關鍵詞：生物質固體燃料；木屑顆粒機；木屑制粒機；加工工藝；品質評價
生物質能作為一種清潔、可再生能源，能夠有效地緩解我國能源緊張的問題，而且使用中幾乎沒有溫室氣體排放，有利于保護生態環境。農業產品加工廢料、林業加工剩余物等都是生物質原料的主要來源，我國是農業大國，可以提供豐富的生物質資源。
生物質成型顆粒燃料是指將秸稈、木屑等農林廢棄物干燥粉碎后，在木屑顆粒機等生物質成型設備一定的溫度及壓力作用下，將原來松散的原料壓縮成棒狀、塊狀或顆粒狀等成型顆粒燃料。生物質固體成型顆粒燃料易于運輸和儲存，熱效率較高，可以替代煤和薪柴，改善農村居民的生活。另外，它也可以作為工業燃料，替代傳統的化石能源是生物質能源利用的重要發展方向。目前，生物質固體成型顆粒燃料成型設備主要有螺旋擠壓式成型機、活塞沖壓式成型機和壓輥式成型機。其中，壓輥式成型機主要生產顆粒狀生物質固體成型顆粒燃料，其又可分為環模成型機和平模成型機。環模成型顆粒機生產效率高，能耗低，已成為西方發達國家的主流產品。隨著顆粒狀生物質固體燃料的市場化，目前我國對其成型理論、工藝研究還比較薄弱，也缺乏有針對性的國家標準或行業標準。為了加強顆粒狀生物質固體燃料的生產和推廣使用，對其加工工藝及品質評價進行研究具有重要的意義。
顆粒狀生物質固體燃料加工工藝主要分為原料預處理、固體成型、后期處理3個階段。原料預處理階段包括原料粉碎、干燥、輸送、混配；固體成型階段包括喂料、成型、切斷；后期處理階段包括冷卻、篩選、除塵、調濕、打包。
1.1.1粗粉碎
主要原料為玉米秸稈和木屑，對這些原料經過秸稈粉碎機進行粗粉碎時，粒度在50mm左右的原料可采用擠壓揉搓和鍘切加工方式，將其粉碎成短細的顆粒狀原料。
1.1.2干燥對原料進行干燥，采用氣流干燥器或回轉干燥器，干燥溫度一般為40～70℃，將原料含水率控制為12%～20%。
1.1.3物料混合
將粉碎后的原料通過刮板輸送裝置、螺旋輸送裝置連續輸送，以保證原料充分混合，調質均勻，水分一致。為改變原料的特性和成型性能，可適當混配其他原料，通過輔助添加裝置添加輔助原料，然后將所有原料經刮板輸送裝置提升到原料混合倉進行混合。
1.1.4細粉碎
將混合后的原料經刮板輸送裝置輸送到精細粉碎機，進行二次粉碎，將原料粒度加工成1～5 mm，然后輸送到原料倉中，同時進行自然干燥。
1.2固體成型
1.2.1調質喂料
將原料倉中的混合原料進行調質處理，然后連續穩定地輸送到木屑顆粒機等成型設備中。
1.2.2固體成型
使用環模成型機，利用其環形壓模和圓柱形壓輥等工作部件實現成型，勻料器可將調質處理好的原料均勻地分配到模、輥之間。環模由電機帶動旋轉，安裝在環模內的壓輥由壓模通過模輥間的原料及其間的摩擦力使壓輥只能自轉而不能公轉，由于模、輥間的旋轉，將模、輥間的原料嵌入、擠壓成條柱狀并從模孔中被連續擠出。環模安裝兩個壓輥；環模壓縮比為5.5，采用直形孔，環模厚度為80 mm；模孔有效長度為44 mm，模孔的錐形孔進口直徑為10.5mm；減壓孔的深度為8mm、直徑為8.5 mm。
1.2.3切斷
在成型機內安裝有可調節間隙的切刀，可將擠壓出來的燃料按需要截成一定的長度，便于后續的包裝、儲存及運輸。
1.3后期處理
1.3.1冷卻
從成型機剛出來的成型顆粒燃料溫度約75～85℃，這種溫度下顆粒容易破碎，不易儲存，因此必須經過冷卻干燥降低其溫度和水分。可采用逆流式冷卻器使成型顆粒燃料充分冷卻干燥至高于室溫5℃以下。
1.3.2篩選冷卻后的顆粒燃料再進入篩選裝置，將不成型或不合格的顆粒篩選出來，并返回到細粉碎裝置中再次進行成型。合格的顆粒燃料即可計量包裝。
1.3.3除塵
在整個生產流程都要配備除塵裝置，主要采用旋風分離、脈沖除塵等方式清除生產過程中的粉塵，以減少粉塵污染，達到國家規定的標準。
1.3.4調濕
根據原料的特性及含水率情況，可對低于成型要求含水率的原料進行調整，適當的添加水分進行調濕處理。
1.4包裝、標志、運輸和儲存
顆粒狀生物質固體成型顆粒燃料應進行包裝，通常采用覆膜編制袋、塑料密封袋、覆膜紙箱等具有一定防潮和微量透氣功能的包裝物等進行包裝，有條件的企業可采用集裝箱。
產品標志應標明產品名稱、型號規格、廠名、廠址、凈重、執行標準號、儲存要求、生產日期及本規程要求標志的性能指標。
運輸時要防雨、防火、避免劇烈碰撞；散裝產品要采用密閉運輸的方式。產品的儲存場地應采取防水、防火等措施，包裝產品碼放整齊，散裝產品儲存時還應注意防塵。
2、品質評價
由于我國針對顆粒狀生物質固體燃料缺乏相對應的標準，因此制約了其推廣應用及產業發展。本文主要參照NY/T 1878-2010生物質固體成型顆粒燃料技術條件、NY/T 1882-2010生物質固體成型顆粒燃料成型設備技術條件等國家標準和行業標準，對顆粒狀生物質固體燃料品質評價進行研究。主要分為規格尺寸評價、基本性能評價和輔助性能評價。
2.1規格尺寸評價
按照GB 475中規定的方法對顆粒狀成型顆粒燃料進行抽樣，測量樣品尺寸，尺寸要求見表1。
表1 顆粒狀生物質固體成型顆粒燃料規格尺寸要求
| 項目 | 顆粒燃料 | |
| 主要原料為草本類 | 主要原料為木本類 | |
| 直徑或截面最大尺寸/mm | ≤25 | |
| 長度/mm | ≤4D | |
2.2基本性能評價
基本性能主要包括成型顆粒燃料密度、含水率、灰分、熱值。按NY/T 1879的規定采樣；按NY/T 1880的規定制備樣品；按NY/T 1881.7-2010的規定計算成型顆粒燃料密度；按GB/T 28731-2012的規定計算固體生物質燃料試樣水分統計量M。試樣水分測定的重復性限為0.15%。計算試樣的空氣干燥基灰分統計量A。試樣灰分測定的重復性限見表2。按GB/T 30727-2014的規定測定成型顆粒燃料的發熱量，成型顆粒燃料的基本性能要求見表3。
表2 灰分測定的精密度
| 灰分質量分數Aad/% | 重復性限/% |
| ＜10.00 | 0.15 |
| ≥10.00 | 0.20 |
表3 顆粒狀生物質固體成型顆粒燃料基本性能要求
| 項目 | 顆粒狀燃料 | |
| 主要原料為草本類 | 主要原料為木本類 | |
| 成型燃料密度/KG·m-3 | ≥1000 | |
| 含水率/% | ≤13 | |
| 灰分含量/% | ≤10 | ≤6 |
| 低位發熱量/Mj·kg-1 | ≥13.4 | ≥16.9 |
2.3輔助性能評價
輔助性能主要包括硫含量、氯含量、添加劑含量。按NY/T 1879的規定采樣；按lNY/T 1880的規定制備樣品；按GB/T 28732-2012的規定選用艾士卡法計算固體生物質燃料試樣中的全硫含量統計量S，艾士卡法測定固體生物質燃料中全硫的重復性限和再現性臨界差規定見表4；按GB/T 30729-2014的規定計算固體生物質燃料空氣干燥試樣氯含量統計量Cl，氯測定結果的精密度見表5；輔助性能要求見表6。
表4 固體生物質燃料中全硫測定結果精密度
| 全硫范圍S1/% | 重復性St，acl/% | 再現性臨界差St，d |
| ≤1.00 | 0.05 | 0.10 |
表5 固體生物質燃料中氯測定結果精密度
| 氯含量Cl/% | 重復性限｛以cl（絕對值）表示）｝/% |
| Cl＜0.100 | 0.010 |
| 0.100≤Cl＜0.500 | 0.020 |
| CL≥0.500 | 0.050 |
表6 顆粒狀生物質固體成型顆粒燃料輔助性能指標要求
| 項目 | 性能要求 |
| 含硫量/% | ≤0.2 |
| 氯含量/% | ≤0.8 |
| 添加劑含量/% | 無毒、無味、無害≤2 |
2.4 品質評價規則
顆粒狀生物質固體成型顆粒燃料產品規格尺寸、基礎性能及輔助性能評價結果的判定，符合以下要求的判為合格，否則判為不合格：①規格尺寸符合表l規定，基礎性能符合表3的規定，輔助性能符合表6的規定。②成型顆粒燃料規格尺寸、基礎性能及輔助性能檢驗結果均符合相應技術要求時，判定產品為合格；所檢測項目中有1項不合格時，應對產品加倍復檢，復檢仍有不合格項目時，則判定該產品為不合格。
3、結束語
本文針對顆粒狀生物質固體燃料加工工藝及品質評價進行了研究，對了解顆粒狀生物質固體燃料成型過程及品質評價具有一定的意義。國家還需加大對生物質固體燃料的關注力度，構建相應的標準體系；加強對壓縮環模成型理論、工藝的研究；進一步改進環模成型設備，解決設備生產中穩定性差、生產率低、磨損嚴重、成型率低等問題，促進生物質固體燃料產業規模化，使生物質固體燃料得到更加廣泛的應用。
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