中密度纖維板廠廢料的可利用研究

黃思維，周定國，衛(wèi)佩行，李慧媛，龍海蓉

(南京林業(yè)大學(xué)木材工業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210037)

中密度纖維板是以小徑木材、枝椏材做原材料，經(jīng)削片、篩選、熱磨、施膠、鋪裝、熱壓、鋸邊、砂光等一系列工序加工后，制造而成的一種人造板材。在纖維板制造過程中會產(chǎn)生樹皮、砂光粉、廢纖維、邊角料等木廢料。本文以年產(chǎn)15萬m3的中密度纖維板廠為例，該生產(chǎn)線木廢料生成的來源及比例如圖1 所示。

該生產(chǎn)線原料投入量為28.82 t·h－1，為節(jié)約成本，無水洗剝皮工序，篩選時(shí)產(chǎn)生的樹皮量約300 kg·h－1，占原料投入總量的1.04%。熱磨產(chǎn)生的廢棄纖維日平均量約300 kg，占原料投入總量的0.04%。熱壓成型后經(jīng)過砂光生成的砂光粉量為2 915 kg·h－1，占原料投入總量的10.11%。鋸邊產(chǎn)生的鉅屑與邊條量為1 451.972 kg·h－1，占原料投入總量的5.04%。

1 生產(chǎn)線的基本情況

年產(chǎn)15萬m3的中纖板廠的生產(chǎn)線采用30 層4'×8'多層熱壓機(jī)，毛板寬度1 300 mm、長度2 520 mm，用膠量170 kg·m－3(固體含量50% ±1%)，石蠟用量6 kg·m－3。后期處理工段將連二板分割成4'×8'的毛板，厚度為14.2 mm，雙面砂光。鋸路寬度為4 mm。成品板規(guī)格:1 220 mm×2 440 mm×12 mm。成品板密度和含水率分別為:650 kg·m－3和5%。

圖1 MDF 生產(chǎn)線的木廢料來源及生成比例

2 生產(chǎn)線耗熱計(jì)算

(1)絕干纖維質(zhì)量的計(jì)算:

12 mm 厚中密度纖維板成品(1 220 mm×2 440 mm)，1 m3是28張，是由28張毛板(2 520 mm×1 300 mm×14.2 mm)經(jīng)過砂光和鋸裁而成，即1.30 m3的毛板通過砂光、鋸邊后生產(chǎn)出1 m3成品板。1.30 m3的毛板質(zhì)量=絕干纖維質(zhì)量+85 kg固體膠+6 kg 石蠟+5%的水。

由此得出制成1 m3成品板耗用的絕干纖維質(zhì)量=(2.52×1.3×0.0142×650×28)－85－6－(2.52×1.3×0.0142×650×28)×5%=713.318 kg·m-3

每小時(shí)絕干纖維量Q=(150 000 ÷300 ÷22.5)×713.318=15.852 t·h－1

表1 生產(chǎn)線耗熱量的統(tǒng)計(jì)

(2)耗熱計(jì)算

①纖維干燥耗熱:消耗定額2.596 GJ·t－1絕干纖維，耗熱量2.596 GJ·t－1×15.852 t·h－1=41.152 GJ·h－1

②熱壓耗熱:熱壓消耗定額按0.628 GJ·t－1，絕干纖維熱壓每小時(shí)單耗=0.628×15.852=9.955 GJ·h－1

③熱磨蒸煮、熔蠟耗熱:熱磨蒸煮、熔蠟耗熱定額按1.756 GJ·h－1

熱磨蒸煮、熔蠟每小時(shí)單耗=1.756×15.852=27.836 GJ·h－1(每噸蒸汽的熱值為2.51 GJ，折合消耗蒸汽11.1 t)

④制膠用熱:消耗定額4 GJ·h－1(折合消耗蒸汽1.59 t·h－1)

結(jié)論:用熱設(shè)備耗熱量計(jì)算值合計(jì)82.943 GJ·h－1，管路損失按5%計(jì)，則工廠總耗熱量87.308 GJ·h－1

根據(jù)公司測試資料顯示，年產(chǎn)15萬m3密度為650 kg·m－3，規(guī)格為1 220 mm×2 440 mm×12 mm的中密度纖維板，生產(chǎn)過程中主要廢料的熱值為:樹皮熱值12.56 MJ·kg－1，砂光粉熱值17.58 MJ·kg－1，廢纖維熱值15.84 MJ·kg－1，鉅屑及邊條熱值16.75 MJ·kg－1。

表2 生產(chǎn)線能夠提供的燃料量及熱值

結(jié)論:生產(chǎn)線木廢料能夠產(chǎn)生的熱量為84.084 GJ·h－1，管道損失率5%，提供有效能量為79.88 GJ·h－1，生產(chǎn)能源自給率為96.31%。該生產(chǎn)線木廢料產(chǎn)生的熱能基本能滿足工廠供熱需求，不足的部分可用稻殼、花生殼代替。若以花生殼作為補(bǔ)充燃料，則需求量為231.52 kg·h－1，年需求量為1 562.76 t。

年產(chǎn)15萬m3纖維板產(chǎn)對木廢料利用的傳統(tǒng)模式，一般是將樹皮和廢棄纖維直接燃燒。砂光粉是中密度纖維板生產(chǎn)線中產(chǎn)量最大的木廢料，企業(yè)將其一部分砂光粉用于燃燒，另一部分用于制板，但摻合制板的砂光粉不可避免地會影響到產(chǎn)品性能。砂光粉由于其自身具有粘附性、爆炸性等特點(diǎn)，以及不便于收集和處理等問題，使其在企業(yè)中不能得到有效的利用。專家針對砂光粉的特性及安全使用問題，對砂光粉的收集、運(yùn)輸系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)做了諸多研究［1～4］。若將砂光粉制造成顆粒狀燃料，不僅能改善其傳統(tǒng)燃燒方式的安全隱患，而且還可以提高燃燒效率，可以變廢為寶，為企業(yè)增加收入。

3 生物顆粒狀燃料介紹

3.1 生物質(zhì)顆粒燃料的特點(diǎn)

生物質(zhì)顆粒狀燃料是指將具有一定粒度的農(nóng)林廢棄物(鋸屑、稻殼、樹枝、秸稈等)干燥后在一定的壓力作用下(加熱或不加熱)，可連續(xù)擠壓制成粒狀的成型燃料，直徑不超過25 mm。

顆粒狀燃料與散狀燃料、煤相比具有如下特點(diǎn):

(1)節(jié)省空間、清潔環(huán)保

顆粒狀燃料與散狀燃料相比，資源體積縮小了7 倍～10 倍［5］，節(jié)省空間，促進(jìn)生產(chǎn)線清潔生產(chǎn)。砂光粉、廢纖維、花生殼的熱值分別為17.58 MJ·kg－1、15.84 MJ·kg－1、13.23 MJ·kg－1。2 類煙煤的發(fā)熱量標(biāo)準(zhǔn)是:15.49 MJ·kg－1～19.08 MJ·kg－1。已達(dá)到或接近二類煙煤標(biāo)準(zhǔn)的砂光粉、廢纖維和花生殼，用來代替煤的燃燒減少SO2的排放，避免酸雨的形成具有重要意義。

(2)使用安全、便于操控

年產(chǎn)15萬m3的中纖板廠生產(chǎn)線，砂光粉生成量約占原料投入總量的10.11%，如此大的粉塵量，全都摻合制板，不可避免地會影響板材性能。將砂光粉直接燒，熱效率太低。砂光粉的熱值為17.58 MJ·kg－1，是一種很好的燃料，但其安全燃燒的難度較大、易爆炸。目前，較為可靠的砂光粉燃燒方式主要有氣化燃燒、燃燒機(jī)燃燒和噴燃等3 類［6］。若將砂光粉壓制成顆粒形狀的燃料再進(jìn)行燃燒，可大大降低燃燒時(shí)的危險(xiǎn)性，提高燃燒效率。同時(shí)，成型后的砂光粉便于工人操作和量上的控制。

(2)燃燒熱效率高

散狀材料壓制成生物質(zhì)顆粒狀燃料后其熱效率可由原來的10%～30%提高到87%～89%［7］。有關(guān)專家［8～10］對木屑和豆秸做了松散狀態(tài)和成型后的燃燒特性對比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:松散的原料內(nèi)部組織間隙太大，在燃燒時(shí)揮發(fā)分的逸出速度難以抑制，固燃燒效率低。成型燃料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)致密均勻，孔隙率大大減小，限制了揮發(fā)分的逸出速度，延長了燃燒時(shí)間，提高了燃燒效率。

(3)便于運(yùn)輸和儲存

花生殼、稻殼等農(nóng)作物剩余物可作為補(bǔ)充燃料，壓制成顆粒狀后，方便儲存，容易管理，不用擔(dān)心受天氣影響。多余部分燃料可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，銷往城鎮(zhèn)能源市場，也可以兼顧農(nóng)村使用。

3.2 生物質(zhì)顆粒燃料制造工藝

生物質(zhì)成型工藝可分為濕壓成型、熱壓成型、碳化成型和常溫成型4種基本類型［11］。生物質(zhì)顆粒狀燃料成型一般不需要外部加熱，常采用濕壓成型和常溫成型，工藝過程主要包括原料粉碎、調(diào)節(jié)含水率、擠壓成型。濕壓成型是在常溫下，通過特定的擠壓方式將粉碎后的生物質(zhì)纖維互相包嵌而形成的顆粒。常溫成型是將纖維在水中浸潤一段時(shí)間，柔化后，擠出多余的水分，利用壓力和成型摩擦產(chǎn)生的熱使散料成型。

3.3 生物質(zhì)顆粒燃料成型設(shè)備

生物質(zhì)成型設(shè)備按照加壓方式的不同，可以分為輥模擠壓式、活塞沖壓式、螺旋擠壓式等3種機(jī)型。生物質(zhì)顆粒燃料常采用輥模擠壓式成型，一般不需要外部加熱。輥模擠壓式可分為環(huán)模式和平模式:環(huán)模式采用環(huán)形壓模和圓柱形壓輥壓縮成型;平模式采用水平圓盤壓模與壓輥壓縮成型。當(dāng)原料進(jìn)入壓模和壓輥之間，在壓輥擠壓作用下，原料被擠入壓模上的成型孔內(nèi)。從成型孔內(nèi)壓出的原料就變成圓柱形，通過切刀切成顆粒形狀的成型燃料。平模式成型不需要外部加熱，原料適應(yīng)性廣，例如秸稈、木廢料(砂光粉、廢纖維)、稻殼、甘蔗渣等原料強(qiáng)行壓碎后制成顆粒，對原料的粉碎度要求較低，輥模壽命長。而環(huán)模式造粒機(jī)在面對粗纖維物料時(shí)，主要易損件環(huán)模暴露出使用壽命短的問題。

3.4 生物質(zhì)顆粒燃料成型因素

原料的種類、含水率、粒度、成型壓力、成型溫度是影響生物質(zhì)顆粒燃料成型的主要因素。纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等是組成生物質(zhì)原料的主要成分。不同種類原料的主要成分含量各不相同，成型后分子間的連接模式不同。原料的粒徑越小其粒子的延伸或者變形就越大。原料的堆積密度影響原料成型的速率，堆積密度越大成型的速率越高。成型壓力是影響生物質(zhì)成型的重要因素之一，壓力大小影響生物質(zhì)燃料的成型效果，壓力過小不易成型，壓力過大不僅影響模具壽命，而且容易造成顆粒壓潰。成型溫度是影響原料成型的顯著因素，原料中的木素及其他低分子在受熱情況下軟化起到粘結(jié)作用，受到壓力后原料更易被壓縮。但溫度過高會造成成型原料炭化，影響原料的熱值。

4 總結(jié)

年產(chǎn)15萬m3的中密度纖維板廠生產(chǎn)線可產(chǎn)生眾多木廢料，這些木廢料除一部分用于企業(yè)自身的供能外，另一部分完全可以用于制造顆粒燃料。將散狀燃料制造成顆粒燃料后可用于家庭等取暖或供熱，可以提高熱效率，節(jié)省原料，代替煤的使用，減少SO2、CO2的排放。因此將中密度板廢料用于制造顆粒燃料是一種廢物利用的新方式。

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