Study on Comprehensive Utilization of
Bamboo Surplus Material of Processing ( II )

Liu Zhikun Shao Qianjun Yu Yanglun Ye Danhong
(Faculty of Engineering, Zhejiang Forestry College Linan Zhejiang 311300)

Abstract This paper studied and discussed the technological process and moulding condition of long (lump) moulding charcoal with biological substance and starch. The moulding charcoal's calorific value beyond 28 000J·.g-1 and ashes contents are less then 5%, and moulding technology is very simple. This makes good economical benefits, obvious social benefits and ecological benefits
Key words Bamboo surplus material of processing; Moulding Charcoal; Productive Tech- Nology

竹材加工剩余物综合利用研究(二)

刘志坤 邵千钧 余养伦 叶丹红
(浙江林学院工程学院 浙江临安311300)

摘 要 研究探讨了以竹材加工剩余物粉炭、淀粉为原料制造棒(块)状成型炭的工艺过程和成型条件。该成型炭燃烧热值达到28000J·g-1以上，灰分含量在5％以内，成型工艺简单，具有良好的经济、社会和生态效益。
关键词 竹材加工剩余物；成型炭，生产工艺技术

生物质泛指所有通过光合作用将太阳能转化为能量贮存而积累下来的植物总称。作为开发利用研究对象的生物质，一般指农业和林业废料，如木屑、竹屑、秸杆、果壳等。生物质材料具有资源丰富，再生性极强，利用时不产生大量CO2等特点。开展生物质材料利用研究，对能源结构的转换、废弃资源的综合利用及环境保护等方面均有重要意义。
我国仅竹材年产量可达800～900万t，年产各类竹材人造板30万㎡；竹材人造板(按重量计)利用率一般低于40％，有一半以上原料变成加工剩余物，数量巨大且较集中，其利用方法和途径引入关注。为此，曾利用竹材加工剩余物制造碎料板和夹心碎料板，因制造不够经济而未能工业化生产。本项目旨在研究探讨利用竹材加工剩余物均匀加热、控温生产、分级收集竹醋液和利用炭化后的粉炭制造成型炭的工业化方法。将竹材加工剩余物在基本隔绝空气情况下高温炭化再经粉碎、粘结制成成型炭，由于成型工艺可根据使用要求人为控制，作为功能用炭可通过添加缓释物质或功能性物质制成，也可在成型后再二次加工制成。产品的规格和种类可根据其用途及使用要求调整。用生物质材料制成成型炭后，产品能量密度高，易于输送和使用，环境污染小。本文旨在利用竹材加工剩余物炭化后的粉炭制造成型炭，促进竹材加工剩余物的深度开发和综合利用。

1 制造成型,-A的生产设备及工流程
1．1 制造成型炭生产设备
利用粉炭制造成型炭的关键设备如图1。

1． 2 制造成型炭生产工艺流程
制造成型炭工艺流程如图2。关键工序是生物质材料炭化、粘结剂制造、挤(冲)压成型等三道工序。

2 试验材料与方法
2．1 生物质材料炭化
生物质材料炭化是指在基本隔绝空气条件下加热使生物质材料裂解成固体、液体、气体的过程。试验试材取自竹地板厂毛竹材加工剩余物。将竹屑和竹刨花置于自行设计制造的自动控温外热式干馏釜中，升温、搅拌使其均匀加热裂解，当料温超过100℃时，开始按预先设定的温度段进行控制，在各温度段收集冷疑液(竹醋液)，随温度升高裂解不断进行，当竹屑炭化达到预定的效果时开始降温，待温度降至80℃左右时出料，获得竹质粉炭，供试验用。经筛选得到三种粗细的粉炭，见表1。

2．2 粘结剂调配
按适宜比例称取固化剂、淀粉、水。把淀粉加入适量水中搅拌配制成乳浊液；剩余水溶解固化剂，将固化剂溶液冷却至室温后缓慢加入到淀粉乳浊液中，边加边搅拌，搅匀后即成。粘结剂的质量指标：
外 观：浅黄色粘稠状液体。
粘 度：(涂一4杯)30min(20℃)。粘结剂配置后初期存在较多气泡，粘度较大，随放置时间增长，粘度随之减少，液体密度增大，在贮存一周后，粘度的下降到初始粘度的40％左右，并趋于稳定。
pH值：13～140
适用期：20天左右，反复试验表明在贮存期间粘结剂粘度变化对成型强度无影响。

2．3 粉炭的拌胶与成型
生物质粉炭在成型过程中，成型工艺与成型机结构密切相关。在确定了成型机结构后，成型工艺的确定成了技术关键。对于不同原料试验表明：成型原料的粒度、粘结剂用量、成型水、成型压力及成型速度是影响生物质成型炭生产工艺的主要因素。根据各影响因素进行了单因素探索和多因素正交成型工艺条件的试验。成型工艺参数如表1。
按成型工艺条件，将粉炭和粘结剂分别定量混合，调节成型水，使之达到成型要求后，搅拌均匀，送人螺旋式连续挤压成型机中，控制成型速度使其成型。

3 成型炭性能测定及结果分析
3．1 成型炭性能测定
3．1．1 灰分含量测定
3．1．2 热值测定方法
3．1．3 密度测定
由于成型炭为不规则的固体，难以准确测定其尺寸并计算其体积，故采用排水法。考虑到成型炭的吸水性，测试前用透明胶封其表面，排水前称量试材质量，浸入水中立即读出体积，取出其试材再称其质量，扣除增重所占体积。

3．2 试验结果及分析
3．2．1 试验结果
上述成型炭性能测试结果见表2。
3．2．2 粘结剂用量对成型炭影响
粘结剂的作用主要为了提高成型炭的强度，但过多和过少都是不适合的。过多的粘结剂提高了强度，却降低了热值，增加了灰分含量，此外过多使用粘结剂，由于粘结剂中固化剂具有吸湿性，使产品含水率增加，造成表面霉变，使质量下降，且增加了成本；过少的粘结剂造成缺胶现象，产品不能达到应有的强度，在工艺操作、搬运、使用过程中导致断裂，达不到成型的目的。实验表明，粘结剂用量控制在20％一30％范围内较为合适。根据不同的粉炭原料、粘结剂用量不同、强度不一样，针对具体情况可得到满足成型炭基本强度时的最小粘结剂用量。

3．2．3 原料的粒度和成型水对成型炭影响
试验结果表明，原料粒度一般控制在4mm以下均可成型，原料粒度均匀，粘结剂用量少，成型容易，成型炭密度大，强度大；原料粒度不均匀，粘结剂用量相应增加，成型较难，成型炭密度小，强度变差。
成型水对成型炭影响较大，成型水含量过高，粘度小，弹性差，不易成型，甚至不能成型；即使勉强成型，产品含水率高，干燥时间长、能耗大、成本高。成型水含量过低，粉炭不能搅拌均匀，成型炭由于部分缺胶而产生各向强度差异大，炭与成型机摩擦大，难以成型，成型后表面出现干裂现象，试验表明成型水不能低于18％。

3．2．4 成型压力和成型速度对成型炭影响
成型机过程中，成型压力、成型速率和产品密度密切相关。成型速度越大，成型压力越大，产品密度越大；反之亦然。成型压力过低，不能使原料压实，产品的密度小，强度差，甚至不能成型，成型时成型炭温度低，成型水蒸发量少，干燥成本高；成型压力越大，产品密度越大，成型炭越结实，不易着火，成型压力越大，原料在螺旋板与环模孔之间摩擦时间越长，产生热量越大，成型炭温度越高，因成型水蒸发不均匀产生内应力，出现裂缝现象，降低了强度，甚至不能成型。生产试验表明，选用5．5kw电动机，成型速度最佳值为l0cm·s-1。

4 经济效益估算与社会效益评价
4．1 经济效益估算
以竹材加工剩余物为例，对生物质成型炭进行成本估算，其结果见表3。

竹材加工剩余物现以75元·t-1计，以6t竹材加工剩余物裂解生成1t粉炭和1．32t竹醋液来计算；粘结剂用量按粘结剂与粉炭比例折算平均为60元·t-1；每班安排3人生产1t成型炭，按日工资50元计；管理费按生产成本的15％估计。
根据目前市场价格，作为燃料用成型炭国内销售为1 800元·t-1以上。按年产量30万m2竹地板厂的加工剩余物总量估算，可生产600t成型炭，通过加工可获得利税30万元。另外，收集的竹醋液还有可观的经济效益。

4．2 社会和生态效益评估
生物质炭可作为燃料使用，也可与相关材料混合，制成有特定功能的材料，其用途极为广泛。仅作为燃料而论，该生产工艺是将生物质低晶位的原料，经过炭化，再制成高晶位燃料，可提高能源利用率，可极大减少空气污染，使能源得到充分高效利用。
成型炭与煤相比，燃烧时不仅提高热效率，而且不产生SO2等气体，不污染环境，且资源丰富，再生能力强；成型炭与生物质燃料直接燃烧相比提高了热效率，洁净无烟、使用方便，该项技术推广可转移农村剩余劳动力，促进农村经济发展。同时，对改善我国生态环境起到积极作用。

5 结论
(1)竹材加工剩余物量大，且富集到各加工厂，综合利用要求甚为迫切，利用竹材加工剩余物生产竹醋液和成型炭是废弃资源高效利用的有效途径之一，既有良好的经济效益又有显著的社会效益和生态效益。
(2)该项技术成熟可靠，工序简单，容易操作，对设备要求低。具有经济实用特点。
(3)该成型炭无污染，燃烧时不产生SO2等有害气体，其热值可达到28 000J·g-1以上，灰分含量在5％以内，着火容易，即使吸湿后还有较高的机械强度。