1.4.1生物質(zhì)致密成型理論研究現(xiàn)狀
20世紀(jì)初，生物質(zhì)顆粒燃料致密成型燃料技術(shù)開始有了發(fā)展，美國人對其成型機理進行探討研制出了螺旋擠壓式成型機。20世紀(jì)50年代日本引進國外成型技術(shù)，經(jīng)過研究改進后，制造出了棒狀燃料成型機，并應(yīng)用于生產(chǎn)發(fā)展成日本致密成型燃料工業(yè)體系。到了80年代，日本對生物質(zhì)致密成型技術(shù)進行了研討，對成型機擠壓模模具的尺寸與結(jié)構(gòu)、壓縮時的溫度、壓縮物料的含水率、原料的尺寸大小以及壓縮過程中的能耗等進行了實驗研究，大大改進了致密成型設(shè)備。1984年日本的成型燃料生產(chǎn)廠家達172家，生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)總量達2.6x 105噸。
德國的Rumpf針對不同材料的擠壓致密成型，研究了成型產(chǎn)品內(nèi)部的粘結(jié)方式和粘結(jié)力類型并進行了分類；在對生物質(zhì)致密成型燃料的研究中J.A.Lindley認為，雖然成型顆粒燃料的密度和強度受溫度、壓力、含水量、添加劑等因素影響，但是生物質(zhì)成型燃料內(nèi)部的成型機制都可以用粘結(jié)力和粘結(jié)類型來解釋。國內(nèi)盛奎川、吳杰等人對生物質(zhì)秸稈原料在擠壓成型模具內(nèi)的流變規(guī)律以及受力進行了試驗研究，并對玉米秸稈粉粒體的致密成型過程從微觀的角度進行了粒子結(jié)構(gòu)的分析。
我國于20世紀(jì)80年代開始發(fā)展致密成型燃料技術(shù)，當(dāng)時主要從國外引進致密成型設(shè)備和技術(shù)。隨后，我國研究人員針對國內(nèi)現(xiàn)狀，采納國外先進技術(shù)，對致密成型技術(shù)進行探討研究，使致密成型燃料技術(shù)得到更快的發(fā)展。
董玉平、申樹云等人通過對生物質(zhì)原料在致密成型過程中的非線性變形情況分析，推導(dǎo)了在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下環(huán)模的彈塑性本構(gòu)方程，同時考慮了環(huán)模的熱應(yīng)變及彈、塑性應(yīng)變等影響因素。
姜洋研究了影響成型燃料密度的三個因素，環(huán)模壓縮比、生物質(zhì)原料種類和原料含水率。給出了致密成型過程中原料含水率、玉米秸稈尺寸、壓力與成型產(chǎn)品密度之間的關(guān)系，總結(jié)了在較低能耗情況下的致密成型燃料成型條件。
趙東用計算機對生物質(zhì)原料在杯型模具成型過程進行了模擬。該文通過ANSYS有限元程序分析了生物質(zhì)物料擠壓模具時的狀態(tài)，得到摩擦力一位移關(guān)系，確定了物料在模具中的流變規(guī)律以及模具的應(yīng)變分布，并探討了模具錐度、摩擦系數(shù)等因素對物料擠壓成型的影響。
回彩娟分析了不同生物質(zhì)原料的常溫高壓成型壓塊密度對抗?jié)B水性的影響，總結(jié)出了成型壓力與成形塊的承載能力的關(guān)系。應(yīng)用非線性彈塑性理論，建立本構(gòu)方程，對生物質(zhì)常溫高壓致密成型機理進行研究。
盛奎川對碎棉花秸稈進行致密成型試驗。試驗研究了壓力、棉花秸稈尺寸和溫度三個因素對壓塊機工作效率以及成型松弛塊密度的影響，得到了在初始密度和壓力相同的條件下，常溫壓縮比高溫壓縮的松弛比大，在初始密度和溫度相同條件下，壓力增大，松弛比相應(yīng)減小。
恩和對環(huán)模粗飼料壓塊機行了分析研究，介紹了壓塊機的工作原理，研究了環(huán)模的開孔率、環(huán)模的轉(zhuǎn)速、壓輪直徑、環(huán)模的直徑等對壓塊的成型率、成型壓力的形成、產(chǎn)品密度的影響，給出了環(huán)模轉(zhuǎn)速與成型率、成型孔的長度與密度、成型壓力與密度之間的關(guān)系。
1.4.2-生物質(zhì)致密成型技術(shù)研究現(xiàn)狀
1)致密成型方式
致密成型方式可根據(jù)有沒有堵頭分為“開式”壓縮和“閉式”壓縮。“開式”壓縮是指將物料連續(xù)不斷的喂入沒有堵頭的模具內(nèi)進行壓縮，它是一個連續(xù)的過程，是克服物料與模具之間摩擦阻力下，把物料擠出并成型的過程。在壓縮過程中，每加一次物料都影響到前面的物料的擠壓，其成型阻力主要是模具壁與物料之間的摩擦阻力、變形阻力及物料之間的相對移動等。由于開式模具沒有堵頭，成型阻力與閉式壓縮差異較大。“閉式”壓縮是指將物料放入有封閉堵頭的模具內(nèi)的進行致密成型，達到一定密度后取出，每壓完一次物料都得拿出來成品，然后裝入新物料進行再次壓縮，致密成型后的產(chǎn)品在模具內(nèi)不移動，這個過程是不連續(xù)的。每次擠壓過程互不影響，每次的成型產(chǎn)品質(zhì)量也不一，成型阻力主要來自于模具壁與物料之間的摩擦阻力、變形阻力、模具堵頭阻力及物料之間的相互移動等。目前，國內(nèi)主要進行“開式”壓縮致密成型技術(shù)研究，旨在探索一般工程應(yīng)用的壓縮致密成型規(guī)律。“開式”壓縮和“閉式”壓縮的方式有所不同，但都對致密成型技術(shù)的進一步提高起到推進作用。
2)致密成型工藝
生物質(zhì)秸稈致密成型工藝可分為不同的類型，根據(jù)對原料是否預(yù)處理可分為濕壓成型和干態(tài)成型；根據(jù)對物料是否加熱可分為熱壓成型和常溫壓縮成型。就目前而言，我國應(yīng)用比較廣泛的生物質(zhì)致密成型工藝主要分為常溫壓縮成型和熱壓成型兩種方式。
①常溫壓縮成型
生物質(zhì)秸稈常溫壓縮成型工藝是指，在常溫下將粉碎后的生物質(zhì)秸稈原料利用壓塊成型機擠壓成塊狀成型燃料的過程。其成型機理是在一定原料含水率和壓力條件下，靠物料與模具之間的摩擦熱使物料中的木質(zhì)素軟化和粘合，進而致密成型。
②熱壓成型
熱壓成型工藝主要包括原料粉碎、加熱物料（模具）、壓縮致密成型三個過程。它分為兩種成型方式，非預(yù)熱熱壓成型和預(yù)熱熱壓成型。非預(yù)熱熱壓成型是給模具外部加熱，通過模具將熱量傳遞給物料，使物料溫度升高；預(yù)熱熱壓成型是原料進入成型機模具之前經(jīng)過預(yù)熱處理。
3)致密成型設(shè)備
目前，生物質(zhì)致密成型設(shè)備有很多不足之處，比如對物料的適應(yīng)性差，能耗大等，有待于對其進行工藝參數(shù)的優(yōu)化和結(jié)構(gòu)改進。
我國應(yīng)用的秸稈致密成型設(shè)備主要有螺旋擠壓式、活塞沖壓式和壓輥式成型機三種。
①螺旋擠壓式成型機是研發(fā)應(yīng)用最早的成型機，成型部件結(jié)構(gòu)簡圖如圖1.2所示。它是靠外部電阻絲加熱，維持成型套筒溫度在150～300℃之間，由于熱量傳遞以致生物質(zhì)中纖維素和木質(zhì)素軟化，能夠使生物質(zhì)很好的粘結(jié)在一起。物料經(jīng)過螺桿擠壓推進，進而致密為成型燃料。螺旋擠壓式成型機具有運行穩(wěn)定、成型燃料燃燒值高、可連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點，但是它在致密成型過程中對物料的尺寸大小、物料的，含水率以及螺桿的推進速度要求比較嚴格，成型工藝不好控制；還有就是單位生產(chǎn)率相對較低，單位產(chǎn)品能耗高，并且成型部件螺桿磨損嚴重，使用壽命短。
②活塞沖壓式成型機如圖1-3所示。它主要有部件活塞和套筒，根據(jù)驅(qū)動力的不同分為液壓式成型機和機械式成型機。活塞沖壓式成型機主要用于生產(chǎn)棒狀或塊狀成型品，主要靠摩擦生熱，一般不需要外部加熱，這種機型是靠活塞的運動擠壓使物料致密成型。在實際的生產(chǎn)中主要用的是液壓式活塞沖壓成型機，靠液壓油缸提供動力使物料致密成型。它有使用壽命長、能耗低等優(yōu)點，但也存在機器噪音大、運行穩(wěn)定性差、潤滑油污染嚴重等缺點。
③壓輥式成型機。分為平模成型機如下圖14所示和環(huán)模成型機如下圖1-5所不。
壓輥式壓塊成型機的主要由壓輪和壓模組成。壓模上設(shè)計有成型孔，是被擠壓物料成型的模具，壓輪外周表面加工比較粗糙，以增加摩擦力便于將物料壓入模孔，壓輪可繞自己的軸轉(zhuǎn)動。
壓輥式壓塊機的工作原理是：物料在壓輪的作用下，被擠入成型孔內(nèi)克服物料和模孔壁之間的摩擦阻力，然后被擠出成型，受重力的影響，壓出的成型燃料自動斷裂。壓輥式壓塊成型機按照結(jié)構(gòu)不同，可分為平模式壓塊機和環(huán)模式壓塊機。由于壓輥式成型機能耗低、產(chǎn)量大、適應(yīng)性強、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點，在實際生產(chǎn)中被大量的采用。
我國學(xué)者對壓塊機在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題進行了探討和分析，改進了設(shè)備的關(guān)鍵部件，研究并開發(fā)了適合我國使用的致密成型設(shè)備。
遼寧省能源研究所、中國農(nóng)機院能源動力所、江蘇東海縣糧食機械廠、河北正定常宏木炭設(shè)備制造廠等10余家單位研究和開發(fā)了生物質(zhì)成型燃料設(shè)備。
三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售的顆粒機、秸稈壓塊機、飼料顆粒機等生物質(zhì)燃料飼料成型機械設(shè)備，同時我們還有大量的生物質(zhì)顆粒燃料出售。
