生物质燃料颗粒：热压成型新趋势

生物质燃料颗粒：热压成型新趋势

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来源

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在“双碳”战略背景下，生物质燃料颗粒作为可再生能源的重要载体，近年来受到广泛关注。通过热压成型工艺，可以将松散的生物质原料转化为高密度、高能量的颗粒燃料，不仅解决了生物质直接利用的诸多问题，还为化石燃料提供了理想的替代方案。

生物质燃料颗粒的热压成型，是将生物质原料在高温高压下压缩成型的过程。这一过程涉及复杂的物理和化学变化，主要包括以下几个关键步骤：

1. 原料预处理：生物质原料需要经过粉碎、干燥等预处理，以达到合适的粒度和水分含量。水分含量一般控制在10-15%之间，过高会导致成型困难，过低则会影响颗粒的强度。

2. 加热与软化：在150-300℃的温度下，生物质中的木质素开始软化，起到天然粘合剂的作用。同时，纤维素和半纤维素也会发生物理变化，使原料更容易压缩。

3. 高压压缩：在10-30 MPa的压力下，生物质原料被压缩成致密的颗粒。这个过程需要克服原料的弹性恢复力，因此压力是决定成型效果的关键因素。

4. 冷却与固化：成型后的颗粒需要迅速冷却，使木质素重新固化，从而保持颗粒的形状和强度。

生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素三种成分组成，它们在热压成型过程中扮演着重要角色：

• 纤维素：作为生物质的主要结构成分，纤维素在高温下会发生软化和重结晶，有助于提高颗粒的机械强度。

• 半纤维素：半纤维素在较低温度下就会分解，释放出水分和挥发性物质。这些物质在成型过程中可以起到润滑作用，有助于提高成型效率。

• 木质素：木质素是天然的粘合剂，在150℃以上开始软化，可以将纤维素和半纤维素粘结在一起，形成稳定的颗粒结构。木质素的含量和性质直接影响成型燃料的品质。

1. 水分含量：水分是影响生物质热压成型的重要因素。适量的水分可以软化纤维，提高原料的塑性，但过多的水分会导致成型困难，降低颗粒的强度。研究表明，大多数生物质原料的最佳水分含量在10-15%之间。

2. 温度：温度对生物质的热解和软化有显著影响。温度过低，木质素无法充分软化，影响成型效果；温度过高则会导致生物质分解，产生大量挥发物，降低成型效率。一般认为，150-300℃是生物质热压成型的适宜温度范围。

3. 压力：压力是决定生物质能否成型的关键因素。足够的压力可以克服原料的弹性恢复力，使生物质紧密压实。研究表明，10-30 MPa的压力范围可以满足大多数生物质的成型需求。

随着“双碳”战略的深入推进，生物质燃料颗粒展现出广阔的应用前景：

1. 工业锅炉燃料：生物质颗粒可以替代煤炭用于工业锅炉，减少温室气体排放。例如，福建金森计划建设的10万吨/年生物质颗粒项目，预计年收入将超过8500万元。

2. 居民取暖：生物质颗粒具有燃烧效率高、热值稳定的特点，适合用于农村和偏远地区的取暖。其成本低廉、储运方便，能够有效改善传统取暖方式的环境问题。

3. 发电与气化：生物质颗粒可以用于生物质发电厂，或者通过气化技术转化为氢气等清洁能源，为构建新型能源体系提供重要支撑。

4. 碳中和效应：生物质燃料在生长过程中吸收的二氧化碳与燃烧时释放的二氧化碳基本相当，具有碳中和效应，符合可持续发展的要求。

生物质燃料颗粒通过热压成型工艺，不仅解决了生物质直接利用的诸多问题，还为化石燃料提供了理想的替代方案。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，生物质燃料颗粒必将在“双碳”战略中发挥越来越重要的作用，为构建清洁低碳、安全高效的能源体系做出更大贡献。