1、生物質(zhì)冷態(tài)致密成型技術(shù)及設(shè)備
1.1生物質(zhì)顆粒冷態(tài)致密成型機理
粉碎后的生物質(zhì)顆粒，在較低的壓力作用下開始破裂，由于斷裂程度不同，形成不規(guī)則和大小不一的顆粒。在較高壓力作用下，細小的顆粒之間容易發(fā)生緊密充填，其顆粒的密度和強度顯著提高，此外生物質(zhì)所含的腐殖質(zhì)、樹脂、蠟質(zhì)等足固有的天然粘結(jié)劑，在致密成型過程中發(fā)揮有效的粘結(jié)作用。生物質(zhì)顆粒冷態(tài)致密成型過程如下：在成型初期，較低的壓力傳遞至生物質(zhì)顆粒土，使原先松散堆積的固體顆粒排列結(jié)構(gòu)開始改變，內(nèi)部空隙率減少；當壓力逐漸增大時，生物質(zhì)顆粒在壓力作用下破裂，變成更加細小的粒子，并發(fā)生變形和塑性流動，粒子開始填充空隙。粒子間更加緊密地接觸而互相嚙合，一部分殘余應(yīng)力貯存于顆粒內(nèi)部，使粒子間結(jié)合更牢固。在生物質(zhì)內(nèi)存在適量的水是一種潤滑劑，使粒子間的內(nèi)摩擦變小，流動性增強，從而促進粒子在壓力作用下滑動而嵌合。顆粒內(nèi)部粒子越細小，粒子間充填程度就越高，接觸越緊密，顆粒強度越大。生物質(zhì)中的含水率較低時，粒子得不到充分延展，與四周的粒子結(jié)合不夠緊密，不能成型；生物質(zhì)含水率過高時，成型過程中較多的水分被擠出后，分布于粒子層之間，使得粒子不能緊密結(jié)合．也不能成型。因此，在同一種原料中，含水率的高低是冷態(tài)致密成型的關(guān)鍵因素之一。
1.2生物質(zhì)顆粒冷態(tài)致密成型設(shè)備
生物質(zhì)顆粒冷態(tài)致密成型設(shè)備系統(tǒng)由生物質(zhì)粉碎設(shè)備即秸稈粉碎機、秸稈顆粒機、生物質(zhì)顆粒冷態(tài)成型設(shè)備與降溫干燥分離設(shè)備組成。粉碎設(shè)備利用刀切與錘擊組合方式將生物質(zhì)切揉制粉，它可使含水率在30%以下的生物質(zhì)制成粒度小于5mm的生物質(zhì)粉；冷態(tài)致密成型設(shè)備采用生物質(zhì)顆粒冷態(tài)致密成型機，它是本系統(tǒng)的核心，可生產(chǎn)顆粒的密度為0.9—1.3x10kg/m3．成型直徑為6~13mm、長度為10—30mm；后處理設(shè)備可對顆粒進行降溫干燥，使產(chǎn)品溫度低于30℃，含水率小于13%，使之更易儲存與運輸。
顆粒冷態(tài)致密成型系統(tǒng)與熱成型系統(tǒng)相比具有原料適用性廣、噸料電耗低、易工業(yè)化生產(chǎn)等特點，其比較見表1。冷態(tài)致密成型設(shè)備的成型模其在常溫下工作，降低了對其材料高溫物理性能的要求，延長了使用壽命，縮短了維修周期，提高了工作效率。由于冷態(tài)致密成型的生物質(zhì)顆粒未經(jīng)高溫，使得原料中的生化成份得到了有效保留，成型顆粒不但可作為燃料使用，還可作為動物飼料，擴展了生物質(zhì)成型顆粒的應(yīng)用范圍。
2、經(jīng)濟性分析
以建一條生產(chǎn)能力為500kg/h生物質(zhì)顆粒生產(chǎn)線為例，設(shè)備投資如表2，顆粒燃料成本構(gòu)成見表3。
本生產(chǎn)線以每天生產(chǎn)10小時每年300天計，產(chǎn)量為1500噸／年。如顆粒燃料以240元／噸出售，年利潤可達11萬元，兩年時間即可收回投資，可見本項目具有較好的經(jīng)濟性。
3、應(yīng)用前景
生物質(zhì)顆粒燃料冷態(tài)致密成型技術(shù)是一種生物質(zhì)能源化利用的基礎(chǔ)技術(shù)，它可以改善生物質(zhì)的燃燒特性，提高生物質(zhì)能的利用效率。
3.1滿足農(nóng)村能源需求，減輕一次能源供應(yīng)壓力
在我國農(nóng)村地區(qū)，生物質(zhì)通常是以直接燃燒的。方式作為炊事燃料利用。由于農(nóng)戶所用的爐灶簡單，熱效率只有18%左右，燃燒時產(chǎn)生大量的粉塵和有害氣體污染了環(huán)境，資源浪費十分嚴重。平均每個農(nóng)戶每天大約需要燃燒15kg秸稈，累計年消耗量為5t左右。這意味著在大多數(shù)秸稈資源豐富的省份，農(nóng)戶基本上要將秸稈全部用掉，才能維持秸稈的供需平衡。在一些人均耕地和農(nóng)作物產(chǎn)量較少的西部邊遠地區(qū)和山區(qū)，農(nóng)戶為了維持正常的生活燃料需要，光依靠秸稈是不夠的，不得不大量砍伐森林植被，從而導(dǎo)致了嚴重的水土流失和生態(tài)破壞。生物質(zhì)顆粒燃料專用爐具的熱效率可達90%，每個農(nóng)戶每年只需消耗1.5噸秸桿就可以滿足全年的生活用能需要。全國可有數(shù)億噸的生物質(zhì)資源進入商業(yè)用能領(lǐng)域，從而減少化石能源的消費比例。
在一些經(jīng)濟較發(fā)達的農(nóng)村，已開始使用煤、液化氣等優(yōu)質(zhì)燃料作為炊事燃料，這就造成了大量的秸稈被廢棄在田間地頭或在田間直接焚燒，不僅浪費了資源，嚴重污染了環(huán)境，同時也增加了優(yōu)質(zhì)能源的消耗量。如在當?shù)亟ㄉ镔|(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)廠，由于原料收集半徑小，運輸成本低，當?shù)剞r(nóng)民和加工企業(yè)都可以獲利。致密成型后的生物質(zhì)顆粒，其燃燒特性有了較大的改善，完全可以代替煤等優(yōu)質(zhì)燃料作為炊事燃料，減輕能源供應(yīng)壓力。
3.2提高生物質(zhì)能工業(yè)化利用的技術(shù)經(jīng)濟可行性
由于生物質(zhì)具有能量密度低、分布范圍廣、含水率高等原因，其儲運成本較高。采用生物質(zhì)顆粒燃料冷態(tài)致密成型技術(shù)后，使其堆積密度可達0.5x103kg/m3以上，含水率在15%以下，從而可解決長距離輸送與貯存的瓶頸問題。使原來由于經(jīng)濟性原因不能大規(guī)模推廣的氣化、液化等技術(shù)具有了可行性。另外，致密成型后提高了其能量密度，其燃燒特性與煤比較接近，可在燃煤用能設(shè)備上直接利用或?qū)υO(shè)備稍加改進加以利用，因此可以說，生物質(zhì)原料制成顆粒燃料后大大提高了其工業(yè)化利用的經(jīng)濟性。
3.3建設(shè)能源農(nóng)場，保護生態(tài)環(huán)境，穩(wěn)定持續(xù)的提供生物質(zhì)能源
利用荒山、河岸、灘涂等閑地，并與國家林業(yè)生態(tài)工程退耕還林、速生豐產(chǎn)林等工程相結(jié)合，建立具有多種能源植物的能源農(nóng)場。利用冷態(tài)致密成型技術(shù)把這些生物質(zhì)原料制成顆粒燃料，可使能源農(nóng)場變成優(yōu)質(zhì)商品能源供應(yīng)基地，穩(wěn)定持續(xù)的提供生物質(zhì)能。這對于加強生態(tài)建設(shè)，開發(fā)落后地區(qū)資源，發(fā)展地方經(jīng)濟，增加農(nóng)民收入都有重要的意義。
