1、第一节第一节 生物质压缩成型原理及工艺生物质压缩成型原理及工艺第二节第二节 压缩成型工艺流程与设备压缩成型工艺流程与设备第三节第三节 生物质炭化技术生物质炭化技术主要教学内容及要求：主要教学内容及要求： 了解：生物质压缩成型的工艺类型，生物质压缩成型的了解：生物质压缩成型的工艺类型，生物质压缩成型的工艺流程和设备类型，螺旋挤压成型机、活塞冲压成型工艺流程和设备类型，螺旋挤压成型机、活塞冲压成型机和压辊成型机的特点机和压辊成型机的特点、炭化炉的类型和特点炭化炉的类型和特点 理解：生物质压缩成型的原理，螺旋挤压机、活塞冲压理解：生物质压缩成型的原理，螺旋挤压机、活塞冲压成型机和压辊式成型机的工作原
2、理成型机和压辊式成型机的工作原理、干馏法制炭燃料热干馏法制炭燃料热分解过程中的化学变化分解过程中的化学变化 掌握：生物质压缩成型燃料的概念，延长螺旋挤压机成掌握：生物质压缩成型燃料的概念，延长螺旋挤压机成型部件使用寿命的方法，螺旋挤压成型、活塞冲压成机型部件使用寿命的方法，螺旋挤压成型、活塞冲压成机和压辊成型的特点和压辊成型的特点，生物质炭化的操作过程，机制炭的生物质炭化的操作过程，机制炭的特点与生产方法特点与生产方法 熟练掌握：生物质压缩成型工艺影响因素熟练掌握：生物质压缩成型工艺影响因素第一节第一节 生物质致密成型原生物质致密成型原理及工艺理及工艺1.1 基本概念基本概念 生物质压缩成型燃
3、料技术：生物质压缩成型燃料技术：在一定温度和压力作用下，利用木质素充当黏合剂，将在一定温度和压力作用下，利用木质素充当黏合剂，将各类各类分布散、形体轻、储运困难、使用不便分布散、形体轻、储运困难、使用不便的生物质原的生物质原料经压缩成型和炭化工艺，加工成料经压缩成型和炭化工艺，加工成具有一定几何形状、具有一定几何形状、密度较大密度较大的的成型燃料成型燃料，以提高燃料的热值，改善燃烧性，以提高燃料的热值，改善燃烧性能，使之成为商品能源。能，使之成为商品能源。 也称为也称为“压缩致密成型压缩致密成型”、“致密固化成型致密固化成型”、“生物生物质压块质压块”。 生物质压缩成型燃料：生物质压缩成型燃料
4、： 松散的秸杆、籽壳、松散的秸杆、籽壳、树枝、锯末等纤维质、树枝、锯末等纤维质、木质生物质废料经热木质生物质废料经热挤压工艺制成的固形挤压工艺制成的固形燃料。燃料。生物质压缩成型燃料类型：生物质压缩成型燃料类型： 粒状、棒状、块状等粒状、棒状、块状等用途：用途：家庭取暖炉家庭取暖炉小型热水锅炉小型热水锅炉热风炉热风炉小型发电设施等小型发电设施等等。等。 生物质压缩成型燃料特点：生物质压缩成型燃料特点： 密度高、强度大密度高、强度大：体积缩小：体积缩小68倍，密度约为倍，密度约为1.11.4t/m3； 热值高热值高：热值可达到：热值可达到16.7MJ/kg，能源密度相当于中质烟，能源密度相当于中
5、质烟煤；煤； 燃烧性能好燃烧性能好：使用时火力持久，炉膛温度高，燃烧特性：使用时火力持久，炉膛温度高，燃烧特性明显得到改善。明显得到改善。 形状和性质均一形状和性质均一：便于运输和装卸、适应性强、燃料操：便于运输和装卸、适应性强、燃料操作控制方便等。作控制方便等。1.2 生物质压缩成型原理生物质压缩成型原理 （一）压缩过程中生物质的粒子特性（一）压缩过程中生物质的粒子特性 生物质压缩成型过程中粒子状态变化生物质压缩成型过程中粒子状态变化 生物质压缩成型分为两个阶段。生物质压缩成型分为两个阶段。 第一阶段，在压缩初期，较低的压力传递至生物质颗粒中，第一阶段，在压缩初期，较低的压力传递至生物质颗粒
6、中，使原先松散堆积的使原先松散堆积的固体颗粒排列结构开始改变固体颗粒排列结构开始改变，生物质内，生物质内部空隙率减少。部空隙率减少。 第二阶段，当压力逐渐增大时，生物质大颗粒在压力作用第二阶段，当压力逐渐增大时，生物质大颗粒在压力作用下下破裂破裂，变成更加细小的粒子，并，变成更加细小的粒子，并发生变形或塑性流动发生变形或塑性流动，粒子开始充填空隙，粒子间更加紧密地接触而互相啮合，粒子开始充填空隙，粒子间更加紧密地接触而互相啮合，一部分残余应力贮存于成型块内部，使粒子间结合更牢固。一部分残余应力贮存于成型块内部，使粒子间结合更牢固。 成型物内部粒子的粘结机制成型物内部粒子的粘结机制 1962年德
7、国的年德国的Rumpf针对不同材料的压缩成型，将成型针对不同材料的压缩成型，将成型物内部的粘结力类型和粘结方式分成物内部的粘结力类型和粘结方式分成5类类: 固体颗粒固体颗粒桥接或架桥桥接或架桥(Solid bridge)； 固体粒子间的固体粒子间的充填或嵌合充填或嵌合； 自由移动液体的自由移动液体的表面张力和毛细压力表面张力和毛细压力； 非自由移动粘结剂作用的非自由移动粘结剂作用的粘结力粘结力； 粒子间的粒子间的分子吸引力分子吸引力(范德华力范德华力)或静电引力。或静电引力。 压缩过程的影响粒子变化的因素压缩过程的影响粒子变化的因素 含水率含水率。生物机体内适量的结合水和自由水是一种润滑。生物
8、机体内适量的结合水和自由水是一种润滑剂，使粒子间的内摩擦变小，流动性增强，从而促进粒子剂，使粒子间的内摩擦变小，流动性增强，从而促进粒子在压力作用下滑动而嵌合。在压力作用下滑动而嵌合。 颗粒尺寸颗粒尺寸。构成成型块的粒子越细小，粒子间充填程度。构成成型块的粒子越细小，粒子间充填程度就越高，接触越紧密；当粒子的粒度小到一定程度就越高，接触越紧密；当粒子的粒度小到一定程度(几百几百至几微米至几微米)后，成型块内部的结合力方式和主次甚至也会后，成型块内部的结合力方式和主次甚至也会发生变化，粒子间的分子引力、静电引力和液相附着力发生变化，粒子间的分子引力、静电引力和液相附着力(毛细管力毛细管力)开始上
9、升为主导地位。开始上升为主导地位。 （二）压缩成型时生物质的化学成分变化（二）压缩成型时生物质的化学成分变化 （1）木质素木质素是生物质固有的最好的内在粘接剂。是生物质固有的最好的内在粘接剂。 木质素木质素100才开始软化，才开始软化，160开始熔融形成胶体物质。开始熔融形成胶体物质。在压缩成型过程中，木质素在温度与压力的共同作用下在压缩成型过程中，木质素在温度与压力的共同作用下发挥粘结剂功能，粘附和聚合生物质颗粒，提高了成型发挥粘结剂功能，粘附和聚合生物质颗粒，提高了成型物的结合强度和耐久性。物的结合强度和耐久性。 （2）水分水分是一种必不可少的自由基。是一种必不可少的自由基。 水分流动于生
10、物质团粒间，在压力作用下，与果胶质或水分流动于生物质团粒间，在压力作用下，与果胶质或糖类混合形成胶体，起粘结剂的作用。糖类混合形成胶体，起粘结剂的作用。水分还有降低木质素的玻变水分还有降低木质素的玻变(熔融熔融)温度的作用，使生物质温度的作用，使生物质在较低加热温度下成型。在较低加热温度下成型。 （3）半纤维素与纤维素的作用。）半纤维素与纤维素的作用。半纤维素水解转化为木糖，也可起到粘结剂的作用。半纤维素水解转化为木糖，也可起到粘结剂的作用。纤维素分子连接形成的纤丝，在粘聚体内发挥了类似于纤维素分子连接形成的纤丝，在粘聚体内发挥了类似于混凝土中混凝土中“钢筋钢筋”的加强作用，成为提高成型块强度
11、的的加强作用，成为提高成型块强度的“骨架骨架”。 （4）其它化学成分的作用。）其它化学成分的作用。生物质所含的腐殖质、树脂、蜡质等对压力和温度比较生物质所含的腐殖质、树脂、蜡质等对压力和温度比较敏感。当采用适宜的温度和压力时，也有助于在压缩成敏感。当采用适宜的温度和压力时，也有助于在压缩成型过程中发挥粘结作用。型过程中发挥粘结作用。生物质中的纤维素、半纤维素和木质素在不同的高温下，都能受热生物质中的纤维素、半纤维素和木质素在不同的高温下，都能受热分解转化为液、固和气态产物。分解转化为液、固和气态产物。将生物质热解技术与压缩成型工艺结合，利用热解反应产生的热解将生物质热解技术与压缩成型工艺结合，
12、利用热解反应产生的热解油或木焦油作为黏结剂，有利于提高粒子间的黏聚作用，提高成型油或木焦油作为黏结剂，有利于提高粒子间的黏聚作用，提高成型燃料的品位和热值。燃料的品位和热值。1.3 生物质压缩成型的工艺类型生物质压缩成型的工艺类型 热压缩成型技术、冷压缩成型技术、炭化成型技术热压缩成型技术、冷压缩成型技术、炭化成型技术 “热压缩热压缩”颗粒成型技术颗粒成型技术 是把粉碎后的生物质在是把粉碎后的生物质在220280高温及高压下压缩成高温及高压下压缩成1 t/m3左右的高密度成型燃料。左右的高密度成型燃料。 “热压缩热压缩”技术的工艺由粉碎、干燥、加热、压缩、冷却技术的工艺由粉碎、干燥、加热、压缩
13、、冷却过程组成。过程组成。对成型前粉料含水率有严格要求，必须控制在对成型前粉料含水率有严格要求，必须控制在8% 12%。 “冷压缩冷压缩”颗粒成型技术颗粒成型技术 也称湿压成型工艺技术。对原料含水率要求不高。也称湿压成型工艺技术。对原料含水率要求不高。其成型机理是在常温下，通过特殊的挤压方式，使粉碎其成型机理是在常温下，通过特殊的挤压方式，使粉碎的生物质纤维结构互相镶嵌包裹而形成颗粒。的生物质纤维结构互相镶嵌包裹而形成颗粒。 因为颗粒成型机理的不同，因为颗粒成型机理的不同，“冷压缩冷压缩”技术的工艺只需技术的工艺只需粉碎和压缩粉碎和压缩2个环节。个环节。 特点：特点：“冷压缩冷压缩”技术与技术
14、与“热压缩热压缩”技术相比，具有原料适用技术相比，具有原料适用性广，设备系统简单、体积小、重量轻、价格低、可移性广，设备系统简单、体积小、重量轻、价格低、可移动性强，颗粒成型能耗低、成本低等优点。动性强，颗粒成型能耗低、成本低等优点。 炭化成型技术炭化成型技术根据工艺流程分为两类：先成型后炭化、先炭化后成型根据工艺流程分为两类：先成型后炭化、先炭化后成型 先成型后炭化：先用压缩成型机将生物质物料压缩成具先成型后炭化：先用压缩成型机将生物质物料压缩成具有一定密度和形状的棒料，然后在炭化炉内炭化成为木炭。有一定密度和形状的棒料，然后在炭化炉内炭化成为木炭。 先炭化后成型：先将生物质原料炭化或部分炭
15、化，然后先炭化后成型：先将生物质原料炭化或部分炭化，然后加入一定量的黏结剂压缩成型。加入一定量的黏结剂压缩成型。 特点：特点：炭化过程高分子组分受热裂解转化成炭，并释放出挥发分，炭化过程高分子组分受热裂解转化成炭，并释放出挥发分，因而其挤压加工性能得到改善，功率消耗也明显下降。因而其挤压加工性能得到改善，功率消耗也明显下降。炭化后的原料在挤压成型后维持既定形状的能力较差，故炭化后的原料在挤压成型后维持既定形状的能力较差，故成型时一般都要加入一定量的黏结剂。成型时一般都要加入一定量的黏结剂。1.4 生物质成型影响因素生物质成型影响因素 成型压力成型压力 原料含水率原料含水率 原料颗粒度原料颗粒度
16、 原料的种类原料的种类 温度温度 黏结剂黏结剂 成型压力成型压力 压力的作用：压力的作用：破坏原生物质的物相结构，组成新的物相结构；破坏原生物质的物相结构，组成新的物相结构；加强分子间的凝聚力，提高成型体的强度和刚度；加强分子间的凝聚力，提高成型体的强度和刚度；为生物质在模具成型提供必要的动力。为生物质在模具成型提供必要的动力。 当压力较小时，密度随压力增加而增加的幅度较大，当压当压力较小时，密度随压力增加而增加的幅度较大，当压力增加到一定值以后，成型物密度的增加就变得缓慢。力增加到一定值以后，成型物密度的增加就变得缓慢。 成型压力与模具的形状尺寸有密切的关系。成型压力与模具的形状尺寸有密切的
17、关系。 原料含水率原料含水率 当原料水分过高时，加热过程中产生的蒸汽不能顺利地当原料水分过高时，加热过程中产生的蒸汽不能顺利地从燃料中心孔排出，造成表面开裂，严重时会伴有爆鸣。从燃料中心孔排出，造成表面开裂，严重时会伴有爆鸣。 但含水率若过低，成型也很困难，因为微量水分对木质但含水率若过低，成型也很困难，因为微量水分对木质素的软化、塑化有促进作用。素的软化、塑化有促进作用。 如：如： 对于颗粒成型燃料，一般要求原料的含水率在对于颗粒成型燃料，一般要求原料的含水率在15% 25%；对于棒状成型燃料，则要求原料的含水率不大于对于棒状成型燃料，则要求原料的含水率不大于10%。 原料颗粒度原料颗粒度
18、在相同的压力及实验条件下，原料粒径越小，越易成型。在相同的压力及实验条件下，原料粒径越小，越易成型。 当成型方式已定，原料粒度应不大于成型料尺寸。当成型方式已定，原料粒度应不大于成型料尺寸。如：对于直径如：对于直径6mm的颗粒燃料，其原料粒度应小于的颗粒燃料，其原料粒度应小于5 。 原料粒度还影响成型机的效率及成型物的质量。原料粒度还影响成型机的效率及成型物的质量。原料粒度较大时，能耗大，产量小。原料粒度较大时，能耗大，产量小。原料粒度形态差异较大时，成型物表面易产生裂纹。原料粒度形态差异较大时，成型物表面易产生裂纹。但对有些成型方式，如冲压成型时，要求原料有较大的尺但对有些成型方式，如冲压成
19、型时，要求原料有较大的尺寸或较长的纤维。寸或较长的纤维。 原料的种类原料的种类 不同种类原料的压缩成型特性差异很大。不同种类原料的压缩成型特性差异很大。原料的种类不但影响成型质量，而且影响成型机的产量原料的种类不但影响成型质量，而且影响成型机的产量及动力消耗。及动力消耗。 在不加热条件下，木材废料一般较难压缩，而纤维状植在不加热条件下，木材废料一般较难压缩，而纤维状植物秸秆和树皮等容易压缩。物秸秆和树皮等容易压缩。但在加热条件下，木材废料反而容易成型，而植物秸秆但在加热条件下，木材废料反而容易成型，而植物秸秆和树皮等不易成型。和树皮等不易成型。 思考一下原因？思考一下原因？ 温度温度 影响原料
20、成型，而且影响成型机的工作效率。一般到控影响原料成型，而且影响成型机的工作效率。一般到控制在制在150 300 ，可根据原料形态进行调整。，可根据原料形态进行调整。 加热的作用：加热的作用：使原料中含有的木质素软化，起到粘结剂的作用，使原料中含有的木质素软化，起到粘结剂的作用，使原料本身变软，变得容易压缩。使原料本身变软，变得容易压缩。加热温度过低，不但原料不能成型，而且功耗增加；加热温度过低，不但原料不能成型，而且功耗增加；加热温度过高，电机功耗减小，但成型压力变小，颗粒挤压加热温度过高，电机功耗减小，但成型压力变小，颗粒挤压不实，密度变小，容易断裂破损。且燃料表面过热，容不实，密度变小，容
21、易断裂破损。且燃料表面过热，容易烧焦，烟气较大。易烧焦，烟气较大。 黏结剂黏结剂 要求：必须能够保证成型炭块具有足够的强度和抗潮解要求：必须能够保证成型炭块具有足够的强度和抗潮解性，而且在燃烧时不产生烟尘和异味，最好黏结剂本身性，而且在燃烧时不产生烟尘和异味，最好黏结剂本身能够燃烧。能够燃烧。 常用的黏结剂常用的黏结剂无机黏结剂：水泥、黏土、水玻璃等；无机黏结剂：水泥、黏土、水玻璃等；有机黏结剂：焦油、沥青、树脂、淀粉等；有机黏结剂：焦油、沥青、树脂、淀粉等；纤维类黏结剂：废纸浆、水解纤维等；纤维类黏结剂：废纸浆、水解纤维等；1.5 生物质成型燃料的性能指标生物质成型燃料的性能指标 生物质成型
22、燃料生产原料的种类不同，成型方式各异，使生物质成型燃料生产原料的种类不同，成型方式各异，使得燃料的品质特性差异较大。得燃料的品质特性差异较大。生物质成型燃料的品质特性包括生物质成型燃料的品质特性包括成型块的物理特性成型块的物理特性和和燃烧燃烧特性特性。 1.5.1生物质成型燃料的物理特性生物质成型燃料的物理特性直接决定成型燃料的使用要求、运输要求和收藏条件。直接决定成型燃料的使用要求、运输要求和收藏条件。衡量指标：松驰密度、耐久性衡量指标：松驰密度、耐久性生物质成型燃料的物理特性生物质成型燃料的物理特性 （1）松驰密度）松驰密度生物质成型块在出模后，由于弹性变形和应力松驰，其压生物质成型块在出
23、模后，由于弹性变形和应力松驰，其压缩密度逐渐减小，一定时间后密度趋于稳定，此时成型块缩密度逐渐减小，一定时间后密度趋于稳定，此时成型块的密度称为松驰密度。的密度称为松驰密度。与生物质的种类、压缩成型的工艺条件有密切关系。与生物质的种类、压缩成型的工艺条件有密切关系。生物质的含水量、组成成分也有显著影响。生物质的含水量、组成成分也有显著影响。 提高松驰密度密度的途径：提高松驰密度密度的途径： 采用适宜的压缩时间，控制成型块在模具内的应力松采用适宜的压缩时间，控制成型块在模具内的应力松驰和弹性变形，阻止成型块出模后压缩密度的减小趋势；驰和弹性变形，阻止成型块出模后压缩密度的减小趋势； 生物质粉碎，
24、尽可能减小粒度，并适当提高生物质压生物质粉碎，尽可能减小粒度，并适当提高生物质压缩成型的压力、温度或添加黏结剂，最大限度降低成型块缩成型的压力、温度或添加黏结剂，最大限度降低成型块内部的空隙率，增强结合力。内部的空隙率，增强结合力。生物质成型燃料的物理特性生物质成型燃料的物理特性 （2）耐久性）耐久性耐久性反映成型块的耐久性反映成型块的黏结性能黏结性能，是由成型块的压缩条件及，是由成型块的压缩条件及松驰密度决定的。松驰密度决定的。耐久性体现在成型块的不同使用性能和储藏性能方面，具体细化为：耐久性体现在成型块的不同使用性能和储藏性能方面，具体细化为：抗变形性抗变形性采用强度试验测量其拉伸强度和剪
25、切强度，采用强度试验测量其拉伸强度和剪切强度，用失效载荷值表示成型块的强度；用失效载荷值表示成型块的强度；抗跌碎性、抗滚碎性抗跌碎性、抗滚碎性用跌落试验和翻滚试验或冲击试用跌落试验和翻滚试验或冲击试验来检验；验来检验；抗渗水性抗渗水性计算成型块在一定时间内浸入水中的吸水率计算成型块在一定时间内浸入水中的吸水率；或记录成型块在水中完全剥落分解的时间；或记录成型块在水中完全剥落分解的时间；抗吸湿性抗吸湿性等指标。等指标。2.5.2生物质成型燃料的燃烧特性生物质成型燃料的燃烧特性生物质成型燃料密度较大，挥发分的溢出速度最和传热速度都比生物生物质成型燃料密度较大，挥发分的溢出速度最和传热速度都比生物质
26、大大降低。质大大降低。 燃烧开始时燃烧开始时挥发分挥发分慢慢分解，燃烧处于动力区，随着挥发慢慢分解，燃烧处于动力区，随着挥发分燃烧逐渐进入过渡区和扩散区，燃烧速度适中，能够使分燃烧逐渐进入过渡区和扩散区，燃烧速度适中，能够使挥发分放出的热量及时传递给受热面，排烟热损失低。挥发分放出的热量及时传递给受热面，排烟热损失低。同时，挥发燃烧所需的氧与外界扩散的氧匹配较好，挥发同时，挥发燃烧所需的氧与外界扩散的氧匹配较好，挥发分燃烧完全，能量损失和排烟热损失小。分燃烧完全，能量损失和排烟热损失小。 挥发分燃烧完毕挥发分燃烧完毕，剩余的，剩余的焦炭焦炭骨架结构紧密，运动的气流骨架结构紧密，运动的气流不能使
27、骨架悬浮，骨架保持层状燃烧，形成层状燃烧核心不能使骨架悬浮，骨架保持层状燃烧，形成层状燃烧核心。这时炭燃烧所需的氧与静态渗透扩散的氧相当，燃烧稳。这时炭燃烧所需的氧与静态渗透扩散的氧相当，燃烧稳定、完全，减小了能量及热损失。定、完全，减小了能量及热损失。第二节第二节 生物质致密成生物质致密成型工艺流程与设备型工艺流程与设备2.1 生物质压缩成型的工艺流程生物质压缩成型的工艺流程 生物质收集生物质收集 工厂化加工主要涉及的问题：工厂化加工主要涉及的问题：加工厂的服务半径；加工厂的服务半径；农户供给加工厂的原料的形式；农户供给加工厂的原料的形式；原料状况。原料状况。 物料粉碎物料粉碎 木块、树皮、
28、植物秸杆等尺寸较大的原料要时行粉碎，粉木块、树皮、植物秸杆等尺寸较大的原料要时行粉碎，粉碎作业尽量在粉碎机上完成；碎作业尽量在粉碎机上完成；锯末、稻壳等只需清除尺寸较大的异物，无需粉碎。锯末、稻壳等只需清除尺寸较大的异物，无需粉碎。 对颗粒成型燃料，一般需要将对颗粒成型燃料，一般需要将90%左右的原料粉碎到左右的原料粉碎到2mm以下，必要时原料需进行二次甚至三次粉碎。以下，必要时原料需进行二次甚至三次粉碎。 常用粉碎机械：锤片式粉碎机。常用粉碎机械：锤片式粉碎机。 干燥干燥 干燥处理的原因：干燥处理的原因：水分含量超过经验值上限时，加工过程中当温度升高时，水分含量超过经验值上限时，加工过程中当
29、温度升高时，体积突然膨胀，易发生爆炸造成事故；体积突然膨胀，易发生爆炸造成事故；水分含量过低时，会使范德华力降低，物料难以成型。水分含量过低时，会使范德华力降低，物料难以成型。 物料湿度一般要求在物料湿度一般要求在1015%之间，间歇式或低速压缩之间，间歇式或低速压缩工艺中可适当放宽。工艺中可适当放宽。 常用干燥机有回转圆筒干燥机、立式气流干燥机。常用干燥机有回转圆筒干燥机、立式气流干燥机。出料口排湿口驱动装置干燥筒进料口热风炉回转圆筒干燥机：回转圆筒干燥机： 构造：构造：优点：优点：生产能力大，运行可靠，操作容易，适应性强，流体阻力小，生产能力大，运行可靠，操作容易，适应性强，流体阻力小，动
30、力消耗低。动力消耗低。缺点：缺点：设备复杂，体积庞大，一次性投资高，占地面积大。设备复杂，体积庞大，一次性投资高，占地面积大。干燥过程：干燥过程：原料进入干燥筒；原料进入干燥筒；干燥筒作低速回转运动。干燥筒向出口方向下倾干燥筒作低速回转运动。干燥筒向出口方向下倾2 21010，并在筒内安装有抄，并在筒内安装有抄板。板。物料在随干燥筒回转时被抄起后落下，由热风发生炉产生的热风加热干燥；物料在随干燥筒回转时被抄起后落下，由热风发生炉产生的热风加热干燥；由于干燥筒的倾斜及回转作用，原料被移送到出料口排出机外。由于干燥筒的倾斜及回转作用，原料被移送到出料口排出机外。 干燥筒内操作方式：干燥筒内操作方式
31、： 逆流操作逆流操作干燥器内传热与传质推动力比较均匀，适用干燥器内传热与传质推动力比较均匀，适用于不允许快速干燥的热敏性物料。干燥处理后物料含水于不允许快速干燥的热敏性物料。干燥处理后物料含水率较低。率较低。 顺流操作顺流操作适用于原料含水量较高，允许干燥速度快，适用于原料含水量较高，允许干燥速度快，在干燥过程中不分解，能耐高温的非热敏性物料。在干燥过程中不分解，能耐高温的非热敏性物料。上干燥管下干燥管分离器热风炉加料口出料口抽风机立式气流立式气流干燥设备：干燥设备： 构造：构造：特点：特点：原料在气流中分散性好，故干燥的有效面积大，干燥强度高，原料在气流中分散性好，故干燥的有效面积大，干燥强
32、度高，生产能力大，从而干燥时间大大缩短；生产能力大，从而干燥时间大大缩短；干燥过程中采用顺流操作，入口处气温高而原料温度大，能充干燥过程中采用顺流操作，入口处气温高而原料温度大，能充分利用气体的热能，故热效率高；分利用气体的热能，故热效率高；设备简单，占地面积小，一次性投资少，可同时完成输送作业，设备简单，占地面积小，一次性投资少，可同时完成输送作业，工艺流程简化，便于实现自动化作业。工艺流程简化，便于实现自动化作业。干燥过程：干燥过程：热风发生炉产生的热风在抽风机作用下被吸热风发生炉产生的热风在抽风机作用下被吸入干燥管道内；入干燥管道内；同时，被干燥的原料由加料口加入与热风汇同时，被干燥的原
33、料由加料口加入与热风汇合，二者在干燥管内充分混合并向前流动，合，二者在干燥管内充分混合并向前流动，完成干燥过程。完成干燥过程。干燥后的物料被吸入离心分离器分离，然后干燥后的物料被吸入离心分离器分离，然后从出料口排出。从出料口排出。湿空气被风机抽出排放。湿空气被风机抽出排放。 预压缩预压缩 为提高生产率，在推进器进刀前先把松散的物料预压一下，然为提高生产率，在推进器进刀前先把松散的物料预压一下，然后再推入成型模具。多采用螺旋推进器、液压推进器。后再推入成型模具。多采用螺旋推进器、液压推进器。 压缩压缩F1机器主推力，机器主推力，F2摩擦力，摩擦力，F3模具壁的向心反作用压力，模具壁的向心反作用压
34、力，模具内壁的倾斜夹角。模具内壁的倾斜夹角。影响影响F1大小的是大小的是F2和料块的密度、直径等，和料块的密度、直径等，影响影响F2大小的是大小的是和模具的温度。和模具的温度。是成型模设计的关键因素，它随着料块的直径、密度、原料是成型模设计的关键因素，它随着料块的直径、密度、原料类型而有不同的要求。类型而有不同的要求。 的确定需要经过试验，一般从的确定需要经过试验，一般从3开开始，用插入法进行调试。始，用插入法进行调试。模具设计有内模和外模，外模是不变的，内模可以调换。模具设计有内模和外模，外模是不变的，内模可以调换。 加热加热 棒形成型机的加热温度一般在棒形成型机的加热温度一般在150300
35、之间；之间；颗粒成型机没有外热源加热，但成型过程中原料与机器颗粒成型机没有外热源加热，但成型过程中原料与机器工作部件之间的摩擦作用可将原料加热到工作部件之间的摩擦作用可将原料加热到100左右。左右。 加热方式：加热方式： 电阻丝加热、导热油加热电阻丝加热、导热油加热。应先预热后开机。应先预热后开机。 也可加大成型模内壁的夹角，利用挤压过程中产生也可加大成型模内壁的夹角，利用挤压过程中产生摩擦摩擦热加热热加热。但动力消耗大，螺旋头和模具磨损加剧，一般但动力消耗大，螺旋头和模具磨损加剧，一般3050h就就得更换螺旋头。得更换螺旋头。 添加黏结剂添加黏结剂 目的：目的： 增加压块的热值，同时增大黏结
36、力。增加压块的热值，同时增大黏结力。方法：加入方法：加入10%20%的煤粉或炭粉。的煤粉或炭粉。注意事项：添加要均匀，避免因相对密度不同造成不均匀注意事项：添加要均匀，避免因相对密度不同造成不均匀聚结；聚结； 纯增加黏结力，减少动力输入。纯增加黏结力，减少动力输入。要求：生物质颗粒尺寸要小，便于黏结剂均匀接触。一般要求：生物质颗粒尺寸要小，便于黏结剂均匀接触。一般在预压前输送的过程中添加，以便于搅拌。在预压前输送的过程中添加，以便于搅拌。 保型保型 目的：目的：使已成型的生物质棒消除部分应力，使料块形状固定下来。使已成型的生物质棒消除部分应力，使料块形状固定下来。 方法：方法：在生物质成型后的
37、那段套筒内进行。此段套筒内径略大于压缩在生物质成型后的那段套筒内进行。此段套筒内径略大于压缩成型的最小部位直径，成型料进入后适量膨胀，消除部分应力。成型的最小部位直径，成型料进入后适量膨胀，消除部分应力。保型套筒端部有开口，用以调整保型套筒的保型能力。保型套筒端部有开口，用以调整保型套筒的保型能力。 保型筒直径的影响：保型筒直径的影响：若保型筒直径过大，生物质会迅速膨胀，容易产生裂纹；若保型筒直径过大，生物质会迅速膨胀，容易产生裂纹；直径过小，应力得不到消除，出品后会因温度突然下降发生崩直径过小，应力得不到消除，出品后会因温度突然下降发生崩裂或粉碎。裂或粉碎。2.2 生物质压缩成型技术与设备生
38、物质压缩成型技术与设备机械驱动活塞压缩机机械驱动活塞压缩机液压驱动活塞压缩机液压驱动活塞压缩机双螺杆挤压机双螺杆挤压机单螺杆挤压机单螺杆挤压机加热螺旋挤压机加热螺旋挤压机螺旋挤压成型技术螺旋挤压成型技术活塞冲压成型技术活塞冲压成型技术压辊式成型技术压辊式成型技术压辊成型机压辊成型机2.2.1 螺旋挤压成型技术螺旋挤压成型技术 （一）螺旋挤压机类型（一）螺旋挤压机类型 双螺杆挤压机双螺杆挤压机 单螺杆挤压机单螺杆挤压机 加热螺旋挤压机加热螺旋挤压机 大型机：纯压缩型锥形螺杆压缩机、双螺杆压缩机大型机：纯压缩型锥形螺杆压缩机、双螺杆压缩机 小型机：小型机： 外部加热成型螺旋挤压机外部加热成型螺旋挤
39、压机 双螺杆挤压机：双螺杆挤压机：在在“8”字型的成型套内，安置字型的成型套内，安置2个相互啮合的变螺距螺杆。个相互啮合的变螺距螺杆。 特点：特点：对原料的预处理要求不严，原料粒度在对原料的预处理要求不严，原料粒度在3080mm之间，水分之间，水分含量可高达含量可高达30%。物料干燥由机械压缩来完成。在压缩过程中，由于摩擦生热使物料干燥由机械压缩来完成。在压缩过程中，由于摩擦生热使生物质在机器内干燥，生成的蒸汽从蒸汽逸出口逸出。需要大生物质在机器内干燥，生成的蒸汽从蒸汽逸出口逸出。需要大型的电机，能耗较高；型的电机，能耗较高；推力轴承、密封装置、齿轮传动装置需要维护保养，成本增加。推力轴承、密
40、封装置、齿轮传动装置需要维护保养，成本增加。根据双螺杆的旋转方向不同，双螺杆式根据双螺杆的旋转方向不同，双螺杆式挤压成型机可分为同向旋转（物料混合挤压成型机可分为同向旋转（物料混合较好）和异向旋转两种（物料塑化性能较好）和异向旋转两种（物料塑化性能较好）；较好）；根据两根螺杆相对位置不同，双螺杆式根据两根螺杆相对位置不同，双螺杆式挤压成型机又可分为啮合型和非啮合型挤压成型机又可分为啮合型和非啮合型（稳定性差，很少应用）。（稳定性差，很少应用）。单螺杆挤压机：单螺杆挤压机： 生物质原料被旋转的生物质原料被旋转的锥形螺杆锥形螺杆压入压缩室，压入压缩室，然后被螺杆挤压头挤然后被螺杆挤压头挤入模具。入
41、模具。 工艺过程：工艺过程：成型原料依靠重力落入螺旋压缩成型机械中；成型原料依靠重力落入螺旋压缩成型机械中；锥形螺杆在动力机械的带动下，推动成型原料进入横截面积锥形螺杆在动力机械的带动下，推动成型原料进入横截面积渐渐变小的压缩成型筒内；渐渐变小的压缩成型筒内； 成型物料在锥形螺杆和压缩成型筒作用下，内压应力越来越成型物料在锥形螺杆和压缩成型筒作用下，内压应力越来越大，在压缩成型筒顶端达到最大内压应力而成型；大，在压缩成型筒顶端达到最大内压应力而成型；再经过一段应力松弛段，物料被推出螺旋压缩成型机械，成再经过一段应力松弛段，物料被推出螺旋压缩成型机械，成为成型物料。为成型物料。 锥形螺杆挤压的工
42、艺条件：锥形螺杆挤压的工艺条件： 成型压力成型压力60100Mpa，成型棒的密度为，成型棒的密度为1.21.8t/m3。 为了降低螺旋压缩成型设备的功耗，可以在成型原料中加人为了降低螺旋压缩成型设备的功耗，可以在成型原料中加人粘结剂。粘结剂。物料在高压下密度增大，并在粘结剂的作用下成型。物料在高压下密度增大，并在粘结剂的作用下成型。 特点：特点：螺旋头和模具磨损严重，寿命短（如花生壳原料螺旋头和模具磨损严重，寿命短（如花生壳原料100h，稻壳，稻壳300h），需采用硬质合金，维修费用高。），需采用硬质合金，维修费用高。加热螺旋挤压机加热螺旋挤压机 在螺旋压缩机压缩成型筒在螺旋压缩机压缩成型筒外
43、设置一加热装置，使筒外设置一加热装置，使筒温保持在温保持在220280，生，生物质中的木素受热塑化后物质中的木素受热塑化后具有粘性，从而降低螺旋具有粘性，从而降低螺旋压缩成型设备的功耗。压缩成型设备的功耗。 为了缩短加热段长度，可为了缩短加热段长度，可以在压缩原料进入压缩成以在压缩原料进入压缩成型筒之前就进行预热。型筒之前就进行预热。制制 棒棒 机机 加热螺旋挤压的工艺过程：加热螺旋挤压的工艺过程： 粉碎原料经干燥后从料斗连续加入，进入粉碎原料经干燥后从料斗连续加入，进入螺杆套筒压缩副螺杆套筒压缩副；物料通过机体内壁和转动螺杆（约物料通过机体内壁和转动螺杆（约600r/min）表面的摩擦作）表
44、面的摩擦作用不断向前输送，生物质被用不断向前输送，生物质被部分压缩部分压缩。由于强烈的剪切、混合搅拌和摩擦产生大量热量而使生物质由于强烈的剪切、混合搅拌和摩擦产生大量热量而使生物质温度逐渐升高；温度逐渐升高； 在在压缩区压缩区，生物质在较高温度（，生物质在较高温度（200250）下变的相对柔软，）下变的相对柔软，水分蒸发有助于生物质的润湿。水分蒸发有助于生物质的润湿。由于失去弹性，在压力作用下，颗粒间的接触面积增加，形由于失去弹性，在压力作用下，颗粒间的接触面积增加，形成架桥和联锁，物料开始成架桥和联锁，物料开始黏结黏结。 在在锥形模具区锥形模具区，生物质被进一步压缩（，生物质被进一步压缩（2
45、50）成型成型。 中空的成型棒成品出中空的成型棒成品出成型筒成型筒后经后经导向槽导向槽，由，由切断切断机切成机切成50cm左右的短棒。左右的短棒。 工艺条件控制：工艺条件控制： 为避免成型过程中原料水分快速蒸发造成成型块开裂和为避免成型过程中原料水分快速蒸发造成成型块开裂和“放炮放炮”现象发生，原料含水率控制在现象发生，原料含水率控制在812%之间，之间，这样成品的含水率在这样成品的含水率在7%以下；以下； 成型压力的大小随原料和所要求成型块密度的不同而异，成型压力的大小随原料和所要求成型块密度的不同而异，一般在一般在49127Mpa之间；之间； 成型燃料形状通常为直径成型燃料形状通常为直径5
46、060mm的空心棒，密度为的空心棒，密度为1.01.4t/m3。（二）螺旋挤压成型机的关键部件（二）螺旋挤压成型机的关键部件 螺旋挤压成型机工作可靠性的关键部件：螺旋挤压成型机工作可靠性的关键部件：压缩螺杆压缩螺杆和和套筒套筒 工作状况：工作状况：200左右的高温左右的高温80Mpa左右的高压左右的高压 干摩擦状态，工作环境很差，磨损严重。干摩擦状态，工作环境很差，磨损严重。压缩螺杆压缩螺杆 结构尺寸：结构尺寸： 根据螺杆螺距的变化：等螺距螺杆、变螺距螺杆。根据螺杆螺距的变化：等螺距螺杆、变螺距螺杆。 使用使用变螺距螺杆变螺距螺杆可以缩短套筒的长度，但变螺距螺杆制造工可以缩短套筒的长度，但变螺
47、距螺杆制造工艺复杂，制造成本高。艺复杂，制造成本高。等螺距螺杆等螺距螺杆一般外径为一般外径为5065mm,内径为内径为3040mm，螺距，螺距为为4048mm的梯形螺纹，前螺旋面接近垂直于轴线。的梯形螺纹，前螺旋面接近垂直于轴线。 压缩螺杆的材料与处理：压缩螺杆的材料与处理：螺杆螺杆一般采用中碳钢、合金钢制造。一般采用中碳钢、合金钢制造。工作中主要是最前端的一个螺距起压缩作用而摩损严重，工作中主要是最前端的一个螺距起压缩作用而摩损严重，大多采用表面硬化的方法对大多采用表面硬化的方法对成型部位成型部位进行处理。进行处理。 表面硬化的方法：表面硬化的方法： 局部渗硼、喷焊钨钴合金、炭化钨焊条堆焊或
48、振动堆局部渗硼、喷焊钨钴合金、炭化钨焊条堆焊或振动堆焊等。焊等。 修复：修复： 磨损以后再进行喷涂、堆焊修复。磨损以后再进行喷涂、堆焊修复。 成型套筒成型套筒 构造：螺杆与成型套筒配合形成压缩副。构造：螺杆与成型套筒配合形成压缩副。 在套筒在套筒内壁的根部内壁的根部设有设有锥形压缩区段锥形压缩区段，压缩区内需有一定，压缩区内需有一定的粗糙度，使物料流经套筒时在轴向和圆周方向具有足够的粗糙度，使物料流经套筒时在轴向和圆周方向具有足够的摩擦力，以保证生物质压缩成型。的摩擦力，以保证生物质压缩成型。 通常压缩区段沿轴向开有通常压缩区段沿轴向开有V形通槽以防止物料跟随螺旋转动。形通槽以防止物料跟随螺旋
49、转动。 套筒尺寸：套筒尺寸： 套筒套筒内孔直径内孔直径取取 Dd+d为螺杆外径；为螺杆外径；为间隙，一般取为间隙，一般取11.5mm。 套筒套筒长度长度L：根据压缩副内力的平衡来计算，应保证物料在筒内压缩根据压缩副内力的平衡来计算，应保证物料在筒内压缩到设计密度值。到设计密度值。 套筒套筒材料与处理材料与处理：套筒材料采用钢和铸铁等耐磨性材料。套筒材料采用钢和铸铁等耐磨性材料。 延长成型部件使用寿命的方法：延长成型部件使用寿命的方法：安装耐磨衬套，设立调节装置，使用可更换的螺杆头安装耐磨衬套，设立调节装置，使用可更换的螺杆头 安装耐磨衬套安装耐磨衬套 成型套筒压缩段安装耐磨的硬质合金小衬套。成
50、型套筒压缩段安装耐磨的硬质合金小衬套。衬套磨损后可更换，套筒本身可长期使用。衬套磨损后可更换，套筒本身可长期使用。设立调节装置。设立调节装置。）调节装置调节：）调节装置调节：套筒前端设置专门的调节装置，套筒前端设置专门的调节装置，调整调节螺母，改变套筒出口直调整调节螺母，改变套筒出口直径的大小。径的大小。）垫圈调节：）垫圈调节：新套筒与给料机连接时，预先加新套筒与给料机连接时，预先加若干薄垫圈，等套筒压缩段磨损若干薄垫圈，等套筒压缩段磨损后，撤下一个后，撤下一个A垫圈，增加一个垫圈，增加一个B垫圈，相当于套筒压缩区后移，垫圈，相当于套筒压缩区后移，继续保持与螺旋的间隙。继续保持与螺旋的间隙。
