[科普中國]-微燃料制程系統(tǒng)

燃料制備過程。

生物質(zhì)成型燃料（densified biomass briquetting fuel，DBBF）添加劑的篩選和應(yīng)用對(duì)于 DBBF 的規(guī)?；苽浜透咝紵哂兄匾饬x。

DBBF黏結(jié)劑種類可選擇性高、廉價(jià)易得，但其對(duì)于燃料的機(jī)械強(qiáng)度的改善有待提高；DBBF防腐降沉添加劑來源廣泛，但工作效率低，工業(yè)運(yùn)用效果有待提升；DBBF助燃劑雖然種類較少、機(jī)理尚不明確、無統(tǒng)一的研究開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，但是助燃劑能夠有效改善DBBF的燃燒性能，提高燃燒效率。

簡介生物質(zhì)能源高效利用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)是我國“十三五”規(guī)劃下能源領(lǐng)域研究的重點(diǎn)課題，其中生物質(zhì)成型燃料（densified biomass briquetting fuel，DBBF）是生物質(zhì)能源利用的重要途徑。生物質(zhì)成型燃料技術(shù)包括生物質(zhì)直接成型和生物質(zhì)炭化成型兩種方式，在DBBF利用的過程中，添加劑不僅在燃料規(guī)模化制造成型的過程中起到重要的黏結(jié)作用，其在燃燒前后對(duì)DBBF的提質(zhì)改性也有重要的應(yīng)用前景。

按照添加劑功能和作用機(jī)理的不用，大致可以分為：黏結(jié)劑、防腐降沉添加劑和助燃劑三類。其中黏結(jié)劑主要應(yīng)用在DBBF成型過程中，其依據(jù)不同的成型工藝，又可以分為常溫（冷壓）成型黏結(jié)劑、熱壓成型黏結(jié)劑、炭化成型黏結(jié)劑。黏結(jié)劑應(yīng)用廣泛，對(duì)于DBBF燃料機(jī)械強(qiáng)度的提升有重要作用。防腐降沉添加劑的應(yīng)用旨在降低DBBF燃燒過程中對(duì)設(shè)備的腐蝕和因焦化積灰引起的設(shè)備損傷，對(duì)提升DBBF燃燒效率和設(shè)備的使用壽命有重要意義。

DBBF助燃劑是依據(jù)燃燒催化機(jī)理發(fā)展起來的一種促進(jìn)DBBF燃燒的添加劑，助燃劑的使用大大改善了DBBF點(diǎn)火困難的困局，也極大地提升了DBBF的燃燒性能。由于DBBF添加劑的優(yōu)良性能，目前在DBBF規(guī)模化生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，除此之外國內(nèi)外很多學(xué)者還對(duì)DBBF添加劑的使用性能和作用機(jī)理做了較為全面的研究，但是絕大多數(shù)的綜述性文獻(xiàn)針對(duì)的是DBBF本身和其制備、燃燒設(shè)備炭化成型工藝黏合劑的研發(fā)及機(jī)理研究現(xiàn)狀。1

生物質(zhì)炭化成型工藝生物質(zhì)炭化成型工藝是指將生物質(zhì)進(jìn)行炭化，至粉狀后添加一定的黏結(jié)劑并擠壓至一定形狀。生物質(zhì)在炭化的過程中纖維素遭到破壞，生物質(zhì)高分子組分裂解為炭，所以粉體成型主要依靠黏結(jié)劑，且其成型機(jī)理類似于常溫（冷壓）成型工藝。從熱力學(xué)觀點(diǎn)來看，炭粒成型過程是體系熵減小的非自發(fā)過程，必須有外界做功才能促使炭粒成型。從表面化學(xué)觀點(diǎn)來看，體系表面能在炭粒破碎的過程中不斷增大，而黏結(jié)劑在炭粒成型中的作用正是分子充分潤濕顆粒表面，降低體系的表面能。

TAYLOR認(rèn)為炭粒成型存在擠壓階段和松弛階段。擠壓階段，黏結(jié)劑在炭粒表面分布并逐步進(jìn)入顆粒之間狹窄的空隙，在一定溫度和壓力的作用下，形成許多連接周圍例子表面的黏結(jié)劑液橋（liquid bridge）。在松弛階段，顆粒與黏結(jié)劑之間的距離擴(kuò)大，部分黏結(jié)劑退回原位置，但此時(shí)仍有部分黏結(jié)劑液橋連接。徐振剛等針對(duì)無機(jī)黏結(jié)劑和有機(jī)黏結(jié)劑對(duì)于炭粒的黏結(jié)效果分別作了研究，發(fā)現(xiàn)兩者在炭粒黏結(jié)中的作用機(jī)理有所不同：無機(jī)黏結(jié)劑對(duì)于炭粒成型的黏結(jié)作用主要依靠的是毛細(xì)管力、離子鍵力；而有機(jī)黏結(jié)劑對(duì)于炭粒的黏結(jié)機(jī)理主要依靠的是相似相溶原理，炭粒對(duì)于黏結(jié)劑有較強(qiáng)的親和力，即在極性分子基團(tuán)之間形成共價(jià)鍵和氫鍵，非極性電子基團(tuán)之間形成色散力。

黏結(jié)劑的添加不僅減少了物料顆粒對(duì)成型設(shè)備的磨損，而且對(duì)于燃料加工性能和設(shè)備功率損耗均有所改善，但是，成型制品在運(yùn)輸和存儲(chǔ)的過程中易開裂是生物質(zhì)炭化成型工藝目前面臨的主要問題。鑒于此，開發(fā)和選擇合適的黏結(jié)劑對(duì)于發(fā)展和改善生物質(zhì)炭化成型工藝有重要作用。近年來，很多學(xué)者已經(jīng)通過研究黏結(jié)劑的種類、用量、炭粉粒度及成型工藝對(duì)炭成型塊性能的影響，研究開發(fā)出種類繁多的生物質(zhì)炭化成型燃料的黏結(jié)劑，總體看主要由無機(jī)黏結(jié)劑、有機(jī)黏結(jié)劑和復(fù)合類黏結(jié)劑三種組成。無機(jī)類黏結(jié)劑雖可以提高DBBF的機(jī)械強(qiáng)度，但是添加過多的無機(jī)類黏結(jié)劑會(huì)減低燃料中的碳含量，降低DBBF的燃燒性能。有機(jī)類黏結(jié)劑雖然在添加后的燃料機(jī)械強(qiáng)度相比前者有所降低，但是其與燃料表現(xiàn)出較好的親和力，且能夠均勻的分布在生物質(zhì)粉體表面，環(huán)保是生物質(zhì)碳的主要特點(diǎn)之一，所以在黏結(jié)劑選取上也應(yīng)遵循這一標(biāo)準(zhǔn)，目前常用的生物炭化成型黏結(jié)劑（例如木質(zhì)素黏結(jié)劑、淀粉黏結(jié)劑、植物蛋白黏結(jié)劑等）都是環(huán)?？稍偕酿そY(jié)劑，并且價(jià)格低廉來源廣泛，但是淀粉黏結(jié)劑生物質(zhì)炭成品熱穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度較差，且回溯性較高。

所以黏結(jié)劑的種類選擇與用量決定了生物質(zhì)成型炭的性能，至今很多研究者都將對(duì)生物質(zhì)炭的研究重心放在了黏結(jié)劑的研究開發(fā)與改性上。生物質(zhì)炭化成型的黏結(jié)劑種類繁多，且原料以木炭粉居多，而冷壓成型的黏結(jié)劑雖然在冷杉樹皮和鋸末中也有應(yīng)用，但是主要針對(duì)是以玉米秸稈和水葫蘆為主的草本類生物質(zhì)成型原料。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王寧 - 副教授 - 西南大學(xué)