杨志慧，程利娟，孙照斌,张国梁,王 佩(.河北隆化国有林场管理处茅荆坝林场，河北 隆化 06850；.河北农业大学，河北 保定 07000)

废弃刨花板制备成型颗粒燃料物理性能初步研究

杨志慧1，程利娟1，孙照斌2,张国梁2,王 佩2
(1.河北隆化国有林场管理处茅荆坝林场，河北 隆化 068150；2.河北农业大学，河北 保定 071000)

利用废弃刨花板为原料，采用环模制粒机成型设备，把原料压缩成颗粒成型燃料。试验研究生物质成型燃料的物理性质，主要包括生物质的密度、跌碎性、吸水性、渗水性和吸湿性等。结果表明：由废弃刨花板和贴面刨花板制成的生物质成型燃料，其密度、抗跌碎性和抗渗水性的差异较大。在再生木刨花成型燃料中加入杨木刨花，降低了燃料的抗跌碎性和抗渗水性。

废弃刨花板; 成型燃料; 密度; 抗跌碎性; 抗渗水性

废弃木质材料可进行物质、能量的循环再利用。利用废弃木质材料再生制造人造板已经有较多研究，并逐步实现了产业化生产。目前，国内人造板产能过剩，人造板产品市场趋于饱和。废弃木质材料再生化学利用并非适用于所有废弃的木质材料，而且技术可行性和经济可行性方面还有很多工作要做[1-2]。而利用废旧木质材料制造生物质固体成型燃料，可以拓展废弃木质材料的应用范围，提高废弃木质材料的产品附加值。

生物质成型燃料是将生物质原料经过粉碎、调质等处理，在高压条件下，压缩成块状或颗粒状且质地坚实的成型物，除具有比重大、便于贮存和运输、易点火、燃烧性能好、热效率高(是直接燃烧的5倍以上)的优点外，还具有灰分小、燃烧时几乎不产生二氧化硫、不会造成环境污染等优点。可作为热力供应、工业锅炉、农户取暖、炊事及种植业暖房的燃料。生物质能源清洁环保，开发利用过程不会增加温室气体排放，而且减少废旧木质材料的环境污染，因而具有有重大的经济意义、社会意义和生态环境意义[3-5]。

本研究以废弃刨花板为原料，经粉碎后进行筛选及干燥等前期处理，然后利用环模制粒机成型设备，把原料压缩为成型燃料。本文研究生物质成型燃料的物理性质，主要包括生物质的跌碎性，吸水性，渗水性和吸湿性。为废弃刨花板的循环利用提高新的利用途径和技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料

(1)再生木刨花

a 废弃刨花板(树种不详)→人工裁成小块→粉碎机粉碎→干燥筛选→袋装备用。

b 废弃浸渍胶膜纸贴面刨花板(树种不详)→人工裁成小块→粉碎机粉碎→干燥筛选→袋装备用。

利用废旧刨花板而得。将废旧刨花板裁成20cm×20cm的小块，用80～90℃热水浸泡，之后用无刀粉碎机再碎而得，进行干燥、筛选备用。刨花：长：(3～8)mm，宽：(1～2)mm，厚(0.6～0.8)mm，含水率5.5%。

(2)新鲜杨木刨花

杨木刨花：承德某胶合板厂所制废单板用粉碎机粉碎后，进行干燥、筛选备用刨花。尺寸大小同上。

1.2 仪器设备

(1)游标卡尺，测量尺寸应准确至0.01mm；(2)天平，精度应达到0.001g;

(3)台秤，最大称量2kg，感量0.1g；(4)3mm的圆孔筛；(5)2m刻度尺；

(6)电热鼓风干燥箱；(7)称量瓶，由玻璃或耐腐蚀、耐高温材质制成；

(8)干燥器，内装变色硅胶或粒状无水氯化钙，避免样品在空气中吸潮；

(9)万能粉碎机；(10)环模制粒机(环模比为1：6，环模孔直径为6mm)；

(11)塑料袋，能装不小于1kg生物质成型燃料；(12)显微摄像系统；

(13)生物显微镜；(14)刀片；(15)砂纸；(16)镊子。

1.3 实验方法

颗粒燃料成型工艺流程如下：

原料—破碎—清洁处理—细粉碎—干燥—调节原料含水率-环模制粒机成型—筛选—冷却—储存—性能检测。

本次试验是利用环模制粒机，在相同的成型温度下，通过改变原料的搭配和含水率在不同条件下制得的成型颗粒燃料，然后对它们进行物理特性等方面的试验研究。

1.4 成型颗粒燃料的物理特性测试方法

成型颗粒燃料密度、跌碎性、吸水性、渗水性、吸湿性参照文献[6-8]进行。

2 结果与分析

2.1 生物质成型燃料微观观察分析

图1 再生木刨花颗粒燃料横截面

经过模具的挤压后，刨花相互嵌入，丧失了原有的形貌，并且无法观察它们之间的间隙，仅能看出刨花原有骨架弯曲变形、变细，结合处的刨花已经完全变形扭曲，相互搓揉在一起。从横截面可以看出木质颗粒燃料具有分层结构，形貌可分为中心层、过渡层和表层三大部分，这与再生纤维颗粒燃料结构类似。如图1再生木刨花颗粒燃料横截面图所示，中心层散粒体“平铺”，可见片状分布，过渡层散粒体完全扭曲，无法看出其原有形态，表层散粒体“直立”为条状。

2.2 生物质成型燃料密度

本次实验研究了再生木刨花、贴面再生木刨花和(50%杨木+50%再生木刨花)的成型原料在相同粒径和特定含水率下，成型过程中的加热温度相同，对比不同的原料成型效果，找出在此条件下的成型效果最好的原料。

试验原料的含水率设在45%～50%之间，原料的的成型温度设定为165℃。实验结果如下表1。

表1 不同原料生物质成型燃料的密度

如表1不同原料生物质成型燃料的密度表所显示，所测实验燃料的成型密度均大于1g/cm3,由于燃料成型式受挤压，所以一般颗粒燃料密度比木材密度高。其中贴面再生木刨花成型后密度最大，且成型效果较好，密实，表面光滑。密度较大的可能原因是废弃贴面刨花板粉碎后，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，且比杨木与再生木刨花混合略高，成型效果比杨木与再生木刨花混合的略差些；再生木纤维成型后的密度最低，成型效果最差。一般认为对于运输、存储和燃烧比较理想的燃料的松弛密度大于或接近1g/cm3。

2.3 生物质成型燃料耐久性的研究

2.3.1 原料特性对生物质成型燃料跌碎性和吸水性的影响

本次实验研究了再生木刨花、贴面再生木刨花和(50%杨木+50%再生木刨花)的成型原料在特定含水率下，加工过程中的加热温度一致，对比不同的原料跌碎率和吸水率。

试验原料的含水率设在45%～50%之间，原料的的成型温度设定为165℃。实验数据如表2。

表2 不同生物质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，则耐久性越差；相反燃料的跌碎率和吸水率越小，则其耐久性越好。由表2不同生物质成型燃料的跌碎率和吸水率数据可看出贴面再生木刨花成型燃料的跌碎率最大，吸水率最小，则在上述3种燃料中贴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 生物质成型燃料的渗水性研究

本实验主要是检测再生木刨花、贴面再生木刨花和(50%再生木刨花+50%再生木刨花)的渗水情况。如表3所示。

由表3可知，不同燃料的渗水情况不同，刚放入水中全都沉入水中，都会伴有气泡出现，24h后，成型燃料仍可保持其形状，但都已经完全胀大，与人造板相比，成型燃料的渗水性较差。其中再生木刨花成型燃料与(50%杨木+50%再生木刨花)混合的成型燃料相比，杨木降低了其抗渗水性。

2.3.3 生物质成型燃料的吸湿性

本实验主要是测定再生木刨花和贴面再生木刨花成型燃料在湿度为80%，温度为20℃的环境下的吸湿情况。实验数据如表4。

表4 成型燃料不同时间段的吸湿率

成型燃料的吸湿性与粒子的粒径有密切关系，粒径的比表面积大，燃料容易吸湿回潮；但与之相反，由于粒子的粒径变小，使粒子间空隙更易于填充，并且其可压缩性变大，获得内部残存的内应力变小的成型燃料，从而提高了成型燃料的抗吸湿性，削弱了亲水性。

由表4成型燃料不同时间段的吸湿率可得，再生木刨花和贴面再生木刨花在72h后达到质量平衡。与人造板的吸湿率相比，成型燃料的吸湿量很小。成型燃料在吸湿环境中，燃料初始的吸湿速率大，其中贴面再生木刨花成型燃料的吸湿速率较大，且吸湿速率都随时间的延长逐渐变小，再生木刨花成型燃料的吸湿速率较低。成型燃料在吸湿28h之后，其质量变化都不太明显。

3 结论

(1)经观察重新压缩成型后的颗粒燃料，其再生木刨花间紧密交织连接，燃料表层更密实，与废旧刨花板相比，其密度提高，是影响密度增大的主要因素。

(2)原料特性是生物质成型燃料的密度、抗跌碎性和抗渗水性的主要影响因素。

(3)再生木刨花成型燃料中加入杨木刨花，其密度和跌碎率变化不大，但大大降低了其抗渗水性。

[1] 王允飞，于文吉，阎昊鹏，等.废弃刨花板制成的再生刨花中已固化树脂的分布及其活性[J].木材工业，1997，11(5)：3-5.

[2] 贺小翠，穆亚平.废旧人造板资源的回收与再利用[J].木材加工机械，2008，(1):50-52.

[3] 刘圣勇，陈开碇，张百良.国内外生物质成型燃料及燃烧设备研究与开发现状[J].可再生能源，2002，(4):14-15.

[4] 李美华，俞国胜.生物质燃料成型技术研究现状[J].木材加工机械，2005,(2):36-40.

[5] 孙丽英，田宜水，孟海波等.中国生物质固体成型燃料CDM项目开发[J].农业工程学报，2011，27(8)：304-308.

[6] 李惠媛，周定国.影响玉米秸秆颗粒燃料性能的因素分析[J].林产工业，2012，39(1)：27-30.

[7] 盛奎川，吴杰.生物质成型燃料的物理品质和成型机理的研究进展[J].农业程程学报，2004,20(2)：242-245.

[8] 王佩,孙照斌,张振涛，等.再生木纤维制备成型颗粒燃料物理性能的初步研究[J].林业机械与木工设备,2015,43(2)：26-29.

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

国家林业局资助项目.林业行业标准《废弃木材保管规范》(项目编号：2014-LY-068)

杨志慧(1981-)，河北隆化县人，工程师，主要从事森林经营与管理工作.邮箱:yangzhihui1982@126.com.

1001-9383(2017)02-0061-05

TQ517

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