木質壓縮成型燃料，是以木屑、樹皮等林業剩余物為原料，在高壓(49～196M Pa)、加熱條件下，壓縮成棒狀、顆粒狀且質地堅實的成型物，可作為工業生物質鍋爐、民用爐灶和工廠、家庭取暖爐以及農業暖房的燃料，也可進一步加工成木炭或活性炭。在作為工業鍋爐燃料時，可直接用鏈條爐等爐型，而不必進行鍋爐改造等。由于成型燃料除具有比重大（銅常>1.0)、便于貯存和運輸、著火易、燃燒性能好、熱效率高的優點外，還具有灰分小，燃燒時幾乎不產生S02，不會造成環境污染等優點，在世界上堪稱為一種理想燃料，有著廣闊的市場前景。
    國外木質壓縮成型燃料的開發工作始于40年代，1948年日本申報了利用木屑為原料生產棒狀成型燃料的第一個專利，50年代初生產了商品化棒狀成型機，60年代成立了木質成型燃料行業協會。70年代初，美國研究開發了內壓滾筒式顆粒成型機，并在國內形成大量生產，年生產顆粒成型燃料能力達80萬以上，1985年生產成型燃料達200萬t以上；日本1982年棒狀成型燃料生產能力達20萬t，1985年平均每戶消耗成型燃料達750 kg，1988年僅家用成型燃料就達25萬t。瑞士、瑞典、西歐等發達國家也先后開發研究了壓縮成型燃料。
    我國木質壓縮成型燃料開發研究工作起步較晚，1990年中國林科院林產化學工業研究所與東海某機械廠合作，完成了國家“七五”攻關項目一一木質棒狀壓塊機的開發研究工作，并建立了1000 t/a棒狀成型燃料生產線，隨后，全套機械出口馬來西亞、埃塞俄比亞、印度尼西亞等國。同年，東南大學和江蘇省科技情報所也開發研究了棒狀成型機。至于木質顆粒成型燃料生產技術，在本研究之前，尚未見報道。
    生產成型燃料是有效地利用木質廢料（木塊、木粉、刨花、木屑等），以提高燃料品位和燃燒熱效率、減少對化石能源的使用。顆粒成型燃料與棒狀成型燃料相比，具有生產時原料含水率可擴大（至24%），燃燒的適應面更廣（可直接用于大型鍋爐）等特點。
1、成型機基本結構和模孔尺寸
     木屑顆粒機、秸稈壓塊機是生產顆粒成型燃料的關鍵設備。美國、日本生產顆粒成型燃料的主要設備是內壓滾筒式成型機，成型原理示意圖如圖1。該設備主要由環模、壓輥、進料刮板、切刀等組成。操作時，主軸傳動環模(1)帶動壓輥(2)旋轉，原料經進料刮板(3)被卷入環模和壓輥之間，兩者相對旋轉對原料逐漸擠壓，并擠入環模孔，在模孔(5)中成型，并不斷向孔外擠出，再由切刀(4)按所需長度切斷成型顆粒。
    某公司，是全國最大、最早生產飼料顆粒成型機的公司，林化所與該公司合作后，對基本型的飼
料顆粒成型機的機體及傳動等主要部件的強度、速度等計算后，采用了KYW 32型飼料顆粒成型機基本結構作為本研究成型機的基本結構。圖2為KYW 32型成型機的基本結構。它是由進料、攪拌、成型、傳動系統等組成。操作時，是將原料從料斗(4)進入進料器(5)，由無級調速電機(3)調速，定量的原料進入攪拌器(7)與從蒸汽進口(6)進入蒸汽混合后，由下料槽(2)進入成型機的成型室(1)壓制成成型顆粒。該生產過程所需功率，主電機(9)為37 kW，進料器的調速機(3)為0.55 kW，攪拌器的電機(8)為2.2 kW。
    由于顆粒成型飼料和顆粒成型燃料所用原料不同，所以成型條件也不一樣。從設備結構看，其重要條件是環模的模孔結構和尺寸，成型燃料模孔結構示意圖如圖3。模孔具有不同的進口，中央直徑和出口，入口直徑D和中央直徑d的平方比，主要決定成型壓力。入口角度a和L/D，因不同木質原料而不同。根據不同原料成型工藝要求，采用了4種模孔結構和尺寸，入口角度a=30°和60°，中央直徑d=6mm，長度L=40m m和45mm進行了試驗，最后確定了能滿意生產顆粒成型燃料時的模7L結構和尺寸如下：
    a=60° d=6mm,d′=6.5mm， L=40 m m
模孔開孔率(環模內徑  320m m，寬度90mm上，開孔10排，每排108孔）33%。
2、成型工藝條件試驗
    木屑等木質原料在成型過程中，成型機結構、環模孔結構以及成型工藝是相關的，在確定了成型機結構和環模7L結構后，成型工藝成了技術關鍵，對不同原料、不同成型工藝試驗表明：成型壓力、溫度、原料粒度和含水率是影響成型燃料生產的主要因素。
    成型工藝試驗流程如圖4。
    水槽(1)的水，經多級離心泵Q），泵入操作壓力296～395 kPa電蒸汽發生器(3)內，由發生器(3)產生的蒸汽經減壓閥(4)進入攪拌器c7）的蒸汽入口(6)，與進料器(5)進入的原料混合進行調質，提高原料溫度和調整含水率，使原料溫度和含水率在進入成型機成型室(8)時，符合工藝要求。少量冷凝水經緩沖器(10)和疏水器(9)排出。按圖4流程進行了成型工藝條件的試驗。代表性工藝試驗數據如表1。術：①原料粒度：除刨光粉為150目以外，其余均<2mm；
  ②增濕前：即原料原始含水率，一般為氣干，含水率11%～12%，顆粒強度大，指符合產品質量指標一級或特級（另見顆粒成型燃料企業標準）。增濕后：即原料在攪拌器中與進入蒸汽混和增濕后的含水率，此為進入成型機成型室時的原料含水率。
2.1  成型壓力和溫度
    由木質素、半纖維素、纖維素組成的木屑等木質原料，由于木質素在加熱下可塑化，具有粘結性，可將木質原料中的半纖維素、纖維素在壓力下壓縮粘結成成型燃料。不同種類的原料，由于其木質素、半纖維素、纖維素含量不同、原料形態不同，成型所需的壓力和溫度也不相同。試驗表明，壓力過低將不能使原料壓緊壓實，嚴重時，不足以克服環模孔的摩擦力，成型將無法進行；溫度過低，不足以使木質素塑化，即使有足夠壓力，也不能將原料成型。當進料速度過低時，原料在壓輥和環模間摩擦時間長，產生熱量過大，在環模孔中，因摩擦產生過高溫度，會造成成型燃料表面嚴重熱分解，出現裂縫，降低了強度，甚至于不成型。為了成型時達到合適的所需溫度，必須在攪拌器中通入蒸汽(當生產能力為200 kg/h左右時通入10～22 kg/h蒸汽），使常溫原料（氣干，含水率11%—12%）升溫到60～80℃，加上原料在壓輥和環模間及環模7L中摩擦產生熱量，從測定剛生產的顆粒成型燃料的溫度，估計成型溫度在100℃左右，成型壓力為49～98M Pa。
2.2原料粒度和含水率
    試驗表明，一般要求粒度<2mm方可成型，木屑原料可直接成型，粒度>2mm稻殼等原料，必須粉碎。不同種類原
料，成型難易也有差別，對松木屑和杉木屑試驗后發現，松木屑含有非粘結性的易揮發成分較多，成型較困難；而杉木屑由于木質素含量較多，粘結性好，因此成型容易，刨光粉的粒度在150目左右，因其粒度太細，表面不象木屑那樣粗糙，雖可成型，但強度低于木屑。從表1試驗號6、7、8看出，在刨光粉中摻入30%左右木屑或摻入5%左右堿木質素，則可改善成型條件，成型良好。
    原料含水率對成型過程和產品質量影響很大。試驗表明，對木屑和刨光粉原料，成型時原料含水率控制在16%～22%，所以氣干的木屑和刨光粉原料，應用蒸汽調質，不僅為了提高原料的溫度，同時使原料含水率從11%～12%增濕至16%～22%。當增濕后的原料含水率>26%時，成型條件變壞，顆粒有爆開現象，強度大為下降。當原料含水率為氣干或在14%以下，未用蒸汽調質，直接進入成型機成型室時，由于溫度太低和含水率不合適，會造成成型壓力大幅度上升，主電機超載，防護成型機安全的安全銷斷裂，見表1試驗號4。另外從表1試驗號2、3還可看出，在木質原料中，摻入2%廢機油，可減少成型機的運行功率。
    總之對木屑和刨光粉原料，只要控制適宜的工藝條件，采用KYW 32型飼料顆粒機的基本結構和確定的環模結構，可連續穩定生產符合質量要求（另見顆粒成型燃料企業標準）的顆粒成型燃料，生產能力達到200～250 kg/h。
2.3成型燃料發熱量的測定
    按G B 5186-85生物質燃燒發熱量測定方法，對木屑、刨光粉為原料的成型燃料進行了發熱量測定，發熱量分別為20.72和20.16M Ykg；用馬福爐進行灰分測定，含量分別為1.0%和1.5%。
2.4成型燃料的吸濕
    一般木質成型燃料貯存時會吸收空氣中水分，產品含水率增加，表面開裂和膨松，產品質量呈下降趨勢，本顆粒成型燃料，當暴露于空氣貯存半個月左右，有表面開裂和膨松現象。為保證產品質量，產品出廠時應用密封的塑料袋包裝。
3成型機使用壽命
    所謂使用壽命，主要指環模使用壽命。環模孔在運行過程中，由于受到高壓原料的摩擦，容易損壞，需定時進行更換，對KW Y32型成型機，從生產運行功率看，采用木屑、刨光粉原料成型時，其運行電流僅比飼料成型時大5A左右，相當功率3.3 kW，占運行功率10%左右，所以木屑、刨光粉成型時成型壓力僅稍比飼料偏高一點，通常飼料成型時，按現有的環模材料及熱處理方法，環模能運行2000 h以上，這樣預計木屑、刨光粉原料成型時，環模約在2000 h需進行更換。
4經濟效益
4.1鍋爐燃料
    按一臺顆粒成型機建一條生產線，生產能力為250 kg/h，二班制操作，每年生產300天進行核算，年生產顆粒成型燃料能力1200t；顆粒成型燃料售價280元/t，創年產值33.6萬元；生產成本約32.9萬元，收支平衡，略有余。
4.2取暖爐燃料
    美國平亞公司在我國已投資建設國際上流行的冬天用的取暖爐生產線(1999年生產500臺)，這種爐由于售價便宜(2000～3000元／臺)、操作費用低(100 m 2房，一冬天需0.5t顆粒成型燃料，操作費用大大低于空調器取暖費)，預計有較好市場前景。該公司愿意按450元/t成型燃料收購。
    綜上所述，當成型燃料售價為280元/t，-條成型機生產能力為250 kg/h的生產線收支大體相當，現以450元／咄售，則每噸利潤為170元，全年利潤20萬元。
5、社會效益
    成型燃料生產技術是將木屑等低品位的原料，經高壓加熱制成高品位的燃料，以提高能源利用率，使能源得到充分利用。
    每噸成型燃料、刨花木屑和煤能源利用試驗情況如表2。表2中列出了以0.5t鍋爐用能時，實際測定的熱效率，使用成型燃料的熱效率比煤高11%，比刨花木屑高10.7%。
    從表2看出，當使用刨花木屑直接燃燒時，產生相當于每噸成型燃料（在扣除生產每噸成型燃料能量后）的有效能量，則要多消耗98 kg刨花木屑，多了近10%，這是由于使用成型燃料時改變了燃燒性能，提高了熱效率之緣故。即是說，為得到刨花木屑同樣的有效能量，使用成型燃料，可節省近10%的燃料。這就意味著，如在我國廣大農村或林區逐步推廣使用成型燃料，將可減少生物質能源消耗，對改善我國生態平衡起到了積極作用。
此外，成型燃料與煤相比，燃燒時不僅提高了熱效率，而且不產生SO，，不污染環境，稱其為“清潔燃料”，在使用于大型鍋爐或小型鍋爐燃料時，均不需要對鍋爐改造，可直接使用。也可作氣化爐的原料，因而成型燃料的開發，可推動生物質能源的開發，為生物質能源的工業化和商業化開拓了道路，為農林加工工業的能源自給開辟了廣闊前景。
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