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)顆粒燃料成型機發(fā)展現(xiàn)狀，對環(huán)模顆粒成型機和平模顆粒成型機的性能和應(yīng)用進行了比較，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)境為代價的?；茉慈找鏈p少，環(huán)境污染日益嚴重，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，浪費資源，而且對環(huán)境造成嚴重污染，危害人們身心健康[4]。生物顆粒機質(zhì)成型燃料的能量密度相當于中質(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，吸收和排放達到平衡，基本實現(xiàn)零排放，其它有毒有害氣體排放量也遠小于煤。生物質(zhì)成型燃料本身體積較小，接觸到的顆粒機空氣充足，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，具有流動性強、燃燒效率高等優(yōu)點，從而得顆粒機到廣泛應(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)顆粒燃料成型機發(fā)展現(xiàn)狀，對比分析國內(nèi)環(huán)模顆粒成型機和平模顆粒成型機的性能和應(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，使植物體顆粒機變得致密均勻，當取消外部壓力后，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)原料通過成型機的壓縮成為圓顆粒機柱形的生物質(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，便于運輸和貯存；同時，體積小，與空氣接觸面積大，利于燃燒；規(guī)格一致，便于實顆粒機現(xiàn)自動化輸送和燃燒；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60%～70%[8]，遠高于煤，故其點火顆粒機性能和燃燒性能均優(yōu)于煤；碳含量為35%～42%，遠低于煤。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NOx和SO2的排放量遠低于煤，排放的CO2和顆粒機秸稈光合作用吸收的CO2達到平衡，基本實現(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和支持相顆粒機關(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)顆粒燃料成型機發(fā)展現(xiàn)顆粒機狀

?經(jīng)過多年的研究與試驗，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)計研究院的生物質(zhì)制粒設(shè)備，整機傳動部分選用高品質(zhì)軸承，確保傳動高效、穩(wěn)定、噪聲低，采用國際先進的真空護熱處理制造工藝加工而顆粒機成的合金鋼環(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，采用一體式減速機同步齒形帶分步驟傳動系統(tǒng)及獨特雙壓輥經(jīng)典顆粒機設(shè)計，布料均勻，產(chǎn)量高，噪音低；河南鵬鶴新能源環(huán)保科技有限公司高效率制粒機，采用國際先進的設(shè)備和工藝加工制造的合金鋼環(huán)模，使用壽命長，特制喂料機構(gòu)，進料均勻可靠，專為壓制各種顆粒燃料而設(shè)計。

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

?國外生物質(zhì)顆顆粒機粒設(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

?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，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)成顆粒機型燃料均勻度要求，可實現(xiàn)工業(yè)的自動化上料，是目前發(fā)展的重點。

?　　模輥式成型機分為環(huán)模成型機和平模成型機，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?？锥尚汀?/span>

?環(huán)模顆粒成型機機型采顆粒機用環(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)、傳動系統(tǒng)及成型系統(tǒng)組成。環(huán)模顆粒成型機設(shè)備如圖所示。

?成型機工作原理：電動機帶動環(huán)模轉(zhuǎn)動，由于摩擦力的作用，環(huán)模上的物料帶動壓輥轉(zhuǎn)動。物料顆粒機被強制喂料器送入壓制室內(nèi)之后，隨環(huán)模和壓輥轉(zhuǎn)動，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，達到一定密度的物料就被壓入環(huán)模?？桩斨?，經(jīng)過一段時間保壓定型，具有一定密度的生顆粒機物質(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之間時適合成型。

3.2平模顆粒成型機

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

直輥動輥式平模制粒機工作原理。電動機經(jīng)過減速箱減速后驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動，主軸帶動壓輥公轉(zhuǎn)。同時，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)，將平模顆粒機上的物料不斷擠壓進?？變?nèi)；物料在?？變?nèi)密度和溫度不斷升高，經(jīng)過一定時間保壓定型后，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。平模顆粒成型機設(shè)備如圖所示。

?平模成型機對顆粒機原料水分適應(yīng)性強，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)模顆粒機特點在于產(chǎn)量大，成型顆粒規(guī)格一致，密度高，可達1.0～1.顆粒機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，維護簡單。其缺點是電耗普遍偏高。

?而平模機器的優(yōu)點在于耗能小，機動性大，適合農(nóng)村居民小規(guī)模應(yīng)用，不適合顆粒機工廠企業(yè)的大規(guī)模運作。其缺點在產(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，達不到更大的產(chǎn)量，配件拆裝繁瑣、維護麻煩。

          

4結(jié)論

?生物質(zhì)顆粒燃料有諸多優(yōu)點，隨著一次能源的減少，其顆粒機使用必將更加廣泛。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)實現(xiàn)模塊化的全自動控制生產(chǎn)線，生產(chǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，已達到規(guī)?；蜕唐坊?。

?國內(nèi)制粒機近年來已取顆粒機得很大進展，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，降低制粒機能耗，應(yīng)是今后重點研究方向。其中，環(huán)模制粒機環(huán)模的磨損以及?？锥氯?，也是亟待解決的問題。從根本上提高制粒機的產(chǎn)量和成顆粒機型顆粒質(zhì)量、降低能耗，還需要通過改變模輥間隙、?？仔螤畹燃毠?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)標準，有利于促進其產(chǎn)業(yè)化和商品化進程。

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