黑龍江農(nóng)業(yè)科學2010(10):113~115Heilongjiang Agricultural Sciences◆機械研究◆生物質(zhì)固體燃料成型裝備研究張海鷹,俞國勝,閆文剛,陳誠,劉小虎(北京林業(yè)大學,北京100083)摘要:闡迷了生物質(zhì)固體燃料成型裝備研究的背景及成型裝備的工作原理、類別和特點,介紹了成型裝備國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,提出了目前存在的問題和解決措施,探討了中國生物質(zhì)致密成型裝備的發(fā)展趨勢及研究方向。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);固體燃料;成型裝備;發(fā)展趨勢中圖分類號:TQ330.4;S216文獻標識碼:A文章編號:10022767(2010)10-0113-03日益增長的煤炭、石油和天然氣等化石燃料生存的重要能源。它具有可再生性存量豐富、可的消費給世界帶來了能源安全和環(huán)境問題,給社以代替化石燃料并且容易長期儲存、含硫量低灰會帶來了巨大的壓力。通過英國BP公司2009分小,特別是具有CO2近“零”排放的特點。生物世界能源統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可以看出化石能源的有限質(zhì)能源被認為是減輕溫室氣體排放的重要選擇,性(見表1)。我國的化石能源人均儲量低于世界符合《京都議定書》的目標。由于全球可利用的生平均水平,能源安全問題尤為突出。居于世界能物質(zhì)數(shù)量龐大,生物質(zhì)能源供應的安全性絕對源消費總量第四位的生物質(zhì)能源一直是人類賴以可靠表12008年底石油、天然氣和煤炭探明儲量天然氣占世界探明儲量占世界探明儲量占世界探明儲量/t儲采比儲采比比例/%比例/%/t例/%儲采比世界1.71×1011.85×10100.08.26×1011中國2.10×10911.12.46×101232.31.15×10113.941.01生物質(zhì)固體燃料成型裝備研究的意義《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》到2010年我隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展與人們生活水平的提生物質(zhì)固體成型燃料年利用率將達到100萬t,高,林業(yè)“三剩物”、平茬復壯的灌木、農(nóng)作物秸稈到2020年,生物質(zhì)固體成型燃料達5000萬t等的剩余量越來越大,由于這些生物質(zhì)原料產(chǎn)地生物質(zhì)致密成型技術(shù)是指應用機械加壓的方分散質(zhì)地疏松能量密度小,給采集儲運和使用法,將各類原來分散沒有一定形狀密度低的生帶來許多不便,致密成型是該類生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化物質(zhì)原料壓制成具有一定形狀密度較高的各種的重要技術(shù)途徑之一(2。經(jīng)致密成型加工后的生固體成型燃料的過程。成型是生物質(zhì)固化技術(shù)的物質(zhì)固體成型燃料其粒度均勻單位密度和強度核心“。故成型裝備的性能決定了產(chǎn)品質(zhì)量和生增加便于運輸和貯存,且燃燒性能明顯改善,熱產(chǎn)成本。固體成型燃料是我國發(fā)展生物質(zhì)能的重效率可達到80%~95%。而未經(jīng)處理的粗放式要利用方向制約固體成型燃料發(fā)展的因素主要燃燒,熱利用率僅有10%~15%。根據(jù)發(fā)改委集中在成型機械的穩(wěn)定可靠運行方面2生物質(zhì)固體燃料成型裝備的研究現(xiàn)狀收稿日期:2010-06-28目前,國內(nèi)外最常見的壓縮成型設備主要包基金項目:“948”引進資助項目(20054-76);林業(yè)公益性行業(yè)括螺旋擠壓式成型機、活塞沖壓式成型機和壓輥專項資助項目(200904007第一作者簡介:張海度(1971),女,山東省諸城市人,在讀博式顆中國煤化工加熱成型和常土,高級程師,從事生物質(zhì)能源裝備研究。 E-mail.hyzhang5566(@yahoo.com.溫成CNMHG分為閉模”"壓通訊作者:俞國勝(1956-),男浙江省寧波市人,博士教授,縮和刀從事林業(yè)與園林機械研究,E-mail:sgyzh@bjfu.edu.cn113◆機械研究◆黑龍江農(nóng)業(yè)科爭2.1國外成型設備研究現(xiàn)狀生物質(zhì)致密成型技術(shù)很早就引起發(fā)達國家的重視,并投入了大量資金和技術(shù)力量進行研究20世紀30年代,美國就開始研究該項技術(shù),并研制了螺旋式成型機,能把木屑和刨花壓縮成固體成型燃料。20世紀70年代初,美國又開發(fā)了內(nèi)壓滾筒式顆粒成型機。20世紀末,已有25個州興建了樹皮成型燃料工廠[5。日本也開始研究致密成型技術(shù)來處理農(nóng)林廢棄物,研制成功了棒狀燃料成型機,20世紀80年代從美國引進顆粒燃料生產(chǎn)技術(shù)并形成T廠化生產(chǎn)。20世紀70年代后期,由于世界能源危機的出現(xiàn),歐洲許多國家也開始重視壓縮成型技術(shù)的圖1內(nèi)壓環(huán)模式顆粒成型機研究,先后研制生產(chǎn)了活塞沖壓式成型機、顆粒成機。為了降低顆粒燃料成型的能耗,河南省科學型機。目前,美國、日本及歐洲一些國家在該院能源研究所0研制了一種在常溫下生產(chǎn)顆粒領(lǐng)域己達到世界領(lǐng)先水平。生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)燃料的成型機。顆粒燃料的生產(chǎn)效率達與裝備都已定型并形成產(chǎn)業(yè)化。300~500kgh',但仍有30%的原料不能形成顆除日本外的亞洲各國(如泰國、印度、菲律賓粒,需篩選后再送入供料斗。2004年,清華大學等)從20世紀80年代開始生物質(zhì)成型技術(shù)及裝清潔能源研究與教育中心以車戰(zhàn)斌為主的研備研究,先后研制成加粘結(jié)劑的生物質(zhì)壓縮成究小組研制成功常溫成型顆粒燃料生產(chǎn)設備。原型機。料在自然干燥含水率狀態(tài)就可制成顆粒燃料。成2.2國內(nèi)成型設備研究現(xiàn)狀型機的裝機功率為55kW,生產(chǎn)率達到20世紀80年代,我國開始致力于生物質(zhì)致600kg·h'.比國外同類設備耗能低。2l世紀以密成型技術(shù)及裝備的研究,取得了一定的進展。來,生物質(zhì)顆粒成型技術(shù)發(fā)展日趨成熟。國內(nèi)多1985年,湖南衡陽市糧食機械廠根據(jù)國外樣機試家企業(yè)在顆粒飼料機的基礎(chǔ)上先后研究出了多種制了第一臺ZT-63型生物質(zhì)壓縮成型機。1986類型的顆粒成型機年,江蘇連云港市東海糧食機械廠引進一臺八五”期間,中國農(nóng)機院能源動力研究所,遼OBM88棒狀燃料成型機?！捌呶濉逼陂g,中國林寧省能源研究所、中國林業(yè)科學院林產(chǎn)化工所、中業(yè)科學院林產(chǎn)化工所承擔了生物質(zhì)致密成型機國農(nóng)業(yè)工程研究設計院對生物質(zhì)沖壓式壓塊技及生物質(zhì)成型理論的研究課題。通過對引進的樣木裝備進行了項目攻關(guān)。20世紀90年代,中國杋消化吸收,1990年研制成功了螺旋擠壓式棒狀農(nóng)業(yè)機械化科學研究院研制了CYJ35型機械沖燃料成型機,完成了木質(zhì)成型設備的試制,并建成壓式成型機;中國機械化研究所研制了6YK65了年產(chǎn)1000t棒狀燃料生產(chǎn)線。1990年以后,陜型壓塊機2;河南農(nóng)業(yè)大學研制了PI型機械西武功輕工機械廠、河南鞏義包裝設備廠、河北正沖壓式成型機和HPB系列液壓驅(qū)動沖壓式成型定常宏木炭公司等單位先后研制和生產(chǎn)了幾種不機1。河南農(nóng)業(yè)大學199年對HPB1型生物同規(guī)格的生物質(zhì)成型機和炭化機組。目前,江蘇質(zhì)成型機進行了應用研究,該機可顯著提高易損連云港新現(xiàn)代能源設備廠、上海奇圣炭業(yè)有限公件的使用壽命降低單位產(chǎn)品能耗。司等廠家生產(chǎn)棒狀成型機設備首鋼2研制了一種機械活塞沖壓式生物質(zhì)塊1998年中國林業(yè)科學院林產(chǎn)化工研究所與狀燃料成型機(見圖2)。原料成型靠活塞的往復江蘇正昌糧機集團公司合作,又研制成功顆粒燃運動實現(xiàn),其工作過程都是間歇式的,在壓縮管料成型機(見圖1),生產(chǎn)能力為250~300kgh2;內(nèi)前一塊與后一塊擠在一起,但有邊界,壓縮同年,南京平亞取暖器材有限公司從美國引進一從成型機的出口處被擠出時,在自重的作用下能套生產(chǎn)能力為1500kgh1的顆粒成型燃料生產(chǎn)自動線,次年開始正式生產(chǎn)中國煤化工雙授研制、開發(fā)002年,原中南林學院在國產(chǎn)飼料制粒機的了CNMHG燃料常溫成型基礎(chǔ)上結(jié)合引進的瑞典技術(shù)開發(fā)了顆粒燃料成型機(見圖3)。該機的裝機功率為22kW,加工能114張海鷹等:生物質(zhì)固體燃料成型裝備研究◆機械研究◆用耐磨金屬材料,進行熱處理,來改變其耐磨性能;優(yōu)化模具結(jié)構(gòu),改變成型孔與滾輪切線的角度,增加推入力,減少擠壓力。螺桿維修周期過短,環(huán)模成型設備的修復成本過高,導致了成型燃料價格過髙,阻礙了生物質(zhì)成型燃料的推廣?；钊麤_壓式成型機改善了成型部件磨損嚴重的問題,具有成型部件使用壽命長、能耗低等優(yōu)點。目前的研究還主要集中在加熱成型裝備方面,圖2活塞沖壓式塊狀燃料成型機加熱成型存在設備成型部件易磨損,能耗相對高等力為500~600kg·h',實際成型能耗不大于缺點常溫成型減少了加熱裝置,設備更加簡單,也40kW·h∵t。成型塊的密度可以通過設備液壓避免了加熱造成的成型部件材料易磨損及成型塊系統(tǒng)的壓力來調(diào)整既能滿足加工畜牧業(yè)養(yǎng)殖所熱值損耗問題,單位能耗相對降低。由于材料沒有需的粗飼料要求,又可滿足生物質(zhì)成型燃料加工加熱軟化常溫成型壓力稍高于加熱成型壓力。開的要求,最大密度可達1.2gcm3。該機已在內(nèi)模成型較閉模成型設備減少了卸料裝置,使得設備蒙古地區(qū)推廣使用。更加簡單,可降低設備成本,提高生產(chǎn)率,減少設備故障率,利于成型設備及燃料推廣。4生物質(zhì)固體燃料成型裝備的發(fā)展趨勢生物質(zhì)固體燃料成型裝備的研究對世界能源戰(zhàn)略和環(huán)境保護具有重要意義。生物質(zhì)固體燃料成型裝備向?qū)嵱?、高效?jié)能、低成本方向發(fā)展,在實用性方面將以常溫壓縮成型技術(shù)為主;生物質(zhì)固體燃料成型設備向標準化、系列化方向發(fā)展,為圖3液力雙向擠壓常溫成型機方便配套爐具的規(guī)格設計,兼顧原有爐具的改造。東南大學、中國科學院廣州能源研究所湖生產(chǎn)的固體燃料規(guī)格應標準化、系列化。成型裝南農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)機院可再生能源與環(huán)境研究備也應形成系列化,符合一定的標準。同時,加快所等單位也進行了一些特色研究。河南農(nóng)業(yè)配套裝備(如灌木削片粉碎機、灌木平茬收割機大學農(nóng)業(yè)部可再生能源重點實驗室從1992年起專用爐具等)的研發(fā)使裝備系列化;成型裝備的開始相繼開發(fā)生產(chǎn)了液壓式、輥壓式和螺桿式生設計離不開理論的指導,加大投入力度,促進成型物質(zhì)致密成型機并進行了小批量生產(chǎn),取得了較技術(shù)及理論的研發(fā)進度,加強國際交流合作學習好的社會效益和經(jīng)濟效益。國外成熟先進的技術(shù);生物質(zhì)固體燃料成型裝備3生物質(zhì)固體燃料成型裝備存在問題及國產(chǎn)化,提高國產(chǎn)成型裝備的研發(fā)制造水平,開許多研究人員在對現(xiàn)有的成型設備進行改進參考文稱,國情的成型裝備。解決措施發(fā)適合我國和創(chuàng)新,以實現(xiàn)提高設備使用壽命、提高生產(chǎn)率、[]張軍,李小春國際能源戰(zhàn)略與新能源技術(shù)進展[M北京降低能耗的目的?？茖W出版社,2008.[2]俞國勝,侯盂.生物質(zhì)成型燃料加T裝備發(fā)展現(xiàn)狀及趨對于螺旋擠壓式成型機,由于螺桿與物料始勢[].林業(yè)機械與木T設備,2009,37(2):4-8.終處于高速摩擦狀態(tài),導致壓縮區(qū)螺紋的磨損非[3]馬孝琴.生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究現(xiàn)狀及評價[冂.資源常嚴重。日前國內(nèi)外的工藝技術(shù)條件尚不能從根節(jié)約與綜合利用,1998(3):3942本上解決螺桿磨損問題,因一次性投入較低,目前[4]何元斌生物質(zhì)壓縮成型燃料及成型技術(shù)(一)[.農(nóng)村能源,199563(5):12-14.還有不少國家在應用。可采用規(guī)?；a(chǎn),批量[5]劉石彩蔣劍春,陶淵博,等,生物質(zhì)致密制造成型炭技術(shù)研換件維修的方法來解決。環(huán)模成型設備同樣存在究[].林產(chǎn)化工通訊2000,36(2):3-5.快速磨損問題。其滾輪在環(huán)模內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)過程中]Nn中國煤化工 for on-Farm Straw與喂人環(huán)模內(nèi)的秸稈摩擦生熱,溫度可達200℃N MHG Material,Pro-bridge, England以上,同時滾輪運動的分力擠壓秸稈進入成型孔1987,10:120-132成型。滾輪和成型孔磨損很快。其解決方法:選115黑龍江農(nóng)業(yè)科學2010(10):116~120Heilongjiang Agricultural Sciences◆機械研究◆木本飼料四倍體刺槐收獲機往復切割試驗臺的設計陳昕,俞國勝(北京林業(yè)大學工學院,北京100083)摘要:以四倍體刺槐枝葉為飼料原料的高效收割采集設備的設計過程中,遇到往復式切割器的設計問題,需要確定一些設計參數(shù),而獲得這些重要的設計參數(shù)就需要進行物理模擬切割試驗。為了更加方便地進行試驗研究、設計了木本飼料四倍體刺槐收獲機的往復式切割試驗臺。試驗臺由機架、動力傳動裝置、往復切割笮置、莖稈夾持裝置和虛擬儀器測試系統(tǒng)組成,可模擬往復切割作業(yè)情況,并能分析往復切割機理及影響切制轉(zhuǎn)矩及切割質(zhì)量的各種性能因素,最終得出往復式切割部件各工作參數(shù)的優(yōu)化組合。關(guān)鍵詞:往復式;四倍體刺槐收荻機;試驗臺;結(jié)構(gòu)中圖分類號:F776文獻標識碼:A文章編號:10022767(2010)10-0116-05灌木化培育的四倍體刺槐生物量大、可循環(huán)地植被恢復技術(shù)研究”科研項目,為實現(xiàn)木本飼料利用,其嫩枝葉可作為優(yōu)質(zhì)的木本粗飼料原料。產(chǎn)業(yè)化,用作飼料的四倍體刺槐嫩枝、樹葉的高效結(jié)合國家林業(yè)局“木本灌木資源產(chǎn)業(yè)化促進沙荒收割采集設備的研發(fā)是關(guān)鍵之一口。但設計過程中四倍體刺槐切割阻力等重要的設計參數(shù)需要通過物理模擬切割試驗來獲取。為了便于試驗研基金項目國家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專項資助項究,設計了基于AC205A型旋轉(zhuǎn)式扭矩傳感器目(200904007)的多莖稈往復切割試驗臺,主要用于四倍體刺槐第一作者簡介:陳昕(1986-),女,江西省黎川縣人,在讀碩士,從事林業(yè)與園林機械研究。Emasieche@莖稈的往復切割試驗,可為四倍體刺槐飼料收設備整機設計提供設計參數(shù)。[7] O Doherty M J. A Review of the Mechanical Behaviour of[12]楊軍太,朱柏林劉漢武.6YK65型壓塊機試驗研究[JStraw When Compressed to High Densities [J].J,Agric.農(nóng)業(yè)機械學報,1995,27(2):87-90nong Res,1989,44:241-265[13]張百良,李保謙,趙朝會,等.HPBI型生物質(zhì)成型機的實[8〕盛奎川蔣成球鐘建立.生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)研究綜驗研究[].農(nóng)業(yè)工程學報,1999,15(3):133136.述[]能源工程,1996(6):811.[14]劉慶權(quán),聶春宵.秸稈壓塊技術(shù)的研究[J]飼料工業(yè)[9]蔣劍春劉石彩戴偉娣,等.林業(yè)剩余物制造顆粒成型燃料2000,21(1):11-13技術(shù)研究[冂].林產(chǎn)化學與工業(yè),199,19(3):25-30[15]俞國勝“生物質(zhì)成型燃料高壓致密成型技術(shù)引進”國家林[10]馬孝琴,楊世關(guān)孔書軒.生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的節(jié)能分業(yè)局948項目驗收證書[R].2009-11-28.析[資源節(jié)約和綜合利用,1997(3):33-36[16]李美華俞國勝生物質(zhì)燃料成型技術(shù)研究現(xiàn)狀[冂].木材[11]車戰(zhàn)斌生物質(zhì)就地及時壓縮成型技術(shù)[J]中國能源,加工機械,2005(2):36-402005,27(1):28-31Research of Biomass Solid Fuel Shaping EquipmentZHANG Hai-ying, YU Guos-heng, YAN Wen-gang. CHEN Cheng, LIU Xiao-ht( Technology School of Beijing Forestry University, Beijing 100083)Abstract: The paper described the research background, working principle, types and characteristics of biomasssolid fuel shaping equipment. The current development of shduced, and the existing problems and solutions were proposedH中國煤化工“vas introtrends and research direction of China were discussedCNMHGKey words: biomass solid fuel; shaping equipment development tren116