與前所述,不加粘結(jié)劑的成型工藝,根據(jù)對物料加溫形式不同,可劃分為常溫成型(不加溫)、熱壓成型(擠壓過程中加溫)、預熱成型(擠壓之前加溫)和成型碳化(擠壓后熱解碳化)4種主要形式。其中,常溫成型工藝必須對纖維類原料浸泡數(shù)日水解處理后,才能改善其壓縮成型特性明顯,使纖維變得柔軟、濕潤皺裂并部分降解,易于壓縮成型。因此,該工藝生產(chǎn)周期長,需要面積大的生產(chǎn)場地和相應的設(shè)施,產(chǎn)品為低密度的壓縮成型燃料塊,故本文不采用該工藝,富通新能源生產(chǎn)銷售秸稈秸稈壓塊機、秸稈顆粒機等生物質(zhì)成型機械設(shè)備,同時我們也大量銷售楊木木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
熱壓成型是國內(nèi)外普遍研究和應用的成型工藝.主要工藝參數(shù)是溫度、壓力和物料在成型模具內(nèi)的滯留時間。該工藝的主要特點是物科在模具內(nèi)被擠壓的同時,需對模具進行外部加熱,將熱量傳遞給物料,使物料受熱而提高溫度,對生物質(zhì)物料施加壓力的主要目的是:(1)使物料原來的物相結(jié)構(gòu)破壞,組成新的物相結(jié)構(gòu)。(2)加固分子間的凝聚力,使物料變得致密均實,以增強成型塊的強度和剛度.(3)為物料在模內(nèi)成型及推進提供動力,成型物料在模具內(nèi)所受的壓應力隨時間的增加而逐漸減小,因此,必須有一定的滯留時間,以保證成型物料中的應力充分松弛,防止擠壓出模后產(chǎn)生過大的膨脹。另外,也使物料有較長時間進行熱交換。此外,擠壓時物料的含水率和顆粒度對成型影響也較大。含水率過高,擠壓過程中物料的水分要受熱蒸發(fā),大量的水蒸汽通過成型筒迅速排放,導致成型失敗。
由于不同種類的生物質(zhì)中木質(zhì)素和纖維素含量及物料的形狀等都不相同。因此成型時對溫度和壓力參數(shù)值的要求也不一樣。即使同一種生物質(zhì),形態(tài)相似而含水率和顆粒度不同,則成型時所需溫度和壓力等也不相同。實踐證明,溫度和壓力選得過高和過低都會導致成型失敗。溫度選得過低則生物質(zhì)中的本質(zhì)素未能塑化變粘,物料不能粘結(jié)成型。反之,如溫度選得過高,則成型燃料的表面出現(xiàn)裂紋,嚴重時成型塊一出口就變成了“散花”。此外,若施加壓力過小,則會使成型燃料無法粘結(jié),而且也無法克服摩擦阻力,因而無法成型。若施加壓力過大,則會使成型燃料在模具內(nèi)滯留時聞縮短,使生物質(zhì)物料加溫不足而無法成型?傊瑹釅撼尚凸に噮(shù)難以有效控制。
熱壓成型設(shè)備存在的主要問題是螺桿、柱塞和套筒等關(guān)鍵部件在經(jīng)受高壓的同時還受到高溫的影響。在高溫高壓和原料顆粒的摩擦作用下,磨損十分嚴重。尤其是螺桿熱壓成型,當擠壓螺桿的壓縮段磨損到一定程度時,成型機便不能正常工作,這是目前國內(nèi)研制的螺桿熱壓成型機不能推廣應用的主要原因。為解決這一問題,國內(nèi)有關(guān)單位在螺桿的制造材料上進行了許多研究,如采用合金鋼制造及局部熱處理方法,也采用碳化鎢焊條堆焊和局部滲硼處理方法,但螺桿的使用壽命仍只有80~200h,也有試驗采用陶瓷材料制造螺桿,或在金屬螺桿的壓縮段噴涂非金屬材料(包括陶瓷材料),但在工藝上均存在一定的難度,推廣應用上也存在問題。因此,必須在成型工藝路線的選擇萬面,尋求更為合理的方案。
成型碳化工藝是將生物質(zhì)壓縮成型與熱解碳化有機結(jié)合、前后連續(xù)的工藝過程,因為采用該工藝的目的是制取熱值較高的成型炭,同時能獲得副產(chǎn)品焦油和煤氣,因此,本文也不考慮該工藝方案。
預熱成型工藝是目前國外最近研究發(fā)展的技術(shù),與上述熱壓成型工藝不同之處在于,該工藝采用在原料進入成型機壓縮之前,對其進行預熱處理,即將原料加熱到一定溫度,使其所含的木質(zhì)素軟化,起到粘結(jié)劑的作用,并且在后續(xù)壓縮過程中能減少成型部件與原料間的摩擦作用,降低成型所需的壓力,從而大幅度提高成型部件的使用壽命,顯著降低單位產(chǎn)品的能耗。此外,這種成型工藝不需對成型機做結(jié)構(gòu)上的太大改變。因此,預熱成型工藝是比較合理的方案。