关键词：生物质固体燃料；木屑颗粒机；木屑制粒机；加工工艺；品质评价
生物质能作为一种清洁、可再生能源，能够有效地缓解我国能源紧张的问题，而且使用中几乎没有温室气体排放，有利于保护生态环境。农业产品加工废料、林业加工剩余物等都是生物质原料的主要来源，我国是农业大国，可以提供丰富的生物质资源。
生物质成型颗粒燃料是指将秸秆、木屑等农林废弃物干燥粉碎后，在木屑颗粒机等生物质成型设备一定的温度及压力作用下，将原来松散的原料压缩成棒状、块状或颗粒状等成型颗粒燃料。生物质固体成型颗粒燃料易于运输和储存，热效率较高，可以替代煤和薪柴，改善农村居民的生活。另外，它也可以作为工业燃料，替代传统的化石能源是生物质能源利用的重要发展方向。目前，生物质固体成型颗粒燃料成型设备主要有螺旋挤压式成型机、活塞冲压式成型机和压辊式成型机。其中，压辊式成型机主要生产颗粒状生物质固体成型颗粒燃料，其又可分为环模成型机和平模成型机。环模成型颗粒机生产效率高，能耗低，已成为西方发达国家的主流产品。随着颗粒状生物质固体燃料的市场化，目前我国对其成型理论、工艺研究还比较薄弱，也缺乏有针对性的国家标准或行业标准。为了加强颗粒状生物质固体燃料的生产和推广使用，对其加工工艺及品质评价进行研究具有重要的意义。
颗粒状生物质固体燃料加工工艺主要分为原料预处理、固体成型、后期处理3个阶段。原料预处理阶段包括原料粉碎、干燥、输送、混配；固体成型阶段包括喂料、成型、切断；后期处理阶段包括冷却、筛选、除尘、调湿、打包。
1.1.1粗粉碎
主要原料为玉米秸秆和木屑，对这些原料经过秸秆粉碎机进行粗粉碎时，粒度在50mm左右的原料可采用挤压揉搓和铡切加工方式，将其粉碎成短细的颗粒状原料。
1.1.2干燥对原料进行干燥，采用气流干燥器或回转干燥器，干燥温度一般为40～70℃，将原料含水率控制为12%～20%。
1.1.3物料混合
将粉碎后的原料通过刮板输送装置、螺旋输送装置连续输送，以保证原料充分混合，调质均匀，水分一致。为改变原料的特性和成型性能，可适当混配其他原料，通过辅助添加装置添加辅助原料，然后将所有原料经刮板输送装置提升到原料混合仓进行混合。
1.1.4细粉碎
将混合后的原料经刮板输送装置输送到精细粉碎机，进行二次粉碎，将原料粒度加工成1～5 mm，然后输送到原料仓中，同时进行自然干燥。
1.2固体成型
1.2.1调质喂料
将原料仓中的混合原料进行调质处理，然后连续稳定地输送到木屑颗粒机等成型设备中。
1.2.2固体成型
使用环模成型机，利用其环形压模和圆柱形压辊等工作部件实现成型，匀料器可将调质处理好的原料均匀地分配到模、辊之间。环模由电机带动旋转，安装在环模内的压辊由压模通过模辊间的原料及其间的摩擦力使压辊只能自转而不能公转，由于模、辊间的旋转，将模、辊间的原料嵌入、挤压成条柱状并从模孔中被连续挤出。环模安装两个压辊；环模压缩比为5.5，采用直形孔，环模厚度为80 mm；模孔有效长度为44 mm，模孔的锥形孔进口直径为10.5mm；减压孔的深度为8mm、直径为8.5 mm。
1.2.3切断
在成型机内安装有可调节间隙的切刀，可将挤压出来的燃料按需要截成一定的长度，便于后续的包装、储存及运输。
1.3后期处理
1.3.1冷却
从成型机刚出来的成型颗粒燃料温度约75～85℃，这种温度下颗粒容易破碎，不易储存，因此必须经过冷却干燥降低其温度和水分。可采用逆流式冷却器使成型颗粒燃料充分冷却干燥至高于室温5℃以下。
1.3.2筛选冷却后的颗粒燃料再进入筛选装置，将不成型或不合格的颗粒筛选出来，并返回到细粉碎装置中再次进行成型。合格的颗粒燃料即可计量包装。
1.3.3除尘
在整个生产流程都要配备除尘装置，主要采用旋风分离、脉冲除尘等方式清除生产过程中的粉尘，以减少粉尘污染，达到国家规定的标准。
1.3.4调湿
根据原料的特性及含水率情况，可对低于成型要求含水率的原料进行调整，适当的添加水分进行调湿处理。
1.4包装、标志、运输和储存
颗粒状生物质固体成型颗粒燃料应进行包装，通常采用覆膜编制袋、塑料密封袋、覆膜纸箱等具有一定防潮和微量透气功能的包装物等进行包装，有条件的企业可采用集装箱。
产品标志应标明产品名称、型号规格、厂名、厂址、净重、执行标准号、储存要求、生产日期及本规程要求标志的性能指标。
运输时要防雨、防火、避免剧烈碰撞；散装产品要采用密闭运输的方式。产品的储存场地应采取防水、防火等措施，包装产品码放整齐，散装产品储存时还应注意防尘。
2、品质评价
由于我国针对颗粒状生物质固体燃料缺乏相对应的标准，因此制约了其推广应用及产业发展。本文主要参照NY/T 1878-2010生物质固体成型颗粒燃料技术条件、NY/T 1882-2010生物质固体成型颗粒燃料成型设备技术条件等国家标准和行业标准，对颗粒状生物质固体燃料品质评价进行研究。主要分为规格尺寸评价、基本性能评价和辅助性能评价。
2.1规格尺寸评价
按照GB 475中规定的方法对颗粒状成型颗粒燃料进行抽样，测量样品尺寸，尺寸要求见表1。
表1 颗粒状生物质固体成型颗粒燃料规格尺寸要求
| 项目 | 颗粒燃料 | |
| 主要原料为草本类 | 主要原料为木本类 | |
| 直径或截面最大尺寸/mm | ≤25 | |
| 长度/mm | ≤4D | |
2.2基本性能评价
基本性能主要包括成型颗粒燃料密度、含水率、灰分、热值。按NY/T 1879的规定采样；按NY/T 1880的规定制备样品；按NY/T 1881.7-2010的规定计算成型颗粒燃料密度；按GB/T 28731-2012的规定计算固体生物质燃料试样水分统计量M。试样水分测定的重复性限为0.15%。计算试样的空气干燥基灰分统计量A。试样灰分测定的重复性限见表2。按GB/T 30727-2014的规定测定成型颗粒燃料的发热量，成型颗粒燃料的基本性能要求见表3。
表2 灰分测定的精密度
| 灰分质量分数Aad/% | 重复性限/% |
| ＜10.00 | 0.15 |
| ≥10.00 | 0.20 |
表3 颗粒状生物质固体成型颗粒燃料基本性能要求
| 项目 | 颗粒状燃料 | |
| 主要原料为草本类 | 主要原料为木本类 | |
| 成型燃料密度/KG·m-3 | ≥1000 | |
| 含水率/% | ≤13 | |
| 灰分含量/% | ≤10 | ≤6 |
| 低位发热量/Mj·kg-1 | ≥13.4 | ≥16.9 |
2.3辅助性能评价
辅助性能主要包括硫含量、氯含量、添加剂含量。按NY/T 1879的规定采样；按lNY/T 1880的规定制备样品；按GB/T 28732-2012的规定选用艾士卡法计算固体生物质燃料试样中的全硫含量统计量S，艾士卡法测定固体生物质燃料中全硫的重复性限和再现性临界差规定见表4；按GB/T 30729-2014的规定计算固体生物质燃料空气干燥试样氯含量统计量Cl，氯测定结果的精密度见表5；辅助性能要求见表6。
表4 固体生物质燃料中全硫测定结果精密度
| 全硫范围S1/% | 重复性St，acl/% | 再现性临界差St，d |
| ≤1.00 | 0.05 | 0.10 |
表5 固体生物质燃料中氯测定结果精密度
| 氯含量Cl/% | 重复性限｛以cl（绝对值）表示）｝/% |
| Cl＜0.100 | 0.010 |
| 0.100≤Cl＜0.500 | 0.020 |
| CL≥0.500 | 0.050 |
表6 颗粒状生物质固体成型颗粒燃料辅助性能指标要求
| 项目 | 性能要求 |
| 含硫量/% | ≤0.2 |
| 氯含量/% | ≤0.8 |
| 添加剂含量/% | 无毒、无味、无害≤2 |
2.4 品质评价规则
颗粒状生物质固体成型颗粒燃料产品规格尺寸、基础性能及辅助性能评价结果的判定，符合以下要求的判为合格，否则判为不合格：①规格尺寸符合表l规定，基础性能符合表3的规定，辅助性能符合表6的规定。②成型颗粒燃料规格尺寸、基础性能及辅助性能检验结果均符合相应技术要求时，判定产品为合格；所检测项目中有1项不合格时，应对产品加倍复检，复检仍有不合格项目时，则判定该产品为不合格。
3、结束语
本文针对颗粒状生物质固体燃料加工工艺及品质评价进行了研究，对了解颗粒状生物质固体燃料成型过程及品质评价具有一定的意义。国家还需加大对生物质固体燃料的关注力度，构建相应的标准体系；加强对压缩环模成型理论、工艺的研究；进一步改进环模成型设备，解决设备生产中稳定性差、生产率低、磨损严重、成型率低等问题，促进生物质固体燃料产业规模化，使生物质固体燃料得到更加广泛的应用。
相关链接：
颗粒机客户案例：/kljykjcgal/
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