純纖維素呈白色，密度為1.50～1.56g/cm3比熱為0.32～0.33。在水分存在時(shí)，纖維素可結(jié)合成團(tuán)狀，當(dāng)含水率在30%wh左右時(shí)，用較小的力作用即可使纖維，素形成一定的形狀，當(dāng)含水率在10%wb左右時(shí)，對(duì)其施加較大壓力，才能使其成型，但成型后結(jié)構(gòu)牢固。
木素是一類(lèi)以苯丙烷單體為骨架，具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的元定型高分子化合物。雖然各種植物都含木素，但它們的組成、結(jié)構(gòu)并不完全一樣，在常溫下木素主要部分不溶于任何有機(jī)溶劑，木素屬非晶體，沒(méi)有熔點(diǎn)但有軟化點(diǎn)。當(dāng)溫度達(dá)70～110℃左右時(shí)，軟化粘臺(tái)力開(kāi)始增加，在200—300℃時(shí)，軟化程度加劇而達(dá)到液化，此時(shí)加以一定壓力，可使其與纖維素緊密粘接，同時(shí)與鄰近的秸稈顆�；ハ嘟唤�。這樣經(jīng)過(guò)一定形狀的成型孔、眼，可以形成具有固定形狀的壓縮成型棒、粒燃料。在熱壓縮成型過(guò)程中，可不用任何粘接劑，因大部分植物體的生物質(zhì)，其本身就已具備了壓縮成型所必需的基本條件。
2、生物質(zhì)壓縮成型的主要影響因素影響生物質(zhì)壓縮成型的主要因素有：原料種類(lèi)、含水率、粒率、成型壓力、壓縮成型模具的形狀尺寸及加熱溫度等。這些影響因素在不同壓縮成型方式條件下的表現(xiàn)形式也不盡相同。
(1)原料的種類(lèi)不同種類(lèi)的原料，其壓縮成型特性有很大差異。原料的種類(lèi)不但影響成型的質(zhì)量，如成型塊的密度、強(qiáng)度、熱值等、而且影響生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)的產(chǎn)量及動(dòng)力消耗。在大量的農(nóng)林廢棄物中，有的植物體粉碎以后容易壓縮成型，有的就比較困難。例如木材廢料一般難壓縮（在壓力作用下變形較�。�，而纖維狀植物秸稈和樹(shù)皮等容易壓縮（在壓力作用下變形較大）。在不加熱條件下，進(jìn)行壓縮成型時(shí)，較難壓縮的原料就不易成型，容易壓縮的原料則成型也較為容易，但是在加熱的條件下進(jìn)行壓縮成型時(shí)，如棒狀燃料生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)，木材廢料雖然難于壓縮，但木材本身的木素含量高，在高溫下能起粘結(jié)作用。因此，其成型反而容易。而植物秸稈和樹(shù)皮等，原料的粘結(jié)能力弱，因此不易成型．所以原料種類(lèi)對(duì)壓縮成型的影響與成型方式有密切關(guān)系．
(2)原料的粒度原料粒度的大小也是影響壓縮成型的重要因素。對(duì)于某一確定的成型方式，原料的粒度大小應(yīng)不大于某一尺寸。例如：對(duì)于直徑為6mm的顆粒成型燃料，通常要求原料的粒度不大于5mm。一般來(lái)說(shuō)，粒度小的原料容易壓縮，粒度大的原料較難于壓縮。在對(duì)不同粒徑原料進(jìn)行壓縮試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)原料的粒徑越小，在相同的壓力及其實(shí)驗(yàn)條件下，其粒子的延伸率或變形率較大。即粒徑越小，越容易成型。這種傾向在要求原料粒度較小的成型方式條件下較為明顯。
原料的粒度同樣影響生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)的效率及成型物的質(zhì)量。當(dāng)原料粒度較大時(shí)，生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)將不能有效地工作，能耗大，產(chǎn)量小。原料粒度不均勻，特別是形態(tài)差異較大時(shí)，成型物表面將產(chǎn)生裂紋，密度、強(qiáng)度降低。但對(duì)有些成型方式，如沖壓成型時(shí)，要求原料有較大的尺寸或較大的纖維，原料粒度小反而容易產(chǎn)生脫落。
(3)原料的含水率原料的含水率是生物質(zhì)壓縮成型過(guò)程中需要控制的一個(gè)重要參數(shù)。原料的含水率過(guò)高或過(guò)低都不能很好地成型。對(duì)于顆粒成型燃料，一般要求原料的含水率在15%～25%wb左右，對(duì)于棒狀成型燃料，要求原料的含水率不大于10%wb左右。
(4)成型壓力與模具尺寸成型壓力是植物材料壓縮成型最基本的條件。只有施加足夠的壓力，原材料才能被壓縮成型。但成型壓力與模具（成型孔、成型容器）的形狀尺寸有密切關(guān)系，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)都采取擠壓成型方式，即原料從成型模具的一端連續(xù)壓人，又從另一端連續(xù)擠出，（出料端直徑小于進(jìn)料端直徑），這時(shí)原料擠壓所需要的成型壓力與容器內(nèi)壁面的摩擦力相平衡，即機(jī)器只能產(chǎn)生和摩擦力相同大小的成型壓力。而摩擦力的大小與模具的形狀尺寸有直接關(guān)系。試驗(yàn)說(shuō)明當(dāng)壓力較小時(shí)，密度隨壓力增加而增加的幅度較大，當(dāng)壓力增加到一定值以后，成型物密度的增加就變得緩慢。
(5)加熱溫度加熱溫度也是影響壓縮成型的一個(gè)顯著因素。通過(guò)加熱，一方面可使原料中含有的木素軟化，起到粘結(jié)劑的作用，另一方面還可以使原料席身變軟，變得容易壓縮．加熱溫度不但影響原料成型性，而且影響生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)的工作效率。例如對(duì)于棒狀燃料生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)，當(dāng)機(jī)器的結(jié)構(gòu)尺寸確定以后，加熱溫度就應(yīng)詬整到-J Al合理的范圍。溫度過(guò)低，不但原料不能成型，而且功耗增加，溫度增高，電機(jī)功耗減小，但成型壓力減小，成型物擠壓不實(shí)，密度變小，容易斷裂破損。且棒料表面過(guò)熱燒焦，煙氣較大。
有些成型方式，如顆粒燃料生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)，雖然沒(méi)有外熱源加熱，但在成型過(guò)程中，原料和機(jī)器部件之間的摩擦作用也可將原料加熱到100℃，同樣可使原料所含木素軟化，起到粘結(jié)劑作用。
3、生物質(zhì)壓縮成型的工藝類(lèi)型生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)發(fā)展至今，已開(kāi)發(fā)了許多種成型工藝和生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)械。根據(jù)主要工藝特征的差別，可將這些工藝從廣義上分為濕壓成型、熱壓成型、碳化成型和捆扎成型。其中，熱壓成型工藝是目前普遍采用的生物質(zhì)壓縮成型工藝。這種工藝采用的是在一定的溫度條件下將生物質(zhì)壓縮成型，根據(jù)原料被加熱的部位的不同，p-將這一工藝劃為2類(lèi)：一類(lèi)是原料只在成型部位被加熱，稱(chēng)為“非預(yù)熱熱壓成型工藝”；另一類(lèi)是原料在進(jìn)入壓縮機(jī)構(gòu)之前和在成型部位被分別加熱，稱(chēng)為“預(yù)熱熱壓成型工藝”。
(1)濕壓成型工藝?yán)w維類(lèi)原料經(jīng)一定程度的腐化后，會(huì)損失一定能量，但是與一般風(fēng)干原料相比，其擠壓、加壓性能會(huì)有明顯改善。通常情況下，將原料在常溫下浸泡數(shù)日水解處理后，其壓縮成型特性明顯改善，纖維變得柔軟、濕潤(rùn)皺裂并部分降解，易于壓縮成型。這種方法常用于纖維板的生產(chǎn)，同樣利用簡(jiǎn)單的杠桿和模具等將腐化后的農(nóng)林廢棄物中的水分?jǐn)D出，即可形成低密度的壓縮成型燃料塊。這一技術(shù)在泰國(guó)、菲律賓等國(guó)得到一定程度的發(fā)展，菲律賓一家研究機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)結(jié)果表明，這類(lèi)機(jī)組的生產(chǎn)率可以達(dá)到1t/h，在25%的含水率條件下，成型燃料的平均熱值約為23kj/kg，該類(lèi)燃料在當(dāng)?shù)乇环Q(chēng)為“綠色炭”或“綠色燃料，在燃料市場(chǎng)上具有一定的競(jìng)爭(zhēng)能力。
(2)熱壓成型工藝熱壓成型是目前普遍采用的生物質(zhì)壓縮成型工藝。其工藝過(guò)程一般可分為原料粉碎、干燥混合、擠壓成型和冷卻包裝等幾個(gè)環(huán)節(jié)。由于原料的種類(lèi)、粒度、含水率、成型壓力、成型溫度、成型方式、成型模具的形狀和尺寸以及生產(chǎn)規(guī)模等因素對(duì)成型工藝過(guò)程和產(chǎn)品的性能都有一定的影響，所以，具體的生產(chǎn)工藝流程以及生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)結(jié)構(gòu)和原理也有一定的差別，但是在各種熱壓成型方式中，擠壓成型作業(yè)都是關(guān)鍵的作業(yè)步驟。
熱壓成型的主要工藝參數(shù)是溫度、壓力和物料在成型模具內(nèi)的滯留時(shí)間。該工藝的主要特點(diǎn)是物料在模具內(nèi)被擠壓的同時(shí)，需對(duì)模具進(jìn)行外部加熱，將熱量傳遞給物料，使物料受熱而提高溫度。
加熱的主要作用是：(1)使生物質(zhì)中的木質(zhì)素軟化、熔融而成為粘結(jié)劑。由于植物細(xì)胞中的木質(zhì)素是具有芳香族特性、結(jié)構(gòu)單位為苯丙烷型的立體結(jié)構(gòu)高分子化合物，當(dāng)溫度為70～110℃時(shí)軟化，粘合力增加，達(dá)到140～180℃時(shí)就會(huì)塑化而富有粘性，在200～300℃時(shí)可熔融。因此，對(duì)生物質(zhì)加熱的主要目的，就是將生物質(zhì)中木質(zhì)素加熱后起到粘結(jié)劑的作用。(2)使成型塊燃料的外表層炭化，使其通過(guò)模具時(shí)能順利滑出而不會(huì)粘連，減少擠壓動(dòng)力消耗。(3)提供物料分子結(jié)構(gòu)變化的能量。
對(duì)生物質(zhì)物料施加壓力的主要目的是：使物料原來(lái)的物相結(jié)構(gòu)破壞，組成新的物相結(jié)構(gòu)，加固分子陽(yáng)的凝聚力，使物料變得致密均實(shí)，以增強(qiáng)型體的強(qiáng)度和剛度，為物料在模內(nèi)成型及推進(jìn)提供動(dòng)力。
成型物料在模具內(nèi)所受的壓應(yīng)力隨時(shí)間的增加而逐漸減小，因此，必須有一定的滯留時(shí)間，以保證成型物料中的應(yīng)力充分松弛，防止擠壓出模后產(chǎn)生過(guò)大的膨脹。另外也使物料有較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行熱交換。一般滯留時(shí)間應(yīng)不少于40～50。
此外，物料的含水率和顆粒度對(duì)成型影響也較大。含水率應(yīng)低于15%(干基)。含水率過(guò)高，擠壓過(guò)程中物料的水分要受熱蒸發(fā)，大量的水蒸汽通過(guò)成型簡(jiǎn)迅速排放，導(dǎo)致成型失敗。含水率過(guò)低則不利于木素的塑化和熱量的傳遞。物料的顆粒度以直徑和長(zhǎng)度不大于5mm和20mm為宜。過(guò)大則木質(zhì)素塑化不充分，影響結(jié)合強(qiáng)度。
由于不同種類(lèi)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(shí)對(duì)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(shí)所需溫度和壓力等也不相同。實(shí)踐證明，溫度和壓力選得過(guò)高和過(guò)低都會(huì)導(dǎo)致成型失敗。溫度選得過(guò)低則生物質(zhì)中的木質(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(guò)高，則成型燃料的表面出現(xiàn)裂紋，嚴(yán)重時(shí)成型塊一出口就變成了“散花”。此外，若施加壓力過(guò)小，則會(huì)使成型燃料無(wú)法粘結(jié)，而且也無(wú)法克服摩擦阻力，因而無(wú)法成型。若施加壓力過(guò)大，則會(huì)使成型燃料在模具內(nèi)滯留時(shí)間縮短，使生物質(zhì)物料加溫不足而無(wú)法成型。
目前，熱壓成型工藝中采用的擠壓生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)主要有螺旋擠壓式生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)活塞式生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)、液壓驅(qū)動(dòng)活塞式生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)和壓輥式顆粒生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)等幾種形式。其中螺旋擠壓生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)采用連續(xù)擠壓，成型溫度通常調(diào)整在150～300℃之間。為了避免成型過(guò)程中原料水分的快速汽化造成成型塊的開(kāi)裂和“放炮”現(xiàn)象發(fā)生，一般要將原料含水率控制在8%-12%之間，由于啟動(dòng)時(shí)原料溫度較低，因而需要采用電熱元件等對(duì)成型部位進(jìn)行加熱，但在穩(wěn)定運(yùn)行后，原料和成型部件的摩擦發(fā)熱往往不足以滿(mǎn)足成型溫度的要求，還需要外部加熱。成型壓力的大小隨原料和所要求成型塊密度的不同而異，成型塊通常為空心燃料棒。液壓或機(jī)械驅(qū)動(dòng)的活塞式生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)通常用于生產(chǎn)實(shí)心燃料棒或燃料塊。壓輥式生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)大多用于生產(chǎn)顆粒狀的成型燃料，一般不需要外部加熱，但需要在原料中加入—定量的粘結(jié)劑。各種常用擠爪生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)工作部分的結(jié)構(gòu)如圖1-2至圖1-5所示。
(3)預(yù)熱成型工藝與上述熱壓成型工藝不同之處在丁，該工藝采用在原料進(jìn)入生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)壓縮之前，對(duì)其進(jìn)行了預(yù)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(guò)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。印度學(xué)者Bhattacharya(1995)等人利用螺旋式生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)，將預(yù)熱和非預(yù)熱成型工藝做了一個(gè)對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，整個(gè)系統(tǒng)能耗下降了40.2%，成型部件壽命提高了2.5倍。目前國(guó)內(nèi)研制成功的成型設(shè)備都采用非預(yù)熱熱壓成型工藝，預(yù)熱成型的研究尚處在起步階段，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有見(jiàn)到相關(guān)研究報(bào)導(dǎo)。
(4)碳化成型工藝碳化成型工藝的基本特征是，首先將生物質(zhì)原料碳化或部分碳化，然后再加入一定量的粘結(jié)劑擠壓成型。由于原料纖維結(jié)構(gòu)在碳化程中受到破壞高分子組份受熱裂解轉(zhuǎn)換成炭并釋放出揮發(fā)份（包括可燃體、木醋液和焦油等）因而其擠壓加工性能得到改善，成型部件的機(jī)械磨損和擠壓加工過(guò)程中的功率消耗明顯降低。但是，碳化后的原料在擠壓成型后維持既定形狀的能力較差，貯存、運(yùn)輸和使用時(shí)容易開(kāi)裂或破碎，所以采用碳化成型工藝時(shí)，一般都要加人一定量的粘結(jié)劑。如果在成型過(guò)程中不使用粘結(jié)劑，要保證成型塊的貯存和使用性能，則需要較高的成型壓力，這將明顯提高生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)的造價(jià)。
碳化成型工藝可分為炭粉制備、粘結(jié)劑混合，擠壓成型和成品干燥4個(gè)步驟，成型過(guò)程的工藝流程見(jiàn)圖。理想的粘結(jié)劑必須能夠保證成型碳?jí)K具有足夠的強(qiáng)度和抗潮解性而且在燃燒時(shí)不產(chǎn)生煙塵和異味，最好粘結(jié)劑本身也可以燃燒。常用的粘結(jié)劑可分為無(wú)機(jī)粘結(jié)劑、有機(jī)粘結(jié)劑和纖維類(lèi)粘結(jié)劑3類(lèi)。其中無(wú)機(jī)粘結(jié)劑如水泥、粘土和水玻璃等雖然具有一定的粘結(jié)能力，但這類(lèi)粘結(jié)劑會(huì)增大燃料的灰份含量，降低燃料的熱值，而且在碳?jí)K燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象，所以使用效果較差。有機(jī)類(lèi)粘結(jié)劑如焦油、瀝青、樹(shù)脂和淀粉等也具有較強(qiáng)的粘結(jié)能力，淀粉類(lèi)粘結(jié)劑使用量一般為4%左右，雖然在燃燒時(shí)不產(chǎn)生煙氣，但其抗潮解能力較差，焦油、瀝青和糖漿廢料作為粘結(jié)劑使用時(shí)，用量大約30%，這一類(lèi)粘結(jié)劑的抗潮解能力較強(qiáng)，但在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的煙氣，當(dāng)成型炭作為家用燃料使用時(shí)，往往需要對(duì)成型后的炭塊進(jìn)行二次碳化處理，以減少燃燒時(shí)的煙氣和異昧。纖維類(lèi)粘結(jié)劑如廢紙漿和水解木纖維等工業(yè)廢棄物，價(jià)格低廉，而且具有較好的粘結(jié)能力，使用這一類(lèi)粘結(jié)劑生產(chǎn)的成型炭可以采用自然干燥，而不必進(jìn)行人工干燥，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售的木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)專(zhuān)業(yè)壓制生物質(zhì)成型燃料。
