廢棄刨花板制備成型顆粒燃料物理性能初步研究

楊志慧，程利娟，孫照斌,張國梁,王 佩(.河北隆化國有林場管理處茅荊壩林場，河北 隆化 06850；.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定 07000)

廢棄刨花板制備成型顆粒燃料物理性能初步研究

楊志慧1，程利娟1，孫照斌2,張國梁2,王 佩2
(1.河北隆化國有林場管理處茅荊壩林場，河北 隆化 068150；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定 071000)

利用廢棄刨花板為原料，采用環(huán)模制粒機(jī)成型設(shè)備，把原料壓縮成顆粒成型燃料。試驗研究生物質(zhì)成型燃料的物理性質(zhì)，主要包括生物質(zhì)的密度、跌碎性、吸水性、滲水性和吸濕性等。結(jié)果表明：由廢棄刨花板和貼面刨花板制成的生物質(zhì)成型燃料，其密度、抗跌碎性和抗?jié)B水性的差異較大。在再生木刨花成型燃料中加入楊木刨花，降低了燃料的抗跌碎性和抗?jié)B水性。

廢棄刨花板; 成型燃料; 密度; 抗跌碎性; 抗?jié)B水性

廢棄木質(zhì)材料可進(jìn)行物質(zhì)、能量的循環(huán)再利用。利用廢棄木質(zhì)材料再生制造人造板已經(jīng)有較多研究，并逐步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。目前，國內(nèi)人造板產(chǎn)能過剩，人造板產(chǎn)品市場趨于飽和。廢棄木質(zhì)材料再生化學(xué)利用并非適用于所有廢棄的木質(zhì)材料，而且技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性方面還有很多工作要做[1-2]。而利用廢舊木質(zhì)材料制造生物質(zhì)固體成型燃料，可以拓展廢棄木質(zhì)材料的應(yīng)用范圍，提高廢棄木質(zhì)材料的產(chǎn)品附加值。

生物質(zhì)成型燃料是將生物質(zhì)原料經(jīng)過粉碎、調(diào)質(zhì)等處理，在高壓條件下，壓縮成塊狀或顆粒狀且質(zhì)地堅實(shí)的成型物，除具有比重大、便于貯存和運(yùn)輸、易點(diǎn)火、燃燒性能好、熱效率高(是直接燃燒的5倍以上)的優(yōu)點(diǎn)外，還具有灰分小、燃燒時幾乎不產(chǎn)生二氧化硫、不會造成環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)?？勺鳛闊崃?yīng)、工業(yè)鍋爐、農(nóng)戶取暖、炊事及種植業(yè)暖房的燃料。生物質(zhì)能源清潔環(huán)保，開發(fā)利用過程不會增加溫室氣體排放，而且減少廢舊木質(zhì)材料的環(huán)境污染，因而具有有重大的經(jīng)濟(jì)意義、社會意義和生態(tài)環(huán)境意義[3-5]。

本研究以廢棄刨花板為原料，經(jīng)粉碎后進(jìn)行篩選及干燥等前期處理，然后利用環(huán)模制粒機(jī)成型設(shè)備，把原料壓縮為成型燃料。本文研究生物質(zhì)成型燃料的物理性質(zhì)，主要包括生物質(zhì)的跌碎性，吸水性，滲水性和吸濕性。為廢棄刨花板的循環(huán)利用提高新的利用途徑和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

(1)再生木刨花

a 廢棄刨花板(樹種不詳)→人工裁成小塊→粉碎機(jī)粉碎→干燥篩選→袋裝備用。

b 廢棄浸漬膠膜紙貼面刨花板(樹種不詳)→人工裁成小塊→粉碎機(jī)粉碎→干燥篩選→袋裝備用。

利用廢舊刨花板而得。將廢舊刨花板裁成20cm×20cm的小塊，用80～90℃熱水浸泡，之后用無刀粉碎機(jī)再碎而得，進(jìn)行干燥、篩選備用。刨花：長：(3～8)mm，寬：(1～2)mm，厚(0.6～0.8)mm，含水率5.5%。

(2)新鮮楊木刨花

楊木刨花：承德某膠合板廠所制廢單板用粉碎機(jī)粉碎后，進(jìn)行干燥、篩選備用刨花。尺寸大小同上。

1.2 儀器設(shè)備

(1)游標(biāo)卡尺，測量尺寸應(yīng)準(zhǔn)確至0.01mm；(2)天平，精度應(yīng)達(dá)到0.001g;

(3)臺秤，最大稱量2kg，感量0.1g；(4)3mm的圓孔篩；(5)2m刻度尺；

(6)電熱鼓風(fēng)干燥箱；(7)稱量瓶，由玻璃或耐腐蝕、耐高溫材質(zhì)制成；

(8)干燥器，內(nèi)裝變色硅膠或粒狀無水氯化鈣，避免樣品在空氣中吸潮；

(9)萬能粉碎機(jī)；(10)環(huán)模制粒機(jī)(環(huán)模比為1：6，環(huán)?？字睆綖?mm)；

(11)塑料袋，能裝不小于1kg生物質(zhì)成型燃料；(12)顯微攝像系統(tǒng)；

(13)生物顯微鏡；(14)刀片；(15)砂紙；(16)鑷子。

1.3 實(shí)驗方法

顆粒燃料成型工藝流程如下：

原料—破碎—清潔處理—細(xì)粉碎—干燥—調(diào)節(jié)原料含水率-環(huán)模制粒機(jī)成型—篩選—冷卻—儲存—性能檢測。

本次試驗是利用環(huán)模制粒機(jī)，在相同的成型溫度下，通過改變原料的搭配和含水率在不同條件下制得的成型顆粒燃料，然后對它們進(jìn)行物理特性等方面的試驗研究。

1.4 成型顆粒燃料的物理特性測試方法

成型顆粒燃料密度、跌碎性、吸水性、滲水性、吸濕性參照文獻(xiàn)[6-8]進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物質(zhì)成型燃料微觀觀察分析

圖1 再生木刨花顆粒燃料橫截面

經(jīng)過模具的擠壓后，刨花相互嵌入，喪失了原有的形貌，并且無法觀察它們之間的間隙，僅能看出刨花原有骨架彎曲變形、變細(xì)，結(jié)合處的刨花已經(jīng)完全變形扭曲，相互搓揉在一起。從橫截面可以看出木質(zhì)顆粒燃料具有分層結(jié)構(gòu)，形貌可分為中心層、過渡層和表層三大部分，這與再生纖維顆粒燃料結(jié)構(gòu)類似。如圖1再生木刨花顆粒燃料橫截面圖所示，中心層散粒體“平鋪”，可見片狀分布，過渡層散粒體完全扭曲，無法看出其原有形態(tài)，表層散粒體“直立”為條狀。

2.2 生物質(zhì)成型燃料密度

本次實(shí)驗研究了再生木刨花、貼面再生木刨花和(50%楊木+50%再生木刨花)的成型原料在相同粒徑和特定含水率下，成型過程中的加熱溫度相同，對比不同的原料成型效果，找出在此條件下的成型效果最好的原料。

試驗原料的含水率設(shè)在45%～50%之間，原料的的成型溫度設(shè)定為165℃。實(shí)驗結(jié)果如下表1。

表1 不同原料生物質(zhì)成型燃料的密度

如表1不同原料生物質(zhì)成型燃料的密度表所顯示，所測實(shí)驗燃料的成型密度均大于1g/cm3,由于燃料成型式受擠壓，所以一般顆粒燃料密度比木材密度高。其中貼面再生木刨花成型后密度最大，且成型效果較好，密實(shí)，表面光滑。密度較大的可能原因是廢棄貼面刨花板粉碎后，碎料中含有干燥漆膜，其密度大，增加了成型后燃料的密度；其次，再生木刨花成型后的密度次之，且比楊木與再生木刨花混合略高，成型效果比楊木與再生木刨花混合的略差些；再生木纖維成型后的密度最低，成型效果最差。一般認(rèn)為對于運(yùn)輸、存儲和燃燒比較理想的燃料的松弛密度大于或接近1g/cm3。

2.3 生物質(zhì)成型燃料耐久性的研究

2.3.1 原料特性對生物質(zhì)成型燃料跌碎性和吸水性的影響

本次實(shí)驗研究了再生木刨花、貼面再生木刨花和(50%楊木+50%再生木刨花)的成型原料在特定含水率下，加工過程中的加熱溫度一致，對比不同的原料跌碎率和吸水率。

試驗原料的含水率設(shè)在45%～50%之間，原料的的成型溫度設(shè)定為165℃。實(shí)驗數(shù)據(jù)如表2。

表2 不同生物質(zhì)成型燃料的跌碎率和吸水率

成型燃料的跌碎率和吸水率越大，則耐久性越差；相反燃料的跌碎率和吸水率越小，則其耐久性越好。由表2不同生物質(zhì)成型燃料的跌碎率和吸水率數(shù)據(jù)可看出貼面再生木刨花成型燃料的跌碎率最大，吸水率最小，則在上述3種燃料中貼面再生木刨花成型燃料的抗跌碎性最差，其抗吸水性最好。

2.3.2 生物質(zhì)成型燃料的滲水性研究

本實(shí)驗主要是檢測再生木刨花、貼面再生木刨花和(50%再生木刨花+50%再生木刨花)的滲水情況。如表3所示。

由表3可知，不同燃料的滲水情況不同，剛放入水中全都沉入水中，都會伴有氣泡出現(xiàn)，24h后，成型燃料仍可保持其形狀，但都已經(jīng)完全脹大，與人造板相比，成型燃料的滲水性較差。其中再生木刨花成型燃料與(50%楊木+50%再生木刨花)混合的成型燃料相比，楊木降低了其抗?jié)B水性。

2.3.3 生物質(zhì)成型燃料的吸濕性

本實(shí)驗主要是測定再生木刨花和貼面再生木刨花成型燃料在濕度為80%，溫度為20℃的環(huán)境下的吸濕情況。實(shí)驗數(shù)據(jù)如表4。

表4 成型燃料不同時間段的吸濕率

成型燃料的吸濕性與粒子的粒徑有密切關(guān)系，粒徑的比表面積大，燃料容易吸濕回潮；但與之相反，由于粒子的粒徑變小，使粒子間空隙更易于填充，并且其可壓縮性變大，獲得內(nèi)部殘存的內(nèi)應(yīng)力變小的成型燃料，從而提高了成型燃料的抗吸濕性，削弱了親水性。

由表4成型燃料不同時間段的吸濕率可得，再生木刨花和貼面再生木刨花在72h后達(dá)到質(zhì)量平衡。與人造板的吸濕率相比，成型燃料的吸濕量很小。成型燃料在吸濕環(huán)境中，燃料初始的吸濕速率大，其中貼面再生木刨花成型燃料的吸濕速率較大，且吸濕速率都隨時間的延長逐漸變小，再生木刨花成型燃料的吸濕速率較低。成型燃料在吸濕28h之后，其質(zhì)量變化都不太明顯。

3 結(jié)論

(1)經(jīng)觀察重新壓縮成型后的顆粒燃料，其再生木刨花間緊密交織連接，燃料表層更密實(shí)，與廢舊刨花板相比，其密度提高，是影響密度增大的主要因素。

(2)原料特性是生物質(zhì)成型燃料的密度、抗跌碎性和抗?jié)B水性的主要影響因素。

(3)再生木刨花成型燃料中加入楊木刨花，其密度和跌碎率變化不大，但大大降低了其抗?jié)B水性。

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Study on physical properties of biomass briquette made of waste particleboard

YANG Zhi-hui1, CHENG Li-juan1, SUN Zhao-bin2, ZHANG Guo-liang2, WANG Pei2
(1.MaojingbaForestryCentreofHebeiState-ownedForestFarmManagementOffice,LonghuaHebei068150,China;2.CollegeofForestry,AgriculturalUniversityofHebei,BaodingHebei071000,China)

Using waste particleboard as raw material and ring mold granulator molding equipment,raw material is compressed into biomass densification briquetting fuel.Its physical properties are studied experimentally,including density,shatter water absorption,water permeability and moisture absorption.The results showed that difference of density and shatter resistance and water resistance between biomass made from waste particleboard and veneering particleboard was great.Adding poplar wood shavings reduced shalter resistance and water resistance.

Waste particleboard；Biomass densification briquetting fuel；Density；Shatter resistance；Water resistance

2017-04-28

國家林業(yè)局資助項目.林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《廢棄木材保管規(guī)范》(項目編號：2014-LY-068)

楊志慧(1981-)，河北隆化縣人，工程師，主要從事森林經(jīng)營與管理工作.郵箱:yangzhihui1982@126.com.

1001-9383(2017)02-0061-05

TQ517

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