生物燃料環模制粒機應用現狀與改進思路

尤興鋒

【摘 要】目前，我國大約三分之一的秸稈被人們所燒毀。秸稈焚燒對環境產生嚴重的污染，并且影響人們身體健康。然而，因為直接焚燒秸稈處理的成本比較低，能夠大大提高土壤的肥力，因此屢禁不止。怎樣將秸稈固化成型，加工形成新的燃料，成為了一類可再生的生物燃料。因此，本文對當前生物燃料制粒機應用現狀進行了詳細分析，并且闡述了環模制粒機的工作原理，最后，提出了改進壓輥以及環模磨損的改進思路。

【關鍵詞】生物燃料；環模制粒機；現狀改進思路

目前，我國大約三分之一的秸稈被人們所燒毀。秸稈焚燒對環境產生嚴重的污染，并且影響人們身體健康。然而，因為直接焚燒秸稈處理的成本比較低，能夠大大提高土壤的肥力，因此屢禁不止。怎樣將秸稈固化成型，加工形成新的燃料，成為了一類可再生的生物燃料。生物燃料2噸的熱值就相等于1噸的標準煤的發熱量[1]。在生物質再生利用的過程當中，排放的二氧化碳和生物質生長時候吸收的二氧化碳相平衡，其有著對二氧化碳零排放的作用。生物燃料當中的其僅僅有三分之一的煤炭的含硫量。生物燃料也被人們叫做即時利用的綠色煤炭。它喲組合污染非常小、方便運輸和儲存以及熱值高的特點，其是生物質能利用的重要發展趨勢之一[2]。

通常情況下，生物質燃料是通過粉碎固體生物質經過粉碎以及干燥之后，在一定壓力和溫度的環境下，壓制成為有著一定形狀和密度較大的新清潔燃料。利用成型機壓縮來形成圓柱狀固體燃料。這種顆粒的直徑不應該大于25毫米，一般直徑主要要三類，分別大小為：6毫米，8毫米以及10毫米。顆粒狀的生物燃料因為均勻度比較高、體積小并且能夠充分燃燒，更加方便進行自動化的燃燒和運輸。它比較多的應用在了工業鍋爐、民用取暖鍋爐等的燃料[3]。因此，本文對當前生物燃料制粒機應用現狀進行了詳細分析，并且闡述了環模制粒機的工作原理，最后，提出了改進壓輥以及環模磨損的改進思路。

一、生物燃料制粒機的應用研究現狀分析

國內高校及研究所對生物質成型設備的研究日漸深入，大致分為3個方向：一是對環?；蚱侥Ｖ屏C關鍵部件進行力學或有限元分析，進行結構及參數優化；二是研究關鍵部件磨損或疲勞機理，進而研究解決壓輥和環模損耗嚴重的問題；三是分析生物燃料或設備應用情況或市場化分析。這些研究為國產生物質制粒機設計及優化提供了理論依據、數據支持。但由于大多研究成果都是基于某種物料條件下進行的試驗研究得到的數據或優化結果，并進行了較多的理想化和簡化，因此研究數據及優化具有一定片面性，對實踐應用的指導性也有限。

國外制粒成型技術發展較早，技術較為成熟，像瑞典的SwedenPowerChippers、美國的BlissIndustryInc、CPM、德國的SALMATEC研發的制粒機適應性和自動化程度很高，達到規?；蜕唐坊?，但價格較高，是國內同等生產能力設備的5-10倍。國內生產的生物環模成型機處于商業化初期，穩定性及可靠性不佳，性能及適應性較差，耗能大，磨損較嚴重。制粒機生產企業主要集中在江蘇溧陽等地區，如江蘇牧羊集團和江蘇正昌集團。農業部規劃設計研究院自主研發了環模顆粒成型機，并建立了年產1萬噸的生物質固體成型燃料生產線。

二、環模制粒機結構及成型原理分析

目前，國內生物燃料環模制粒機型大多是由飼料制粒成型設備改造而得，環模制粒機進行飼料及食品制粒時表現出效率高、制粒質量好等優點。用于生物質成型時存在環模、壓輥磨損嚴重、耗能高等很多問題。

環模制粒機制粒部分采用環形壓模和與其相配的圓柱形壓輥為主要工作部件。物料進入到環模和壓輥之間，環模由電動機通過減速器帶動回轉，安裝于環模內的2只壓輥在模輥間的物料及其間的摩擦力作用下只自轉不公轉，由于環模、壓輥的旋轉將物料帶入擠壓，最后成條柱狀從?？字斜贿B續擠出來，形成顆粒狀物料。

三、生物燃料制粒機改進思路研究

3.1改善承載能力

生產實際中，由于喂料不均勻、物料中的硬質雜質被擠壓等因素，環模及支承軸承除受較大交變載荷外，還受到一定的沖擊。軸承磨損和失效會加劇環模磨損和失效。因此改善軸承的承載能力，是延長制粒機可靠性和壽命的措施。

壓輥軸不轉，通過軸承與空心環模軸聯接，軸承載荷最大的極限情況是，一輥載荷達到最大，另一輥不受載，即一輥所受的力為F，另一輥所受力為零。如將現采用的SKF23022cc軸承替換為承載能力更高的SKF24122，分別出計算軸承基本額定壽命。得出，在承載情況不變的情況下，如改用SKF24122軸承，軸承理想壽命提高4倍以上。

3.2減低環模轉速

環模轉速直接影響到擠壓區內的料層厚度及物料通過?？椎臅r間，進而影響制粒機產量和顆粒質量。線速度過高時，有可能使擠壓區內的物料形成斷層，制粒不連續，制出的顆粒松軟，粉料多，而且對于水分含量較高的物料還易打滑，甚至根本不能制粒；較低的環模線速度雖然制出的顆粒質量好，但會一定程度降低產量。制粒產量與轉速并非正反比關系，存在最佳轉速范圍并同時獲得較好產量；最佳環模轉速受環模尺寸、物料特性、開孔率及開孔尺寸等很多因素影響。如SZLH400型生物燃料制粒機通過試驗，并參考其他制粒機型效果，推算環模線轉速在120～140r/min左右，制粒質量較好，并且生產效率損失不大。而且減低環模轉速，對軸承壽命的影響是積極的。

3.3改進均料器

根據生物質制粒機的實際磨損情況分析，環模沿喂料方向的磨損并不均勻，靠近喂料口一側磨損嚴重，主要由于物料從喂料口進入，還未及時經刮料板刮平，就進入壓輥和環模間進行壓制成型，導致進料口側的物料較厚，加劇了這一區域環模的磨損。因此改進刮板位置及結構，可以一定程度改善環模磨損不均勻的情況，防止環模和壓輥出現偏磨過早失效。

3.4改善物料狀態，減少雜質

生物質粉料流動性差、成型壓縮比高等是生物質環模制粒機損耗嚴重、壽命較短的主要原因，物料中的雜質較多是環模?？谀ＡＤp的主要原因。目前投入生產的生物燃料制粒設備或流水線大多在制粒前沒有設置除鐵渣和石子的環節，致使物料硬質雜質多，造成環?？卓谒苄宰冃?，加劇環模磨損或開裂。

四、結束語

我國可用于成型的秸稈量約2億噸，可實際加工成生物燃料的秸稈量不足80萬噸，并存在生物燃料供不應求，但生物燃料生產企業仍較難盈利的情況，迫切需要國家給予資金引導和政策扶持。生物燃料成型設備需要逐步完善現有技術，實現生產規?；?、產業化，形成完善的供、產、銷鏈條。進行突破性技術革新，集中攻克設備核心技術，有效降低生物燃料成型成本，提高生物成型技術的可靠性和經濟性。

本文分析了生物燃料制粒機發展現狀與產業現狀等，得出壓輥和環模相互作用力的影響因素。并提出針對改善壓輥和環模磨損的措施。企業采納了環模降速和更換主軸軸承的改進意見，并進行樣機的生產和試驗，證明降低環模轉速在提高環模耐用度上效果顯著。

【參考文獻】

[1]歐陽雙平，侯書林，趙立欣，等.生物質固體成型燃料環模成型技術研究進展[J].可再生能源，2017，29（1）：14-18.

[2]姚宗路，田宜水，孟海波，等，生物固體成型燃料加工生產線及配套設備[J].農業工程學報，2016，26（9）：280-285.

[3]崔明，趙立欣，田宜水，等.中國主要農作物秸稈資源能源化利用分析評價[J].農業工程學報，2017，24（12）：291-296.