美國在20世紀30年代就開始研究壓縮成型燃料技術及燃燒技術，研制了螺旋壓縮機及相應的燃燒設備，并在1976年開發(fā)了生物質(zhì)顆粒及成型燃燒設備。日本在20世紀30年代開始研究機械活塞式成型技術處理木材廢棄物，1954年研制成棒狀燃料成型機及相應的燃燒設備，1983年前后從美國引進顆粒成型燃料成型技術及相應燃燒設備，并發(fā)展成了日本壓縮成型及燃燒的工業(yè)體系。70年代后期，由于出現(xiàn)世界能源危機，石油價格上漲，西歐一些國家（荷蘭、瑞典、比利時、芬蘭、丹麥等）開始重視壓縮成型技術及燃燒技術的研究，各國先后有了沖壓式成型機、顆粒成型等各類成型機及配套的燃燒設備。亞洲一些國家（泰國、印度、韓國和菲律賓等）在20世紀80年代已建了不少生物質(zhì)固化、炭化專業(yè)生產(chǎn)廠，并研制出相應的燃燒設備。日本、美國及歐洲一些國家生物質(zhì)成型燃料燃燒設備已經(jīng)定型，并形成了產(chǎn)業(yè)化，在加熱、供暖、干燥、發(fā)電等領域已普遍推廣應用，富通新能源生產(chǎn)銷售木屑顆粒機、秸稈壓塊機等生物質(zhì)燃料成型機械設備，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料出售。
我國的生物質(zhì)固化技術開始于“七五”期間，現(xiàn)已達到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。從20世紀80年代引進螺旋推進式秸稈成型機，生物質(zhì)壓縮成型技術的研究開發(fā)己有二十多年的歷史，陜西省武功縣輕工機械廠研制的螺旋推進式秸稈成型機，遼寧省能源研究所研制的顆粒成型機，南京林產(chǎn)化工研究所研制的多功能成型機，河南農(nóng)業(yè)大學機電工程學院研制的活塞式液壓成型機，在國內(nèi)都已形成了產(chǎn)業(yè)化。20世紀90年代以來，我國部分省市能源部門、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)及個體生產(chǎn)者積極引進成型技術，創(chuàng)辦生產(chǎn)企業(yè)，全國先后40多個中小型企業(yè)開展了這方面的工作，并進行了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，形成了固化成型的良好勢頭。目前國內(nèi)已開發(fā)完成的固化成型設備有2大類：棒狀成型機和顆粒狀成型機，并且主要是螺旋擠壓式成型機和液壓沖壓式成型機。但國產(chǎn)成型加工設備在設計制造及引進過程中，關鍵技術難以解決，對生物質(zhì)成型燃料燃燒理論及燃燒特性方面的研究不夠深入，先進的生物質(zhì)成型燃料專用燃燒設備少，這些都不同程度地存在著技術及工藝方面的問題，這就有待于去深入研究探索、試驗、開發(fā)。盡管生物質(zhì)成型設備還存在著一定的問題，但生物質(zhì)成型燃料有許多獨特優(yōu)點：①便于儲存、運輸：②使用方便、衛(wèi)生；③燃燒效率高；④是清潔能源，有利于環(huán)保。因此，生物質(zhì)成型燃料在我國一些地區(qū)已進行批量生產(chǎn)，并形成研究、生產(chǎn)、開發(fā)的良好勢頭。在我國未來的能源消耗中，生物質(zhì)成型燃料將占有越來越大的份額。
查找相關文獻資，目前科研人員研究的主要內(nèi)容是以下幾個方面：(1)生物質(zhì)壓縮成型工藝研究，具體的分為常溫濕壓成型、熱壓成型和炭化成型和冷壓態(tài)成型，而目前使用最多的壓縮成型技術是熱壓成型工藝。(2)成型設備的研究，具體的包括螺旋擠壓式成型機、活塞沖壓式成型機和壓輥式顆粒成型機，成型設備的不同，成型燃料的形狀也不同，具體的分為棒狀，塊狀和顆粒狀。目前研究最多的是棒狀和顆粒狀成型燃料。(3)成型過程中影響因素的研究，具體如下：①成型過程中的含水率要求，并且對于常見的生物質(zhì)都給出了一個適當?shù)膮⒖挤秶虎诔尚蛪毫Τ尚腿剂侠砘阅艿挠绊懀⑶乙驳贸隽讼鄳淖兓?guī)律；③成型過程中粒徑對成型燃料的影響。對于成型過程中的加熱溫度，含水率變化時對成型溫度的影響，研究的相對較少，據(jù)所查的資料，還沒有給出一個適合的變化規(guī)律。目前研究的對象主要是玉米桿、小麥桿等北方產(chǎn)的作物，對于稻草，稻殼的研究還有待進一步的加深。因此在本次研究中，這是筆者重點研究的一部分內(nèi)容。
本課題研究的主要內(nèi)容為生物質(zhì)固體成型燃料的成型、物理特性、燃燒特性分析。
本課題中，固體成型燃料的原料為木材加工剩余物、芒草、稻殼和稻草。木材加工剩余物主要是木材企業(yè)的廢棄物，本課題試驗使用的木材加工剩余物是楊樹木屑，隨著楊樹產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，僅江蘇省就有800;6以上的企業(yè)是以楊樹為主要生產(chǎn)原料，楊樹來源是江蘇蘇北地區(qū)。芒草作為江西鄱陽湖地區(qū)盛產(chǎn)的秸稈類物質(zhì)，在當?shù)孛磕暧兄S富的產(chǎn)量，目前的用途主要是當作燃料進行直接燃燒。南京林業(yè)大學對芒草當作人造板的原料進行了長期的研究，目前已準備工業(yè)化生產(chǎn)，芒草的葉子部分和一些不合格的芒草不能當作人造板的原料，但可作為能源燃料的原料，原料來源是豐富的，試驗用的芒草是當年收割的。試驗中使用的稻殼取自南京市溧水縣。稻草是取白南京市六合區(qū)農(nóng)村地區(qū)。根據(jù)目前生物質(zhì)固體成型燃料工藝和設備，制作固體成型燃料的原料一般要求粒徑在1cm以下，含水率不超過15%，稻殼和木屑完全符合要求。芒草和秸稈要經(jīng)過粉碎和干燥等工藝處理。每年一到收獲的季節(jié)，秸稈就在田里直接焚燒，不僅浪費了大量的能源，還造成了環(huán)境污染。因此將農(nóng)林廢棄物經(jīng)過處理后制作成固體成型燃料，是利用這些廢棄物的有效途徑之一。
在本課題的試驗過程中，試驗因子及其因子水平的設置依據(jù)為：
(1)參考固體成型燃料的已有研究成果：
(2)依據(jù)木材企業(yè)木廢料形態(tài)與特性；
(3)依據(jù)木材企業(yè)原料種類、能源利用的現(xiàn)狀：
(4)依據(jù)糧食加工企業(yè)稻殼的形態(tài)與特性；
(5)根據(jù)農(nóng)作物秸稈的現(xiàn)有的使用情況；
成型燃料的物理品質(zhì)受原料種類、原料的粉碎粒度、原料含水率、成型壓力、成型溫度、壓模幾何形狀、保型時間等眾多因素的影響，目前人們主要是研究原料的種類、原料的粉碎粒度、原料含水率、成型壓力、壓模幾何形狀、保型時間等因素，并且得出了相應的變化規(guī)律。在本次課題中，在預備試驗中發(fā)現(xiàn)原料的含水率、成型溫度和原料粒徑對生物質(zhì)燃料能否成型影響顯著，因此在本次試驗中試驗因子選取為含水率、成型溫度和原料粒徑。
本課題研究的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
(1)生物質(zhì)成型燃料工藝參數(shù)的研究
在生物質(zhì)固體成型燃料的成型試驗中，結(jié)合已有的固體成型燃料的研究結(jié)果，本文主要分析木材加工剩余物、芒草、稻殼和稻草這四種原料、不同含水率、不同粒徑級（稻殼除外）及成型過程中的加熱溫度對固體成型燃料成型的影響，為固體成型燃料的成型技術提供理論依據(jù)。目前科研人員研究結(jié)果表明：成型壓力對成型效果有著顯著的影響，因此筆者在本次試驗中沒有把成型壓力作為一個影響因素。在作粒徑對固體成型燃料的成型影響試驗中，將木材加工剩余物、芒草和稻草的粒徑級別分為0～10mm，10～20mm，20～30mm;材料的含水率范圍選取5.5%～15%，成型過程中的加熱溫度選取為110℃～260℃。
(2)生物質(zhì)成型燃料物理特性的研究
固體成型燃料成型以后，對燃料進行物理性能試驗研究。生物質(zhì)成型燃料的松弛密度和耐久性是評價生物質(zhì)成型燃料品質(zhì)的重要性能指標，耐久性一般包括生物質(zhì)成型燃料的抗跌碎性、抗變形性、抗?jié)B水性和平衡含水率（抗吸濕性）等幾個指標。由于成型燃料在存儲、運輸和使用過程中要滿足一定的要求，這就對成型燃料的物理性能有著一定的要求。因此在本次試驗中，主要是根據(jù)成型燃料在存儲、運輸和使用過程中的要求，選定成型燃料物理特性的測試項目，主要是對固體成型燃料的松弛密度、抗跌碎性和抗?jié)B水性進行研究，得出原料的含水率、加熱溫度和粒徑大小對生物質(zhì)成型燃料物理性能的影響規(guī)律，為成型設備的研制及生產(chǎn)過程中的控制提供基礎參數(shù)。
(3)成型燃料燃燒特性的研究
本文對固體成型燃料的燃燒特性方面的研究，主要包括對四種原料的發(fā)熱量、影響燃燒速率因素的研究、灰熔點，同時本文使用熱分析天平研究木材加工剩余物、芒草、稻殼和稻草的TG、DTG、DTA曲線，分析固體成型燃料的燃燒動力學特性，確定四種原料的著火點。通過本文的試驗研究掌握生物質(zhì)固體成型燃料燃燒特性的基本數(shù)據(jù)和規(guī)律，從而為使用固體成型燃料和相關燃燒設備的設計提供理論依據(jù)。在固體成型燃料的發(fā)熱量試驗中，本文主要測定了四種固體成型燃料的發(fā)熱量，這是作為一個燃料必須具備的一個基礎數(shù)據(jù)。在固體成型燃料燃燒速度的試驗中，本文主要考慮不同的材料、不同的爐膛溫度、不同的通風量和不同的成型燃料質(zhì)量對固體成型燃料燃燒速度的影響，成型燃料質(zhì)量的不同，反映的是不同的比表面積對燃燒速率的影響。在固體成型燃料的灰熔點試驗中，本文主要研究固體成型燃料燃燒后的灰分進行灰熔點的測定。由于原料總類的不同，同種原料生長地的不同，都會對燃料的灰熔點產(chǎn)生影響。灰熔點測定的目的，是為了合理選擇成型燃料的燃燒設備和燃燒方式，為燃燒設備的研制提供基礎數(shù)據(jù)，富通新能源不但生產(chǎn)生產(chǎn)銷售木屑顆粒機、秸稈壓塊機等生物質(zhì)燃料成型機械設備，同時我們還大量銷售楊木木屑和玉米秸稈顆粒燃料。
