0、引言
近年來，石油、煤炭價格大幅上漲，能源短缺十分嚴重，能源形勢日益緊張，開發(fā)出適用的可再生能源產(chǎn)品已成了當務(wù)之急。生物質(zhì)能源是唯一的可以儲存、運輸?shù)目稍偕茉矗翘娲剂系氖走xⅢ。但生物質(zhì)具有堆積密度小、能量密度低、運輸、儲存使用空間大、成本高等特點，其嚴重制約了生物質(zhì)能的大規(guī)模應(yīng)用。因此，開發(fā)生物質(zhì)冷態(tài)致密成型顆粒加工技術(shù)及設(shè)備，是有效利用生物質(zhì)的必不可少的重要環(huán)節(jié)。生物質(zhì)經(jīng)過致密成型后不但可作為燃料取代煤炭直接燃燒利用，同時也可通過干餾炭化技術(shù)、液化技術(shù)、氣化技術(shù)等進行深加工利用，從而解決生物質(zhì)利用的經(jīng)濟性和實用性問題，實現(xiàn)生物質(zhì)能源規(guī)�；瘧�(yīng)用，富通新能源生產(chǎn)銷售的
秸稈顆粒機、
秸稈壓塊機、
木屑顆粒機專業(yè)壓制
生物質(zhì)成型顆粒燃料。
本文利用我們研制的SKR-25型生物質(zhì)顆粒燃料成型樣機，通過對玉米秸稈和麥秸稈進行大量成型試驗研究，研究不同生物質(zhì)原料、粒度、含水率、成型機環(huán)�？组L徑比等因素與顆粒成型率及噸料電耗的關(guān)系，找出生物質(zhì)顆粒燃料的最佳成型條件，為生物質(zhì)顆粒成型機的成型工藝改進及設(shè)備優(yōu)化設(shè)計提供試驗依據(jù)，進而為生物質(zhì)資源化利用的預(yù)處理技術(shù)提供科學(xué)數(shù)據(jù)。
1、試驗裝置與試驗方法
1.1試驗裝置
本試驗采用的SKR-25型生物質(zhì)顆粒燃料成型樣機的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
生物質(zhì)原料粉碎后從加料口經(jīng)進料絞龍進入成型室，在成型室內(nèi)，主軸帶動環(huán)模旋轉(zhuǎn)，在磨擦力作用下，壓輥與環(huán)模同時旋轉(zhuǎn)，原料經(jīng)進料刮板被卷入
環(huán)模和
壓輥之間，兩者相對旋轉(zhuǎn)對原料逐漸擠壓，并擠入環(huán)�？�，在環(huán)模中成型，并不斷向孔外擠出，再由切刀按所需長度切斷成型顆粒，壓粒過程中物料是在壓模與壓輥強烈擠壓作用下強制通過均布于環(huán)形壓模的小孔而壓實成型的。
1.2試驗方法
生物質(zhì)原料在成型過程中，成型機結(jié)構(gòu)、環(huán)�？捉Y(jié)構(gòu)以及成型工藝是相關(guān)聯(lián)的，在確定了成型機結(jié)構(gòu)和環(huán)�？捉Y(jié)構(gòu)后，成型工藝成了技術(shù)關(guān)鍵，不同原料、不同成型工藝的試驗表明：原料粒度、含水率、成型壓力是影響冷成型燃料生產(chǎn)的主要因素。在充分分析生物質(zhì)冷成型機理及影響成型的各主要因素的基礎(chǔ)上，我們選擇兩種來源廣泛、具有一定代表性的生物質(zhì)原料玉米秸稈和麥秸稈進行冷成型試驗研究。測定原料在不同粉碎粒度、含水率下的成型率和噸料電耗。同時，通過調(diào)整成型機的關(guān)鍵部件環(huán)模的厚度測定不同環(huán)模孔長徑比的顆粒成型率及電耗，從而得出玉米秸稈和麥秸稈的成型條件范圍及最佳成型工藝條件。
2、試驗結(jié)果及分析
2.1原料粒度對成型效率的影響
由于生物質(zhì)經(jīng)粉碎機粉碎后的粒度并非完全一致，為了更直觀地反映粒度對成型過程的影響，我們采用粉碎機的篩網(wǎng)孔徑來表征成型原料的粒度，初步試驗后，決定采用孔徑分別為8、6、4、2mm的4種篩網(wǎng)粉碎后的原料分別進行成型試驗（原料含水率25%、環(huán)�？组L徑比5:1），研究粒度與成型效率的關(guān)系。
試驗數(shù)據(jù)表明，顆粒的成型率及噸料電耗與原料粒度呈反比關(guān)系，粒度越小，成型效率越高。但是，對整個顆粒成型系統(tǒng)而言，并不是粒度越小越好，因為隨著篩網(wǎng)孔徑的減小，原料的粉碎效率急劇下降，粉碎電耗上升，系統(tǒng)效率隨之下降。因此，綜合考慮應(yīng)在保證成型機合理成型效率的基礎(chǔ)上選擇較大的篩網(wǎng)孔徑，使系統(tǒng)綜合電耗達到最佳值。
從成型效率與原料粒度關(guān)系圖上可看出，成型率及噸料電耗與原料粒度并非線性關(guān)系，當粒度增大到一定量值以上．成型率出現(xiàn)快速下降趨勢，噸料電耗也同步快速上升，曲線圖上形成一個拐點，該點即可作為我們選擇最佳篩網(wǎng)孔徑的主要參考點。對于不同的物料，因其成分含量不同，成型難易也不同，拐點的位置也不同，從圖2、圖3可看出，對玉米秸稈其最佳篩網(wǎng)孔徑為6mm，而對麥秸稈其最佳篩網(wǎng)孔徑為4mm，顯然麥秸稈在成型過程中對原料粒度要求較高，比玉米秸稈更難成型。
2.2原料含水率對成型效率的影響
原料含水率對顆粒成型率影響很大，含水率過低或過高，生物質(zhì)顆粒均無法正常成型。水分過低，生物質(zhì)粉料在壓縮過程中缺少必要的軟化劑和潤滑劑而無法成型；水分過高，成型條件變壞，成型室內(nèi)原料被擠成餅狀，無法順利從成型孔壓出，會造成機器卡死，成型壓力大幅度上升，主電機超載，防護成型機安全的安全銷斷裂。初步試驗表明，成型時原料含水率控制在10%。40%才能有效成型，含水率在10%以下時，成型率大幅降低。因此，我們選擇4種含水率分別為15%、20qo、25%、30%時進行成型試驗（原料粒度篩網(wǎng)孔徑為4mm、環(huán)模長徑比5:1），研究其對成型效率的影響，試驗結(jié)果數(shù)據(jù)見表2。
試驗結(jié)果表明，原料含水率對成型率的影響相當大，只有將含水率控制在一定范圍內(nèi)，成型過程才能正常進行。當含水率超過30%以后，成型機運行中出現(xiàn)卡死的幾率大大上升，當含水率降低到一定數(shù)值以下時，成型率將急速下降。從圖4、圖5可以發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈成型對原料含水率的適應(yīng)范圍較寬，當含水率在20% - 30%之間時，其成型率及噸料電耗均保持在一個相對合理、穩(wěn)定的水平，最佳含水率在25%左右。而麥秸稈的含水率使用范圍為25%～30%，含水率大于30%后，機器卡死幾率也大于玉米秸稈，并且其成型率及噸料電耗指標也大大高于玉米秸稈，成型工藝條件較難控制。
2.3環(huán)�？组L徑比對成型效率的影響
環(huán)模孔長徑比是顆粒成型設(shè)備直接決定原料成型條件的重要因素，它決定了原料的成型壓力和壓縮比，當長徑比較小時，成型壓力較低，成型率也較低，成型顆粒密度較��；長徑比越大，原料成型過程中受到的壓力越大，成型過程也越長，此時，成型率提高，顆粒密度加大，耗電量也大幅提高，顆粒產(chǎn)量下降。因此，找出環(huán)�？组L徑比與成型效率的對應(yīng)關(guān)系，對優(yōu)化環(huán)模設(shè)計、提高成型設(shè)備整機效率十分重要。本試驗我們采用8mm孔徑的環(huán)模，通過改變孔長的方法，測試環(huán)�？组L徑比對成型效率的影響，測試長徑比分別為4;1、5:1、6:1、7:14種形式，試驗原料粒度取4mm篩孔直徑及25%含水率。試驗數(shù)據(jù)見表3。
從圖6、圖7可以看出當環(huán)�？组L徑比低于5:1時，成型率迅速下降，同時導(dǎo)致噸料電耗也隨著迅速上升；當環(huán)模長徑比高于5:1時，成型率基本上是呈線性增加趨勢，而噸料電耗的變化因原料的不同則呈現(xiàn)出不同趨勢，玉米秸稈的最佳噸料電耗出現(xiàn)在長徑比5:1處，麥秸稈的最佳值為長徑比6:1，其主要原因是麥秸稈纖維素含量高，較難壓縮成型，需要較高的成型壓力才能保證有效成型率。圖8給出了成型顆粒密度隨環(huán)模孔長徑比的變化關(guān)系，基本呈同步增長趨勢。
3、結(jié)論
1)適當?shù)姆鬯榱６�、原料含水率及環(huán)�？组L徑比是生物質(zhì)冷壓成型的基本工藝條件。當篩網(wǎng)孔徑不大于6mm，原料含水率在20%。30%之間，環(huán)�？组L徑比為5:1時，玉米秸稈的成型率較高，成型過程運行穩(wěn)定。試驗數(shù)據(jù)顯示，篩網(wǎng)孔徑為6mm、原料含水率為25%、環(huán)�？组L徑比為5:1時，其綜合電耗達到最佳值，冷成型顆粒噸料電耗低于100kW·h;
2)高纖維素含量的麥秸稈也可以冷壓成型，但成型條件較苛刻，要求粉碎機篩網(wǎng)孔徑不大于4mm、原料水份含量在25% - 30%之間、環(huán)�？组L徑比不小于6:1。麥秸稈的最佳成型條件為篩網(wǎng)孔徑4mm、原料含水率25%、環(huán)�？组L徑比6:1；
3)不同生物質(zhì)原料，對成型條件要求有所不同，對于玉米秸稈類的普通生物質(zhì)秸稈，其冷成型工藝較容易控制，成型率較高，噸料電耗能夠保持在較合理水平，已具備實際應(yīng)用條件。而對于麥秸稈類高纖維素含量的生物質(zhì)原料，成型難度較大，成型過程中對粒度、含水率等因素的適應(yīng)范圍較窄，需要的成型壓力也較大，成型率較低，其噸料電耗也大大高于玉米秸稈，經(jīng)濟性較差，還需從設(shè)備及工藝上進一步改進提高。
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