甘蔗渣组成以纤维素、半纤维素、木质素为主， 含有少量的蛋白、淀粉和可溶性糖。甘蔗渣经烘干 后的成分见表 1。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表 1 甘蔗渣成份[1]

表 1 甘蔗渣成份[1]

制糖企业是季节性规模化生产，甘蔗渣具有来 源集中、产量大、收集简单、运输半径小，且甘蔗 渣成分相对稳定，性质均一等特点，可满足产业化所需的原料集中性、连续性和均一性要求。

国外甘蔗渣利用途径主要有：①作为燃料在锅 炉燃烧发电。如毛里求斯、巴西、印度、澳大利亚、 泰国、古巴等许多甘蔗糖业国家制糖企业利用蔗渣 作燃料发电，以满足糖厂用能需要，并和电力公司 联网供电，或向附近农庄供应电力，以减少煤等其 它资源的消耗， 降低电力成本^[2,3,4]； ②制浆造纸。 1926 年，美国人在美国露易斯安娜州用蔗渣生产纸浆制 造纸板， 开始了蔗渣替代木材用于造纸行业的进程。 经多年发展，目前蔗渣已成为利用最多的农业作物 纤维。目前，阿根廷、哥伦比亚、墨西哥、印度、 澳大利亚等国利用蔗渣生产新闻纸及各类文化纸， 或者用漂白蔗渣浆混合漂白针叶木浆生产高质量的 铜版纸等；③生产动物饲料。巴西、美国、澳大利 亚等国家的糖厂利用甘蔗渣通过高温、高压蒸煮膨 化或经发酵处理用作牛、羊、鱼、虾饲料^[2,3]；④生 产人造板。甘蔗渣的化学成分与木材相似，是很好 的制板原料。早在 20 世纪 60 年代，国外盛产甘蔗 糖的国家很多已建立起蔗渣碎粒板厂，如美国的 Va-eherie 厂 ， 阿 根 廷 的 Tueuman 厂 ， 古 巴 的 CienfuegooJ 厂，广泛用于建筑、贴面、包装、中高 档家具制造、室内装修、音响板、活动房屋等^[5]。

目前，国内甘蔗渣的主要用途有：①作为锅炉 燃料燃烧发电。甘蔗渣传统的处理方法主要是作为 锅炉燃料燃烧为制糖生产提供能源。在国内制糖生 产中，制糖耗标煤对蔗比下降到 5%时，制糖生产消 耗的蔗渣量约为总蔗渣量的 65%到 70%；②制浆造 纸。除了作为燃料外，甘蔗渣制浆和造纸是我国甘 蔗制糖企业目前份额最大的利用途径。目前，如云 南临沧 9.5 万 t 蔗渣浆纸项目， 广西农垦糖业集团年 产 20 万 t 文化用纸项目，贵糖（集团）股份有限 公司蔗渣制浆扩至 20 万 t 项目，来宾东糖集团有 公司 10 万 t 制浆造纸项目、广西东亚糖业集团 10 万 t 制浆造纸项目等^[5]，都是将集团内部剩余的甘 蔗渣集中起来生产生活用纸，新闻纸等，取得了良 好的经济效益和社会效益；③生产人造板。甘蔗渣 的化学成分与木材相似，是很好的制板原料。1982 年广州甘蔗糖业研究所陈景形、池风昭等成功开发 了利用热压技术制造蔗渣碎粒板的生产线^[5]，广 东、广西等省区已有多家糖厂建立了蔗渣碎粒板的 生产线。蔗渣板主要应用于家具、建筑模板、包装 箱、音箱等行业^[6]；④生产绿色环保餐具等。如在 广西马山县双飞绿色餐具厂以甘蔗渣为原料生产 绿色餐具^[2]。近几年，广州甘蔗糖业研究所黄向阳 等与浙江宁波家联塑料科技有限公司联合开发的 “基于蔗渣和热塑淀粉制备全生物降解餐具的研 究”也已取得良好进展。在生物炼制产业发展背景 下，甘蔗渣被用于开发乙醇、生物柴油等可再生燃 料，以及制备木糖、木糖醇、糠醛、活性炭等用途 是目前热门的研究课题^[2,7,8,9]。

尽管我国甘蔗渣的综合利用已取得较大进展， 但仍然存在一些不足。主要问题是：①我国制糖企 业规模偏小而且分布较广。目前全国有大小规模的 糖厂 300 多家，分布在广西，云南，广东，海南， 贵州等省、区。甘蔗渣的制浆造纸、生产人造板等 利用目前主要集中在广西、广东等甘蔗糖厂比较集 中、交通便利的地区，而在一些偏远地方的糖厂由 于运输困难等原因，剩余的甘蔗渣尚未能得到有效 合理的利用，甚至要丢弃或填埋处理，不但造成二 次浪费，还会对环境造成污染，影响了这部分糖厂 节能的积极性；②目前各糖厂普遍存在的一个不合 理现象是榨季生产一边有大量的蔗渣剩余，一边仍 需烧掉大量薪柴。 其原因是甘蔗糖厂是季节性生产， 在开机生产前和停产时必须将锅炉缓慢升温、 降温， 以保证锅炉安全运行。在这 2 个过程中，燃煤、颗 粒状蔗渣和现有打包机打包出来的蔗渣都不能满足烘炉过程中持续文火缓慢升、降温的要求，必须烧 薪柴才能满足生产需要。例如广东日榨分别为 3000 t 和 5000 t 的 2 家糖厂， 每个榨季开机烘炉需用木柴 分别是 500 t 和 650 t。 全国现有规模以上糖厂约 300 余家，每年开机需用薪柴 16～20 万 t；这个环节是 我国甘蔗糖厂节能降耗和甘蔗渣综合利用的盲点。 不仅严重制约了糖厂生产的节能降耗，增加生产成 本，而且每年还要砍伐大量的薪柴，对当地生态环 境造成严重的破坏；③新鲜的甘蔗渣是无规则松散 颗粒，密度小，燃烧特性差，不方便运输、储存和 使用，制约了甘蔗渣作为生物质能源方面的用途。

生物质的固化成型技术主要着重于专用燃烧设 备的设计和生物质成型物的应用。国外从上世纪 40 年代就开始了生物质的成型技术研究开发，目前国 外（西欧、北美、日本等）生物质致密成型技术已 日臻成熟，生物质致密成型燃料已经商品化，广泛 应用于供热、取暖和发电领域，同时各国政府为促 进生物质致密成型技术的发展提供了政策和资金上 的支持(贴息、减税等)，生物质能源近年发展迅速。 目前已成功开发的成型技术按成型物形状分主要有 3 大类：以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状成 型物技术；欧洲各国开发的活塞式挤压制成园柱块 状成型技术；以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状 成型技术和设备。成型燃料应用于 2 个方面：其一， 进一步炭化加工制成木炭棒或木炭块，作为民用烧 烤木炭或工业用木炭原料；其次，作为燃料直接燃 烧，用于家庭或暧房取暧用燃料。日本、美国、加 拿大等国家开发了专用炉灶， 在北美有 50 万户以上 家庭使用这种专用炉灶作为取暧炉^{[10,11,12,13,14]}。

我国生物质的固化技术起步于上世纪 80 年 代。通过引进国外先进机型，经消化、吸收和对生 物质压缩成型技术进行科技攻关，研制出各种类型 适合我国国情的生物质压缩成型机，用以生产棒 状、块状或颗粒状生物质成型燃料，现已有商业化 应用^{[10,11,12,13,14]}。目前，我国生物质的固化成型技术已成 功应用于木屑、秸杆锯末、花生壳、玉米棒等生物 质材料的固化成型，而固化成型技术在甘蔗渣的利 用方面仍然是空白。

新鲜甘蔗渣的水分在 48%～50%之间，首先要 把甘蔗渣干燥至到 12%左右的含水率，才能很好地 将甘蔗渣固化成型，否则蔗渣中过多的水分会在加 热挤压过程中受热蒸发汽化，汽化所产生的蒸汽因 不能及时从成型筒排出，造成生物质成型块出模开 裂，表面粗糙，成型失败。同时，成型机预热原料 的一部分热量消耗在多余的水分上，增加压缩成型 的能源消耗。 蔗渣的干燥可采用烟道气干燥+高温烟 气二级干燥。糖厂锅炉烟道气温度在 160～180℃之 间^[15]，仍具有很大的热能利用价值。锅炉烟道气干 燥甘蔗渣的流程为：通过引风机将烟道气从锅炉尾 部烟道抽出送入干燥器，蔗渣在干燥器内受到热烟 气产生的吹力而处于悬浮状态，蔗渣与烟道气充分 地混合，蒸发去大量的水分，从而使蔗渣烘干。干 燥后的蔗渣通过旋风分离器进行分离回收，经充分 换热后的烟道气回到烟道排走。经烟道气干燥后蔗 渣的水分可降到40%以下^{[8,15,16,17,18]}， 蔗渣脱水率达20％左右，约占需干燥水分总量的 50%。其余的水分需 抽取更高温度的炉膛烟气或其它热源进行干燥。

蔗渣干燥至合适的水分后即可进行压缩成型， 按压缩工艺不同，可采用热压成型或冷压成型。

热压成型是目前普遍采用的一种生物质致密成 型工艺。如表 1 所示，甘蔗渣除了含有丰富的纤维 素外，还含有 18.6%的木质素。木质素没有熔点但 有软化点， 当温度为 120～160℃时,木质素中的可溶 物即开始溶化，木质素在 180℃即会软化和塑化， 这时加以一定压力使其与纤维素紧密粘连并与相邻 颗粒相互胶结。甘蔗渣的热压成型，就是以蔗渣加 热后的木质素为粘结剂，纤维素、半纤维素为“骨 架” ， 在一定的温度和压力等工艺条件下把碎散的蔗 渣压制成具有固定几何形状的规格型体。适合甘蔗 渣热压成型的成型机分别有活塞冲压式成型机和螺 旋挤压式成型机：活塞冲压式成型机的成型温度在 160～220℃之间，其产品为块状；螺旋挤压式成型 机最佳成型温度为 220～220℃，其产品为棒状。

冷压成型工艺不需要外部加热，对原料含水率 要求较宽，但是由于原料没有加热软化，成型时所 需压力较加热成型大。如辊模挤压式成型机，该成 型方式原料最大含水率可达 22%左右，成型压力在 20～50 MPa 之间。

甘蔗渣压缩成型出模后，由于弹性变形和应力 松弛，其密度逐渐减小，一定时间后密度趋于稳定， 此时甘蔗渣块的密度称为松弛密度。松弛密度是决 定蔗渣棒物理性能和燃烧性能的一个重要指标。可 以通过以下 2 种途径提高蔗渣棒的松弛密度：①通 过适宜的压缩时间控制成型块在模具内压缩时的应 力松弛和弹性变形，以减少蔗渣棒出模后压缩密度 的减小；②适当提高蔗渣压缩成型的压力、温度， 最大限度地降低成型块内部的空隙率增强结合力。

耐久性反映了蔗渣棒的粘结性能。耐久性又具 体细化为抗变形性、抗跌碎性、抗滚碎性、抗渗水 性和抗吸湿性等特性，这些物理特性体现了蔗渣棒 的使用性能和运输、贮藏性能方面的性能指标。蔗 渣棒的耐久性主要由其压缩条件及松弛密度决定， 其影响因素包括：蔗渣的粒度、含水率、成型压力、 加热温度等。