摘要：介紹了生物質(zhì)顆粒燃料及其特性，綜述了國內(nèi)外生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀，對環(huán)模顆粒成型機(jī)和平模顆粒成型機(jī)的性能和應(yīng)用進(jìn)行了比較，并針對目前國內(nèi)外生物質(zhì)顆粒燃料成型技術(shù)及設(shè)備存在的問題，提出了我國顆粒機(jī)生物質(zhì)顆粒燃料設(shè)備及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向。

近年來，人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展日益迅猛，但這是以大量消耗化石能源并污染環(huán)境為代價(jià)的?；茉慈找鏈p少，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，尋找一種可再生的替代能源已迫在眉睫。生物質(zhì)能是一種顆粒機(jī)可再生能源，具有可再生性和環(huán)境友好性的雙重屬性，近年來越來越受到人們重視，其消耗量已躍居第4位，僅次于石油、煤炭和天然氣。我國的生物質(zhì)能資源十分豐富，每年僅農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)量就有約7.15億t，其中農(nóng)作物顆粒機(jī)秸稈產(chǎn)量約為4.33億t，約占60%。

?我國大多數(shù)農(nóng)民利用秸稈、薪柴的方式還停留在最原始的直接燃燒的狀態(tài)，這樣不僅農(nóng)作物秸稈不能充分燃燒，浪費(fèi)資源，而且對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，危害人們身心健康[4]。生物顆粒機(jī)質(zhì)成型燃料的能量密度相當(dāng)于中質(zhì)煙煤，但成型燃料燃燒排放的CO2來自于秸稈光合作用吸收的CO2，吸收和排放達(dá)到平衡，基本實(shí)現(xiàn)零排放，其它有毒有害氣體排放量也遠(yuǎn)小于煤。生物質(zhì)成型燃料本身體積較小，接觸到的顆粒機(jī)空氣充足，可以充分燃燒，相對于煤來說，燃燒特性明顯改善，利用效率顯著提高[5]。生物質(zhì)秸稈固體成型燃料包括顆粒燃料、塊狀燃料和棒狀燃料，其中顆粒燃料因其自身特性，具有流動(dòng)性強(qiáng)、燃燒效率高等優(yōu)點(diǎn)，從而得顆粒機(jī)到廣泛應(yīng)用。

?本文擬通過介紹生物質(zhì)顆粒燃料及其特性，綜述國內(nèi)外生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀，對比分析國內(nèi)環(huán)模顆粒成型機(jī)和平模顆粒成型機(jī)的性能和應(yīng)用，探討國內(nèi)外生物質(zhì)顆粒燃料成型技術(shù)及設(shè)備存在的問題，并顆粒機(jī)提出我國生物質(zhì)顆粒燃料設(shè)備及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向。

1生物質(zhì)顆粒燃料特性

?秸稈等生物質(zhì)原料在施加一定的外部壓力的作用下，由于物料間以及物料和模輥間的相互摩擦，物料達(dá)到一定溫度，再加上木質(zhì)素的黏結(jié)作用，使植物體顆粒機(jī)變得致密均勻，當(dāng)取消外部壓力后，由于纖維分子之間的相互纏繞，一般不能恢復(fù)原來的結(jié)構(gòu)和形狀，冷卻以后強(qiáng)度增加，成為成型燃料[6]。

?生物質(zhì)顆粒燃料通常是指由經(jīng)過粉碎的固體生物質(zhì)原料通過成型機(jī)的壓縮成為圓顆粒機(jī)柱形的生物質(zhì)固體成型燃料，直徑≤25mm，長徑比≤4，常見直徑尺寸有6，8，10mm。成型顆粒燃料密度明顯增大，體積明顯縮小，便于運(yùn)輸和貯存；同時(shí)，體積小，與空氣接觸面積大，利于燃燒；規(guī)格一致，便于實(shí)顆粒機(jī)現(xiàn)自動(dòng)化輸送和燃燒；可作為工業(yè)鍋爐、住宅區(qū)供暖及戶用炊事、取暖的燃料[7]。

?　　燃料的揮發(fā)分含量越高，則點(diǎn)火越容易，燃燒性能越好，而生物質(zhì)顆粒燃料的揮發(fā)分含量高達(dá)60%～70%[8]，遠(yuǎn)高于煤，故其點(diǎn)火顆粒機(jī)性能和燃燒性能均優(yōu)于煤；碳含量為35%～42%，遠(yuǎn)低于煤。這使得其熱值低于煤[9]；N含量為0.5%～3%，S含量僅為0.1%～0.5%t[10]，燃燒時(shí)NOx和SO2的排放量遠(yuǎn)低于煤，排放的CO2和顆粒機(jī)秸稈光合作用吸收的CO2達(dá)到平衡，基本實(shí)現(xiàn)零排放[11]；與原始狀態(tài)的生物質(zhì)資源相比，顆粒燃料燃燒時(shí)間更持久。由此可見，生物質(zhì)顆粒燃料是一種“優(yōu)質(zhì)、清潔、高效”的燃料[12]。

?生物質(zhì)顆粒燃料的加工工顆粒機(jī)藝主要包括原料接收、粉碎、混合、除塵、成型、冷卻、篩選回收和計(jì)量包裝等工序，具體工藝流程圖如圖1所示。

?近年來，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，秸稈能源化利用得到了高度重視，國家相繼出臺了一系列鼓勵(lì)和支持相顆粒機(jī)關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策法規(guī)。在這些政策法規(guī)的鼓勵(lì)和支持下，國內(nèi)生物質(zhì)固體成型燃料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，截至2009年底，全國已有生產(chǎn)廠家260余處，生產(chǎn)能力每年約76.6萬t[13]。國內(nèi)生物質(zhì)固體成型燃料主要用作顆粒機(jī)農(nóng)村居民戶用炊事、取暖、住宅區(qū)取暖、工業(yè)鍋爐以及發(fā)電廠等的燃料，可減少一次能源的損耗，增加生態(tài)效益；減少溫室氣體排放，增加環(huán)境效益；為農(nóng)民增收，增加社會效益[14]。

2國內(nèi)外生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)發(fā)展現(xiàn)顆粒機(jī)狀

?經(jīng)過多年的研究與試驗(yàn)，國內(nèi)部分成型設(shè)備及其配套產(chǎn)品發(fā)展成熟。如農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院的生物質(zhì)制粒設(shè)備，整機(jī)傳動(dòng)部分選用高品質(zhì)軸承，確保傳動(dòng)高效、穩(wěn)定、噪聲低，采用國際先進(jìn)的真空護(hù)熱處理制造工藝加工而顆粒機(jī)成的合金鋼環(huán)模，使用壽命長，且適用范圍廣，可將玉米秸稈、棉花秸稈、花生殼以及木屑等多種燃料制粒成型；河南鵬鶴新能源環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的制粒機(jī)，采用一體式減速機(jī)同步齒形帶分步驟傳動(dòng)系統(tǒng)及獨(dú)特雙壓輥經(jīng)典顆粒機(jī)設(shè)計(jì)，布料均勻，產(chǎn)量高，噪音低；河南鵬鶴新能源環(huán)?？萍加邢薰?/span>高效率制粒機(jī)，采用國際先進(jìn)的設(shè)備和工藝加工制造的合金鋼環(huán)模，使用壽命長，特制喂料機(jī)構(gòu)，進(jìn)料均勻可靠，專為壓制各種顆粒燃料而設(shè)計(jì)。

?目前，國顆粒機(jī)外的很多企業(yè)生產(chǎn)的顆粒成型設(shè)備技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，像德國SALMATEC公司的MAXIMA模塊化設(shè)計(jì)的制粒機(jī)，可以適應(yīng)多種原料，生產(chǎn)率高達(dá)30000kg/h；奧地利ANDRITZ公司生產(chǎn)的Feed＆Bi顆粒機(jī)o-fuel系列顆粒機(jī)，軋輥可以快速、簡單、準(zhǔn)確的滾動(dòng)調(diào)整，?？壮叽缤ǔ５姆秶鷱?/span>1.5～9.5mm，顆粒模具可達(dá)到約90mm厚。此外，ANDRITZ公司針對每道工序或完整的工藝生產(chǎn)線采用全自動(dòng)控制系統(tǒng)顆粒機(jī)，確保成型顆粒質(zhì)量的同時(shí)，符合成本效益。模塊化設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，范圍從業(yè)務(wù)職能的基本控制到整個(gè)工藝生產(chǎn)線，包括先進(jìn)的電腦控制、秤、粉碎機(jī)、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)、烘干機(jī)、制粒機(jī)、冷卻器和涂層機(jī)等。

?國外生物質(zhì)顆顆粒機(jī)粒設(shè)備制造已經(jīng)比較規(guī)范，但成本較高，同等生產(chǎn)能力的設(shè)備是國內(nèi)的5～10倍。

3生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)

?生物質(zhì)固體成型主要分為模輥擠壓、螺旋擠壓和活塞沖壓等方式。其中，螺旋擠壓、活塞沖壓主要用于生產(chǎn)塊狀及棒顆粒機(jī)狀燃料，模輥擠壓主要用于生產(chǎn)顆粒燃料，且具有生產(chǎn)率高、成型率高、成型顆粒質(zhì)量好、可連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，與螺旋擠壓、活塞沖壓相比，工作狀態(tài)更穩(wěn)定，對物料的適應(yīng)性更好，且其生產(chǎn)的顆粒燃料滿足燃煤電廠對生物質(zhì)成顆粒機(jī)型燃料均勻度要求，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)的自動(dòng)化上料，是目前發(fā)展的重點(diǎn)。

?　　模輥式成型機(jī)分為環(huán)模成型機(jī)和平模成型機(jī)，主要工作部件是壓模與壓輥，在成型室中，壓模與壓輥通過將原料擠壓進(jìn)?？锥尚?。

?環(huán)模顆粒成型機(jī)機(jī)型采顆粒機(jī)用環(huán)形壓模和壓輥為主要工作部件，主要由上料系統(tǒng)、攪拌調(diào)質(zhì)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)及成型系統(tǒng)組成。環(huán)模顆粒成型機(jī)設(shè)備如圖所示。

?成型機(jī)工作原理：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)環(huán)模轉(zhuǎn)動(dòng)，由于摩擦力的作用，環(huán)模上的物料帶動(dòng)壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)。物料顆粒機(jī)被強(qiáng)制喂料器送入壓制室內(nèi)之后，隨環(huán)模和壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)，二者相互擠壓，夾在其間的物料就被不斷壓縮，隨著物料內(nèi)部壓力和密度不斷增大，達(dá)到一定密度的物料就被壓入環(huán)模?？桩?dāng)中，經(jīng)過一段時(shí)間保壓定型，具有一定密度的生顆粒機(jī)物質(zhì)顆粒燃料即成型。

?　　由于顆粒燃料直徑較小，環(huán)模壓縮比較大，對原料的含水率要求較高，一般含水率在12%～15%之間、原料粒徑在1～5mm之間時(shí)適合成型。

3.2平模顆粒成型機(jī)

平模顆粒機(jī)采用平模和與其相配顆粒機(jī)合的圓柱形壓輥為主要工作部件，按工作部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分，平模制粒機(jī)有動(dòng)輥式、動(dòng)模式、模輥雙動(dòng)式3種，動(dòng)模式和模輥雙動(dòng)式常見于小型平模制粒機(jī)，動(dòng)輥式則一般用于較大機(jī)型。按壓輥的形狀分，又可以分為錐輥式和直顆粒機(jī)輥式兩種。

直輥動(dòng)輥式平模制粒機(jī)工作原理。電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速箱減速后驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸帶動(dòng)壓輥公轉(zhuǎn)。同時(shí)，壓輥繞壓輥軸自轉(zhuǎn)，原料被送入喂料室后，由分料器和刮板將其均勻地鋪在平模上；壓輥不斷自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，將平模顆粒機(jī)上的物料不斷擠壓進(jìn)?？變?nèi)；物料在?？變?nèi)密度和溫度不斷升高，經(jīng)過一定時(shí)間保壓定型后，被擠出平模；旋轉(zhuǎn)切刀將物料切斷，形成顆粒燃料；最后，由掃料板將成型顆粒送出。平模顆粒成型機(jī)設(shè)備如圖所示。

?平模成型機(jī)對顆粒機(jī)原料水分適應(yīng)性強(qiáng)，含水率一般在15%～25%之間，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，適于農(nóng)村小規(guī)模使用，但產(chǎn)量普遍偏低，一般不超過0.5t/h。

?環(huán)模顆粒機(jī)特點(diǎn)在于產(chǎn)量大，成型顆粒規(guī)格一致，密度高，可達(dá)1.0～1.顆粒機(jī)3kg/m3，不加任何添加劑也能做出顆粒來；壓輥和環(huán)模磨損均衡，能夠降低易損耗品的消耗；拆裝容易，維護(hù)簡單。其缺點(diǎn)是電耗普遍偏高。

?而平模機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)在于耗能小，機(jī)動(dòng)性大，適合農(nóng)村居民小規(guī)模應(yīng)用，不適合顆粒機(jī)工廠企業(yè)的大規(guī)模運(yùn)作。其缺點(diǎn)在產(chǎn)量低，壓力小，成型質(zhì)量差。其工作面如加寬后，壓輥和平模的磨損又不均衡，達(dá)不到更大的產(chǎn)量，配件拆裝繁瑣、維護(hù)麻煩。

          

4結(jié)論

?生物質(zhì)顆粒燃料有諸多優(yōu)點(diǎn)，隨著一次能源的減少，其顆粒機(jī)使用必將更加廣泛。國外針對生物質(zhì)固體成型燃料設(shè)備的研究已經(jīng)比較成熟，而且多數(shù)是大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，有的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)模塊化的全自動(dòng)控制生產(chǎn)線，生產(chǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，已達(dá)到規(guī)?；蜕唐坊?。

?國內(nèi)制粒機(jī)近年來已取顆粒機(jī)得很大進(jìn)展，但與國外相比，最為突出的還是能耗問題，目前，能源問題日益突出，降低制粒機(jī)能耗，應(yīng)是今后重點(diǎn)研究方向。其中，環(huán)模制粒機(jī)環(huán)模的磨損以及?？锥氯彩秦酱鉀Q的問題。從根本上提高制粒機(jī)的產(chǎn)量和成顆粒機(jī)型顆粒質(zhì)量、降低能耗，還需要通過改變模輥間隙、?？仔螤畹燃?xì)節(jié)問題上來提高，可以降低生產(chǎn)線故障率，提高穩(wěn)定性。此外，制定生物質(zhì)顆粒燃料成型設(shè)備的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有利于促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化和商品化進(jìn)程。

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