生物質(zhì)成型燃料是生物質(zhì)原料（農(nóng)作物秸稈、木屑、刨花、鋸末等）經(jīng)烘干機、粉碎機干燥粉碎等預(yù)處理后，在
顆粒機、
秸稈壓塊機特定生物質(zhì)成型設(shè)備被加工成的具有一定形狀（圓柱狀、塊狀）、一定密度的固體生物質(zhì)顆粒燃料燃料，如下圖所示。
生物質(zhì)成型燃料和同密度的中質(zhì)煤熱值相當，是煤的優(yōu)質(zhì)替代燃料，且很多性能比煤優(yōu)越，如資源遍布地球，可以再生，含氧量高，有害氣體（例如二氧化硫）排放遠低于煤，C02零排放等，所以被稱為清潔的綠色可再生能源。
生物質(zhì)原料的成型主要有兩種方式：一種是通過外加黏結(jié)劑使松散的生物質(zhì)顆粒黏結(jié)在一起；另一種是在一定溫度和壓力條件下依靠生物質(zhì)顆粒相互間的作用力黏結(jié)成一個整體。目前，生物質(zhì)成型燃料主要通過后一種方式生產(chǎn)。松散的生物質(zhì)原料在不外加黏結(jié)劑的條件下能夠被加工成具有固定形狀和一定密度的燃料，是許多作用力共同作用的結(jié)果。通過近十多年來對生物質(zhì)成型機理的系統(tǒng)研究，目前已經(jīng)形成了對生物質(zhì)的成型過程中各種力作用機制的相對完整的認識。下圖所示是對生物質(zhì)成型過程中原料顆粒的變化及產(chǎn)生的作用力總結(jié)。
生物質(zhì)成型過程中的黏結(jié)機制之一在于固體架橋作用的形成。在壓縮過程中，通過化學(xué)反應(yīng)、燒結(jié)、黏結(jié)劑的凝固、熔融物質(zhì)的固化、溶解態(tài)物質(zhì)的結(jié)晶等作用均可形成架橋作用。在壓縮成型過程中，壓力也可降低顆粒的熔融點并使它們相互靠近，從而增加相互之間的接觸面積并使熔融點達到新的平衡水平。
顆粒之間的相互吸引歸功于范德華靜電力和磁力。范德華靜電力對顆粒間的黏結(jié)作用的影響是很微弱的，通常發(fā)生在微細顆粒之間；同時，對于微細顆粒，當有磁力存在時顆粒間的摩擦力也有助于顆粒黏結(jié)。
纖維狀、片狀或塊狀顆粒之間也可以通過鑲嵌和折疊黏結(jié)在一起。顆粒間的鑲嵌可以為成型燃料提高機械強度用以克服壓縮后彈性恢復(fù)產(chǎn)生的破壞力。Kaliyan和Morey (2010)利用光學(xué)顯微鏡觀察到了柳枝稷成型燃料橫切面上存著的鑲嵌現(xiàn)象，如下圖所示：
生物質(zhì)的化學(xué)組成，包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、灰分等對成型過程也都存在影響。在高溫條件下壓縮時，蛋白質(zhì)和淀粉發(fā)生塑化起黏結(jié)劑作用。成型時的高溫和高壓條件會使木質(zhì)素軟化從而增強生物質(zhì)的黏結(jié)性。低熔融溫度(140℃)和低熱固性使得木質(zhì)素在黏結(jié)過程中發(fā)揮了積極的作用。生物質(zhì)經(jīng)顆粒機或者秸稈壓塊機成型過程中的高壓力可以將生物質(zhì)顆粒壓碎，從而將細胞結(jié)構(gòu)破壞，使得蛋白質(zhì)和果膠等天然黏結(jié)劑成分暴露出來。
針對秸稈的壓縮成型，筆者對秸稈的成型機理進行了研究。秸稈的力傳導(dǎo)性極差，通過對成型過程中各種作用力之間相互關(guān)系的研究，提出了彌補該缺陷的預(yù)壓方式。在工程應(yīng)用中，通過成型設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計使預(yù)壓的受力方向與成型壓力的方向保持垂直，這樣在一定壓力和溫度條件下更有利于被木質(zhì)素攜裹的纖維素分子團錯位、變形、延展，從而使其相互鑲嵌、重新組合而成型。
將松散的生物質(zhì)加工成生物質(zhì)成型燃料的主要目的在于改變?nèi)剂系拿芏取Ｖ萍s生物質(zhì)規(guī)模化利用的一個主要障礙就是其堆積密度（bulk density）低，通常情況下，秸稈類生物質(zhì)的堆積密度只有80～100 g/cm
3，木質(zhì)類生物質(zhì)的堆積密度也只有150～200 g/cm
3。過低的堆積密度嚴重制約了生物質(zhì)的運輸、儲存和應(yīng)用。雖然生物質(zhì)的質(zhì)量能量密度與煤相比并不算很低，但是生物質(zhì)堆積密度低導(dǎo)致其體積能量密度（volume energy density）很低，與煤相比這是其很大的一個缺點。表1.1和表1.2分別給出了生物質(zhì)與煤的能量密度的對比及生物質(zhì)和化石燃料的能量密度。
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生物質(zhì)與煤的能量密度對比 |
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生物質(zhì)的特性 |
生物質(zhì)與煤體積能量密度比值 |
生物質(zhì)與煤質(zhì)量能量密度比值 |
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含水率50%、密度1g/cm3 |
0.25 |
0.33 |
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含水率10%、密度1g/cm3 |
0.57 |
0.66 |
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含水率10%、密度1.25g/cm3 |
0.72 |
0.66 |
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幾種燃料的能量密度對比 |
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燃料 |
含水率（%） |
密度（g/cm3） |
地位熱值（kj/ g） |
地位熱值（kj/ cm3 |
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生物質(zhì) |
50 |
1.0 |
9.2 |
9.2 |
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10 |
0.3 |
18.6 |
11.2 |
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生物質(zhì)成行燃料 |
10 |
1.0 |
18.6 |
20.9 |
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10 |
1.25 |
18.6 |
26.1 |
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木炭 |
0 |
0.25 |
31.8 |
8.0 |
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煙煤 |
— |
1.3 |
28.0 |
36.4 |
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甲醇 |
0 |
0.79 |
20.1 |
15.9 |
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汽油 |
0 |
0.7 |
44.3 |
30.9 |
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注：表中所列數(shù)值是從各種燃料的取值范圍內(nèi)選取的代表值。 |
下圖生物質(zhì)與油、木材、木屑比較的體積能量，密度：
生物質(zhì)的分子密度并不低，可以達劍1.5 g/cm
3，這是生物質(zhì)成型燃料密度的理論上限。但是，植物體內(nèi)有大量的運輸水分和養(yǎng)分的中空導(dǎo)管存在，使得生物質(zhì)的密度顯著下降，硬木的密度通常為0.65 g/cm
3，軟木的密度為0.45 g/cm
3。農(nóng)作物秸稈和水生植物的密度更低。生物質(zhì)在存放過程中，單個的生物質(zhì)個體與個體之間存在有大量的空隙，使得其應(yīng)用的堆積密度更低。通過顆粒機或者秸稈壓塊機壓縮消除顆粒之間的空隙，并將植物體內(nèi)的導(dǎo)管等生物結(jié)構(gòu)宅間填充就可以改變生物質(zhì)的密度，這正是生物質(zhì)壓縮成型的出發(fā)點。
密度的改變不僅解決了制約生物質(zhì)成行燃料規(guī)模化利用在運輸、儲存和應(yīng)用方面面臨的體積能量密度過低的瓶頸，同時，對生物質(zhì)的燃料特性也產(chǎn)生廠積極的作用。生物質(zhì)自身的結(jié)構(gòu)比較疏松，加之其揮發(fā)分含量高且易于析出的特點，使得生物質(zhì)的燃燒過程極其不穩(wěn)定，前期大量揮發(fā)分快速析出極易造成氣體不完全燃燒熱損失，后期松散的炭骨架又易于被熱氣流吹散隨煙氣排出爐外，導(dǎo)致固體不完全燃燒熱損失。由于密度和結(jié)構(gòu)的改變，生物質(zhì)成型燃料燃燒過程中這兩個影響燃料燃燒效率的問題都得到了一定程度的解決，從而改善了燃燒性能。
三門峽富通新能源科技有限公司主要生產(chǎn)顆粒機、秸稈壓塊機、飼料顆粒機、秸稈粉碎機等生物質(zhì)成型機械設(shè)備。同時我們有大量的生物質(zhì)顆粒燃料出售。
