0、引言
環境與能源問題早已成為世界關注的熱點，石油和煤炭等傳統能源的大量開發與使用，對生態環境造成了極大的影響與破壞。隨著我國經濟的快速發展，對能源的需求與日俱增，作為一個煤炭大國，過度的開采造成煤炭資源量越來越少，且不斷引發礦區沉降與污染等各種破壞生態環境的人為災害。由于我國石油儲量不足，需要進行大量進口，在紛繁復雜的國際形式下，容易受制于人，引發我國的能源危機。尋找并開發可再生能源進行能源補充是緩解矛盾的有效途徑之一。目前，我國每年秸稈的產量約為8億t，除一部分作為畜牧飼料、肥料還田、造紙原料及農村取暖燃料外，大約有4億t秸稈可以作為生物質顆粒的原材料使用，折合約3億t標準煤。林業廢料及樹木枝丫每年產量約為9億t，大約有3億t可以作為生物質顆粒的原材料使用，折合約2億t標準煤。由于生物質原材料分布廣闊而且分散，運輸和儲存成本較高，生物質顆粒成型機的關鍵部件一環模在制粒過程中受到物料磨損與壓輥的交變壓力作用，導致其壽命短、成本高、經濟效益差，使生物質能不能很快地成為商品能源。但是，利用生物質固體成型技術將這些廢棄物轉化成高效的燃料，依舊是利用生物質能源的有效途徑之一，需要不斷去研究和探索，富通新能源專業生產銷售銷售
木屑顆粒機、
秸稈顆粒機等生物質顆粒燃料成型機械設備，同時我們也有大量的楊木木屑顆粒燃料出售，生物質顆粒燃料如下所示：
1、生物質顆粒成型機理
1.1生物質組成成分
生物質原材料主要成分有纖維素、半纖維素以及木質素等，植物細胞壁的主要成分之一就是纖維素。纖維素是由葡萄糖構成的線形高分子，在生物質中的含量越高，植物的細胞組織就越發達，在生物質顆粒壓制過程中就需要更大的成型壓力，即纖維素在生物質中的含量高低決定了其在常溫條件下顆粒成型的難易程度。半纖維素是一種多糖聚合物，在植物細胞壁中起到使纖維素和木質素相互貫穿的作用。木質素可以增強植物自身的機械強度，它是一類復雜的芳香聚合物，是植物中纖維素的粘合劑，當溫度升高到80～120℃時，它開始軟化，粘合力也隨之增強。生物質顆粒成型不改變生物質原材料的化學成分，依然保持生物質本身能燃盡及易揮發的特點。
1.2顆粒成型過程
生物質原料粒子在壓縮開始階段，松散堆積的固體顆粒排列結構開始改變。在成型壓力作用下，原料粒子進入環境，并填滿粒子之間的空隙，粒子的相互位置在運動中不斷地發生著變換，將原料粒子之間的空氣擠出。較大的木質纖維顆粒在巨大的成型壓力作用下開始破裂，同時發生塑性流動，原料粒子之間因互相嚙合變得十分緊密。在垂直于主應力方向上，原料粒子不斷延展繼續填充空隙。壓輥的擠壓運動及原料粒子間的摩擦會產生許多熱量，木質素軟化且粘合力隨之增強，在與纖維素的共同作用下使生物質逐漸成形。此時，在成型塊的內部尚有殘余應力存
在，在壓輥的擠壓作用下，成型塊進入環模模孔的保型階段，在這一階段消除不利于保持形狀的殘余應力，最終使生物質顆粒定型。
1.3影響顆粒成型因素
1.3.1原料粒度的影響
在確定最佳成型環模壓縮比、最適宜成型水分范圍和模孔直徑為8mm的條件下，分別以4種粒度的玉米秸稈作為原料，測試這類農作物最適宜成型粒度的范圍，結果如表1所示。
表1 原料在不同粒度范圍內成型測試結果
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粒度范圍/mm |
密度 /t·m-3 |
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0～1 |
1.13 |
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1～5 |
1.25 |
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5～10 |
1.01 |
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＞10 |
0.79 |
由表1的數據可以發現，當生物質原料粒度超過10mm時，擠壓出的顆粒密度較低，甚至于成型困難；而當原料粒度過小時，也會降低顆粒的密度。因此，當以玉米秸稈作為原料進行生產時，應保持90%以上的粉碎粒度小于環模孔徑。
1.3.2原料中水分的影響
一定量的結合水和自由水存在于生物質原料機體內部，在壓制顆粒成型過程中起著重要的作用。由于水分的影響，降低了摩擦力，起到潤滑的作用，促進流動性的提高，在擠壓過程中使粒子能夠不斷地滑動與嚙合。當原料中的含水量過低時，原料粒子之間的摩擦力較大，限制了粒子的滑動與延展，使粒子之間的結合不夠緊密，成型不牢固甚至難以成型；當原料中的含水量過高時，雖然原料粒子的流動性好，能夠得到充分的延展，并相互嚙合，但多余的水分會從原料中擠壓出來，分布在粒子之間，原料粒子間難以緊密貼合，也會引起成型不牢固甚至難以成型。所以，在制粒時要掌握好水分含量。通過實驗發現，玉米秸稈的含水率在13%～16%時成型密度最理想。
1.3.3制粒溫度的影響
在100℃以下，隨著溫度的不斷升高，植物體中的木質素開始軟化，粒子的二向平均徑增加，能夠起到粘結的作用。當溫度超過木質素的軟化溫度時，生物質原料粒子接近于流體的性質，所測粒子二向平均徑反而變小，垂直于最大主應力方向上的變形受到阻礙。因此，在生物質顆粒成型過程中需要掌握好合適的溫度。
1.3.4纖維成分含量的影響
生物質原料含有不同數量的纖維成分，對于不同的生物質原料，加工出同等數量的顆粒所消耗的能量也存在較大差異，因此需要根據不同生物質原料來選擇壓縮比。通過對玉米秸稈成型實驗發現（見表2），在壓縮比為4.5時，能夠保證顆粒質量，且能耗較低。
表2 玉米秸稈在不同壓縮比環模中成型測試結果
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壓縮比 |
密度 /t·m-3 |
生產率/kg·h-1 |
能耗/Kw·h·t-1 |
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3.5 |
0.91 |
500 |
64.00 |
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4.0 |
1.05 |
780 |
46.21 |
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4.5 |
1.21 |
900 |
46.78 |
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5.0 |
1.23 |
800 |
54.23 |
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5.5 |
1.22 |
650 |
71.32 |
2、顆粒機環模性能研究
2.1環模工作原理
把生物質原料粉碎到合適的粒度，調質后經輸送機構進入轉動著的環模腔內，物料在離心力的作用下，在環模的內壁上形成物料層，環模和壓輥相對旋轉，在巨大的壓力作用下，將物料從環模孔中擠出，由切刀切斷成所需要的長度。
2.2環模直徑與寬度
目前，環模的直徑與寬度還沒國家標準。根據市面相關的制粒設備參數，選擇環模直徑可參考系為250 ,300 ,350 ,400 ,420 ,500 ,550, 660 ,750mm等，對應功率為15，22，37，75，90，132，180，220，280kW；根據15～22cm2/kW等有效壓制面積比值確定環模有效寬度，也就是環模與壓輥接觸部分。
2.3環模轉速的確定
環模轉速與機器壓輥數量及模孔的直徑等有關。對于采用兩個壓輥的環模，經實驗驗證，以環模內徑處線速度4～8m/s較為合適，速度高低會影響到擠壓區內物料層的厚度和物料通過模孔的時間，從而影響顆粒機的產量和顆粒的質量。當線速度過高時，在相同產量條件下，環模每轉產出的顆粒少，擠壓區內物料層較薄，導致壓輥軸向物料層分布不均勻，甚至將擠壓區內物料出現斷層，制粒過程不連續，制出的顆粒也比較松軟，顆粒長度不勻且粉料多；對于含水量高的物料容易打滑，甚至無法制粒；當環模線速度較低時，雖然制出的顆粒質量好，但對生產效率的影響較大。
2.4壓輥直徑的確定
生物質顆粒成型機的成型原理如圖1所示。通過環模和壓輥之間的相對運動及所產生的擠壓力，克服物料通過模孔的阻力，從而對物料進行壓縮，達到制粒的目的。在相同規格環模條件下，壓輥與環模之間形成的三角擠壓區隨著壓輥直徑的增加而增大，從而越有利于擠壓作用。對于采用雙壓輥結構的顆粒機，壓輥之間的擠壓力在主軸頭上平衡，環模上產生的反作用力能夠相互抵消，從而使顆粒機的主軸和軸承等零件受力較小，機械結構穩定，是實際中使用最多的機型。根據經驗，確定壓輥外徑與壓模內徑比為0.475時比較合適。對用于秸稈等生物質作為物料的制粒機，由于受力波動大，壓輥及環模上的不平衡力需要通過主軸和主軸軸承來抵消，所以主軸、主軸軸承、環模、壓輥和壓輥軸的結構都需要加強。
2.5環模模孔結構
環模模孔主要有直孔、外錐形孔、內錐形孔和帶減壓孔等。根據生物質原料的不同，采用不同種類的模孔形式。
壓縮比是反映顆粒擠壓強度的一個指標，即環模有效厚度與模孔直徑的比值(l/d)，環模壓縮比小，壓模孔的有效長度短，物料在壓模孔中成型壓力小，容易擠出環模，雖然產量高但是制出的顆粒料松散，外觀不光滑；環模壓縮比高，模孔的有效長度長，物料在模孔中所受的壓力越大，相應制出來的顆粒密度較高，顆粒光滑且質量好，但顆粒機產量會下降，制料成本也會相應增加。
導料錐孔的作用是便于物料進入模孔，使用過程中導料錐孔容易磨損，必須對導料錐孔進行及時修復。外錐孔環模主要用于秸桿、木屑等生物質原料制粒中。當模孔孔徑d經磨損變大時，模孔的長度l也將變長，從而使壓縮比相對穩定，保證顆粒的硬度。環模模孔按等邊三角形排列。環模開孔率為d2/4(d+6)2。其值越高，出料越多，但會降低環模的強度，容易開裂；其值越低，模孔間距離6越大，則環模強度越大，出料越少。所以，一定要根據強度確定開孔率大小。對于秸稈、木屑等物料，環模的開孔率要比飼料環模小一些，以保證環模擁有良好的強度，防止環模開裂。模孔粗糙度是影響顆粒成型的重要因素。在相同壓縮比條件下，模孔越粗糙顆粒越難擠出，過于粗糙也會影響顆粒表面質量，合適的粗糙度值應在0.8～1.6之間。采用表面硬化處理的合金鋼環模容易磨掉硬化層，導致使用壽命減少。現在環模生產制作中，一般在熱處理后加一精鉸工序，增加環模光潔度，以保證環模一次出料。
3、結語
綜上所述，在全球能源危機形式下，生物質能源作為一種清潔可再生能源具有廣闊的發展前景。開發性能優異、機構簡單、便于維護的生物質顆粒成型機，提高制粒效率與質量，降低產品噸耗，對于開發生物質能源以及滿足國家能源需求都具有積極的作用和意義。
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