0、引言
食用菌生產(chǎn)主要利用農(nóng)林廢棄物及牲畜糞便，通過生物轉(zhuǎn)化成為人類所需的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)源一食用菌。近年來，伴隨食用菌工廠化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，工廠內(nèi)栽培過后的培養(yǎng)料隨意丟棄，如何處理大量的菌渣廢料也顯得越來越重要，富通新能源生產(chǎn)銷售
顆粒機、
秸稈顆粒機、
木屑顆粒機等生物質(zhì)顆粒燃料成型機械設備。
食用菌菌渣( Edible Fungi Residue，EFR)是食用菌栽培過程中收獲產(chǎn)品后剩下的培養(yǎng)基廢料，又被稱作菌糠、菌渣、下腳料、廢菌筒等，含有豐富的蛋白質(zhì)及其他營養(yǎng)成分。目前，大多數(shù)企業(yè)將菌渣作為滅菌用的燃料自身消化，或出售給有機肥生產(chǎn)企業(yè)制作有機肥料：而有些企業(yè)，由于利用效率不高，將大量的菌渣臨時或長時間堆放在菇場周圍，導致滋生大量螨蟲、霉菌等，污染栽培環(huán)境，危害食用菌生產(chǎn)，造成嚴重減產(chǎn)甚至絕收。傳統(tǒng)的丟棄或燃料處理辦法，顯然已不合適宜，也不符合低碳循環(huán)經(jīng)濟理念。因此，如何高效利用菌渣資源，提高菌渣資源利用的經(jīng)濟效益，變廢為寶，已成為我國食用菌工廠化生產(chǎn)發(fā)展中面臨的一大問題。
固化成型機是指把能源密度低的作物秸稈、農(nóng)林廢棄物壓縮制成能源密度高、質(zhì)地堅硬的棒狀或顆粒狀燃料，以便于儲存和運輸，達到提高利用效率，降低直燃造成的環(huán)境污染。
依據(jù)中國食用菌協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2011年全國食用菌總產(chǎn)量達到2 571.7萬t。按食用菌產(chǎn)量與菌渣比1：(1.0～1.1)計，則全國年產(chǎn)生菌渣量超過2 800萬t。如果基于生物質(zhì)成型技術(shù)固化為顆粒狀的生物質(zhì)能源，不但能實現(xiàn)菌渣資源化、商品化，變廢為寶，化害為利，還能夠提高菌渣循環(huán)綜合生產(chǎn)能力，增加菇農(nóng)收入、減少污染，加快建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。目前，雖然國內(nèi)固化成型燃料技術(shù)已經(jīng)取得了階段性成果，但主要應用于木質(zhì)類、秸稈類等廢棄物等原料，而以食用菌栽培過后的培養(yǎng)料為原料的固化成型機尚未有報道。
針對菌渣粒度小、易結(jié)塊的難點，采用棍模碾壓成型原理，成型室內(nèi)強制通風降溫機構(gòu)，設計了菌渣顆粒固體成型機，分析了其關鍵部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)：通過試驗進行了驗證，為菌渣固化成型能源化的推廣應用提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。
1、茵渣致密成型機的構(gòu)造與工作原理
1.1整體機構(gòu)
根據(jù)生物質(zhì)固體成型顆粒燃料要求，以及研究提出棍模碾切擠壓原理，確定了菌渣顆粒成型機機構(gòu)示意圖。其主要由送料口、喂料調(diào)質(zhì)裝置、除鐵裝置、強制輸送裝置、棍模碾壓裝置、出料口、變速箱、電機、帶輪和機架等組成。
整機主要技術(shù)參數(shù)：
外形尺寸/mm：3 298x8lOx2 543
整機質(zhì)量/kg：2.8
產(chǎn)量／t．h-1：0.8～1.5
主機功率/kW：90
環(huán)模內(nèi)徑/mm：420
環(huán)模厚度／mm：62
環(huán)模寬度/mm：90
模孔長度/mm：50
�？字睆�/mm：8
壓輥個數(shù)：2
壓輥外徑/mm：210
環(huán)模轉(zhuǎn)速/r·rmn-1：160
環(huán)模開孔率1%：37.6
顆粒成型率1%：95
1.2工作原理
將晾曬后含水率在15%～20%的菌渣通過輸送提升機構(gòu)送人到橫向的喂料調(diào)質(zhì)裝置中，調(diào)質(zhì)完成后的菌渣通過強制螺旋喂人裝置將菌渣強制送人到成型機構(gòu)內(nèi)。電機的動力通過變速箱驅(qū)動環(huán)模轉(zhuǎn)動。環(huán)模轉(zhuǎn)動把菌渣送人壓輥和環(huán)模之間，在壓輥不斷的轉(zhuǎn)動碾切下，使菌渣與菌渣，環(huán)模與菌渣，壓輥與菌渣之間相互產(chǎn)生摩擦：當擠壓力增大到足以克服�？變�(nèi)物料與內(nèi)壁的摩擦力時，具有一定密度和粘結(jié)力的物料就被擠壓進環(huán)�？變�(nèi)。由于模輥的不斷旋轉(zhuǎn)，物料不斷被擠壓進環(huán)模孔，因此環(huán)�？變�(nèi)的物料經(jīng)成形后被連續(xù)擠壓出環(huán)�？�。通過調(diào)整切刀的長短來控制成型后的菌渣顆粒長度，最終得到一定長度的壓縮成型顆粒。
2、關鍵部件的設計
環(huán)模與壓輥為菌渣顆粒燃料固化成型機的核心部件，其材料、基本參數(shù)及力學特性直接影響著菌渣成型燃料的質(zhì)量、產(chǎn)量，因此有必要分析研究其特性，設計合理的環(huán)模和壓輥結(jié)構(gòu)參數(shù)。
2.1環(huán)模結(jié)構(gòu)設計
2.1.1材料選擇
由于環(huán)模工作時的環(huán)境是在高溫、高壓下，且金針菇培養(yǎng)料因添加石灰、石膏等腐蝕性物質(zhì)而導致環(huán)模與壓輥在工作中極易遭受腐蝕，要求環(huán)模的材料具有耐高壓、高溫和耐腐蝕性。因此，本設計環(huán)模采用材料為合金結(jié)構(gòu)鋼42CrMo，并在通孔后對其進行真空淬火處理，以保證�？椎墓饣龋欣谖锪蠑D出成型，其彈性模量930MPa，泊松比為0.3。
2.1.2環(huán)�？仔徒Y(jié)構(gòu)
為減少菌渣人孔阻力，方便進入�？�，進料孑L口直徑應大于�？字睆剑纬慑F形擴大孔口。本設計環(huán)模�？撞捎冕尫攀诫A梯孔，進料錐形度a為900實現(xiàn)大孔預壓、小孔成形擠壓、減壓出料的過程，確保制粒的質(zhì)量。同時，減壓出料口采用直孔，出料孔徑d：稍大于擠壓孔直接d，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
2.1.3環(huán)模厚度、有效長度、�？讕挾取⒛？字睆脚c長徑比
環(huán)模厚度是菌渣制粒質(zhì)量和產(chǎn)量的一個重要參數(shù)。對釋放式階梯孔，�？椎挠行чL度是指環(huán)模的總厚度減去釋放孔的長度。
�？椎拈L徑比為模孔有效長度L與�？字睆絛之比，是一重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。通常針對不同的生物質(zhì)原料類型，長徑比不同，一般取值范圍在5 -13之間。
因此，本設計環(huán)模厚度、有效長度等參數(shù)為：厚度T=62mm；有效長度L=50；模孔帶寬度B=90mm；環(huán)模內(nèi)徑D =420mm;�？字睆絛=8mm;長徑比//d為6. 25。
2.1.4環(huán)模的排列與開孔率
模孔的排列方式通常按沿周向排列。為了使物料能相對均勻地進入模孔，可以進行錯位排列，本設計環(huán)模為等邊三角形布孔。則環(huán)模開孔率為
2.2環(huán)模的轉(zhuǎn)速
環(huán)模的線速會影響制粒效率、能耗及顆粒的堅實度，在一定范圍內(nèi)，直接影響物料在輥模擠壓區(qū)的厚度大小和在�？淄Ａ魰r間的長短，進而影響整機的產(chǎn)能與顆粒質(zhì)量。在實際應用中，國內(nèi)外廠商選用的環(huán)模線速均在3.5 -8.5m/s[12]，根據(jù)環(huán)模線速求得環(huán)模轉(zhuǎn)速為
將環(huán)模內(nèi)徑D代人式(2)中得，環(huán)模轉(zhuǎn)速為159r／min，因此本機環(huán)模轉(zhuǎn)速取整為160r/min。
2.3壓輥結(jié)構(gòu)設計
2.3.1材料選擇
制粒機工作時，平模與壓輥的線速度基本相同，但是壓輥的直徑較小，所以壓輥的磨損率比環(huán)模大。因此本設計選用高碳合金鋼制造的壓輥，經(jīng)熱處理后壓輥的硬度高于環(huán)模5HRC -6HRC，同時壓輥表面加工成與軸線平行的齒形槽，以增加摩擦和抓住粉料，防止壓輥打滑。
2. 3.2壓輥形式、直徑確定
為了使壓輥在安裝形式上較易達到平衡，產(chǎn)生在環(huán)模上的作用力相互抵消，本壓輥設計數(shù)量為2只。通過查閱資料可知，二輥式顆粒壓制機的輥模徑比為0. 43 -0. 55。因菌渣粒度相比其它生物質(zhì)而言，粒度要細得多。因此，選取壓輥外徑與環(huán)模內(nèi)徑比為0.5，則壓輥直徑d=2lOmm。
2.4整機生產(chǎn)率的計算
菌渣燃料成型機中的生產(chǎn)率與物料攫取層厚度相關，而攫取層厚度又與壓輥、環(huán)模與物料的夾角B有關，根據(jù)被壓入的物料的高度^計算公式，即
3、性能試驗分析
3.1試驗條件
試驗選用栽培過后的金針菇培養(yǎng)料，因菌渣含水率較高（一般達到60%左右），為利于成型，需要對菌渣進行晾曬，使其含水率控制在15%～25%之間，此時成型率為最好。通過試驗前的晾曬，菌渣平均含水率在13. 55，菌渣的原始密度為0.20g/cm3。
對菌渣成型機進行試驗驗證時，顆粒燃料要求平鋪放置3 -5 h，待冷卻后取樣，按照測量的時間、電耗、產(chǎn)量等參數(shù)進行生產(chǎn)率、噸燃料能耗、成型率、機械耐久性、顆粒密度和顆粒含水率等指標的計算與測量。
3.2試驗指標及測定方法
采用模輥式生物質(zhì)顆粒燃料成型機進行壓縮試驗，按照CEN /TS14778 -12005固體生物質(zhì)顆粒燃料取樣方法取樣測量并記錄相關試驗數(shù)據(jù)。
3.2生產(chǎn)率
在正常生產(chǎn)過程中，每隔10min接取1次成品，接取時間不少于3min，共接取3次。分別稱量接取的樣品質(zhì)量�？紤]到原料含水率不同，計算中增加含水率系數(shù)。其計算公式為
3.3試驗結(jié)果與分析
經(jīng)3次重復試驗取樣，菌渣固體成型機性能試驗結(jié)果如表1所示。試驗結(jié)果表明：樣機平均生產(chǎn)率為945. 5kg/h;噸燃料能耗為71.43kW·h/t;樣機平均成型率為96.4%：顆粒機械耐久性達到97.2%，樣機平均顆粒質(zhì)量密度為1. 24g/cm3。上述指標均能夠滿足顆粒燃料的國家標準要求。同時，通過對樣機6個不同方位的噪聲測試，噪聲均小于90dB，符合國家標準要求。該菌渣成型機的性能滿足設計要求。在試驗過程中基本連續(xù)穩(wěn)定運行。
4、結(jié)論
1)結(jié)合菌渣粒度小、易結(jié)塊等特點設計了菌渣顆粒固體成型機，整機采用棍模碾切擠壓與模孔成型相結(jié)合，能夠完成菌渣強制喂料、成型腔通風降溫等作業(yè)工序。工作時噪聲均小于90dB，符合國家標準要求。
2)菌渣固體成型機性能試驗表明：樣機生產(chǎn)率為945.5kg/h，顆粒燃料的成型率為96.4%，顆粒機械耐久性為97.2%，顆粒密度為1.24g/cm3，顆粒含水率為10. 91%，滿足生物質(zhì)顆粒燃料成型生產(chǎn)要求。
3)通過試驗表明，該機能夠滿足設計生產(chǎn)要求，能實現(xiàn)規(guī)�；�、連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，為我國菌渣能源化利用提供了技術(shù)支撐和裝備保障。
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