2014年11月農(nóng)機(jī)化研究第11期生物質(zhì)成型燃料加工方法與設(shè)備研究張霞,蔡宗壽,陳麗紅,陳穎,張永華(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,昆明650201)摘要:生物質(zhì)是一種取之不盡、用之不竭可再生的清潔能源。生物質(zhì)成型燃料可以克服生物質(zhì)熱值低、容積密度小和物理形狀不規(guī)則等缺點(diǎn),成為生物質(zhì)能源化利用的重要途徑之一。為此,介紹了國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)成型燃料的主要加工方法及其設(shè)備,對(duì)不同類型的制粒機(jī)和壓塊機(jī)的組成及其工作原理進(jìn)行了全面的介紹,并對(duì)其工作條件和工作性能進(jìn)行了對(duì)比分析,旨在為我國(guó)生物質(zhì)成型設(shè)備的開發(fā)和研制提供參考,促進(jìn)我國(guó)生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);成型燃料;加工方法中圖分類號(hào):TK64文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-188X(2014)11-0214-040引言燃料。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生物質(zhì)能是世界上第三大能源,每年滿足全世界機(jī)主要有平模式和環(huán)模式兩種,而加工壓塊燃料的壓14%的能源消耗,是一種取之不盡、用之不竭的可再塊機(jī)主要有活塞式、螺旋式和對(duì)輥式3種。本文首先生的清潔能源。農(nóng)業(yè)秸稈是生物質(zhì)的重要組成部全面介紹了各種主要的制粒機(jī)和壓塊機(jī)的組成及其分,我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)業(yè)秸稈數(shù)量大、種類多、工作原理,并對(duì)它們的工作條件和工作性能進(jìn)行了對(duì)分布廣,是農(nóng)村方便的替代能源。由于農(nóng)業(yè)秸稈的比分析,旨在為我國(guó)生物質(zhì)成型設(shè)備的開發(fā)和研制提熱值低、容積密度小、物理形態(tài)不規(guī)則,給能源化利用供參考,從而促進(jìn)我國(guó)生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。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3。生物質(zhì)致密成型71國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)成型燃料加工方法及設(shè)備技術(shù)是解決以上問題的有效方法,即利用機(jī)械力將生1.1平模制粒機(jī)物質(zhì)壓縮或擠壓成為容積密度較大、熱效率較高、便平模制粒機(jī)是人們最早使用的顆粒燃料成型機(jī)。于運(yùn)輸和儲(chǔ)藏的固體成型燃料。其容積密度可提高其主要工作部件是水平放置的平模和與其配合的兩到原來的10倍以上(>600kg/m3),形狀和尺寸統(tǒng)一,個(gè)圓柱形壓輥。平模制粒機(jī)按照其工作時(shí)平模和壓使用方便,易于燃燒,是煤和薪柴優(yōu)秀的替代燃料“。輥的運(yùn)動(dòng)方式可分為兩種:一種是平模靜止而壓輥轉(zhuǎn)目前,生物質(zhì)成型燃料主要有兩種:顆粒燃料和動(dòng),稱為動(dòng)輥式;另一種為平模轉(zhuǎn)動(dòng)而壓輥靜止,稱為壓塊燃料。顆粒燃料和壓塊燃料的加工原理和生產(chǎn)動(dòng)模式°。圖1所示為動(dòng)輥式平模制粒機(jī)。工作時(shí),原料完全一致,只是外形尺寸和加工方法及設(shè)備不一原料從料斗加入,由于重力和刮板的作用,原料被均致。從外形尺寸上來看,顆粒燃料尺寸較小,直徑一勻地鋪在平模上;同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),通過傳動(dòng)箱帶動(dòng)主般在6~12m,長(zhǎng)度一般為直徑的4~5倍;而壓塊燃軸轉(zhuǎn)動(dòng),安裝在主軸上的壓輥由于主軸的帶動(dòng)和摩擦料尺寸較大,直徑一般大于25mm,長(zhǎng)度一般大于力的作用產(chǎn)生公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn),原料被壓輥不斷擠入平模50nm3。從加工方法來看,顆粒燃料一般由制粒機(jī)孔內(nèi)固化成型。平模制粒機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量擠壓成型;而壓塊燃料一般由壓塊機(jī)擠壓或壓縮成輕、移動(dòng)性好、易于操作,而且價(jià)格便宜,操作過程中型。另外,顆粒燃料對(duì)原料的加工條件一般高于壓塊可視性好,易于監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量,所以深受小型顆粒燃料加工中國(guó)煤化工是,由于壓輥在工作基金項(xiàng)目:回家白然科學(xué)基金項(xiàng)日(126031南教育委員會(huì)科過程中CNMH不一致,導(dǎo)致其磨損學(xué)研究基金重點(diǎn)項(xiàng)目(2012Z025不均勻,細(xì)出擴(kuò)界難茂人;m壓輥和平模接觸面小作者簡(jiǎn)介:張霞(1972-),女,云南蒙自人,副教授,(E-m)hxn80壓力小、產(chǎn)量低,顆粒成型質(zhì)量較差6@163.com。2014年11月農(nóng)機(jī)化研究第11期理基本相同,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(zhǎng)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(jià)格昂貴,所以目前主要適用于大、中型的顆粒燃料加工廠。A1.電機(jī)2.傳動(dòng)箱3.主軸4.平模5.壓輥6.料斗圖1平模制粒機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig. I Structure diagram of flat die pellets mill環(huán)模制粒機(jī)環(huán)模制粒機(jī)是平模制粒機(jī)的升級(jí)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,如圖2所示1.壓輥2.環(huán)模3.切刀圖3環(huán)模工作示意圖Fig 3 Working process of ring die1.3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,如圖4所示。工作時(shí),活塞在機(jī)械或液壓力的作用下做返復(fù)直線運(yùn)動(dòng);活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí),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(dòng)時(shí),推動(dòng)壓縮室內(nèi)的原料向前運(yùn)動(dòng)并壓實(shí)成型;活塞繼續(xù)前行,將壓塊燃料從出料孔推出,完成個(gè)工作過程,可見活塞式壓塊機(jī)是間歇式生產(chǎn)?；钊綁簤K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1.輸料箱2.原料調(diào)節(jié)項(xiàng)3.制粒系統(tǒng)4.減速箱中機(jī)械式工作壓力高,產(chǎn)量也比較高,壓塊燃料品質(zhì)5.出料口6.電機(jī)圖2環(huán)模制粒機(jī)結(jié)構(gòu)也比較好,適用于大型壓塊燃料企業(yè)生產(chǎn)。Fig. 2 Structure diagram of flat ring die pellets mill1.4螺旋式壓塊機(jī)工作時(shí),原料由輸料箱螺旋輸送器輸送到調(diào)節(jié)螺旋式壓塊機(jī)(見圖5)一般由料斗、加熱元件、螺箱,根據(jù)不同的生物質(zhì)原料要求將濕度調(diào)節(jié)到理想旋推進(jìn)器、套筒、模和切刀組成。工作時(shí),螺旋推進(jìn)器值,并充分?jǐn)嚢韬筝斔偷街屏Ｏ到y(tǒng)。制粒系統(tǒng)由1個(gè)高速旋轉(zhuǎn)(600r/m),原料經(jīng)料斗被持續(xù)向套筒推進(jìn)環(huán)模和2~3個(gè)壓輥組成(見圖3),壓輥和環(huán)模之間有套筒在外層包裹的加熱元件的作用下,溫度升高到定的間隙。工作時(shí),電機(jī)經(jīng)減速器減速,帶動(dòng)壓輥200~2中國(guó)煤化x化并固結(jié)。在螺旋推旋轉(zhuǎn),將環(huán)模和壓輥之間的原料不斷擠入環(huán)模?？走M(jìn)器推CNMHG粒間阻力的相互作用中,在高溫、高壓下原料固化成型并擠出?？?環(huán)模外下,原料積粒人凹?jí)A少,度提高;在經(jīng)過錐型模面的切刀及時(shí)將顆粒燃料切斷,形成直徑和長(zhǎng)度一致孔時(shí),進(jìn)一步擠壓成型,成為密度較高的壓塊燃料,然的顆粒燃料?？梢?環(huán)模制粒機(jī)和平模制粒機(jī)工作原后從出料口擠出,在切刀的切割作用下,形成直徑和2014年11月農(nóng)機(jī)化研究第11期長(zhǎng)度一致的壓塊燃料。與活塞式壓塊機(jī)相比,螺旋式的表面具有成型窩眼,工作時(shí)原料在螺旋推進(jìn)器和重壓塊機(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、力的作用下由料斗進(jìn)入兩個(gè)對(duì)輥之間填料空間,充實(shí)產(chǎn)品尺寸統(tǒng)一、品質(zhì)好,而且在加工過程中,由于摩擦對(duì)輥上的窩眼;同時(shí)對(duì)輥繞水平方向的平行軸相向旋生熱,部分原料在高溫下碳化,有利于點(diǎn)火和燃燒。轉(zhuǎn),將窩眼中的原料對(duì)壓成為餅狀;對(duì)輥持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),窩但是,原料在移動(dòng)過程中由于不斷翻轉(zhuǎn),與螺旋推進(jìn)眼中的餅狀燃料隨窩眼分離而落下,經(jīng)出料口排除。器和套筒的摩擦較大,機(jī)器工作部件磨損嚴(yán)重,能耗可見,對(duì)輥式壓塊機(jī)也是持續(xù)性生產(chǎn),其產(chǎn)量比前兩高種壓塊機(jī)要高;但是由于擠壓時(shí)間短、燃料密度低,因此,品質(zhì)較差7。1.活塞2.模3.螺旋輸送器4.料斗圖4活塞式壓塊機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig 4 Structure diagram of piston-type briquetting press1.料斗2.螺旋輸送器3.對(duì)輥圖6對(duì)輥式壓塊機(jī)工作原理Fig 6 Working principle of roller-type briquetting2生物質(zhì)成型燃料加工設(shè)備性能對(duì)比在以上的生物質(zhì)成型燃料設(shè)備中,對(duì)生物質(zhì)顆粒原料的致密成型方法各有不同,加工出來的生物質(zhì)成1.料斗2.加熱元件3.螺旋推進(jìn)器4.套筒5.模6.切刀型燃料品質(zhì)也不相同。本文從原料加工參數(shù)的要求圖5螺旋壓塊成型機(jī)結(jié)構(gòu)圖(濕度和顆粒尺寸)、工作部件的磨損、能耗、產(chǎn)量、成ig. 5 Structure diagram of screw-type briquetting press型燃料容積密度、保養(yǎng)維護(hù)、燃燒性能以及不同用途5對(duì)輥式壓塊機(jī)的適應(yīng)性等各方面對(duì)以上加工方法做一對(duì)比分析(見對(duì)輥式壓塊機(jī)由兩個(gè)形狀和尺寸相同的圓柱形對(duì)表1),為開發(fā)和研制我國(guó)的生物質(zhì)成型設(shè)備提供參輥、螺旋推進(jìn)器和料斗組成,如圖6所示。圓柱對(duì)輥考表1不同加工設(shè)備性能對(duì)比8-11Table I Comparison of different densification equipmen原料原料工作加工濕度顆粒部件產(chǎn)出單位產(chǎn)出燃料顆粒保養(yǎng)燃料產(chǎn)量能耗密度維護(hù)設(shè)備連續(xù)性燒燃料氣化共燃/1·h/%尺寸磨損kW.h·tkgm3要求性能碳化適應(yīng)性適應(yīng)性、轉(zhuǎn)化產(chǎn)品適應(yīng)性致性環(huán)模制粒機(jī)10~15較小較大連續(xù)16.4~74.5800~1000活塞式壓塊機(jī)10~15較大較小問歇37.4~772.51000~12YH中國(guó)煤化工子好好好CNMHG好好差螺旋式壓塊機(jī)8~9較小較大連續(xù)36.8~1500.51000~1400低非常好有好好不好好對(duì)輥式壓塊機(jī)10~15較大較大連續(xù)29.91-83.15-10600-700低中等無好好好年11月農(nóng)機(jī)化研究第11期3結(jié)語in China: Solid biofuels and biomass briquetting technology[J. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2009, 13通過對(duì)比分析可以看出,在4種生物質(zhì)成型設(shè)備2689-269中,螺旋式壓塊機(jī)對(duì)原料的要求最高,生產(chǎn)的壓塊燃6]徐德民,劉泰岳,李憑等生物質(zhì)顆粒燃料致密化成形料品質(zhì)最好,燃燒性能最好;但磨損大,能耗髙,產(chǎn)量典型設(shè)備的比較[J].塑性工程學(xué)報(bào),2011(2):118121低。對(duì)輥式壓塊機(jī)產(chǎn)量高,但是壓塊燃料品質(zhì)差。而[7]朱振華,武正輝.生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備[J]環(huán)模制粒機(jī)和活塞式壓塊機(jī)能耗小,產(chǎn)量較髙,成型學(xué)術(shù)交流,2011(12):64-65燃料品質(zhì)也較好[8 Tumuluru J S, C T Wright, K L Kevin, et al. A review on參考文獻(xiàn):ification technologies to develop uniform feed[1] M. Parikka. Global biomass fuel resources [J]. Biomass andstock commodities for bioenergy application J] Biofuels, Bio-Bioenergy,2004,27:613-6202]張霞,蔡宗壽,阮建雯.云南省生物質(zhì)顆粒燃料發(fā)展前景Y9, products and Biorefining, 2011(5):683-7071 Mani S, L G Tabil, S Sokhanaanj. An Overview of分析[J].農(nóng)機(jī)化研究,2013,35(1):224-227of Biomass Grinda[ J]. Powder Handing Processing, 2003[3]孫永明,李國(guó)學(xué),張夫道.中國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化現(xiàn)狀與15(3):l60-168發(fā)展戰(zhàn)略[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2005,21(8):169-173[10] Grover, P D, S K Mishra. Biomass Briquetting Technology[4 M. Qu, L. Tahvanainen. Bio-energy in China: Content analy-and Practices[M]. Food and Agricultural Organization ofsis of news articles on Chinese professional internet platfornthe United Nations. 1996.10-11J]. Energy Policy,2009,37:2300-2309[11]龐利沙,田宜水,侯書林,等.生物質(zhì)顆粒成型設(shè)備發(fā)展[5 LChen, X Li, L Han. Renewable energy from agro-residuc現(xiàn)狀與展望[J].農(nóng)機(jī)化研究,2012,34(9):237-24Research on the processing Methods and Equipments forDensified biomass fuelZhang Xia, Cai Zongshou, Chen Lihong, Chen Ying, Zhang yonghuaEngineering and Technology College, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, ChinaAbstract Biomass is a kind of clean energy, which is inexhaustible and renewable. Densifying biomass into solid fuelhas become one of the most important ways of utilizing biomass as a source of energy which can overcome the shortcomings of biomass, such as low heat value, small buck density and irshape, etc. The main processing methods andtheir equipments of densifying biomass were indroduced in the paper, including their components and working principlesThe comparative analysis of the working conditions and performance between different kinds of pellets mills and briquetting presses were made. The purpose of this paper is to provide a reference for developing the densifying equipments forbiomass and promote the further development of the industry of densified biomass fuel in chinaKey words biomass; densified fuel processing methodH中國(guó)煤化工CNMHG