，本研究選用玉米秸稈和小麥秸稈，分別在不同粒度、 不同水分含量及不同成型壓力下進行分組成型試 驗。
3.1.1原料粒度及成型壓力對秸稈成型效果的影響 將自然風干的粒徑為0-0.45 mm,0.45~0.9 mm，0.9～2 mm，2~5 mm的玉米稻稈顆粒和小麥結 稈顆粒分別放在1，2,3,4,6,8,10 MPa的壓力下 進行成型試驗，試驗結果見圖3,4。
試驗結果表明，秸桿粒度為0-5 mm時，秸稈原 料都可以成型;在相同的成型壓力下，原料粒度越 小，成型后的燃料密度越大，抗跌落強度越高，成 型效果越好。隨著成墮壓力的增大,生物質秸桿成 型燃料的成型性能明顯提高。但是提高成型壓力 會使產品的能耗提高，因此成型壓力并不是越大 越好，在滿足成型燃料性能要求的條件下，成型壓 力越小越好，以減少成型燃料生產過程中的能耗。
為了便于進行統一比較，本研究在探討其它 因素對生物質秸稈成型效果的影響時，生物質秸 稈原料的粒度均取0~0.45 mm。
3.1.2原料水分含量對秸稈成型效果的影響
將粒徑為0~0.45 mm,水分含量分別為5%， 10%, 15%, 20%, 25%，30%的玉米秸稈和小麥結 稈顆粒在4 MPa下進行壓縮成迆試驗，試驗結果見圖5。由圖5可以看出，當水分含量為5%~15% 時，所得的成型燃料均滿足要求，其中，最適宜的 原料水分含量為10%~15%,即自然風干秸桿物料 就可以滿足壓縮成塑工藝的要求。
滿足性能要求。在本試驗條件下，玉米淀粉、糠醛 渣及粘土作為玉米秸稈成型粘結劑的最佳添加量 分別為8%,8%和10%。玉米淀粉作為玉米秸稈成 型粘結劑的成型效果最佳。
3.1.3原料種類對秸稈成型效果的影響
將粒徑為0~0.45 mm,水分含量為10%左右 的玉米秸稈和小麥秸稈顆粒在不同成型壓力下的 試驗結果進行對比。在相同的成型條件下， 玉米秸稈成型燃料的密度和抗跌碎強度均優于小 麥秸稈，這說明玉米秸稈比小麥秸稈更容易壓縮 成型。這是因為玉米秸稈中的木素含量高于小麥 秸桿，而木素在生物質秸稈成型過程中起粘結劑 的作用，有助于秸稈的成型。此外,小麥秸稈外表 面有一層蠟，而這層蠟在小麥秸稈成型過程中起 到阻礙成型作用，致使小麥秸桿的成型特性較差。
由生物質秸桿成型機理可知,木素在70~110℃下開始軟化，粘合力開始增加，粘結作用增強，因 此本研究選定80,丨10,130^3個成型溫度進行 生物質秸稈熱甩成型試驗。試驗結果表明，成迆溫 度對成型效果的影響還是很明顯的，在溫度達到 -定值后，即使施加很小的壓力也可以得到很好 的成型效果。綜合考慮原料成型效果和能耗情況， 本研究確定最佳成型溫度為110弋。
從目前國內現狀來看，可以利用的小麥秸稈 資源很少，玉米秸稈資源極其豐富，因此，下述成 型試驗都是以玉米秸稈為原料進行的。
3.2生物質秸稈加粘結劑冷壓成型
本研究分別選擇玉米淀粉、糠醛渣及粘土作 為粘結劑，對生物質秸稈加粘結劑冷壓成型效果 進行研究(圖7)。由圖7可以看出，加人粘結劑可 以使物料在較低的壓力下成型，得到的成型燃料。
圖8秸稈在不同溫度下的成型效果 Figu.8 The briquetting curve of straw under different temperatures 3.4生物質秸稈成型工藝的能耗比較
在生物質秸稈成型過程中，成型壓力越大，成 型設備的能耗越高，成型設備各部件的使用壽命 就越短。為了解決目前成型技術中成型能耗高、設 備使用壽命短的問題,尋求秸稈成型的最佳工藝， 在滿足相同的成型燃料密度的情況下，本研究對 秸稈冷壓成型、加粘結劑冷壓成型及熱壓成型3 種工藝的能耗進行了對比分析。在冷壓成型條件 下，滿足成型指標所需成型壓力為2 MPa;在加人 8%玉米淀粉條件下，滿足成型指標所需成型壓力 為1 MPa;在成型溫度為110 ℃條件，只需要0.5 MPa壓力就能滿足成型指標要求。因此,熱壓成型可以較大幅度地降低成型壓力（成型壓力降低 了 300%),從而大大減少了設備的內部摩擦，延 長了設備的使用壽命，提高了設備的可靠性。加 粘結劑冷壓成型時要考慮粘結劑的成本和燃料 的熱值，熱壓成型時要考慮外部熱源的能量損 耗。綜合分析得出，秸稈成型的最佳工藝為熱壓 成型。
4、結論
本研究圍繞影響秸稈成型的各工藝參數，以 玉米秸稈和小麥秸稈為原料進行冷壓成型試驗， 得出不同成型條件下能夠滿足成型要求的工藝參 數范圍，研究結果表明：玉米秸稈比小麥秸稈易于 成型。本研究還對比分析了玉米秸稈冷壓成型、加 粘結劑冷壓成型及熱壓成型3種工藝下的能耗情 況。研究結果表明：熱壓成型及加粘結劑冷壓成型 效果明顯優于冷壓成型。綜合考慮成型效果及能 耗情況，本研究認為秸稈成型的最佳工藝為熱壓 成型。因此，在條件允許的情況下,應該優先選擇 熱壓成型工藝。
相關顆粒機秸稈壓塊機產品：
1、秸稈顆粒機
2、木屑顆粒機
3、秸稈壓塊機
