生物质致密成型技术和设备研究

第38卷第12期林业机械与木工设备2010年12月FORESTRY MACHINERY Wood WoRKING eQUiPment Dec 2010综灬述生物质致密成型技术和设备研究张国梁',孙照斌',曲保雪',张振涛2(1河北农业大学林学院,河北保定071000;2中国科学院理化技术研究所,北京100190)摘要:从农村生物质能源的利用角度出发,介绍了生物质致密成型技术及设备的国内外研究现状,指出了当前我国生物质致密成型技术和设备存在的问題,对其工艺、技术的发展趋势做了阐述,介绍了原料预处理的两种方法:蒸汽爆破法和木质纤维材料苄基塑化法关键词:生物质致密成型;技术;设备中图分类号:S64文献标识码:A文章编号:1001-4462(2010)12-0013-03Research on Biomass Densification and Formation Technology and equipmentZHANG Guo-liang, SUN Zhao-bin, QU Bao-xue, ZHANG Zhen-tao?(1.College of Forestry agricultural University of Hebei, Baoding Hebei 071000, China; 2 Technical Institute of Physicsand Chemistry, CAS, Beijing 100190, China)Abstract From the perspective of biomass energy utilization in rural area, the current domestic and abroad research status ofbiomass densification and formation technology and equipment are discussed. The problems with biomass densification andformation technology and equipment in China are pointed out, with the development trend of process and technologypresented. Two pre-treatment methods of raw materials, steam blasting method and lignocellulosics benzylation andplasticization technology, are statedey wolent我国是农业大国,农林废弃物资源十分丰富。农好、热效率高(是直接燃烧的5倍以上)灰分小,燃烧作物秸秆总量约为7x10%a;林业采伐和林木制品加时几乎不产生SO2,不会造成环境污染,可作为工业锅工厂产生的废弃物,如枝丫、小径木、板片及木屑等炉、住宅区供热、农业暖棚及户用炊事和取暖的燃料。总量也近1x10%all充分利用农作物秸秆等生物质现在应用较多的成型燃料加工设备有辊模挤压式原料,开发设计生物质致密燃料生产设备,不仅可以(包括环模式和平模式)活塞冲压式(包括机械式、液解决农村农作物秸秆堆积、资源浪费、焚烧污染环境压式)和螺旋挤压式3种机型,生物质成型机工作原理等问题,而且还可以提高农作物秸秆的利用率和经分别如图1(环模式)图2和图3所示。其成型原理是济附加值,从而促进农民增收和新农村建设。本文就依靠传动部件与秸秆等生物质原料之间的高速相对运生物质致密成型技术和设备进行初步研究,以探讨动来实现生物质压缩,压缩过程中摩擦产生的热将纤生物质致密成型的技术途径。维、木质素等软化的同时旋转部件产生的挤压力把生物质V凵中国煤化工。其中辊模挤压式1生物质致密成型技术成型CNMHG2,活塞冲压式螺生物质成型燃料是将生物质原料经过粉碎、调质旋挤压具晟望机巾m定压取工艺叫。等处理,在高压条件下压缩成颗粒状且质地坚实的成型物2。其特点是比重大、便于贮存和运输燃烧性能2国内外生物质致密成型技术现状收稿日期:2010-08-3021国外发展现状14林业机械与木工设备38的颗粒大小等都进行了实验研究,进一步改进了生物质压缩成型技术使之更趋于实用化。泰国、印度、菲律宾等国从20世纪80年代开始也先后研制成功了加粘结剂的生物质致密成型机22国内发展现状我国从20世纪80年代起开始致力于生物质致密成型技术的研究。湖南省衡阳市粮食机械厂于1985年研制出了第一台Z-63型生物质压编成型机,江苏省图1环模生物质成型机原理图连云港东海粮食机械厂于1986年引进了一台OBM-881压辊;2原料;3压模圈;4成型燃料;5切刀棒状燃料成型机。1993年前后,我国从国外引进了近20条生物质压缩成型生产线,基本上都采用螺旋挤压式,以锯木屑为原料,生产“炭化”燃料。中国林业科学研究院林产化学工业研究所于1998年研制成功了生物质颗粒燃料成型制造机,该机由旋风干燥装置、木质素加热软化装置和颗粒成型装置3大部分组成,生产率为120-240kgh,能耗为1208-241Wh。中南林业科技大学(原中南林学院)严永林等人从2002年开始图2活塞冲压式生物质成型机原理图在国产饲料制粒机的基础上结合瑞典生物质颗粒燃料1成型燃料;2成型套筒;3活塞;4机械或液压驱动;5原料成型机技术研制成功了生物质颗粒燃料成型机。2004年,清华大学和北京惠众实科技有限公司联合开发了Highzones生物质固化成型技术,其利用压辊挤压原理实现了生物质就地及时压缩。2006年河南农业大学李保谦、张百良和夏祖璋等人研制了HPB-V型液压驱体谷动活塞式成型机,合肥天炎绿色能源开发有限公司研制了TYK-Ⅱ秸秆成型机。河南省科学院能源研究所何晓峰等人研制了一种在常温下生产颗粒燃料的环模颗3螺旋挤压式生物质成型机原理图粒成型机,其由变频电机驱动螺旋供料装置为挤压装L成型燃料;2成型套筒;3螺杆;4.驱动轴5原料置供料,通过调整供电频率可实现原料供应量的调整,颗粒燃料的生产效率可达到300-500kgh。生物质致密成型技术受到国外发达国家的普遍重视,并投人了大量的资金和技术力量研究开发生物质3存在的问题致密成型设备。早在20世纪30年代美国就开始研究当前生物质致密燃料成型技术和设备主要存在以压缩固体成型燃料技术,并研制了螺旋式挤压成型机,下几个问题。在加热温度为110-350℃、压力10MPa的条件下,能把木屑和刨花压缩成固体成型燃料。20世纪70年代初3.1能耗高美国又研究开发了环模挤压式颗粒成型机,并在国内在成型机中将纤维和木质素软化必然要消耗大量大量生产。瑞土、瑞典及西欧等发达国家也都先后研究的能量,如螺杆挤压成型机,其生产时粉料在螺旋挤压开发了冲压式成型机辊模挤压式颗粒成型机。20世成型前要先经过电加温预热,挤压成型过程的电耗量纪50年代日本从国外引进该项技术后进行了改进,研就制成功了螺旋式挤压成型机,之后又相继生产了以油中国煤化工压水压为动力的活塞式生物质压缩成型设备"。从20CNMHG用高世纪80年代开始,日本对生物质压缩成型燃料技术进国产成型机的螺杆最高寿命不超过500h;国内外行了探讨对压缩过程中的动力消耗、压模的结构与尺的同类环模式成型设备平均修复周期在100左右,寸压缩燃料的含水率、压缩时的温度和压力以及原料维修费用(取决于环模直径)为1-4万元。德国某厂环12期张国梁等:生物质致密成型技术和设备研究模成型机的环模,每运行3个月就需要维修一次,一台成型设备对不同种类原料的适应性。第二种方法是以环模总成可维修10次,每次耗资4500欧元苄基化反应作为预处理方式,增加原料的热塑性和各种原材料对成型设备的适应性。即对不同种类原料(木33对原料的适应性差材、麦秸、玉米秸、棉秆、稻壳等)进行一定比例(5%成型机对原料的粒度和含水率要求不尽相同,从10%)苄基化预处理,将苄基化产物与未处理原料混合6%-35%不等超出正常范围就会导致生物质不能成型后在成型机内成型,总体上提高设备对原材料的适应或能耗增大,因此各地区只能根据不同原料配备各种性。在对原料进行蒸汽爆破和苄基化处理的基础上确专门设计的成型设备。此外,不同的成型设备对适用的定合理的成型工艺。原料要求严格,为锯末、木屑设计的成型设备不能处理4.2研发和改进成型设备秸秆;能处理秸秆的成型设备不能处理稻壳;处理稻壳的成型设备却又不能处理棉花秆普通的晾晒处理如遇阴雨天气,秸秆易霉变甚至由于生物质致密成型加工中存在以上问题,所以腐烂使秸秆利用价值降低。因而有必要研发针对不同要求生物质成型技术在不同种类生物质原料自生胶合来源、不同种类的高含水率物料(湿秸秆)一次粉碎技固化成型性能物料预处理方法成型工艺和关键设备术与设备,实现多种湿秸秆即收割即粉碎并提高碎料等方面要加以改进,从而获得理想的吨料加工耗能量程度。粉碎后的秸秆进行再气干或人工干燥,一方面提和性能良好的产品。高干燥效率,另一方面可预防或减少秸秆霉变腐烂,为后续成型工艺做好准备。成型技术发展趋势合理设计成型部件的材料、尺寸,合理选择成型因素水平,对成型机的关键部件采用先进的表面热处理4I改变原料预处理方式,优化成型工艺和涂层、渗层等技术以提高其耐磨性。改变原料的预处理方式可以提高不同种类秸秆自从结构设计、尺寸设计制造精度等角度出发提高身胶合固化成型性能,从而有效改善不同种类秸秆成成型机对原料的适应性(主要是对含水率的适应性)型性能和颗粒成型燃料结合强度。在原料预处理方面,蒸汽爆破预处理、木质纤维材料苄基塑化是新近发展5结束语起来的预处理方法。生物质能源被认为是今后主要的新能源之一,其蒸汽爆破主要是利用高温高压水蒸气处理纤维原具有显著的经济性和社会效益,同时有利于环境保护。料,并通过瞬间泄压过程实现原料的组分分离及结构采用生物质致密成型技术生产成型燃料是我国生物质变化。在高温和高压的作用下水蒸气通过扩散作用渗原料的综合利用途径之一,但在利用传统工艺进行致透进木质纤维细胞壁内,一部分半纤维素的乙酰基水密成型燃料的加工中,普遍存在成型设备能耗高、磨损解生成有机酸。生成的酸作为催化剂又加速了半纤维严重和使用寿命短等问题,导致生物质致密成型燃料素和木质素的降解随着半纤维素的降解,木质素开始的成本偏高,严重影响生物质致密成型技术及致密成软化。在突然减压喷放时受机械力的作用,木质素与纤型燃料的发展和推广。因此研究生物质致密成型机理维素分离。处理后天然纤维原料膨松呈烟丝状,纤维素和新的成型工艺,进一步降低能耗、减少加工成本,减的孔隙增大。对其进行热性质分析表明蒸汽爆破使植少对原料成型条件的限制等,将是生物质致密成型燃物纤维原料的半纤维素和木质素降解为低分子物质,料推广应用的关键。并且使纤维疏松,形成多孔,易于燃烧叫。参考文献植物纤维材料苄基塑化即通过化学手段,用其他]肖宏儒宋卫东,钟成义等生物质成型燃料加工技术分析研究的官能团来部分取代其纤维素、半纤维素或木质素上[J中国农机化,2005):65-68半纤维素等分子间的结合力大大降低;另一方面这种B衣机化研究,208123料的物理品质及成型技术面的羟基,这样将减少各成分之间的氢键,使纤维素和中国煤化工型燃料制造技术研究现改性还会破坏纤维素的结晶结构,最终使木质纤维材料在一定温度下软化成为热塑性材料凹。CNMHG围胜生切属不W兀观状[木材加工机械改变原料预处理方式,第一种方法是针对不同种类秸秆采用不同含水率不同温度、不同压力进行试验[5俞国胜侯孟生物质成型燃料加工装备发展现状及趋势[J林研究,优化得到不同种类秸秆的爆破法工艺参数提高业机械与木工设备,2009,37(2):4-8第38卷第12期林业机械与木工设备Vol 38 No 122010年12月FORESTRY MACHINERY WOoDWORKING EQUIPMENT Dec 2010综,述中国木机械行业经销商的形成与发展概况徐杨,齐英杰,胡万明(东北林业大学,黑龙江哈尔滨150040)摘要:首次系统介绍了中国木工机械行业经销商的形成与发展概况,分析了中国木工机械行业经销商的现状,提出中国木工机械行业经销商是促进中国林产工业发展的一支不可忽视的队伍,在市场经济形势下起到了调剂市场、促进行业发展的作关键词:木工机械;经销商;形成与发展;概况中图分类号:T642文献标识码:A文章编号:1001-4462(2010)12-0016-04Formation and Development Situation of Chinese WoodworkingMachinery DistributorsXU Yang, QI Ying-jie, HU Wan-ming( Northeast Forestry University, Harbin Heilongjiang 150040,ChinaAbstract: The formation and development situation of Chinese woodworking machinery distributors are introducedsystematically for the first time. The current status of Chinese woodworking machinery distributors are analyzed and the factthat Chinese woodworking machinery distributors are a team that can t be ignored, for it helps promote the development ofChinas forest industry and regulate the market and promote industrial development in the current market economy, isKey words: woodworking machinery; distributor; formation and development; situation中国木工机械行业经销商是伴随着改革开放的春行了一次彻底的清理,所有的私人企业在这段时间均风而诞生发展起来的。1952年前后中国对私人资本进收归国有。截至1978年,中国大陆境内所有的企业都收稿日期:201010-15为国营或集体所有制企业,所有的物资生产和分配均[6]姜洋郭军王忠诚等生物质致密成型设备生产颗粒燃料技术[D]北京:北京林业大学,2006:4-8及经济分析[可再生能源2006(4):81-83[12]张连慧,石力安,王体朋等蒸汽爆破过程麦秆木质纤维素的[7] P Y H. ung, M U.F. Kirschbaum, R J Raison, et al The potential for转化门]农业工程学报,2008,24(10):195-198bioenergy production from Australian forests, its contribution to[13]王堃蒋建新宋先亮燕汽爆破预处理木质纤维素及其生物转national greenhouse targets and recent developments in conversion化研究进展]生物质化学工程,2006,40(6):37-42processes[J]. Biomass and Bioenergy[14]张晓燕赵广杰蒸汽爆破预处理桉木的形态结构与主化学成[8]刘圣勇陈开碇张百良国内外生物质成型燃料及燃烧设备研1言甘,↓廿,30(3):101-106究与开发现状[J可再生能源,002(4)[5]中国煤化工技术及应用]木材工业,[9]严永林生物质固化成型设备的研究[林业机械与木工设备CNMHG2003,31(12):19-21第一作者简介:张国梁(1983-),男,硕士,助教,主要从事[Io〕车战斌生物质就地及时压缩成型技术[J新能源技术,2005木村加工设备方面的研究[]回彩娟.生物质燃料常温高压致密成型技术及成形机理研究