作者利用河南農業大學研製的HPB - III型生物質秸稈成型設備進行粗大秸稈擠壓成型試驗，將原料的粒度大大放寬，粗大玉米秸稈隻需簡單切碎，對麥秸、豆秸、稻殼、花生殼等直徑小於1 cm，長度小於25cm的(de)大(da)粒(li)徑(jing)鬆(song)軟(ruan)生(sheng)物(wu)質(zhi)秸(jie)稈(gan)，不(bu)需(xu)要(yao)粉(fen)碎(sui)便(bian)可(ke)輸(shu)入(ru)成(cheng)型(xing)機(ji)擠(ji)壓(ya)出(chu)成(cheng)型(xing)燃(ran)料(liao)。不(bu)但(dan)降(jiang)低(di)了(le)粉(fen)碎(sui)秸(jie)稈(gan)的(de)能(neng)耗(hao)，減(jian)少(shao)了(le)生(sheng)產(chan)環(huan)節(jie)，還(hai)有(you)效(xiao)地(di)提(ti)高(gao)了(le)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)。由(you)於(yu)擠(ji)壓(ya)時(shi)高(gao)溫(wen)高(gao)壓(ya)調(tiao)整(zheng)了(le)原(yuan)生(sheng)物(wu)質(zhi)含(han)水(shui)率(lv)，改(gai)變(bian)了(le)其(qi)分(fen)子(zi)結(jie)構(gou)，成(cheng)型(xing)後(hou)生(sheng)物(wu)質(zhi)內(nei)部(bu)空(kong)隙(xi)率(lv)大(da)大(da)減(jian)少(shao)，揮(hui)發(fa)分(fen)被(bei)濃(nong)縮(suo)，容(rong)積(ji)密(mi)度(du)增(zeng)大(da)，從(cong)而(er)改(gai)善(shan)了(le)生(sheng)物(wu)質(zhi)成(cheng)型(xing)燃(ran)料(liao)的(de)燃(ran)燒(shao)特(te)性(xing)。作(zuo)者(zhe)利(li)用(yong)河(he)南(nan)農(nong)業(ye)大(da)學(xue)農(nong)業(ye)部(bu)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)重(zhong)點(dian)實(shi)驗(yan)室(shi)研(yan)製(zhi)的(de)生(sheng)物(wu)質(zhi)成(cheng)型(xing)燃(ran)料(liao)專(zhuan)用(yong)鍋(guo)爐(lu)對(dui)產(chan)品(pin)進(jin)行(xing)的(de)燃(ran)燒(shao)試(shi)驗(yan)表(biao)明(ming)，成(cheng)型(xing)燃(ran)料(liao)點(dian)火(huo)容(rong)易(yi)，燃(ran)燒(shao)過(guo)程(cheng)無(wu)粉(fen)塵(chen)汙(wu)染(ran)，燃(ran)燒(shao)效(xiao)率(lv)高(gao)，達(da)到(dao)與(yu)中(zhong)質(zhi)煙(yan)煤(mei)的(de)相(xiang)當(dang)的(de)燃(ran)燒(shao)效(xiao)果(guo)，生(sheng)態(tai)效(xiao)益(yi)尤(you)其(qi)顯(xian)著(zhu)。
我國的生物質能利用超過全國總能源消耗的40%，在農村基本用能90%以(yi)上(shang)是(shi)由(you)生(sheng)物(wu)質(zhi)能(neng)源(yuan)提(ti)供(gong)的(de)。生(sheng)物(wu)質(zhi)秸(jie)稈(gan)成(cheng)型(xing)燃(ran)料(liao)市(shi)場(chang)潛(qian)力(li)巨(ju)大(da)，作(zuo)為(wei)清(qing)潔(jie)能(neng)源(yuan)替(ti)代(dai)礦(kuang)物(wu)燃(ran)料(liao)，不(bu)但(dan)可(ke)以(yi)緩(huan)解(jie)能(neng)源(yuan)危(wei)機(ji)，減(jian)輕(qing)環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)，同(tong)時(shi)為(wei)改(gai)善(shan)農(nong)民(min)生(sheng)活(huo)條(tiao)件(jian)及(ji)農(nong)村(cun)生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)、增加農民經濟收入、支援“三農”建設提供了新的技術途徑。
1、試驗材料與方法
1.1準備試驗原料
試驗采用河南農業大學科教園提供的本年度收割成熟玉米秸稈、大豆秸稈，自然風幹至含水率25%以下，然後應用改進的臥式錘片粉碎機將玉米秸稈切碎，要求粉碎後秸稈長度不大於25 cm便可入倉備用；dadoujieganchouchuzilishiyibeitaiyangguangganzao，nianyahoujuedabufenjieganliduyimanzuchengxingyaoqiu，kebufensui。shiyanqianjiangyuanliaocongcangkuquchufenzuliangshaihuoyongkaoxianghonggan，shihanshuilvfenbiekongzhizai8%、12%、15%、18%和21%，用塑科袋分裝、密封待用。
1.2主要試驗設備
1.2.1成型設備
主要包括電機、液壓係統、活塞衝杆、成型套筒和電加熱圈等部分。HPB - III型成型機額定壓力31.5MPa，正常工作壓力25 MPa，生產能力根據原料不同最高可達600 kg h-l，主電機功率18.5 kW，成型套筒外輔4 kW電加熱套，由熱電偶與控製櫃聯結並指示加熱溫度，另外配有自動輸送上料機等輔助係統。成型設備簡圖如圖1所示。
1.2.2生物質燃燒鍋爐
采用河南農業大學農業部可再生能源重點實驗室自行研製的88kW生物質成型燃料鍋爐對成型燃料的燃燒性能進行測試。
1.2.3其他儀器和設備
IRT - 2000A手持式快速紅外測溫儀；KM9106綜合煙氣分析儀；3012H型自動煙塵測試儀；遊標卡尺、秒表、烘幹箱、磅秤、電子天平等。
1.3熱壓成型機理與試驗方法
植物細胞中含有纖維素、半纖維素，還有木質素。秸稈中木質素含量為14%~25%。木質素是具有芳香族特性的結構單體為苯丙烷型的立體結構高分子化合物，在植物細胞中，有增強細胞壁、粘合纖維的作用。木質素屬於非晶體，在常溫下，其主要部分不溶於任何溶劑，也沒有熔點，但有軟化點，當溫度達到70℃~ 110℃時，粘結力增加，在200℃~300℃的高溫條件下，木質素將會軟化、yehua，cishijiayiyidingdeyalishiqiyuxianweisujinmizhanjie，neibuxianglinshengwuzhikelixianghujiaohe，waibuxichujiaoyouhuojiaohua，lengquehoujikechengxingerbuhuisankai。youyujieganzhongmuzhisudezhezhongtexing，jiegandereyachengxingkebuxurenhetianjiajihuozhanjieji，bujinjiangdishengchanchengben，haiyouyugaowenxiaxichuwuderunhuazuoyongerjianxiaolechengxingsuoxuyali，congershinenghaodadajiangdi。
工作時，主電機啟動，帶動液壓泵輸出液力(額定壓力31. 5MPa)，由電液閥控製油缸驅動雙向活塞衝杆往複運動。在指示溫度220℃~ 260℃時shi，喂wei入ru料liao經jing送song料liao帶dai自zi動dong送song入ru喂wei料liao鬥dou，攪jiao拌ban電dian機ji驅qu動dong攪jiao龍long將jiang喂wei入ru料liao推tui入ru預yu壓ya缸gang一yi次ci壓ya縮suo，隨sui後hou一yi次ci壓ya縮suo料liao被bei推tui入ru成cheng型xing套tao筒tong，正zheng常chang工gong作zuo達da到dao壓ya力li25MPa(壓力表讀數)，由雙衝杆油缸驅動活塞擠壓一次壓縮料再次壓縮，並將棒狀成型燃料推出成型套筒，套筒內徑為50~120 mm可調，本次試驗使用內徑120 mm的成型套筒，如圖2。
為了確定成型燃料的穩定性和鬆弛密度，成型燃料從成型套筒推出1 min後立即用遊標卡尺測量其直徑和長度，然後將其在室溫條件下裸露放置3周(室內相對濕度為60%~75%，室內環境溫度28℃~32℃)，再測量1次；取含水率不同的5塊成型樣本分別測量，然後取其平均值，隨後對成型燃料進行抗水性試驗。
2、試驗結果與討論
2.1含水率對鬆弛密度的影響
在(zai)合(he)適(shi)的(de)溫(wen)度(du)及(ji)壓(ya)力(li)下(xia)壓(ya)縮(suo)的(de)成(cheng)型(xing)燃(ran)料(liao)，原(yuan)料(liao)含(han)水(shui)率(lv)會(hui)對(dui)其(qi)成(cheng)型(xing)密(mi)度(du)產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang)。成(cheng)型(xing)塊(kuai)推(tui)出(chu)壓(ya)模(mo)後(hou)含(han)水(shui)率(lv)會(hui)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，隨(sui)著(zhe)放(fang)置(zhi)時(shi)間(jian)的(de)延(yan)長(chang)而(er)趨(qu)於(yu)相(xiang)近(jin)。當(dang)成(cheng)型(xing)塊(kuai)從(cong)成(cheng)型(xing)套(tao)筒(tong)推(tui)出(chu)1 min後，立即用遊標卡尺測量其直徑和長度，同時稱其質量，然後在室溫28℃、相對濕度70%條件下，裸露室內放置3周，待其體積、質量基本穩定後再測量1次，此時測得的密度稱為鬆弛密度。含水率對鬆弛密度的影響如表1。為了保證測量數值準確，取原料含水率分別是8%、12%、15%、18%和21%，直徑為120 mm.長度為100 mm的成型燃料各5塊，分組測量取其平均值，並計算密度變化率。這裏密度變化率定義為：
Q=（初始成型密度-鬆弛密度）/初始成型密度
含水率對鬆弛密度的影響見表1。由表1可知，鬆弛密度及密度變化率受含水率的影響變化很明顯。一般認為，鬆弛密度大於或接近1g· cm-3的成型燃料無論對於燃燒、儲存、運輸都是比較理想的。當含水率大約為12%時，成型密度最大，密度變化率最小，原料的含水率為8%～15%shijunkededaojiaolixiangdechengxingmidu。hanshuilvguogaohuoguodi，junbuyichengxing，budandonglixiaohaoda，shengchanlvdadajiangdi，erqienanyicunfang。hanshuilvguodidechengxingranke，rongyixikongqizhongshuifendaozhizhangliebianxing；若含水率較高，由於傳熱係數增大，電熱損失增加，還會導致成型後耐久性差，甚至由於內部高壓水蒸汽而脹裂、爆裂散開，還常常會發生“放炮”現象。
2.2成型燃料的抗水性
成型燃料的抗水能力是評價其穩定性的一個重要指標，耐水浸能力差的成型燃料會給運輸、儲chu存cun帶dai來lai麻ma煩fan，需xu要yao增zeng加jia防fang水shui防fang潮chao投tou資zi。試shi驗yan證zheng明ming大da粒li徑jing秸jie稈gan加jia工gong成cheng型xing燃ran料liao的de耐nai水shui性xing優you於yu細xi小xiao粉fen粒li加jia工gong而er成cheng的de成cheng型xing燃ran料liao，而er且qie抗kang衝chong擊ji能neng力li強qiang。
任意取露天放置3周後的不同原料含水率、相近長度的成型物放入水池中(為了便於試驗，成型燃料長度不大於100 mm)，添加自來水浸沒試驗物，觀察並記錄成型燃料的脹裂、散開時間，結果如圖3。
從圖3看出，相同含水率的玉米秸稈成型燃料抗水侵蝕時間長於大豆秸稈成型燃料，最久可持續300 h以上不散開，含水率過高、過低的成型燃料其耐水性能差，原料含水率大於21%的成型燃料在水中不到1h就膨脹、鬆散。這種大粒徑原料壓縮成的成型燃料的耐水浸時間遠長於其他成型產品。。主要原因是：①成型時大粒徑秸稈的長纖維沒有被破壞，多數纖維相互膠合、絞連在一起；②200℃以上的高溫會使生物質與成型套筒在接觸麵析出蠟質或形成焦化層，阻止水分浸入；③成型密度較大，空隙率大大縮小，成型燃料結構密實；④玉米秸稈木質素含量比大豆秸稈少，纖維素及半纖維素多，空隙率高，受力均勻易於壓實。
2.3燃燒特性試驗
經試驗測得成型燃料與原生物質的化學性質沒有明顯的變化，隻是物理結構重新調整，導致燃燒特性出現較大的差異。根據GB/T15137 - 1994《工業鍋爐節能監測方法》、GB5468 - 91《鍋爐煙塵測試方法》及GWPB3 - 1999《鍋爐大氣汙染物排放標準》，參照國家標準GB212—91《煤的工業分析方法》和GB5186《生物質燃料發熱量測試方法》，對該生物質成型燃料成分分析以及發熱量、灰分、燃燒性能、環保指標等進行測驗。
2.3.1成型燃料工業及化學分析
參照國家標準GB212 - 91《煤的工業分析方法》和GB5186《生物質燃料發熱量測試方法》，對成型燃料進行工業分析和元素分析，所得各成分空氣幹燥基的質量百分比及發熱量見表2與表3。可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，生(sheng)物(wu)質(zhi)成(cheng)型(xing)燃(ran)料(liao)的(de)揮(hui)發(fa)分(fen)遠(yuan)遠(yuan)高(gao)於(yu)煤(mei)，灰(hui)分(fen)和(he)含(han)碳(tan)量(liang)小(xiao)於(yu)煤(mei)，這(zhe)些(xie)特(te)點(dian)決(jue)定(ding)了(le)生(sheng)物(wu)質(zhi)秸(jie)稈(gan)成(cheng)型(xing)燃(ran)料(liao)燃(ran)燒(shao)時(shi)與(yu)煤(mei)相(xiang)比(bi)具(ju)有(you)易(yi)燃(ran)燒(shao)、低汙染等特性。
2.3.2秸稈成型燃料燃燒性能
為了取得真實的燃燒效果、kekaodeshiyanshuju，benshiyancaiyongzaishiyongguoluzhongjinxingranshaoxingnengshiyandefangshi，suoyongguoluweihenannongyedaxuenongyebukezaishengnengyuanzhongdianshiyanshizixingyanzhideshengwuzhichengxingranliaozhuanyongguolu。gaishengwuzhichengxingranliaoguolucaiyongshuangcenglupai、風機強製對流、上燃下吸式燃燒，屬於常壓熱水鍋爐，設計功率88kW，每小時燃燒消耗成型燃料20~ 27 kg。
2.3.2.1點火性能
取含水率8%的2種成型燃料各100 kg，每次試驗取其中一種20 kg左右加入上爐膛，用少許稻草引燃。秸稈成型燃料特點是揮發分高而空隙率低、結jie構gou密mi實shi，其qi組zu織zhi結jie構gou限xian製zhi揮hui發fa分fen由you內nei向xiang外wai的de析xi出chu速su度du，熱re量liang由you外wai向xiang內nei的de傳chuan播bo速su度du減jian慢man，由you於yu與yu氧yang接jie觸chu麵mian減jian少shao，使shi得de點dian火huo所suo需xu的de氧yang原yuan生sheng物wu質zhi點dian火huo有you所suo減jian少shao，因yin此ci其qi點dian火huo性xing能neng比bi原yuan生sheng物wu質zhi有you所suo降jiang低di，但dan遠yuan遠yuan高gao於yu型xing煤mei的de點dian火huo性xing能neng。總zong的de說shuo來lai，生sheng物wu質zhi成cheng型xing燃ran料liao的de點dian火huo特te性xing更geng趨qu於yu生sheng物wu質zhi點dian火huo特te性xing，影ying響xiang成cheng型xing燃ran料liao點dian火huo的de主zhu要yao因yin素su有you鬆song弛chi密mi度du、生物質種類、成型燃料幾何尺寸等，鬆弛密度越小、ranliaohuifafenyuegaoerkongxilvyuedidianhuoyuerongyi，fanzhidianhuoxingnengjiangdi。wulunhezhongchengxingranliao，qidianhuoshijianjunbixingmeiyinranshijianduanshubei，qidianhuowenduyuyuanshengwuzhixiangbilveyoutigao，danyuandiyuxingmei。
2.3.2.2燃燒過程
秸稈成型燃料燃燒時，它仍不失生物質秸稈的燃燒特性。整個燃燒過程大致為揮發物燃燒——表麵焦炭過渡區燃燒——滲透擴散燃燒——灰塊形成4個階段。其實質屬於靜態滲透式擴散燃燒。
首先，成型燃料燃表麵可燃揮發物析出並開始燃燒，進行可燃氣體和氧氣的熱化學反應，此時燃燒屬於動力區：燃燒持續10 min左右，可燃揮發物燃燒速度較快，形成藍色並略帶淺橙色的中長火焰；隨後，成型燃料表層部分的碳開始燃燒，外焰紅色加重，形成橙紅色火焰，燃燒速度變慢；燃燒又持續10 min左右，紅色漸褪，藍色、橙色變多，漸漸形成藍色外焰包圍著黃色火苗的火焰；又燃燒5 min左右，火苗藍色變少，火焰變短，這時明火較多，形成紅色火焰。
接著，燃燒逐漸向成型燃料更深層——焦炭層滲透擴散，進入靜態滲透區：CO氣體向外擴散，不斷與02結合生成C02，大約經過15 min後，成型燃料表麵生成薄灰殼，外層包圍著藍色短火焰，藍色火焰又被內部溢出的揮發分燃燒形成的黃色長火焰包圍；隨著時間的推移，成型燃料進一步向更深層發展，在層內主要進行碳燃燒（即C+Oz= CO），在燃料表麵進行一氧化碳的燃燒(即CO +02= C02)，這時藍色火焰消失，形成紅色的中長火焰，火焰逐漸變短。這一階段燃燒溫度達到最高，大約持續30 min。
最後，燃料中剩餘碳繼續燃燒：zheshikeranwujibenranjin，ranliaokuaixingchengyigezhengtidehuoqiu，suizheranliaojixuranshao，huoyanzhujianbianduan，huoyanyansezhujianbianan，zhizhihuiqiubiaomiankanbuchuhuoyan，huiqiubianchengyituananhongsehuikuai，ranhoufenghuobaowenbingjilushiyanshuju。
試驗發現，一次加入成型燃料塊燃燒持續時間超過60 min，穩定燃燒時最高溫度超過1100℃，整個過程溫度變化如圖4。圖中曲線變化說明：由於含碳量高，大豆秸稈成型燃料最高溫度高於玉米秸稈成型燃料；揮發分高、成型密度大導致玉米秸稈成型燃料點火溫度低於大豆秸稈成型燃料，但穩定燃燒持續時間長；低空隙率使大豆秸稈成型燃料保溫時間長且封火溫度高於玉米秸稈成型燃料。
2.3.2.3煙塵及結渣分析
待成型燃料充分燃燒後，應用KM9106綜合煙氣分析儀測得煙塵中的CO、C02、S02、NOx體積百分比分別為CO <0.3%，5.9
燃燒灰渣與結渣情況也是衡量燃料優劣的重要參數。由於秸稈灰分低，秸稈成型燃料燃燒後灰渣所占比例一般不超過其重量的10%。燃料燃燒時如果結渣嚴重則降低燃料燃燒效率，不利於鍋爐正常運行。結渣性能除了受生長秸稈的土質（Si、K等礦物質含量不同）影響，還隨著鬆弛密度增大而趨於嚴重。試驗發現，成型密度<1. 05 g· cm-3的燃料燃燒時結渣率<1.2%，成型密度> 1.05 g· cm-3的de成cheng型xing燃ran料liao燃ran燒shao時shi，由you於yu燃ran料liao密mi度du大da，燃ran燒shao持chi續xu時shi間jian長chang，造zao成cheng爐lu膛tang中zhong心xin溫wen度du較jiao高gao，容rong易yi結jie渣zha，但dan結jie渣zha率lv與yu型xing煤mei相xiang比bi仍reng然ran是shi很hen小xiao的de。鬆song弛chi密mi度du對dui結jie渣zha影ying響xiang曲qu線xian如ru圖tu5。
由圖5不難看出，密度越大越易結渣，鬆弛密度在1g· cm-3左右是比較理想的成型燃料。
3、結論與建議
(1)未經粉碎的大粗經秸稈同樣可以壓縮為成型燃料，而且減少設備造價，簡化加工工藝，易操作、能耗低，產品的密度適中，易燃燒；與粉碎為細微顆粒再成型相比，生產原料的含水率進一步放寬。
(2)大粒經秸稈壓縮的成型燃料的抗水浸蝕時間比粉碎為顆粒成型產品顯著延長，可以有效降低儲存、運輸費用。
(3)大粒經秸稈壓縮的成型燃料燃燒性能優於原生物質、低粉塵、無汙染、基本無CO、S02、NO。等有害氣體排放，C02被植物吸收再利用，重新進入碳循環，秸稈成型燃料燃料屬於綠色環保燃料。
(4)作為成型燃料，從成型壓力（生產動力）、燃燒狀況等因素分析，壓縮密度不宜過大，以鬆弛密度在
1g·cm-3左右為宜，選用大粒經生物質生產成型燃料易於滿足成型工藝要求。
三門峽富通新能源銷售顆粒機、秸稈壓塊機、飼料顆粒機等生物質燃料飼料成型機械設備。
