生物質是一種清潔的可再生能源，我國農作物秸稈年產量約7×10
8t，相當于3.5×10
8 t標準煤。除此之外，我國每年還有將近1x10
8t左右的林業廢棄物，如樹枝、樹葉、鋸末、木屑、板片等。農村生物質作為一種農林業生產的副產品，在我國有著產量大、分布廣的特點，同時也成為一項重要的生物質資源，具有資源豐富含碳量低的特點。
隨著近代科學的進步，生物質的利用出現了許多新方法、新工藝、新設備，其中生物質壓縮成型技術是生物質能的一種簡單、實用的利用形式。通過對原材料進行干燥、破碎、加入黏合劑等方法進行預處理，在成型機高壓條件下，壓縮成柱狀或顆粒狀的高密度成型
顆粒燃料，為高效利用生物質提供了新途徑，富通新能源專業生產銷售
秸稈顆粒機、
木屑顆粒機等生物質成型顆粒燃料成型機械設備，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、實驗部分
1.1實驗材料及儀器
材料：生物質原材料為玉米秸稈、楊樹鋸末、梧桐樹葉，均產自河北省石家莊市南郊。
儀器：FE220型
粉碎機，上海某發展有限公司；H2-210電子天平，福州某儀器有限公司；XRY-1B微機氧彈量熱計，上海某地質儀器有限公司；SRJX-4-13可控溫烘箱（箱式電阻爐），北京某儀器設備廠。
1.2實驗部分
1.2.1 樣品處理
將收集到的生物質原材料進行晾曬等初步干燥處理，而后使用多粒徑破碎機進行破碎，得到10mm、1.5mm、0.5mm粒徑的材料。將一定量樣品粉末放置加熱皿中，置于烘箱內，設定溫度105℃，放置時間24 h以上。烘干結束后，將加熱皿置于干燥皿中至常溫。取出一定量的三種生物質原料平鋪于培養皿中，噴入水霧，均勻攪拌，調配出含水率為8%、12%、17%的實驗原料。將所有原料用密封袋密封，防止吸收空氣中水分，放置陰涼處保存。
1.2.2元素分析與工業分析
根據國家標準GB/T 211-1996、GB/T 212-2001、GB/T 212-2001和GB/T213 -2008進行了三種生物質的工業分析、元素分析和熱值分析，結果見表1。
|
|
樣品 |
|
玉米秸稈 |
楊樹鋸末 |
梧桐樹葉 |
|
工業分析 |
含水量/% |
7.36 |
7.83 |
9.14 |
|
揮發份/% |
71.34 |
86.70 |
75.11 |
|
灰分/% |
6.90 |
1.74 |
10.26 |
|
固定碳/% |
14.40 |
3.37 |
5.49 |
|
元素分析 |
N/% |
0.70 |
0.92 |
0.73 |
|
C/% |
43.57 |
45.83 |
45.00 |
|
TOC/% |
37.86 |
39.41 |
37.33 |
|
H/% |
3.82 |
4.94 |
5.24 |
|
S/% |
0.13 |
0.22 |
0.17 |
|
熱值分析 |
樣品彈熱值/（j·g-1） |
16238 |
19420 |
18066 |
1.2.3生物質成型實驗
成型壓力、含水率將根據文獻資料和實際情況進行選擇。成型壓力：10MPa、25MPa、50MPa；含水率：8%、12%、17%；成型粒徑：0.5mm、1.5mm、10mm。將原料放置于內徑為55 mm的柱形模具中，常溫條件下，進行單因素成型實驗，為使結果精確每個條件下成型試驗重復5次，取平均值。
(1)不同成型壓力成型試驗
取粒徑均為1.5mm的玉米秸稈、楊樹鋸末、梧桐樹葉三種原料，成型壓力為10 MPa、25 MPa、50 MPa，常溫條件下進行成型實驗。
(2)不同含水率成型試驗
將粒徑為1.5mm，含水率為8%、l2%、17%的生物質原料在成型壓力為25 MPa，常溫條件下進行成型實驗。
(3)不同粒徑成型試驗
取含水率為8%，粒徑分別為：0.5 mm、1.5mm、10mm的生物質原料，在成型壓力為25 MPa，常溫條件下進行實驗。
1.2.4 生物質成型顆粒燃料的物理特性測定
(1)松弛密度
將所有實驗條件下的生物質成型成品，在密封櫥中放置3天后，測量成型顆粒燃料的尺寸及質量大小，按下式計算生物質燃料的松弛密度：
p=m/V
其中p-松弛密度( g/cm3)；m一生物質放置3d后質量(g)；v一生物質放置3 d后體積(cm3)。
(2)耐久性
主要進行生物質成型成品的抗跌碎性、抗滲水性的測定。
抗跌碎性：依照煤的抗碎強度測定方法( GB/T15459-1995)對生物質成型顆粒燃料進行實驗。稱5009生物質成型顆粒燃料，裝入袋內，排除空氣，扎緊袋口。用刻度尺量出2m的高度，讓裝有樣品的袋子從此高度自由落下到鋼板（厚度不小于15 mm，長約1200 mm，寬約900m），連續落下5次。將樣品倒入15mm方孔篩內，經過篩分后，稱量篩上物的質量。
按下式計算生物質壓塊的抗跌碎性：
SS15= Mis/Mo×100%。其中SS15-生物質壓塊抗跌碎性；Mis -大于15 mm的生物質壓塊的質量(g)；M-裝袋時生物質壓塊的質量(g)。
抗滲水性：將不同實驗條件下的成型成品浸沒于27℃的水面下25 mm處靜置，觀察并記錄成型顆粒燃料完全剝落分解的時間。
2、結果與分析
2.1成型壓力對生物質成型效果的影響
表2 不同成型壓力下生物質成型顆粒燃料的成型效果
|
原料種類 |
成型壓力/MPa |
成型效果描述 |
|
玉米秸稈 |
10 |
成型效果好，表面有細小裂紋，密實，硬度較小 |
|
25 |
成型效果好，表面光滑，密實，硬度大 |
|
50 |
成型效果好，表面光滑，密實，硬度較大 |
|
楊樹鋸末 |
10 |
基本成型，有裂縫，松散，硬度較小 |
|
25 |
成型效果好，表面光滑，密實，硬度大 |
|
50 |
成型效果好，表面光滑，密實，硬度較大 |
|
梧桐樹葉 |
10 |
成型效果好，表面較松散，較密實，硬度適中 |
|
25 |
成型效果好，表面光滑，密實，硬度大 |
|
50 |
成型效果好，表面光滑，非常密實，硬度大 |
2.2含水率對生物質成型效果的影響
表3 不同含水率下生物質成型顆粒燃料的成型效果
|
原料種類 |
含水率/% |
成型效果描述 |
|
玉米秸稈 |
8 |
成型效果好，表面光滑，密實，硬度大 |
|
12 |
成型效果好，表面光滑，較密實，硬度大 |
|
17 |
基本成型，底部有裂痕，較密實，硬度小 |
|
楊樹鋸末 |
8 |
基本成型，有裂縫，松散，硬度較小 |
|
12 |
成型效果好，表面光滑，非常密實，硬度較大 |
|
17 |
不成型，表面有較大裂痕，松散 |
|
梧桐樹葉 |
8 |
成型效果好，表面光滑，密實，硬度大 |
|
12 |
成型效果好，表面有細小裂痕，密實，硬度大 |
|
17 |
基本成型，表面有多處裂痕，較密實，硬度小 |
2.3粒徑對生物質成型效果的影響
表4 不同成型壓力下生物質成型顆粒燃料的成型效果
|
原料種類 |
粒徑/mm |
成型效果描述 |
|
玉米秸稈 |
0.5 |
成型效果好，表面光滑，密實，硬度大 |
|
1.5 |
成型效果好，表面光滑，密實，硬度大 |
|
10 |
成型效果好，表面有分層現象，密實，硬度較大 |
|
楊樹鋸末 |
0.5 |
成型效果好，表面有細小裂紋，密實，硬度大 |
|
1.5 |
成型效果好，密實，表面光滑，硬度大 |
|
10 |
成型效果好，表面稍有分層現象，硬度較大 |
|
梧桐樹葉 |
0.5 |
成型效果好，表面光滑，密實，硬度大 |
|
1.5 |
成型效果好，密實，表面光滑，硬度大 |
|
10 |
成型效果差，表面分層現象明顯，硬度較大 |
2.4生物質成型顆粒燃料的物理特性
在生物質成型顆粒燃料的各種理化品質特性中，除燃燒特性外，成型顆粒燃料的物理品質是最重要的理化特性，它直接決定了成型顆粒燃料是否符合使用和儲運要求。而松弛密度和耐久性是衡量成型塊物理品質特性的兩個重要指標。
2.4.1松弛密度
松弛密度是指生物質成型后由于彈性變形和應力松弛其成型密度逐漸減小，一段時間后密度趨于穩定，此時成型顆粒燃料的密度即為松弛密度。松弛密度要比模內最終壓縮密度小。它是決定成型顆粒燃料物理品質和燃燒性能的一個重要指標。
由以上測量數據可知，成型壓力、原料含水率及粒徑對成型顆粒燃料的松弛密度場均起著至關重要的作用。三種生物質都呈現出松弛密度隨成型壓力的增大而增大的趨勢，說明一定成型壓力范圍內增大壓力會對成型材料的松弛密度產生促進作用。三種生物質均在含水率為12%的條件下產出了最大松弛密度的成型顆粒燃料，在8%～12%范圍內松弛密度隨含水率增大而增大，在12%～17%范圍內松弛密度隨含水率增大而減小。這一現象說明了含水率過大，成型過程中原料中的水分被快速汽化，造成燃料棒出模時漲裂，表面粗糙，無法成型，即使成型了，由于成型質量不好，松弛密度低，也會增加包裝和運輸成本，在使用過程中造成不便，影響生物質成型顆粒燃料的使用。
表5 不同壓力下三種生物質成型顆粒燃料松弛密度
|
壓力/MPa |
玉米秸稈松弛密度/（g·cm-3） |
楊樹鋸末松弛密度/（g·cm-3） |
梧桐樹葉松弛米醋/（g·cm-3） |
|
10 |
0.44 |
0.47 |
0.46 |
|
25 |
0.59 |
0.58 |
0.62 |
|
50 |
0.71 |
0.65 |
0.74 |
表6 不同含水率條件下三種生物質成型顆粒燃料松弛密度
|
含水率/% |
玉米秸稈松弛密度/（g·cm-3） |
楊樹鋸末松弛密度/（g·cm-3） |
梧桐樹葉松弛米醋/（g·cm-3） |
|
8 |
0.59 |
0.58 |
0.62 |
|
12 |
0.65 |
0.62 |
0.67 |
|
17 |
0.54 |
0.43 |
0.67 |
表7 不同粒徑下三種生物質成型顆粒燃料松弛密度
|
粒徑/% |
玉米秸稈松弛密度/（g·cm-3） |
楊樹鋸末松弛密度/（g·cm-3） |
梧桐樹葉松弛米醋/（g·cm-3） |
|
0.5 |
0.46 |
0.58 |
0.46 |
|
1.5 |
0.59 |
0.58 |
0.62 |
|
10 |
0.74 |
0.53 |
0.74 |
2.4.2耐久性
耐久性常用抗跌碎性和抗滲水性指標來描述�？沟樾允侵赋尚皖w粒燃料在儲運過程中承受一定跌落和碰撞時的抗破碎能力。生物質成型顆粒燃料的耐久性直接影響生物質成型顆粒燃料的儲運性能。
表8 不同壓力下三種生物質的耐久性
|
壓力/MPa |
玉米秸稈 |
楊樹鋸末 |
梧桐樹葉 |
|
抗跌摔性/% |
抗滲水性/h |
抗跌摔性/% |
抗滲水性/h |
抗跌摔性/% |
抗滲水性/h |
|
10 |
55.34 |
- |
50.36 |
- |
60.15 |
- |
|
25 |
87.45 |
7 |
85.67 |
6 |
83.20 |
5 |
|
50 |
95.16 |
10 |
94.32 |
10 |
94.78 |
10 |
表9 不同含水率下三種生物質的耐久性
|
含水率/% |
玉米秸稈 |
楊樹鋸末 |
梧桐樹葉 |
|
抗跌摔性/% |
抗滲水性/h |
抗跌摔性/% |
抗滲水性/h |
抗跌摔性/% |
抗滲水性/h |
|
8 |
87.45 |
7 |
85.67 |
7 |
83.20 |
6 |
|
12 |
95.37 |
10 |
93.62 |
9 |
82.98 |
5 |
|
17 |
76.47 |
1 |
45.34 |
- |
63.75 |
1 |
表10 不同粒徑率下三種生物質的耐久性
|
粒徑/% |
玉米秸稈 |
楊樹鋸末 |
梧桐樹葉 |
|
抗跌摔性/% |
抗滲水性/h |
抗跌摔性/% |
抗滲水性/h |
抗跌摔性/% |
抗滲水性/h |
|
0.5 |
84.83 |
6 |
74.82 |
5 |
87.42 |
7 |
|
1.5 |
96.93 |
11 |
96.78 |
11 |
95.40 |
10 |
|
10 |
75.89 |
5 |
84.96 |
7 |
68.41 |
4 |
由以上試驗結果可知，對于具有良好松弛密度的成型顆粒燃料，它的抗跌碎性和抗滲水性都很強，尤其是1.5 mm粒徑下的三種生物質原料在25 MPa壓力，8%含水率條件下生成的成型顆粒燃料，不僅松弛密度較大，而且抗跌碎性和抗滲水性均很好。也就是說成型顆粒燃料的耐久性與松弛密度大小成正比。
3、結論
(1)三種生物質的揮發分均較高而固定碳含量較低，發熱量均高于二類煙煤標準，表明生物質的燃燒利用價值很大。
(2)成型過程中成型壓力、原料含水率及粒徑是影響成型顆粒燃料松弛密度及耐久性的主要因素。
(3)松弛密度、抗跌碎性和抗滲水性都隨成型壓力增大而增大。常溫下的生物質成型工藝存在最低成型壓力，在10MPa左右。壓力在25 MPa以上成型效果比較好，但成型壓力過大，成型顆粒燃料物過于緊實，反而能耗會迅速增大，不利燃燒。
(4)原料含水率大小對松弛密度和抗滲水性的影響很顯著，原料含水率也是關系到生物質能否成型的重要因素之一。含水率太高或太低都不能使得生物質壓縮成較為理想的成型顆粒燃料。實驗表明含水率在8%～12%范圍內，無論是對燃料的松弛密度還是耐久性均是非常有利的。
(5)原料粒徑增大，抗滲水時間也相應延長，但燃料表面會變得粗糙，中間會出現裂縫，松弛密度降低，不利成型。
(6)粒徑為1.5mm的生物質原料在25 MPa，含水率在8%~12%范圍內，玉米秸桿、楊樹鋸末、梧桐樹葉三種生物質材料成型效果最好。
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