從20世紀40年代國際上開始了生物質的成型技術研究開發，現已成功開發的成型技術按成型物形狀主要分三大類：以日本為代表開發的螺旋擠壓生產棒狀成型物技術；歐洲各國開發的活塞式擠壓制得圓柱塊狀成型技術；美國開發研究的內壓滾筒顆粒狀成型技術和設備。我國在20世紀80年代后期開始研制開發了一些不同類型的生物燃料成型設備，如螺旋擠壓式棒狀生物燃料成型機(包括顆粒機、木屑顆粒機、秸稈壓塊機等生物質成型機械設備)、活塞沖壓式生物燃料成型機、環模滾壓顆粒生物燃料成型機等。但國產成型加工設備在引進及設計制造過程中，都不同程度地存在著技術及工藝方面的缺陷，特別是成型機螺旋軸組件使用壽命短，工作穩定性差（成型棒不平整、密度低，甚至不能成形）等問題，制約了機制炭發展。作者課題組參照國外螺旋擠壓生產棒狀成型物技術，自行設計并研制每臺生產機制棒的能力為4 t/d（每天20 h計／兩班制，每班10 h）的環保高密度機制棒成型機。采用功率15 kW、電流31.4 A、轉速970 r/min的三相異步電動機產生高壓，溫度可調范圍為0—450℃，采用電加熱的方式；成型機性能十分穩定，連續工作時間可達140 ~280 h，且成型棒平整規則。
1、實驗
1,1機制棒固化成型工藝
1.1.1備料木屑預處理：采購杭州木材加工企業已袋裝的松木屑和杉木屑，運回試驗地倉庫堆放半個月到1個月，對木屑起到一定的軟化作用，有利于機制棒的成型。配料及攪拌：松木屑和杉木屑按一定的比例進行配料，配料后攪拌均勻。原料過篩：選用合適網孔的滾筒篩，將所需原料經過簡單的機械篩選，去除其中樹皮、粗大顆粒、石子等雜物。1.1.2干燥成型工藝進料：將準備好的原料倒人進料口，通過進料斗的出口閥門控制原料的流出量；干燥：通過傳送帶進入干燥設備；以木材碎料燃燒產生的煙氣為熱源，在離心風機的帶動下，原料和煙氣同時在管道內流動，最終達到原料干燥、風選的目的。成型：干燥后流經貯存槽，稍加冷卻后直接進入成型機，在高溫、高壓的作用下壓制成型。
1.2檢驗方法
1. 2.1木屑、機制棒的含水率參照GB/T 1931 -1991《木材含水率測定方法》測定；
1.2.2機制棒的質量、尺寸、根數等直觀數據直接采用測量工具測得；
1.2.3揮發分、灰分含量按照GB/T 17664 -1999《木炭和木炭的試驗方法》測定。
2、結果與討論
2.1工藝參數的選擇
2.1.1原材料顆粒粒徑分布  原料木屑中按松木屑和杉木屑的質量比為3:7進行配料，配料后攪拌均勻，置于105℃烘箱中干燥24 h，再經過各級孔徑網篩篩選、稱質量，得到原料的顆粒粒徑分布。木屑的顆粒粒徑分布如表1所示。經孔徑6、8、12 mm的工業篩網篩選和未過篩的4種原料，顆粒粒徑在0. 25一0.83 mm區間內占大多數，分別占81. 42 010、77.19%、73. 67%、70. 66%，依次降低；顆粒粒徑大于0.83 mm，分別占7. 29%、12.18%、17.59%、21.37%，依次增加；顆粒粒徑小于0.25 mm，分別占11. 28%、10.63%、8.74%、8.00%，依次降低。大粒徑顆粒的質量分數與小粒徑顆粒的質量分數對木屑的干燥、固化成型有一定的影響，其中顆粒粒徑大于1. 70 mm的質量分數隨工業篩網孔徑的增大而上升，而顆粒粒徑小于0. 18 mm的質量分數隨工業篩網孔徑的增大而下降。

2.1.2工業篩網孔徑選擇  以篩網孔徑6、8、12 mm的工業篩網篩選木屑原料并進行干燥、固化成型試驗，結果如表2所示。由表2可知，篩網孔徑越小，廢料的比率越高，而灰分含量越低。灰分含量的高低主要與木屑中泥土、沙石、樹皮的含量有關，篩網孔徑越大去除的樹皮等雜質量越少，則灰分含量越高，與試驗結果相一致。篩網孔徑8 mm時固化成型得率最高為88.14%，篩網徑
6 mm時固化成型得率最低為84. 23%，主要是因為在于燥過程中木屑過細易被燃燒而灰化。同時由表l可知，篩網孔徑6 mm時，顆粒孔徑0. 83 mm以上的木屑占7.29%．0.18 mm以下的占10.08%；篩網孔徑8 mni時，顆粒孔徑0.83 mm以上木屑占12.18%，0.18 mm以下的占9，64%；篩網孔徑12 mm時，顆粒孔徑0. 83 mm以上的木屑占17.59%．0.18 mm以下的占7.25%。可見，大粒徑顆粒的質量分數與小粒徑顆粒的質量分數對木屑的固化成型有一定的影響。篩網孔徑分別為6、8、12 mm時，機制棒平均長度最大相差只有0. 40 cm，平均棒質量最大相差50 g；篩網孔徑8 mm時，平均棒長和棒質量都最大，分別為43.40 cm、1130 g。
    從成型機運行情況來看，篩網孔徑為6 mm的工業篩網，成型機運轉正常；篩網孔徑8 mm的工業篩網，成型機運轉基本正常，螺旋頭有時會冒煙，但一般不需要處理；而篩網孔徑12 mm的工業篩網，成型機運轉偶有堵料，在干燥溫度不穩定并下降到120℃以下時，易發生堵料打泡現象。
    根據上述結果分析，結合生產實際，篩選滾筒選用前半篩網孔徑8 mm、后半篩網孔徑6 mm，有利于降低原料的灰分含量、提高成型得率。如表2所示，結果表明，成型得率、棒長、棒質量3個數據都大于篩網孔徑為6、8、12 mm時的相關數據。

2.1.3原料含水率結果如表3所示，木屑含水率高，廢料比例也增加，主要是由于木屑過濕導致其成團和易發生粘附引起的；在同等干燥工藝條件下，干燥后木屑含水率減小，與原木屑含水率的大小變化一致。木屑含水率19.53%時，固化成型得率最低，為80.09%，主要是由于木屑過干易導致干燥時灰化而流失。木屑含水率42.14%時，固化成型得率83. 42%低于木屑含水率30. 59%時固化成型得率89.42%，主要是由于木屑含水率高需要更高的干燥溫度引起灰化流失，如以木屑含水率30. 59%時的干燥溫度干燥則易導致干燥不完全，引起堵料。為使得成型機正常運轉需提高10一20℃爐膛干燥溫度，燃料消耗增加15%—20%，且對溫度的控制要求較高。試驗結果表明，原料含水率30%左右最佳。
2.1.4  干燥爐膛出口溫度  在原料含水率為30%左右，對不同爐膛出口溫度下干燥前后木屑含水率進行了對比研究，結果表明，隨著爐膛出口溫度的提高干燥木屑的含水率逐漸降低，爐膛出口溫度110 - 120℃時含水率超過5qo，130~140℃時含水率小于2%，150—160℃時含水率1%左右。由表3可知，干燥后含水率太高(5%左右)，易造成成型機螺旋頭堵料，為保證成型機的正常運轉，應提高爐膛干燥溫度。提高爐膛溫度可減少堵料，但溫度過高影響棒的性能，如棒較短、棒顏色較深，且降低成型得率，與表3結果一致。因此，干燥爐膛出口溫度控制在130~ 140℃區間較佳。

2.2中試試驗
    根據工藝參數選擇試驗的結果，篩選滾筒選用前半篩網孔徑8 mm、后半篩網孔徑6mm，新原料盡量先堆放一段時間，使含水率控制在30%左右，干燥爐膛出口溫度控制在130^-140℃之間，進行固化成型的中試試驗，試驗結果如表4所示。在中試期間，對不同原料混合比例及其成型機溫度對機制棒質量的影響、加料速度和干燥溫度對原料干燥及其機制棒成型的影響進行了試驗和調整，提出了相應的工藝參數：成型溫度350 ~420℃，干燥設備爐膛入口溫度280一350℃，加料速度以滿足成型機生產能力為宜等基本技術參數。
    開始正常穩定生產后，干燥成型得率85%（以絕干原料與絕干機制棒的比值），成型機可連續穩定工作140—280 h。每小時機制棒平均產量266.1 kg，平均制得機制棒270根，平均耗電量33.0 kWh，燃料平均用量47.6 kg。中試結果表明，本項目相關技術參數完全達到設計要求，其運行過程穩定可靠。

2.3環保型固體成型機的特點
    目前成型機普遍存在維修量大，螺旋軸材料壽命短，設備的連續化生產能力不強等問題，制約了機制炭發展。本工藝和設備實現了從進料、干燥、成型到機制棒成品的流出等流程的連續化生產．實際生產能力4 t/d（每天20 h計／兩班制，每班10 h），干燥成型機制棒的得率為85%（絕干原料與絕干機制棒的比值）。具有以下3個主要特點：1）螺旋軸材料使用壽命長，可修復，連續化生產能力強。可連續穩定工作140一280 h。在試驗初期所選用的普通螺旋軸材料，由于其極易磨損、與其套筒配套性不強等原因，一般只能連續工作100 h以內；2）機制棒質量好。制得的機制棒外形規則、表面平整、少有裂紋，機制棒的含水率2%—3%，棒長410 mm左右，密度1.2g／cm3，外徑50 mm，內孔15 mm。其質量是其他國內現有設備難以達到的；3）干燥成型連續化生產能源消耗低。干燥消耗的燃料為每噸0. 18 t柴火，耗電量每噸390 kWh，低于目前國內的干燥消耗的燃料每噸0. 30 t柴火，耗電量每噸430 kWh。
3、結論
3.1原料木屑經工業篩網孔徑6、8、12 mm篩選木屑和未過篩木屑的顆粒粒徑位于0. 25一0.83 mm區間內占大多數，分別占總量的81. 42%、77.  19%、73, 67%和70,66%．含量依次降低。篩網孔徑越小，灰分含量和固化成型得率越低，廢料的比率越高。篩網孔徑6和8 mm工業篩網，成型機運轉基本正常，而篩網孔徑12 mm的工業篩網，成型機運轉偶有堵料。結合生產實際，選用前半篩網孔徑8 mm、后半篩網孔徑6 mm篩選滾筒，有利于降低原料的灰分含量、提高成型得率。
3.2  原料含水率對木屑固化成型的影響研究結果表明，原料含水率30%左右最佳，與之對應的干燥爐膛出口溫度控制在130一140℃區間較佳。3,3干燥、固化成型的中試試驗結果表明，干燥成型得率85%，成型機可連續穩定工作140—280 h。每小時機制棒平均產量266.1 kg，平均制得機制棒270根，耗電量33.0 kWh，燃料用量47.6 kg;與國內的目前成型機相比，具有較大優勢。
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