0、引言
生物質(zhì)能是世界上第三大能源，每年滿足全世界14%的能源消耗，是一種取之不盡、用之不竭的可再生的清潔能源。農(nóng)業(yè)秸稈是生物質(zhì)的重要組成部分，我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)秸稈數(shù)量大、種類多、分布廣，是農(nóng)村方便的替代能源。由于農(nóng)業(yè)秸稈的熱值低、容積密度小、物理形態(tài)不規(guī)則，給能源化利用帶來很多困難，導(dǎo)致利用率低，大量被丟棄或在田間焚燒，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。生物質(zhì)致密成型技術(shù)是解決以上問題的有效方法，即利用機(jī)械力將生物質(zhì)壓縮或擠壓成為容積密度較大、熱效率較高、便于運(yùn)輸和儲藏的固體成型燃料。其容積密度可提高到原來的10倍以上(>600kg/m3)，形狀和尺寸統(tǒng)一，使用方便，易于燃燒，是煤和薪柴優(yōu)秀的替代燃料M1。
目前，生物質(zhì)成型燃料主要有兩種：顆粒燃料和壓塊燃料。顆粒燃料和壓塊燃料的加工原理和生產(chǎn)原料完全一致，只是外形尺寸和加工方法及設(shè)備不一致。從外形尺寸上來看，顆粒燃料尺寸較小，直徑一般在6～12mm，長度一般為直徑的4～5倍：而壓塊燃料尺寸較大，直徑一般大于25mm，長度一般大于50mm。從加工方法來看，顆粒燃料一般由制粒機(jī)擠壓成型：而壓塊燃料一般由壓塊機(jī)擠壓或壓縮成型。另外，顆粒燃料對原料的加工條件一般高于壓塊燃料。在原料濕度較大、粒徑較粗的條件下，可以加工出高質(zhì)量的壓塊燃料。目前，加工顆粒燃料的制粒機(jī)主要有平模式和環(huán)模式兩種，而加工壓塊燃料的壓塊機(jī)主要有活塞式、螺旋式和對輥式3種。本文首先全面介紹了各種主要的制粒機(jī)和壓塊機(jī)的組成及其工作原理，并對它們的工作條件和工作性能進(jìn)行了對比分析，旨在為我國生物質(zhì)成型設(shè)備的開發(fā)和研制提供參考，從而促進(jìn)我國生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
1、國內(nèi)外生物質(zhì)成型燃料加工方法及設(shè)備
1.1平模制粒機(jī)
平模制粒機(jī)是人們最早使用的顆粒燃料成型機(jī)。其主要工作部件是水平放置的平模和與其配合的兩個圓柱形壓輥。平模制粒機(jī)按照其工作時平模和壓輥的運(yùn)動方式可分為兩種：一種是平模靜止而壓輥轉(zhuǎn)動，稱為動輥式；另一種為平模轉(zhuǎn)動而壓輥靜止，稱為動模式。工作時，原料從料斗加入，由于重力和刮板的作用，原料被均勻地鋪在平模上：同時電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過傳動箱帶動主軸轉(zhuǎn)動，安裝在主軸上的壓輥由于主軸的帶動和摩擦力的作用產(chǎn)生公轉(zhuǎn)和白轉(zhuǎn)，原料被壓輥不斷擠入平模內(nèi)固化成型。平模制粒機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、移動性好、易于操作，而且價格便宜，操作過程中可視性好，易于監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量，所以深受小型顆粒燃料加工廠及個體農(nóng)戶的青睞。但是，由于壓輥在工作過程中內(nèi)側(cè)和外側(cè)所碾壓的距離不一致，導(dǎo)致其磨損不均勻，維護(hù)保養(yǎng)難度大；而且壓輥和平模接觸面小、壓力小、產(chǎn)量低，顆粒成型質(zhì)量較差。
1.2環(huán)模制粒機(jī)
環(huán)模制粒機(jī)是平模制粒機(jī)的升級設(shè)備，是目前使用最廣泛的顆粒燃料制粒機(jī)。它一般由輸料箱、原料調(diào)節(jié)箱、制粒系統(tǒng)、減速箱和電機(jī)組成。
工作時，原料由輸料箱螺旋輸送器輸送到調(diào)節(jié)箱，根據(jù)不同的生物質(zhì)原料要求將濕度調(diào)節(jié)到理想值，并充分?jǐn)嚢韬筝斔偷街屏Ｏ到y(tǒng)。制粒系統(tǒng)由1個環(huán)模和2~3個壓輥組成，壓輥和環(huán)模之間有一定的間隙。工作時，電機(jī)經(jīng)減速器減速，帶動壓輥旋轉(zhuǎn)，將環(huán)模和壓輥之間的原料不斷擠入環(huán)模�？字校诟邷�、高壓下原料固化成型并擠jm模孔，環(huán)模外面的切刀及時將顆粒燃料切斷，形成直徑和長度一致的顆粒燃料�？梢�，環(huán)模制粒機(jī)和平模制粒機(jī)工作原理基本相同，只是環(huán)模替代平模后，增大了壓輥和環(huán)模間的擠壓面積，增加了擠壓力，提高了工作效率，提高了顆粒燃料的品質(zhì)。環(huán)模制粒機(jī)能夠較好地解決壓輥磨損不均勻的問題，有利于設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，延長設(shè)備使用壽命：但不足之處是環(huán)模制粒機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高、價格昂貴，所以目前主要適用于大、中型的顆粒燃料加工廠。
1.3活塞式壓塊機(jī)
活塞式壓塊機(jī)一般由活塞、模、螺旋輸送器及料斗組成。工作時，活塞在機(jī)械或液壓力的作用下做返復(fù)直線運(yùn)動：活塞向左運(yùn)動時，原料經(jīng)料斗、螺旋輸送器輸送到活塞前方的壓縮室內(nèi)：活塞向右運(yùn)動時，推動壓縮室內(nèi)的原料向前運(yùn)動并壓實(shí)成型；活塞繼續(xù)前行，將壓塊燃料從出料孔推出，完成一個工作過程，可見活塞式壓塊機(jī)是間歇式生產(chǎn)。活塞式壓塊機(jī)在工作過程中原料翻轉(zhuǎn)小，工作阻力較小，能耗較低�；钊綁簤K機(jī)有機(jī)械式和液壓式兩種，其中機(jī)械式工作壓力高，產(chǎn)量也比較高，壓塊燃料品質(zhì)也比較好，適用于大型壓塊燃料企業(yè)生產(chǎn)。1. 4螺旋式壓塊機(jī)
螺旋式壓塊機(jī)一般由料斗、加熱元件、螺旋推進(jìn)器、套筒、模和切刀組成。工作時，螺旋推進(jìn)器高速旋轉(zhuǎn)(600r/m)，原料經(jīng)料斗被持續(xù)向套筒推進(jìn)；套筒在外層包裹的加熱元件的作用下，溫度升高到200～250℃，使表層原料受熱軟化并固結(jié)。在螺旋推進(jìn)器推力、套筒阻力及原料顆粒間阻力的相互作用下，原料顆粒之間間隙減少，密度提高；在經(jīng)過錐型�？讜r，進(jìn)一步擠壓成型，成為密度較高的壓塊燃料，然后從出料口擠出，在切刀的切割作用下，形成直徑和長度一致的壓塊燃料。與活塞式壓塊機(jī)相比，螺旋式壓塊機(jī)的生產(chǎn)是連續(xù)性的，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、質(zhì)量較小、產(chǎn)品尺寸統(tǒng)一、品質(zhì)好，而且在加工過程中，由于摩擦生熱，部分原料在高溫下碳化，有利于點(diǎn)火和燃燒。但是，原料在移動過程中由于不斷翻轉(zhuǎn)，與螺旋推進(jìn)器和套筒的摩擦較大，機(jī)器工作部件磨損嚴(yán)重，能耗高。
1.5對輥式壓塊機(jī)
對輥式壓塊機(jī)由兩個形狀和尺寸相同的網(wǎng)柱形對輥、螺旋推進(jìn)器和料斗組成，如圖6所示。圓柱對輥的表面具有成型窩眼，工作時原料在螺旋推進(jìn)器和重力的作用下由料斗進(jìn)入兩個對輥之間填料空間，充實(shí)對輥上的窩眼：同時對輥繞水平方向的平行軸相向旋轉(zhuǎn)，將窩眼中的原料對壓成為餅狀；對輥持續(xù)轉(zhuǎn)動，窩眼中的餅狀燃料隨窩眼分離而落下，經(jīng)出料口排除�？梢�，對輥式壓塊機(jī)也是持續(xù)性生產(chǎn)，其產(chǎn)量比前兩種壓塊機(jī)要高；但是由于擠壓時間短、燃料密度低，因此，品質(zhì)較差。
2、生物質(zhì)成型燃料加工設(shè)備性能對比
在以上的生物質(zhì)成型燃料設(shè)備中，對生物質(zhì)顆粒原料的致密成型方法各有不同，加工m來的生物質(zhì)成型燃料品質(zhì)也不相同。本文從原料加工參數(shù)的要求（濕度和顆粒尺寸）、工作部件的磨損、能耗、產(chǎn)量、成型燃料容積密度、保養(yǎng)維護(hù)、燃燒性能以及不同用途的適應(yīng)性等各方面對以上加工方法做一對比分析，為開發(fā)和研制我國的生物質(zhì)成型設(shè)備提供參考。
3、結(jié)語
通過對比分析可以看出，在4種生物質(zhì)成型設(shè)備中，螺旋式壓塊機(jī)對原料的要求最高，生產(chǎn)的壓塊燃料品質(zhì)最好，燃燒性能最好；但磨損大，能耗高，產(chǎn)量低。對輥式壓塊機(jī)產(chǎn)量高，但是壓塊燃料品質(zhì)差。而環(huán)模制粒機(jī)和活塞式壓塊機(jī)能耗小，產(chǎn)量較高，成型燃料品質(zhì)也較好。
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