我國生物質（鋸屑、稻殼、樹枝、秸稈等）資源豐富，總量達9億多噸，怛存在能源密度低、生產具有季節性、資源分散、運輸難、儲存損耗大等缺點，成為制約我國生物質規模化利用的主要瓶頸。生物質固化成型技術是指具有一定粒度的農林廢棄物干燥后在一定的壓力作用下，可連續擠壓制成棒狀、粒狀、塊狀等各種成型燃料的加工工藝，該技術大大提高了單位體積燃料的品質，便于貯存和運輸。
    目前，我國生物質成型技術已取得了很大進展，但是仍存在著單位產量能耗大、設備可靠性差等缺點。本文主要研究了生物質成型的各種工藝參數，為延長生物質成型設備使用壽命，降低能源消耗提供參考。
    富通新能源生產銷售秸稈顆粒機、秸稈壓塊機等生物質燃料成型機械設備。
1、生物質壓縮成型技術
1.1生物質成型原理
    植物細胞中含有纖維素、半纖維素和一定量的木質索。其中具有一定含水率的纖維素在力的作用下可以形成一定的形狀，而木質素具有膠黏作用。當溫度達到70~100℃時，木質素開始軟化，并有一定的黏度，當達到200~300℃時，呈熔融狀，黏度變高，此時若施加一定的外力，可使它與因受熱分子團變形的纖維素緊密粘結，并與相鄰顆粒互相膠接，使體積變小，密度增大，取消外力后，由于非彈性或粘彈性的纖維分子間的相互纏繞和絞合，其仍能保持給定形狀，冷卻后強度進一步增加，成為成型燃料。
1.2影響生物質成型的因素
    影響生物質燃料壓縮成型的因素很多，主要有生物原料本身（包括原料種類、粒度、含水率等）、成型壓力、成型溫度、成型模具形狀及尺寸、壓縮方式、成型工藝、成型過程的滯留時間、粘結劑等。
    由于生物質材料的種類和成分不同，受壓縮方式和壓縮條件的影響，成型燃料的品質特性存在較大差異。生物質成型燃料的品質特性主要有燃燒特性和物理特性，物理品質特性直接決定了成型塊的使用要求、運輸要求和貯藏條件。
1.2.1生物質原料生物質原料具有流動性差、相互牽連力大的特性，是成型喂入和壓縮的瓶頸。對于不同的原料、不同的含水率、不同的粒度，壓縮特性有很大的差異，并對成型過程和產品質量有很大的影響。
1.2.1.1原料種類不同種類的原料，其壓縮成型特性有很大差異。一般來說木材較難壓縮，而纖維狀植物秸稈等容易壓縮。在冷壓條件下，較難壓縮的原料不易成型，易壓縮的原料則較易成型。在熱壓條件下，像木材等雖然難于壓縮，但其纖維素含量高，在高溫條件下反而易成型，而植物秸稈等則不易成型。木質素含量高的農作物秸稈和林業廢棄物非常適合熱壓成型。生物質內纖維素含量決定了其成型的難易程度。
1.2.1.2原料粒度原料的粒度影響壓縮成型塊的質量，也影響生產效率和能量消耗。一般來說，粒度小的原料容易被壓縮，粒度大的原料較難被壓縮。并且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，成型效果越好；原料粒度較大時，成型機不能有效地工作，使能耗大，產量小。
    一般高壓設備(1000~1500 bar)的顆粒可以適當大些，10 mm左右為好；中、低壓設備的顆粒應小些，但螺旋式設備的要求不能小于2 mm，否則影響密度和生產率。木屑、稻殼等由于粒度細小，篩除雜物即可直接使用，秸稈、麥秸需經專用設備粉碎，一般至粒度在10 mm以下。
1.2.1.3原料含水率水分是原料中最好的傳熱介質，可以降低成型過程中木質素軟化和液化的溫度，提高成型物料的表觀導熱系數，均勻成型物料的溫度場。但當水分含量過高，加熱過程產生的蒸汽不能從成型燃料中心孔排出，會造成燃料開裂，表面粗糙，甚至產生爆鳴等現象；而水分含量太低時，不利于木質素的塑化和熱量的傳遞，則成型困難。一般要求原料的含水率在15%~25%左右；對于棒狀成型燃料，要求原料的含水率不大于10%左右。活塞式成型機因其加工過程是間斷式的，因此可以適當高些，為16%～20%。
1.2.2成型溫度加熱使生物質物料達到一定的溫度，其主要作用為：①使生物質中的木質素軟化、熔融而成為粘結劑；②使所壓縮燃料的外表層炭化，減少擠壓動力消耗：③提供物料分子結構變化所需的能量。對于熱壓成型機，一般溫度控制在150~ 300℃之間比較適宜，溫度過高，可使其水分氣化，揮發分大量釋放，導致成型物料疏松斷裂，成型失敗。
1.2.3成型壓力與模具類型成型壓力是生物質原料固化成型的最基本條件。對生物質原料施加壓力的主要目的是：①破壞物料原來的物相結構，組成新的物相結構；②加強分子間的作用力，使物料變得致密均實；③為物料在模內成型及推進提供動力。隨著成型壓力的增大，成型塊物質的結合力增大，結合強度提高，致密度大。同時，考慮成型壓力過大對設備的要求相應提高，而對提高成型塊性能不明顯，易造成能源浪費，選取成型壓力為60一90 MPa較為經濟適宜。
1.2.3.1模具尺寸“成型模”是生物質成型的關鍵部件，模具的形狀尺寸與成型壓力有密切關系。因為大多數成型機都采取擠壓成型的方式，即原料從成型模具的一端連續壓入，又從另一端連續擠出，這時原料擠壓所需要的成型壓力與容器內壁面摩擦力相平衡，而摩擦力的大小與模具的形狀尺寸有直接關系
1.2.3,2環模壓縮比環模壓縮比的大小決定了成型壓力的大小。植物秸稈等原料的纖維素含量少，受到外力擠壓時易發生形變，因此成型時所需的環模壓縮比小，即成型壓力較小；鋸末等的纖維素含量高，成犁時所需的環模壓縮比大，即成型壓力較大。因而，用不同生物質原料生產成型顆粒燃料，應采用不同的環模壓縮比。植物秸稈等的壓縮比在9~ 12之間，木屑廢料等的壓縮比在5~9之間。
1.2.4成型過程的滯留時間成型物料形狀保持不變后，其在模具內所受的壓應力隨時間的增加而逐漸減小。因此，必須有一定的滯留時間，以保證成型物料中的應力充分松弛，防止擠壓出模后產生過大的膨脹，也可使物料有較長時間進行熱交換。
1.2.5添加劑  生物質在成型的過程中加入添加劑，以增加成型時的粘結力，減少動力輸入，同時研究也發現一些添加劑還能阻止燃料燃燒時結渣。S．P．Bhattaeharya研究表明，使用添加劑（如石英砂、石膏、膨潤土或粉煤灰等）能有效阻止生物質灰結渣。相對而言石膏和磷酸氫鈣的抗結渣特性較差，膨潤土的抗結渣特性較好，但是價格較為昂貴。添加劑一般都在予壓前輸送過程中加入，便于攪拌，在加入時一定注意均勻度，防止因比重不同造成不均勻聚結。
2、生物質壓縮成型的工藝參數
2.1  生物質壓縮成型工藝
    按成型加壓的方法不同來區分，技術較成熟、應用較多的技術有輥模擠壓式、活塞沖壓式、螺旋擠壓式等3種。根據主要r芝特征的差別，國內外生產壓縮燃料的丁藝大致可劃分為冷壓成型、熱壓成型和碳化成型3種主要形式。
2.1.1冷壓成型工藝冷壓成型技術減少了原料烘干、成型時加熱和降溫等3道工序，可節約能耗44%~ 67%。該成型方式原料最大含水率可達22%左右，但是由于原料沒有加熱軟化，成型時所需壓力較加熱成型大。
    輥模擠壓式成型機屬于冷壓成型工藝，一般不需要外部加熱，對原料含水率要求較寬，一般在10%~ 40%之間，其中最佳成型條件為18%左右；原料粒度要求小于10 mm；成型壓力相對較大，在20~ 50 MPa之間。平模擠壓成型機在壓制纖維性物料時，原料水分在15%~ 25%(最佳18%左右)之間，一般不需要對原料進行干燥。
2.1.2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，成型時加熱溫度通常調整為150~ 300℃之間，含水率一般控制在8%~12%之間。
    活塞沖壓式成型機：設備允許物料水分含量在20%左右，其中液壓驅動活塞式成型機要求水分在12%以內，成型溫度為160~ 200℃，原料粒度小于40 mm。
    螺旋擠壓式成型機：成型時溫度通常在150~ 300℃，其中最佳成型溫度在220~280℃之間；成型含水率一般控制在8010~ 12%之間；成型原料粒度要求小于40 mm；成型壓力的大小隨原料和所要求成型塊的質量不同而異，一般在4.9~ 12.74 kPa之間。
2.1.3碳化成型工藝碳化是在隔絕或限制空氣的條件下，將木材、秸稈等在400~600℃的溫度下加熱，得到固體炭、氣體、液體等產物的技術。以生產炭為主要目的的技術稱為制炭，以氣體或液體的回收利用為重點的技術稱為干餾，兩者合稱為碳化。
2.2各種生物質原料的最佳成型參數
    下面是我國幾種主要生物質原料在成型時的不同工藝參數要求：
    棉桿熱壓成型的工藝參數：溫度在150~ 260℃之間，粒度在0~ 12.5 mm之間，含水率在6%~10%之間。
    玉米稈熱壓成型的工藝參數：原料含水率5%~ 15%，最適宜的水分含量是10%~15%，原料粒度1～5mm之間，溫度為110℃左右。
    小麥秸稈熱壓成型的_[藝參數：原料含水率5%~ 18%，最佳水分含量10%~ 15%，溫度為110℃左右，原料粒度在1—5 mm。
    水稻桿冷壓成型的工藝參數：成型壓力32 MPa，含水率10%，原料粒徑4mm，粘結劑的添加比為4:1。
    稻殼熱壓成型的工藝參數：稻殼粒度細小，篩除雜物即可直接使用，加熱溫度80~111℃，含水率15.4%~17.5%，成型壓力8.8~ 11.5 MPa，粘結劑添加比為(2.85~ 4.25)：1。
3、討論
    生物質成型燃料的優點是環保性和經濟性，隨著保護自然生態環境意識的日益加強，國家相應配套政策的通過，以及該技術一些關鍵問題的解決，生物質燃料的市場覆蓋率將逐漸擴大。但是由于多種因素影響，短期內可能不會出現期望中的全面應用。我國生物質成型燃料利用存在的問題主要有：一是秸稈原料的收集與存儲，二是生物質成型燃料設備的快速磨損，三是生物質成型燃料燃燒過程中的結渣和沉積腐蝕。這些造成推廣受到一定程度的限制。
    本文圍繞生物質成型的各工藝參數，如原料特性、成形工藝、工藝參數等，探討它們對生物質燃料成型時的影響效果，為降低能耗，減少加工成本，減少對原料成型條件的限制和改進生產工藝提供理論依據。綜合考慮成型效果及能耗情況，在條件允許的情況下，應該優先選擇最適合的生物質成型工藝。
    富通新能源主要生產銷售秸稈顆粒機、秸稈壓塊機等生物質燃料成型機械設備，同時我們也有大量的生物質顆粒燃料。