國外木質(zhì)壓縮成型燃料的開發(fā)工作始于40年代，1948年日本申報(bào)了利用木屑為原料生產(chǎn)棒狀成型燃料的第一個(gè)專利，50年代初生產(chǎn)了商品化棒狀成型機(jī)，60年代成立了木質(zhì)成型燃料行業(yè)協(xié)會。70年代初，美國研究開發(fā)了內(nèi)壓滾筒式顆粒成型機(jī)，并在國內(nèi)形成大量生產(chǎn)，年生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料能力達(dá)80萬t以上，1985年生產(chǎn)成型燃料達(dá)200萬t以上；日本1982年棒狀成型燃料生產(chǎn)能力達(dá)20萬t，1985年平均每戶消耗成型燃料達(dá)750 kg，1988年僅家用成型燃料就達(dá)25萬t，瑞士、瑞典、西歐等發(fā)達(dá)國家也先后開發(fā)研究了壓縮成型燃料，富通新能源生產(chǎn)銷售的木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制木屑成型顆粒燃料。
我國木質(zhì)壓縮成型燃料開發(fā)研究工作起步較晚，1990年中國林科院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所與東海糧食機(jī)械廠合作，完成了國家“七五”攻關(guān)項(xiàng)目一木質(zhì)棒狀成型機(jī)的開發(fā)研究工作，并建立了1000 t/a棒狀成型燃料生產(chǎn)線，隨后，全套機(jī)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(xué)和江蘇省科技情報(bào)所也開發(fā)研究了棒狀成型機(jī)。至于木質(zhì)生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)技術(shù)，在本研究之前，尚未見報(bào)道。
生產(chǎn)成型燃料是有效地利用木質(zhì)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。生物質(zhì)顆粒燃料與棒狀成型燃料相比，具有生產(chǎn)時(shí)原料含水率可擴(kuò)大（至24%），燃燒的適應(yīng)面更廣（可直接用于大型生物質(zhì)鍋爐）等特點(diǎn)。
1、成型機(jī)基本結(jié)構(gòu)和模孔尺寸
成型機(jī)是生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料的關(guān)鍵設(shè)備。美國、日本生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料的主要設(shè)備是內(nèi)壓滾筒式成型機(jī)，成型原理示意圖如圖1。該設(shè)備主要由環(huán)模、壓輥、進(jìn)料刮板、切刀等組成。操作時(shí)，主軸傳動(dòng)環(huán)模(1)帶動(dòng)壓輥Q）旋轉(zhuǎn)，原料經(jīng)進(jìn)料刮板(3)被卷入環(huán)模和壓輥之間，兩者相對旋轉(zhuǎn)對原料逐漸擠壓，并擠入環(huán)模子L，在模子L(5)中成型，并不斷向7L外擠出，再由切刀(4)按所需長度切斷成型顆粒。
林化所與該公司合作后，對基本型的飼料顆粒成型機(jī)的機(jī)體及傳動(dòng)等主要部件的強(qiáng)度、速度等計(jì)算后，采用了KYW 32型飼料顆粒成型機(jī)基本結(jié)構(gòu)作為本研究成型機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。圖2為KYW 32型成型機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。它是由進(jìn)料、攪拌、成型、傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。操作時(shí)，是將原料從料斗(4)進(jìn)入進(jìn)料器(5)，由無級調(diào)速電機(jī)(3)調(diào)速，定量的原料進(jìn)入攪拌器(7)與從蒸汽進(jìn)口(6)進(jìn)入蒸汽混合后，由下料槽（2）進(jìn)入成型機(jī)的成型室(1)壓制成成型顆粒。該生產(chǎn)過程所需功率，主電機(jī)(9)為37 kW，進(jìn)料器的調(diào)速機(jī)(3)為0.55 kW，攪拌器的電機(jī)(8)為2.2 kW。
由于顆粒成型飼料和生物質(zhì)顆粒燃料所用原料不同，所以成型條件也不一樣。從設(shè)備結(jié)構(gòu)看，其重要條件是環(huán)模的模孔結(jié)構(gòu)和尺寸，成型燃料模孔結(jié)構(gòu)示意圖如圖3。模7L具有不同的進(jìn)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(zhì)原料而不同。根據(jù)不同原料成型工藝要求，采用了4種模孔結(jié)構(gòu)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(jìn)行了試驗(yàn)，最后確定了能滿意生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料時(shí)的模7L結(jié)構(gòu)和尺寸如下：
a=60°, d=6mm,d′= 6.5 mm，L=40 m m
模孔開孔率（環(huán)模內(nèi)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(yàn)
木屑等木質(zhì)原料在成型過程中，成型機(jī)結(jié)構(gòu)、環(huán)模孔結(jié)構(gòu)以及成型工藝是相關(guān)的，在確定了成型機(jī)結(jié)構(gòu)和環(huán)模7L結(jié)構(gòu)后，成型工藝成了技術(shù)關(guān)鍵，對不同原料、不同成型工藝試驗(yàn)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(chǎn)的主要因素。
成型工藝試驗(yàn)流程如圖4。
水槽(1)的水，經(jīng)多級離心泵Q），泵入操作壓力296～395 kPa電蒸汽發(fā)生器(3)內(nèi)，由發(fā)生器(3)產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)減壓閥(4)進(jìn)入攪拌器c7）的蒸汽入口(6)，與進(jìn)料器(5)進(jìn)入的原料混合進(jìn)行調(diào)質(zhì)，提高原料溫度和調(diào)整含水率，使原料溫度和含水率在進(jìn)入成型機(jī)成型室()時(shí)，符合工藝要求。少量冷凝水經(jīng)緩沖器(10)和疏水器(9)排出。按圖4流程進(jìn)行了成型工藝條件的試驗(yàn)。代表性工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。
2.1 成型壓力和溫度
由木質(zhì)素、半纖維素、纖維素組成的木屑等木質(zhì)原料，由于木質(zhì)素在加熱下可塑化，具有粘結(jié)性，可將木質(zhì)原料中的半纖維素、纖維素在壓力下壓縮粘結(jié)成成型燃料。不同種類的原料，由于其木質(zhì)素、半纖維素、纖維素含量不同、原料形態(tài)不同，成型所需的壓力和溫度也不相同。試驗(yàn)表明，壓力過低將不能使原料壓緊壓實(shí)，嚴(yán)重時(shí)，不足以克服環(huán)模7L的摩擦力，成型將無法進(jìn)行；溫度過低，不足以使木質(zhì)素塑化，即使有足夠壓力，也不能將原料成型。當(dāng)進(jìn)料速度過低時(shí)，原料在壓輥和環(huán)模間摩擦?xí)r間長，產(chǎn)生熱量過大，在環(huán)模孔中，因摩擦產(chǎn)生過高溫度，會造成成型燃料表面嚴(yán)重?zé)岱纸猓霈F(xiàn)裂縫，降低了強(qiáng)度，甚至于不成型。為了成型時(shí)達(dá)到合適的所需溫度，必須在攪拌器中通入蒸汽（當(dāng)生產(chǎn)能力為200 kg/h左右時(shí)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。C，加上原料在壓輥和環(huán)模間及環(huán)模7L中摩擦產(chǎn)生熱量，從測定剛生產(chǎn)的生物質(zhì)顆粒燃料的溫度，估計(jì)成型溫度在100。C左右，成型壓力為49～98M Pa。
2.2原料粒度和含水率
試驗(yàn)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(yàn)后發(fā)現(xiàn)，松木屑含有非粘結(jié)性的易揮發(fā)成分較多，成型較困難；而杉木屑由于木質(zhì)素含量較多，粘結(jié)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(xì)，表面不象木屑那樣粗糙，雖可成型，但強(qiáng)度低于木屑。從表1試驗(yàn)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(zhì)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(chǎn)品質(zhì)量影響很大。試驗(yàn)表明，對木屑和刨光粉原料，成型時(shí)原料含水率控制在16%～22%，所以氣干的木屑和刨光粉原料，應(yīng)用蒸汽調(diào)質(zhì)，不僅為了提高原料的溫度，同時(shí)使原料含水率從11%～12%增濕至16%～22%。當(dāng)增濕后的原料含水率>26%時(shí)，成型條件變壞，顆粒有爆開現(xiàn)象，強(qiáng)度大為下降。當(dāng)原料含水率為氣干或在14%以下，未用蒸汽調(diào)質(zhì)，直接進(jìn)入成型機(jī)成型室時(shí)，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(jī)超載，防護(hù)成型機(jī)安全的安全銷斷裂，見表1試驗(yàn)號4。另外從表1試驗(yàn)號2、3還可看出，在木質(zhì)原料中，摻入2%廢機(jī)油，可減少顆粒機(jī)等成型機(jī)的運(yùn)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型飼料顆粒成型機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和確定的環(huán)模結(jié)構(gòu)，可連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)符合質(zhì)量要求（另見生物質(zhì)顆粒燃料企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）的生物質(zhì)顆粒燃料，生產(chǎn)能力達(dá)到200～250 kg/h。
2.3成型燃料發(fā)熱量的測定
按G B 5186-85生物質(zhì)燃燒發(fā)熱量測定方法，對木屑、刨光粉為原料的成型燃料進(jìn)行了發(fā)熱量測定，發(fā)熱量分別為20.72和20.16M Ykg；用馬福爐進(jìn)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(zhì)成型燃料貯存時(shí)會吸收空氣中水分，產(chǎn)品含水率增加，表面開裂和膨松，產(chǎn)品質(zhì)量呈下降趨勢，本生物質(zhì)顆粒燃料，當(dāng)暴露于空氣貯存半個(gè)月左右，有表面開裂和膨松現(xiàn)象。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品出廠時(shí)應(yīng)用密封的塑料袋包裝。
3、成型機(jī)使用壽命
所謂使用壽命，主要指環(huán)模使用壽命。環(huán)模孔在運(yùn)行過程中，由于受到高壓原料的摩擦，容易損壞，需定時(shí)進(jìn)行更換，對KW Y32型成型機(jī)，從生產(chǎn)運(yùn)行功率看，采用木屑、刨光粉原料成型時(shí)，其運(yùn)行電流僅比飼料成型時(shí)大5A左右，相當(dāng)功率3.3 kW，占運(yùn)行功率10%左右，所以木屑、刨光粉成型時(shí)成型壓力僅稍比飼料偏高一點(diǎn)，通常飼料成型時(shí)，按現(xiàn)有的環(huán)模材料及熱處理方法，環(huán)模能運(yùn)行2000 h以上，這樣預(yù)計(jì)木屑，刨光粉原料成型時(shí)，環(huán)模約在2000 h需進(jìn)行更換。
4、經(jīng)濟(jì)效益
4.1鍋爐燃料
按一臺顆粒成型機(jī)建一條生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力為250 kg/h，二班制操作，每年生產(chǎn)300天進(jìn)行核算，年生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料能力1200t；生物質(zhì)顆粒燃料售價(jià)280元/t創(chuàng)年產(chǎn)值33.6萬元；生產(chǎn)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(shè)國際上流行的冬天用的取暖爐生產(chǎn)線(1999年生產(chǎn)500臺)，這種爐由于售價(jià)便宜(2000～3000元／臺)、操作費(fèi)用低(100 m 2房，一冬天需0.5生物質(zhì)顆粒燃料，操作費(fèi)用大大低于空調(diào)器取暖費(fèi))，預(yù)計(jì)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(dāng)成型燃料售價(jià)為280元/t-條成型機(jī)生產(chǎn)能力為250 kg/h的生產(chǎn)線收支大體相當(dāng)，現(xiàn)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(chǎn)技術(shù)是將木屑等低品位的原料，經(jīng)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(yàn)情況如表2。表2中列出了以0.5t鍋爐用能時(shí)，實(shí)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(dāng)使用刨花木屑直接燃燒時(shí)，產(chǎn)生相當(dāng)于每噸成型燃料（在扣除生產(chǎn)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(shí)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(jié)省近10%的燃料。這就意味著，如在我國廣大農(nóng)村或林區(qū)逐步推廣使用成型燃料，將可減少生物質(zhì)能源消耗，對改善我國生態(tài)平衡起到了積極作用。
此外，成型燃料與煤相比，燃燒時(shí)不僅提高了熱效率，而且不產(chǎn)生SO2，不污染環(huán)境，稱其為“清潔燃料”，在使用于大型鍋爐或小型鍋爐燃料時(shí)，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(fā)，可推動(dòng)生物質(zhì)能源的開發(fā)，為生物質(zhì)能源的工業(yè)化和商業(yè)化開拓了道路，為農(nóng)林加工工業(yè)的能源自給開辟了廣闊前景。
富通新能源生產(chǎn)銷售木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等生物質(zhì)成型機(jī)械設(shè)備，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料出售。
