【文章內容簡介】 成型過程中的主要影響因素 （ 4） 成型壓力與模具尺寸 ： 成型壓力 是植物材料壓縮成型最基本的條件。只有施加足夠的壓力，原料才能被壓縮成型。但是， 成型壓力與模具的形狀尺寸有密切關系 ，成型機大都采用擠壓和沖壓成型方式，即原料從成型模具的一端連續(xù)壓入，又從另一端連續(xù)擠出，原料擠壓所需要的成型壓力與容器內壁面的摩擦力相平衡，即機器只能產(chǎn)生和摩擦力相同大小的成型壓力。而摩擦力的大小與模具的形狀尺寸有直接關系。 （ 5） 加熱溫度 ：秸稈原料壓縮成型過程中的加熱， 一方面 可使原料中含有的木質素軟化，起到粘結劑的作用； 另一方面 還可以使原料本身變軟，容易壓縮。除此之外，加熱溫度，對成型機的工作效率也產(chǎn)生影響。對于棒狀燃料成型機，當機器的結構尺寸確定后， 加熱溫度就應該調整到一個合理的范圍 。溫度過低，不但原料不能成型，而且功耗增加；溫度增高，電機功耗減小，但成型壓力減小，成型物擠壓不實，密度變小，容易斷裂破損。 27 二 、 秸稈壓縮成型與炭化技術 秸稈壓縮成型工藝類型 秸稈壓縮成型工藝類型的劃分方法有多種，根據(jù)主要工藝特征的差別，可以從廣義上將秸稈壓縮成型工藝劃分為 冷壓成型、熱壓成型、炭化成型和捆扎成型 等四種主要形式，如下圖所示： 生物質原料冷 壓 成 型熱 壓 成 型原 料 炭 化捆 扎 成 型干 燥不 炭 化炭 化擠 壓 成 型粘 結 劑粘 結 劑低 密 度 成 型 燃 料 塊( 綠 色 燃 料 )生 物 質 成 型 塊成 型 炭 塊( 生 物 炭 )燃 料 捆成 型 炭 塊秸稈壓縮成型工藝類型 28 二 、 秸稈壓縮成型與炭化技術 秸稈壓縮成型工藝類型 （ 1） 熱壓成型 ：熱壓成型是目前普遍采用的秸稈壓縮成型工藝，其主要工藝流程為：原料粉碎 → 干燥混合 → 擠壓成型 → 冷卻包裝。熱壓成型工藝采用的擠壓成型設備主要有 螺桿連續(xù)擠壓成型機、機械或液壓驅動活塞式成型機和壓輥式顆粒成型機 等幾種形式。 螺桿連續(xù)擠壓成型機 29 二 、 秸稈壓縮成型與炭化技術 秸稈壓縮成型工藝類型 活塞沖壓式成型部件結構示意圖 （驅動力：機械式或液壓式） 平板模壓輥式顆粒成型機 （壓輥：可以是柱狀也可以是圓錐狀） 30 二 、 秸稈壓縮成型與炭化技術 秸稈壓縮成型工藝類型 （ 2） 冷壓成型 ：纖維類原料在常溫下，浸泡數(shù)日水解處理后，纖維變得柔軟、濕潤、皺裂并部分降解，壓縮成型特性明顯改善，易于壓縮成型。此工藝被廣泛用于纖維板的生產(chǎn)，同樣，利用簡易成型木模和杠桿，將部分降解后的農林廢棄物中的水分擠出，即可形成低密度的壓縮成型燃料塊。 （ 3） 捆扎成型 ：對于秸稈、雜草、樹枝、樹葉等比較松散的燃料，利用細繩、藤條及其它捆扎材料，經(jīng)適當壓縮后將其捆扎成燃料捆，是 最原始、最簡單的壓縮技術 。原料經(jīng)捆扎后，在一定程度上方便了運輸、儲存和使用，因而在世界各國得到了比較普遍的采用。國外在進行大規(guī)模的捆扎作業(yè)時，往往采用臺架式打捆機，并且根據(jù)需要對原料進行一定程度的干燥處理。 31 二 、 秸稈壓縮成型與炭化技術 秸稈固化工藝與應用案例 （ 1） 顆粒燃料生產(chǎn)工藝 ：以日本某木材廢料成型燃料工廠的工藝流程為例。 ① 原料的一次和二次粉碎 ：該廠的原料主要是樹皮和小徑木。在改選前，用水壓剝皮機及環(huán)狀剝皮機剝下的樹皮同時送入定量給料機，再送入側刀式粉碎機進行一次粉碎，然后再由錘片式粉碎機完成二次粉碎，最后送入高水分原料儲存?zhèn)}。 ② 干燥和三次粉碎 ：采用臥式回轉滾筒干燥機，干燥機入口空氣溫度為 660℃ ，出口溫度為 55～ 60℃ 。干燥后的原料再用錘片式粉碎機進行第三次粉碎后送入干燥原料倉內。 ③ 成型作業(yè) ：原料經(jīng)螺旋給料器送入成型機上方的調濕器進行加水調濕，加水量由操作者根據(jù)成型機的能力、成型顆粒的質量等判別后進行調節(jié)。 ④ 后續(xù)作業(yè) ：由成型機排出的成型顆粒及未成型的粉末，其溫度在90℃ 左右，所以后續(xù)作業(yè)采用冷卻除濕機進行通風冷卻后，用振動篩分選，成型顆粒由斗式提升機送到成品倉，未成型的粉末用氣力輸送回原料倉。 32 二 、 秸稈壓縮成型與炭化技術 秸稈固化工藝與應用案例 （ 2） 棒狀燃料及機制炭生產(chǎn)工藝 ： 我國目前的秸稈固化技術和工藝水平，主要是以秸稈、鋸屑、稻殼等為原料，經(jīng)過干燥、粉碎后，擠壓成秸稈燃料棒，然后用炭化爐炭化成機制炭。遼寧省沈陽市郊區(qū)機制炭廠即采用這種生產(chǎn)工藝。 該廠固定資產(chǎn)情況見表 6，全年工作 300d，日產(chǎn)燃料棒 3t，年產(chǎn)燃料棒 900t， 3t燃料棒生產(chǎn) 1t機制炭，年產(chǎn)機制炭 300t。 表 6 沈陽郊區(qū)機制炭廠初始投資 （單位：萬元） 固 定 資 金 設備投資 成型機 2臺 炭化爐 3臺 烘干機 1臺 粉碎機 1臺 3 房屋 建筑 及其它 10 廠房 100m2 庫房 50m2 運輸車輛 其它 2 2 5 1 流動資金 2 總投資 33 二 、 秸稈壓縮成型與炭化技術 秸稈固化工藝與應用案例 （ 2） 棒狀燃料及機制炭生產(chǎn)工藝 ： 根據(jù)當?shù)卦?、電力、勞動力秸稈和設備折舊、維修及產(chǎn)品包裝費用，生產(chǎn) 1t機制炭的成本由表 7構成 . 根據(jù)市場調查，機制炭在國內市場最低價為 600元 /t，最高價1500～ 2022元 /t。國際市場上，離岸價 170～ 200美元 /t。沈陽郊區(qū)機制炭廠機制炭銷售秸稈 1200～ 1700元，全年銷售毛利潤 36萬～ 51萬元，扣除生產(chǎn)成本和 5%產(chǎn)品稅，則年銷售凈利潤為 ～ 。 表 7 沈陽郊區(qū)機制炭廠機制炭噸成本 項目序號 成本項目 單位 (元 ) 單位 用量 金額 （ 元 ） 備注 1 2 3 4 5 6 7 原料 電費 工資 燃料 設備折舊 成型機折舊 干燥機折舊 炭化爐折舊 設備維修 包裝 30 20 30 15 30 200 元 /t 元 /kWh 元 /t(人 d) 元 /t 元 /t 元 /t 元 /t 元 /t 元 /t 元 /t 300 10 1 8 5 5 1 1 108 150 200 15 30 200 1t棒耗原料 =3(+)+15 購價 : /臺 造價 : /臺 購價 : /臺 塑料袋 +紙箱 8 合計 元 /t 34 二 、 秸稈壓縮成型與炭化技術 秸稈炭化工程 秸稈、薪柴、木材加工剩余物和秸稈固化成型燃料經(jīng)過干燥后，置于炭化設備中，在缺氧的條件下燜燒，即可得到炭粉或木炭。其反應式為： ? ?1 5 2 1 1 0 230 21 aC H O C H H? ? ? ?木 質 素 式中， 為分解熱（ kJ）。 aH? （ 1） 炭化工藝 ： 秸稈等到秸稈炭化成型工藝主要有兩種： ① 先炭化后成型工藝 ：該工藝分為 炭粉制備、粘結劑混合、擠壓成型和成品干燥 四大步驟，工藝流程下圖所示： 輸 送濕炭塊熱 解 炭 化 爐加 熱 爐 干 燥 室粘 結 劑可 燃 氣揮發(fā)焦 油熱 煙 氣生 物 質 原 料攪 拌 混 合 擠 壓 成 型成 型 炭秸 稈 炭 化 成 型 工 藝 流 程 圖 35 二 、 秸稈壓縮成型與炭化技術 秸稈炭化工程 首先將秸稈原料炭化或部分炭化，然后再加入一定量的粘結劑擠壓成一定規(guī)格和形狀的成品木炭。由于原料纖維結構在炭化過程中受到破壞，高分子組分受熱裂解轉換成炭并釋放出揮發(fā)分（包括可燃氣體、木醋液和木焦油等），因而其擠壓成型特性得到改善，成型部件的機械磨損和擠壓成型過程中的能量消耗降低消耗 2/3左右（與熱壓成型工藝比）。 但是，炭化后的炭粉在擠壓成型后維持既定形狀的能力較差，儲運和使用時容易開裂或破碎，所以，壓縮成型時一般都要加入一定量的粘結劑。 ② 先成型后炭化工藝 ：先用壓縮成型機將松散碎細的植物廢料壓縮成具有一定密度和形狀的燃料棒，然后，用炭化爐將燃料棒炭化成機制木炭，其熱值和品位可提高到 。其工藝流程為： 原料 → 粉碎 → 干燥 → 成型 → 炭化 → 冷卻 → 包裝 36 二 、 秸稈壓縮成型與炭化技術 秸稈炭化工程 （ 2） 炭化設備與炭化方法 ：秸稈及其固化成型燃料通常采用爐中燒炭法進行炭化，采用的炭化設備為 連續(xù)炭化爐和移動式炭化爐 。 連續(xù)炭化爐 ：適用于稻殼、鋸末等散粒狀秸稈原料的炭化。 移動式炭化爐 ：可用于炭化秸稈燃料棒。 （ 3） 炭化特性 ：秸稈原料不同，炭化后的機制木炭的組分含量也不同。用 TW— 40型炭化爐炭化幾種常見秸稈成型燃料棒所得到的機制木炭的性能指標見表 8。表 8顯示原料的木質素含量越高，灰分含量越小，其炭化產(chǎn)品的固定碳和熱值也越高，灰分含量也越小。 原料種類 熱值 (kJ/kg) 固定碳 (%) 含水率 (%) 灰分 (%) 稻殼 木屑 麥草 玉米稈 亞麻稈 糧醛渣 表 8 機制木炭的主要性能指標 37 二 、 秸稈壓縮成型與炭化技術 秸稈炭化工程 機制木炭的產(chǎn)量和元素組成與炭化溫度關系很大，其變化規(guī)律如表9所示。由表 9可見，隨著炭化溫度的升高，木炭中固定碳含量增加，揮發(fā)分減少， H和 O的含量降低。 表 9 不同溫度下機制木炭的組成和產(chǎn)量 炭化溫度 (%) 木炭產(chǎn)量 (%) 固定碳 (%) 揮發(fā)分 (%) 水分 (%) 灰分 (%) H (%) O (%) 350 400 450 500 550 33～ 36 27～ 30 24～ 26 23～ 24 20～ 22 38 二 、 秸稈壓縮成型與炭化技術 秸稈炭化工程 （ 4） 炭化產(chǎn)品的應用 ：機制木炭和秸稈粉粒炭以其獨特的性能可廣泛應用于日常生活和工農業(yè)生產(chǎn)。 ① 日常生活 ：可作取暖、野炊、烘烤食品、火鍋的燃料以及冰箱除味劑等。 ② 冶金行業(yè) ：用作有色金屬冶煉時的還原劑、均溫劑、抗結劑和鋼鐵熱處理的滲碳劑。 ③ 化工行業(yè) ：是制造二硫化碳、碳化鈣、四氯化硅及水煤氣的主要原料，可以用作油漆、涂料的添加劑，制造墨粉、火藥和炸藥，作橡膠的加固劑等。 ④ 稻殼炭 ：作為硅質源，用于提取電子工業(yè)的單晶硅，制造四氯化硅、硅鋼片，燒結玻璃。 ⑤ 環(huán)保方面 ：制做活性炭，用作油污吸咐劑、除霜劑及干燥劑。 ⑥ 建筑方面 ：作為混凝土中的填料、耐火材料、絕熱材料。 ⑦ 農林園藝 ：可以改良土壤，升高地溫，熏炒茶葉、干燥漿果、藥材等。 ⑧ 畜禽養(yǎng)殖 ：用作畜禽圈除臭劑，除濕劑。 39 三 、 秸稈熱解氣化技術 氣 化裝置與工作原理 秸稈固體燃料的氣化就是利用空氣中的氧氣或含氧物質作氣化劑，將固體燃料中的碳氧化生成可燃氣體的過程。 氣化過程 包括固體燃料的干燥、干餾、還原和氧化過程，實現(xiàn)這一過程的設備稱為 氣化爐 。生物質氣化爐