摘要：分析了在常温条件下生产生物质能源颗粒的技术条件、设备(shèbèi)系统及其实际运行状况；研究了环模压缩比、原料种类和原料含水率等因素(factor)对颗粒燃料(fuel)密度的影响；了高密度颗粒燃料在较低能耗情况下的 成型(Forming)条件。该研究工作为生物质能源颗粒技术的开发及产业化应用奠定了基础。
0前言
以松散的 生物质在常温条件下生产颗粒燃料是生物质能直接、简单的 利用方式。近年来，生物质能源颗粒的生产已引起高度重视和广泛关注，的 可再生能源产业发展规划及相关政策更为生物质能源颗粒的 推广应用起到了巨大的 推动作用。
生产生物质(Biomass)能源颗粒的 关键是具有性能良好、运行简单的颗粒燃料生产设备(shèbèi)。本文以自制生物质能源颗粒设备，研究了玉米秸秆、豆秆、稻壳、芦苇等4种原料在常温下的成型条件，获得了一系列对开发生产设备及生产颗粒燃料具有指导意义的 规律。
1试验
1.1试验设备及原料来源
试验设备选用辽宁省能源研究所研制的 BIO-C37生物质颗粒燃料成型机。
根据成型设备的 生产能力及对原料粒度的 要求，对玉米秸秆、豆秆、芦苇等物料进行粉碎处理。粉碎后的物料粒径小于10mm；木屑、稻壳等物料无须再粉碎即可直接成型。玉米秸秆、豆秆、稻壳、芦苇4种原料均取自辽宁省营口地区，锯末是大连地区木材加工厂的废弃物。玉米秸秆、稻壳、豆秆均产自上一年，芦苇、锯末均产自当年。
1.2试验内容
①分别采用玉米秸秆、稻壳、锯末、芦苇、豆秆5种原料，在环模压缩比(压力为25~65Mpa)为3.5，4.0，4.5，5.0，5.5的工况下，测试不同原料的 成型条件，推算出颗粒燃料成型的 趋势。
②以玉米秸秆、稻壳、锯末、芦苇、豆秆为原料，在环模压缩比为3.5，4.0，4.5，5.0，5.5的 工况下，测试成型颗粒产品的外观质量、密度，绘制特性曲线，确定各类原料成型时产品的 质量、密度与环模压缩比的 关系。
③在确定更佳成型环模压缩比的 工况下，以含水率为9%，12%，15%，18%，21%的 玉米秸秆和芦苇为原料(Rawmaterial)，测试设备系统的 能耗，产品的 外观质量(Mass)、密度，绘制特性曲线，确定这一类农作物秸秆成型的适宜水分范围。
④在确定更佳成型环模压缩比和适宜成型水分范围(fàn wéi)的工况下以4种粒度(大于10mm，5~10mm，1~5mm，小于1mm)的 玉米秸秆和芦苇为原料，测试产品的外观质量、密度，确定这类农作物秸秆适宜的成型粒度范围。生物质颗粒燃料生物质颗粒的直径一般为6~8毫米，长度为其直径的4~5倍，破碎率小于1.5%~2.0%，干基含水量小于10%~15%，灰分含量小于1.5%，硫含量和氯含量均小于0.07%，氮含量小于0.5%。
2结果与讨论
2.1生物质能源颗粒成型原理分析
结构疏松、密度较小的生物质物料在受到外力作用后，原料将经历重新排列位置、机械变形、弹性(Elasticity)变形、塑性变形阶段。非弹性或粘弹性纤维素分子之间的相互缠绕和绞合，使物料体积缩小，密度增大
(1)。
2.2不同生物质(Biomass)原料在同一压缩比条件下成型分析(Analyse)
2是玉米秸秆、芦苇、豆秆、锯末4种物料颗粒燃料的 密度与压缩比的 关系曲线。由2可见，玉米秸秆和芦苇成型颗粒达到较高的密度时所需压缩比相同；锯末成型颗粒达到较高密度时需要较大的 压缩比。这一结果反映了不同种类的 生物质物料的组织结构(Organizational Structure)和组成成分的差异。生物质主要由纤维素、半纤维素、木质素等构成，木质素是由苯丙烷结构单体构成的 具有三维空间结构的天然高分子化合物。在常温条件下，木质素在水及常用的有机溶剂中几乎不溶解，在加热条件下也不软化，其含量对物料成型影响不大。纤维素是植物细胞壁的 主要成分之一，它是由葡萄糖组成的线形高分子。纤维素的 含量越高，说明植物细胞机械组织越发达，颗粒成型时就需要更大的 压力。
生物质内纤维素含量决定了其常温成型的 难易程度。生物质原料纤维素含量的 分析结果验证了试验结果(表1)。
环模压缩比的 大小决定了成型压力的 大小。玉米秸秆、芦苇等原料的 纤维素含量少，受到外力挤压时易发生形变，成型时所需的环模压缩比小，即成型压力较小；锯末的 纤维素含量高，成型时所需的环模压缩比大，即成型压力较大。采用不同生物质原料生产(Produce)成型颗粒燃料，应采用不同的环模压缩比，原料中纤维素含量接近的 生物质物料可采用相同压缩比的 环模。
2.3同一生物质在不同压缩比环模中成型分析
各种物料在不同压缩比环模中的 成型试验及计算数据见表2～4。
由表2～4可看出，对于上述几种原料，随着环模压缩比的 加大，颗粒密度增大，能耗增加，产量提高。当达到一定压缩比时，成型颗粒的密度增加较小，能耗相应增加，而产量却有所下降。试验表明，以豆秆作原料，采用压缩比为4.0的环模；以玉米秸秆作原料，采用压缩比为4.5的 环模；以锯末作原料，采用压缩比为5.0的 环模，颗粒燃料的密度均能满足质量要求，且设备系统能耗较低。
同一种原料在不同压缩比环模中成型，颗粒燃料的 密度随压缩比的增大而逐渐增大，并在一定压缩比范围内，密度保持相对稳定，当压缩比增大到一定程度时，原料会因为压力过大造成出料不畅而不能成型。由于稻壳的粒度大，且灰分较多，稻壳难以形成颗粒。对于同一种物料，为获得较大的 颗粒密度，应设计采用较大的 环模压缩比。
2.4原料(Raw material)粒度对成型条件的 影响
生物质原料的粒度对成型条件有很大影响。生物质颗粒燃料由秸秆、稻草、稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉籽壳等以及“三剩物”经过加工产生的块状环保新能源。生物质颗粒的直径一般为6~10毫米。由表5可以看出，随着玉米秸秆和芦苇原料粒度的增大，其成型颗粒密度（单位:g/cm3或kg/m3)逐渐减小，当原料粒度大于10mm时成型效果极差，甚至不成型，但原料粒度太小也会影响颗粒密度。以玉米秸秆、芦苇等生物质作原料进行颗粒燃料的生产(Produce)时，其粒度保持在1~5mm较为适宜。
