1、材料与方法
1.1材料
选取三种碎料作为燃料棒的原料：1）稻草碎料（含水率9.6%）；2）稻草板砂光粉（后文简称“稻草粉”，含水率7.5%），取自江苏鼎元科技发展有限公司；3）木材人造板砂光粉（后文简称“木粉”，意杨，含水率9.9%），取自徐州长青定向结构板有限公司。碎料粒径分布如图l所示。从图中可见：三种碎料都含有较多的细粉（小于80目：稻草碎料45.61%，稻草板砂光粉80.99%，木材人造板砂光粉67.39%），但稻草碎料粒径分布桕对偏大（大于80目46.61%）。后文将考察原料形态对成型燃料工艺和性能的影响。
1.2燃料棒生产I艺与没备
采用螺旋挤压式成型机，燃料棒呈正六边形，内含20 mm排汽孔。研究表明，致密成型关键工艺因子包括：碎料形态、成型温度、成型压力（或螺旋转速）和碎料含水率等。基本流程为：秸秆碎料和砂光粉准备→颗粒机、秸秆压块机等挤压机升温-装料→挤压成品→残余燃料棒燃烬。基于前人的研究成果，本次研究工艺条件确定为：成型温度为300℃，挤压速度1 m/min，含水率8%～10%，原料配比见表1。
1.3性能测试
为了揭示燃料棒的密实程度和燃烧性能，参照CB/T 212 - 2001《煤的工业分析方法》，分别测试了产品的密度、燃烧速率、水分、灰分、挥发分和固定碳含量。另外，鉴于燃料棒采用无胶挤压形成，在空气中长时间吸湿（水）可能导致膨胀乃至溃散，提出了“时效含水率( Time-related Moisture Content)”的概念，反应燃料棒含水率随时间的变化关系。具体测试方法为：将燃料棒试样置于相对湿度为100%的密闭环境，每间隔24 h称取试样的质量，直到试样呈现溃散现象，再取出烘至绝干获得绝干质量，据此获得各时间点的含水率，探寻含水率与燃料棒溃散时间的相关关系，可为生产燃料棒（未炭化）的贮存与运输提供参考。
2、结果与分析
2.1密度
生物质致密成型技术，是在无外加胶粘剂的状态下，依靠机械加压和加热，使松散的生物质碎料（例如锯末、刨花、砂光粉、稻壳等）密实化，达到较高的密度和强度，以期改善生物质的燃烧性能。由于缺乏外加胶粘剂，密度成为决定燃料成型、强度、耐久性以及燃烧性能的关键因子之一。从表1可以看出，稻木粉屑燃料棒密度普遍高于1.0 g/cm3。
碎料形态和材料性质对密度水平具有显著的影响。从表1中可以看出，在同样的挤压工艺条件下，100%稻草碎料燃料棒在密度1.0g/cm3时即可良好成型，而100%稻草板砂光粉和100%木材人造板砂光粉分别达到1.34 g/cm3和1.27 g/cm3方可。显然，形态越大，碎料的交织能力越强，更有助于成型。相对而言，稻草粉比木粉“自粘”作用更弱，这主要归咎于稻草粉中含量相对高的无机矿物质（如二氧化硅）的阻隔效应。混合碎料(混合比例：20%、50%、80%)也同样体现出上述趋势，稻草碎料含量越高，所需成型密度越低；“木粉一稻草碎料”的混合原料，其成型燃料密度比“稻草粉一稻草碎料”低。
姜洋等( 2004)研究指出，适于生物质成型燃料的碎料，其合理粒径应心于5 mm，长度宜控制在25 mm以下。本项试验进一步表明，在上述优化范围内，可以通过改变碎料形态和材料种类，灵活调控成型燃料的密度，以求达到理想的燃烧性能。
2.2燃烧速率
燃料形态是影响燃烧性能的重要因素。对于碎料型燃料（例如砂光粉），必须采用喷燃或流化燃烧方式，对传统的链条式锅炉进行改造；即便如此，其燃烧速率也受到送料均匀性的影响，难以控制；通过致密成型，上述困难可以得到有效改善。试验测试了不同配比燃料棒的燃烧速率。燃烧初期( 0～10 min)，挥发分浓度较大，燃烧速率普遍快，达到0.60～1.18 g/min；中后期( 1～30 min)，灰壳的逐渐加厚，阻碍挥发份向外溢出，导致燃烧速率放慢且趋于平稳，达到0.03～0.09g/min。从表1可以看出，原料的变化对燃烧速率没有显著影响。
2.3工业分析
工业分析涵盖水分、灰分、挥发分和固定碳等指
标，四个指标测试值满足如下数学关系：水分含量(%)+灰分含量(%)+挥发分含量(%)+固定碳含量(%)= 100%。本试验对不同原料的燃料棒进行分析，结果见表l和图2。结果表明，所有燃料棒产品（1～9号试件）的挥发分含量相近( 64.62%～69.27%)，但灰分含量( 6.62%～20.85%)和固定碳含量(7.54%～22.37%)随粉屑形态和原料配比的变化，呈现显著差异。1）粉屑形态的影响：以1—2号试件为代表，尽管同为稻草，碎料的灰分含量(20.85%)明显比砂光粉( 13.41010)高。这可从稻草板的制造工艺过程分析：稻草一截断(含分选)→粉碎→分选-→稻草碎料→稻草板→砂光→砂光粉。由此可见，从稻草到砂光粉，经历了两次分选工序，导致无机矿物质（灰分）含量有所降低。2）原料配比的影响：随着稻草碎料混合比例的提高（20%→80%），混合燃料棒的灰分合量明显增加（“稻草碎料一木粉”：6.62%→16.72%；“稻草碎料→稻粉”：14.90%→19.36%）。
上述分析进一步表明，通过调整粉屑形态和复合不同原材料，可以有效改善燃料棒的燃烧性能。
2.4时效含水率
燃料棒的形态和尺寸稳定性关系到产品的贮存时间。在试验中，采取加速湿变方式（相对湿度100%），揭示了燃料棒的耐久性能。结果表明，在初含水率为0.32%～2.73%的条件下，9种原料的燃料棒经历9～10天强制吸湿后，含水率达到4.89%～16.59%，普遍呈现溃散现象。初含水率越高，10天后的含水率也越高。值得指出的是，在本次试验中，采取300℃的加热温度条件，产品表面尚无明显炭化现象；如果通过调整挤压工艺，赋予燃料棒表面炭化保护层，可望能延长产品的贮存周期。
图3以1—3号试件为例（其他试件体现了同样的趋势），描述了燃料棒的含水率随时间的变化。从图上可以看出，在100%相对湿度条件下陈放10天，试件含水率MC(t)与时间t呈现强线性关系（回归系数R2见表2），即：MC(t)=MCo+K.t。式中，MCo和K分别为初含水率(%)和每小时变化率(%)。9种试件的线性分析参数（每小时变化率K、回归系数R2）汇总于表2。
从表2可以比较不同原料配比条件下，燃料棒的吸湿速率。三种原料中，稻草板砂光粉每小时变化率K值最大( 2,59%)，稻草碎料其次(2.34%)，木粉最小(2.18%)。这种趋势也体现在混合原料燃料棒中。“稻草碎料一木粉”混合燃料棒中，随着稻草碎料含量的增大(20%～80%)，K值呈明显的递增趋势。这表明，利用碎料、木粉和稻草粉的吸湿差异性，在一定程度上可以调控混合燃料棒的湿变特性。
3、结论
生物质致密成型技术，使稻草粉屑作为工业化燃料成为可能。在挤压速度（压力）和温度确定的条件下，材料种类、碎料形态、成品密度是决定成型燃料产品性能的关键因素，采用粗细匹配、材料混合的方法，可以使稻草和木材两种原料在挤压性、吸湿性等方面优势互补，赋予产品优异的综合性能。
三门峡富通新能源生产颗粒机、秸秆压块机、饲料颗粒机等生物质燃料饲料成型机械设备。
