麥電網(wǎng)訊：摘要：簡要分析國內(nèi)外生物質(zhì)顆粒加工設(shè)備的發(fā)展歷程和技術(shù)現(xiàn)狀，重點研究分析生物質(zhì)造粒機的技術(shù)路線和理論研究，判斷未來行業(yè)技術(shù)發(fā)展方向和需求趨勢。

　　引言

近幾年，隨著國家治理大氣污染和環(huán)境保護力度的顆粒機不斷加大，政府密集出臺了相關(guān)生物質(zhì)能源支持政策，提倡發(fā)展生物質(zhì)能源，尤其是生物質(zhì)原料加工成顆粒后取代燃煤的應用。隨著生物質(zhì)顆粒行業(yè)的蓬勃發(fā)展，作為顆粒加工的上游產(chǎn)業(yè)生物質(zhì)造粒機行業(yè)也快速增長，一度出現(xiàn)顆粒機供不應求的局面。

國內(nèi)生物質(zhì)顆粒機發(fā)展歷史較短，最初從飼料顆粒機演變而來，20世紀60年代開始采用從歐洲引進、借鑒和消化吸收后國產(chǎn)化應用的模式。隨著生物質(zhì)顆粒機行業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品技術(shù)逐步成熟，可靠性不斷提顆粒機高，但是還存在行業(yè)低端惡性競爭、知識產(chǎn)權(quán)保護不足和環(huán)模等核心零部件可靠性不高等問題。

當前，國內(nèi)生物質(zhì)制粒成型技術(shù)基礎(chǔ)理論體系不完備，一定程度嚴重制約了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，研究環(huán)模制粒原理、創(chuàng)新制粒方法、顆粒機完善和規(guī)范行業(yè)標準等對提升造粒機行業(yè)整體技術(shù)水平、發(fā)展生物質(zhì)燃料和降低環(huán)境污染等具有非常重要的理論意義和實用價值。

　　1固定式生物質(zhì)造粒機歷史演變和技術(shù)發(fā)展歷程

中國是一個農(nóng)業(yè)大國，作物秸稈、木材等農(nóng)林廢棄顆粒機物相對較多，生物質(zhì)資源豐富，儲量較大。隨著國家和社會對于生態(tài)環(huán)境保護的逐步重視，以及對循環(huán)經(jīng)濟的大力支持，生態(tài)型能源將會越來越受歡迎。

隨著新環(huán)保法的實施，對農(nóng)林秸稈焚燒采取了監(jiān)管措施，農(nóng)林廢棄物無處安顆粒機置。生物質(zhì)顆粒機設(shè)備應運而生，不僅解決了這一問題，同時為國家的環(huán)保事業(yè)也做出了巨大貢獻。生物質(zhì)顆粒機主要以農(nóng)林產(chǎn)生的秸稈、稻殼、木糠、樹皮和樹葉等廢棄物為主，通過預處理加工成生物質(zhì)燃料，加工后的燃料具顆粒機有熱值高、成本低、燃燒后污染成分少和運輸方便等優(yōu)點，部分代替煤炭等傳統(tǒng)礦物質(zhì)的使用，近幾年在國內(nèi)逐漸推廣起來，目前已經(jīng)進入蓬勃發(fā)展期。

國內(nèi)生物質(zhì)造粒機的研究工作起步比較晚，最初主要從飼料環(huán)模機演變而來顆粒機，主要采用臥式環(huán)模結(jié)構(gòu)，根據(jù)生物質(zhì)顆粒成型特點和成型壓力要求等進行適應性改進。隨著行業(yè)的發(fā)展不斷創(chuàng)新改進，產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，目前很多企業(yè)仍然采用環(huán)模式造粒機結(jié)構(gòu)，仍然能看到飼料造粒機的元素。

除了在飼料顆粒機環(huán)模造粒機基礎(chǔ)上的延伸開發(fā)外，我國造粒機行業(yè)還采取國外技術(shù)引進、消化吸收和再創(chuàng)新的開發(fā)模式。在20世紀60年代從英國UMT公司引進第一臺制粒機，通過消化，70年代研制出了我國第一臺環(huán)模顆粒機。之后隨著顆粒機造粒機行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)一些科研院所和高校也積極參與環(huán)模制粒機的設(shè)計、研制以及改進，生物質(zhì)造粒機的機械性能和適應性不斷升級。

　　2國內(nèi)生物質(zhì)造粒機技術(shù)路線和研究現(xiàn)狀分析

我國生物質(zhì)顆粒機技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展之路和生顆粒機物質(zhì)能源的行業(yè)發(fā)展基本并行和呼應，伴隨國家對生物質(zhì)能源的政策驅(qū)動和人們對生物質(zhì)能源的認識一路走走停停。在這個過程中生物質(zhì)顆粒機不斷嘗試各種技術(shù)路線的研究，包括從飼料機技術(shù)的演變、借鑒國外同行技術(shù)和自主顆粒機研究等。

我國生物質(zhì)造粒機技術(shù)發(fā)展道路曲折，快速發(fā)展和產(chǎn)品成熟時期主要集中在近10年。目前國內(nèi)生物質(zhì)造粒機技術(shù)路線基本清晰，整機產(chǎn)品核心技術(shù)相對成熟；環(huán)模和壓輥等關(guān)鍵零部件可靠性有較大提高；先進加工工藝顆粒機、熱處理工藝和新材料開始在行業(yè)引入和應用。

　　根據(jù)造粒環(huán)模的布置方式、結(jié)構(gòu)差異、造粒機動力源及工作方式等方面的不同，生物質(zhì)造粒機分類和技術(shù)路線劃分如下。

　　2.1主流產(chǎn)品技術(shù)路線

按照造粒環(huán)模布置方式不同，分為顆粒機立式造粒機和臥式造粒機

生物質(zhì)造粒機的工作原理是通過環(huán)模和壓輥（或環(huán)模）運動過程中產(chǎn)生的擠壓和摩擦力作用，在造粒腔體內(nèi)高溫高壓環(huán)境下將秸稈、木屑或稻殼等原料壓實并擠壓出?？?，最后形成規(guī)則的、密度較大的成顆粒機型燃料。

造粒環(huán)模和壓輥是設(shè)備的核心部件，主流技術(shù)主要是采用單環(huán)模+雙壓輥（三壓輥）方式，根據(jù)環(huán)模和物料喂入相對整機的布置不同分為立式和臥式兩種。立式造粒機粉狀物料從整機上部喂入造粒腔體，環(huán)模相對造粒單顆粒機元水平放置；臥式造粒機粉狀物料則從造粒腔體前端垂直喂入（借助風機力量強行喂入），環(huán)模與造粒單元垂直布置。

臥式造粒機和立式造粒機工作原理基本相同，但在整機對物料的含水率適應性、維修方便性、腔體溫度、物料顆粒機輸送和喂入均勻性等方面存在優(yōu)劣差異。

　　臥式造粒機技術(shù)是從飼料顆粒機演變而來，造粒腔體內(nèi)溫度相對較高，軸承等工作部件故障率相對較高，物料的輸送需要風機強制完成，而且存在物料不均勻的問題。

臥式造粒機同時也具顆粒機有對原料含水率適應性相對較高的優(yōu)勢，一般可以適應20％～15％的原料正常造粒，而且環(huán)模和壓輥等關(guān)鍵部件的維修保養(yǎng)方便，打開造粒腔體外罩就可以很方便進行環(huán)模更換和壓輥調(diào)整或更換。

立式造粒機技術(shù)是生物質(zhì)造顆粒機粒的創(chuàng)新改進產(chǎn)品，粉狀物料從上部垂直、均勻進入造粒腔體，造粒效果相對較好，環(huán)模和壓輥的磨損均勻，使用壽命相對延長，同時腔體內(nèi)溫度相對較低，軸承等工作部件故障率低。但是也具有對原料含水率適應性相對嚴格的顆粒機劣勢，一般要求含水率15％左右的原料進行造粒，而且環(huán)模和壓輥等關(guān)鍵部件的維修保養(yǎng)不方便、時間長。

　　2.2造粒機類型劃分

國際國內(nèi)市場生物質(zhì)造粒機動力驅(qū)動一般是由電機來完成，設(shè)備以固定式為主，根據(jù)動力驅(qū)動和顆粒機工作方式不同可分為固定式造粒機和移動式造粒機，其中移動式又可以細分為牽引式和自走式。

固定式造粒機工作位置相對固定，一般在廠房內(nèi)完成造粒作業(yè)，高效率造粒機機組往往還配置有切碎、輸送、除塵、降溫和包裝等系顆粒機統(tǒng)，以生產(chǎn)線方式運行。動力來源一般是電機，根據(jù)生產(chǎn)線或設(shè)備效率不同選擇不同功率的電機。

目前國際和國內(nèi)市場造粒機以固定式為主，各廠家產(chǎn)品在核心工作部件結(jié)構(gòu)、整機技術(shù)路線和產(chǎn)品工作效率設(shè)計等方面存在差異，顆粒機同類產(chǎn)品可靠性國內(nèi)外差距較大。國內(nèi)環(huán)模和壓輥的使用壽命相對較短，一般加工1000t左右就需要更換（部分廠家的加工500t左右就需要更換），維修更換頻率較高，使造粒機使用成本居高不下。

為實現(xiàn)秸稈、飼料等顆粒機物料的田間地頭收獲造粒，降低收儲運成本，提高工作效率，行業(yè)內(nèi)一些研究機構(gòu)和高校開始創(chuàng)新研制出了移動式造粒機產(chǎn)品，實現(xiàn)了秸稈撿拾、切碎、造粒、冷卻和倉儲一體化。

移動式造粒機是對固定式造粒的創(chuàng)新性改進，動顆粒機力源一般為柴油發(fā)動機，行走方式有自走式和牽引式移動兩種。自走式動力來自本身自帶發(fā)動機，工作部件和行走都全部由發(fā)動機完成，整機各功能部件匹配性設(shè)計；牽引式一般由拖拉機牽引完成，動力一般來自拖拉機后動力輸顆粒機出。

　　目前國內(nèi)自走式移動造粒機暫時處于研究階段（圖1）。部分廠家開始嘗試牽引式移動造粒機或壓塊機的研發(fā)和試驗，對各系統(tǒng)的整機匹配性方面進行研究和摸索。

固定式造粒機技術(shù)比較成熟的歐洲市場，以高端青貯收獲機顆粒機聞名的德國Krone（科羅尼）公司近幾年開發(fā)完成了一款牽引式移動造粒機（圖2），工作效率為5t/h，由拖拉機牽引完成。目前該產(chǎn)品處于市場試驗驗證階段。

3造粒成型理論分析

秸稈等物料中含有一定的纖維素和木顆粒機質(zhì)素，其木質(zhì)素是物料中的結(jié)構(gòu)單體，是苯丙烷型的高分子化合物。具有增強細胞壁、粘合纖維素的作用。木質(zhì)素屬非晶體，在常溫下主要部分不溶于任何溶劑，沒有熔點，但有軟化點。當溫度達到一定值時，木質(zhì)素軟化粘結(jié)力顆粒機增加，并在一定作用下，使其纖維素分子團錯位、變形和延展，內(nèi)部相鄰的生物質(zhì)顆粒相互進行嚙接，重新組合而壓制成型。

生物質(zhì)造粒機是通過機械力（擠壓力、摩擦力等）的作用，在高溫高壓環(huán)境下將秸稈、木屑或稻殼等壓顆粒機實并擠壓出模孔，期間充分利用木質(zhì)素或纖維素的高溫粘合作用，最終將生物質(zhì)粉料壓制形成顆粒狀物料。

生物質(zhì)環(huán)模制粒成型技術(shù)是一種先進的顆粒成型工藝技術(shù)，集成了機械工程、粉體力學等多學科知識。在生物質(zhì)顆粒在壓顆粒機制過程中實質(zhì)上是物料受到擠壓力、摩擦力和高溫高壓綜合作用產(chǎn)生變形的過程。

　　根據(jù)粉料在造粒成型過程中所處的狀態(tài)不同，可以將整個過程分為3個區(qū)：供料區(qū)、變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)，如圖3所示。

供料區(qū)：物料基本不顆粒機會受到擠壓力，但是在環(huán)模旋轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生離心力，在離心力作用下粉料緊貼在環(huán)模內(nèi)側(cè)。

變形壓緊區(qū)：隨著外環(huán)模的旋轉(zhuǎn)，壓輥同時被動旋轉(zhuǎn)，物料在環(huán)模作用下進入壓緊區(qū)，同時受到環(huán)模和壓輥的擠壓和摩擦作用，物料之顆粒機間產(chǎn)生相對移動。隨著物料向前移動，擠壓力逐步增大，粉料顆粒之間的間隙逐步變小，產(chǎn)生變形，物料密度也逐步加大。

擠壓成型區(qū)：在物料進入該區(qū)域時擠壓力和摩擦力快速增大，同時產(chǎn)生高溫和高壓環(huán)境，物料之間的接觸顆粒機面積增大，在木質(zhì)素和纖維素的作用下產(chǎn)生相互黏結(jié)，被連續(xù)不斷的擠壓入模孔，形成不同密度的顆粒。在擠壓區(qū)，環(huán)模和壓輥會保持0.5～1.0mm的間隙，隨著造粒過程中環(huán)模和壓輥的磨損，兩者間隙逐步增大，當超過顆粒機一定極限后（一般經(jīng)驗為5mm）造粒效果將受到影響，就需要對環(huán)模和壓輥進行調(diào)整或更換。

　　4行業(yè)技術(shù)未來發(fā)展趨勢判斷

　　4.1存在的問題

目前，生物質(zhì)環(huán)模造粒裝備產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了相對完善的產(chǎn)業(yè)體系，基本能夠滿足國內(nèi)顆粒機各領(lǐng)域的生產(chǎn)應用需求。但行業(yè)技術(shù)研究方面還存在以下方面問題。

（1）環(huán)模造粒裝備技術(shù)平臺與基礎(chǔ)研究相對滯后，產(chǎn)品設(shè)計缺乏先進的試驗與檢測條件支撐，經(jīng)驗設(shè)計仍占有相當大的比重，但高端人才比較短缺，極大制約顆粒機了產(chǎn)品的創(chuàng)新力度與技術(shù)水平。

（2）部分指標已達到或接近國際先進水平，但總體技術(shù)水平與國際先進水平相比還有較大差距，尤其是環(huán)模和壓輥等核心零部件材料技術(shù)、表面熱處理技術(shù)、?？仔螤顑?yōu)化技術(shù)等方面還需要繼續(xù)顆粒機研究和提升；關(guān)鍵零部件可靠性與瑞士BUHLER、美國CPM、奧地利Andritz、德國MUNCH和丹麥Sprout-Matador等國外高端品牌相比差距甚遠。

（3）以環(huán)模制粒機為核心的顆粒成套生產(chǎn)線大顆粒機型化、智能化水平不高。以貝斯爾、溧陽金梧和宇龍等為代表的顆粒機企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的環(huán)模制粒裝備自動控制系統(tǒng)，及以環(huán)模制粒機為核心的顆粒生產(chǎn)成套生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)，并得到一定程度的應用，可以顆粒機滿足目前國內(nèi)大型顆粒加工廠對裝備的需求。但當前成套控制系統(tǒng)的智能化水平較低，且成套生產(chǎn)線的大型化水平與國際先進水平相比差距較大。

　　4.2發(fā)展方向

根據(jù)國內(nèi)造粒機行業(yè)的發(fā)展歷程和技術(shù)現(xiàn)狀，同時參考國際高端品顆粒機牌技術(shù)發(fā)展歷程等綜合分析判斷，未來國內(nèi)生物質(zhì)造粒機技術(shù)領(lǐng)域主要向以下方面發(fā)展。

　?。?）逐步搭建完善的技術(shù)體系，包括造粒工藝、核心部件設(shè)計、制造工藝、新材料和智能化控制等。

目前，歐洲等發(fā)達國家已經(jīng)形成了健顆粒機全的環(huán)模制粒裝備技術(shù)體系，能夠提供多種優(yōu)質(zhì)、高效的生產(chǎn)設(shè)備與完善的工程解決方案。國際著名的環(huán)模制粒裝備企業(yè)已分別從制粒工藝、裝備設(shè)計與制造、智能控制技術(shù)、專家診斷與服務技術(shù)等多個方面進行了系統(tǒng)研究，形顆粒機成了完善的技術(shù)體系。

　　國內(nèi)造粒機行業(yè)將隨著行業(yè)的發(fā)展，不斷學習國外先進技術(shù)和工藝，加大技術(shù)研究的投入，逐步搭建造粒機行業(yè)技術(shù)體系。

（2）不斷優(yōu)化改進環(huán)模、壓輥等核心零部件技術(shù)，包括技術(shù)參數(shù)優(yōu)化調(diào)整、新材顆粒機料應用、熱處理工藝改進、?？捉Y(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)優(yōu)化等，有效提高核心零部件適應性和使用壽命，提高造粒機性能、可靠性和工作效率。

（3）向大型化、智能化方向發(fā)展。不斷引入智能化控制技術(shù)，使裝備的智能化監(jiān)控和操作顆粒機水平不斷提高，從而提升環(huán)模造粒裝備的整體技術(shù)水平。

　?。?）造粒生產(chǎn)線工藝流程不斷優(yōu)化，開發(fā)智能化全過程監(jiān)控和管理系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)線的時時監(jiān)控、調(diào)整及故障診斷等，逐步實現(xiàn)自動化操作。

（5）移動式造粒技術(shù)不斷顆粒機成熟，各功能部件系統(tǒng)匹配性逐步完善。在作物秸稈田間造粒方面逐步應用，核心造粒單元對作物秸稈水分、形態(tài)等方面的適應性不斷改進，整機技術(shù)逐漸成熟。移動式造粒機將作為未來生物質(zhì)造粒機的創(chuàng)新性產(chǎn)品，和固定式造顆粒機粒機共同促進生物質(zhì)造粒行業(yè)的技術(shù)及產(chǎn)品的不斷成熟、發(fā)展。

　　參考文獻:

[1]郝玲，祖宇，董良杰.模輥式生物質(zhì)燃料成型技術(shù)及設(shè)備的研究進展［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2012,40（1）：367-369,372.顆粒機

　　[2]胡建軍.秸稈顆粒燃料冷態(tài)壓縮成型實驗研究及數(shù)值模擬［D］.大連：大連理工大學，2008.

聲明：本文轉(zhuǎn)載自 《農(nóng)業(yè)機械》 作者：王保國,邱筱玲，轉(zhuǎn)載此文出于傳遞更多信息之目的，轉(zhuǎn)載內(nèi)容版權(quán)歸原作者顆粒機所有，如有侵權(quán)請聯(lián)系“麥電網(wǎng)”刪除。