日益增長的煤炭、石油、天然氣等化石燃料的消費(fèi)給世界帶來了能源安全與環(huán)境問題，這些問題成為當(dāng)今世界共同關(guān)注的焦點(diǎn)之一，因此，作為世界第四大能源的生物質(zhì)能的利用引起了世界各國的廣泛關(guān)注。生物質(zhì)能相對(duì)于風(fēng)能、太陽能等其他能源具有應(yīng)用地域廣、投資規(guī)模小、使用更方便、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，并且生物質(zhì)能是能夠真正穩(wěn)定、持續(xù)提供能量的綠色能源。目前生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換方式有生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)固化、生物質(zhì)液化和直接燃燒等方式。生物質(zhì)固化就是利用生物質(zhì)致密成型技術(shù)降低密度的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高密度的生物質(zhì)燃料。筆者對(duì)生物質(zhì)致密成型裝備進(jìn)行研究，旨在為更好地利用生物質(zhì)能源提供參考。
1、生物質(zhì)致密成型技術(shù)的研究意義
生物質(zhì)致密成型技術(shù)是指應(yīng)用機(jī)械加壓的方法將各類原來分散、沒有一定形狀、密度低的生物質(zhì)原料壓制成一定形狀、密度較高的各種固體成型燃料的過程。
富通新能源生產(chǎn)
木屑顆粒機(jī)、
鋸末顆粒機(jī)等生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)械設(shè)備。
致密成型加工后的生物質(zhì)固體燃料力度均勻，體積大大縮小，密度可達(dá)0.8～1.4g／cm3，更易輸送和儲(chǔ)存，含水率在.12%以下，增加了單位體積熱值（為16～21MJ/kg），能量與中質(zhì)煤相當(dāng)，且燃燒性能明顯改善，熱效率可達(dá)80%～95%，而未經(jīng)處理的粗放性燃燒熱利用率僅有10%～15%。因此該類燃料可廣泛應(yīng)用于民用炊事爐、取暖爐、生物質(zhì)氣化爐、高效燃燒爐和小型鍋爐，是易于進(jìn)行商品化生產(chǎn)和銷售的可再生能源。
根據(jù)國家發(fā)改委《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》，至2020年，我國生物質(zhì)固體成型燃料年利用率將達(dá)5 000萬t。
生物質(zhì)致密成型技術(shù)中成型是核心，故成型設(shè)備的性能是決定產(chǎn)品質(zhì)量和控制生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。
2、傳統(tǒng)生物質(zhì)固體燃料成型設(shè)備
根據(jù)成型原理的不同，生物質(zhì)致密成型設(shè)備主要分為3類：螺旋擠壓式、活塞沖壓式（包括機(jī)械式和液壓式）和輥模擠壓式（包括環(huán)模式和平模式）。各種成型機(jī)的工作原理見圖1、2、3。其成型原理是依靠傳動(dòng)部件與生物質(zhì)原料間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)壓縮，壓縮過程中摩擦產(chǎn)生的熱或外部的加熱熱源產(chǎn)生的熱將生物質(zhì)中的纖維木質(zhì)素軟化的同時(shí)，在活塞或旋轉(zhuǎn)設(shè)備的擠壓下進(jìn)入型模并被擠出，成為既定形狀。
3、成型設(shè)備存在的問題
生物質(zhì)成型機(jī)目前雖初具規(guī)模，但大部分機(jī)組可靠性差，運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡，輥輪和成型孔磨損快，維修費(fèi)用高，更換不方便。技術(shù)較成熟的螺旋擠壓式成型機(jī)螺桿是在較高溫度和壓力下工作，并且與生物質(zhì)始終處于干摩擦狀態(tài)，故螺桿壽命極其有限，平均壽命不超過200 h，這就導(dǎo)致生物質(zhì)致密成型燃料的成本偏高，嚴(yán)重影響生物質(zhì)致密成型技術(shù)及致密成型燃料的發(fā)展和推廣。因此，開發(fā)一種運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、成本低廉且維修方便的新型成型機(jī)勢(shì)在必行。
4、種新型生物質(zhì)固體燃料成型設(shè)備
針對(duì)上述存在的問題，筆者設(shè)計(jì)了一種新型成型機(jī)(圖4)。該機(jī)所用物料為濕度10%～40%、粒徑14 mm以下的木屑或鋸末，生產(chǎn)率為120~ 200 kg/h，能耗為50～80 kW - h/t，產(chǎn)品密度為0.6～1.1g／cm3的實(shí)心燃料棒。
4.1工藝流程當(dāng)料活塞處于初始位置（圖4中所示位置）時(shí)，物料自料倉落入機(jī)身空腔中，此時(shí)啟動(dòng)泵站，液壓缸帶動(dòng)料活塞向前運(yùn)動(dòng)，將物料推入成型管中一段距離，此時(shí)液壓缸達(dá)到最大行程，換向閥工作，液壓缸帶動(dòng)料活塞退回到初始位置，伴隨著料倉中的物料下落，完成一次進(jìn)料過程。如此過程往復(fù)，物料逐漸向成型管中推進(jìn)，待泵站所示壓力達(dá)到25 MPa時(shí)打開熱電偶l開關(guān)，加熱，由于摩擦力的存在并且逐漸增大，物料受到擠壓，成為柱狀致密燃料，擇時(shí)打開熱電偶2開關(guān)加熱，成型燃料出模。
4.2成型原理該成型機(jī)是在不加任何黏結(jié)劑下冷壓成型的，其主要是利用機(jī)械加壓的方法使生物質(zhì)顆粒重新排列位置關(guān)系，并造成物理變形，使生物質(zhì)粒子靠緊、嚙合。
物料由圖4中ab段運(yùn)行到bc段時(shí)，由于摩擦阻力很小，所以變形很小；cd段主要是干燥段，目的是使物料中的游離水分經(jīng)加熱由排氣孔排出，避免其在成型出模后由于壓力的突然減小而造成成型棒的開裂，并且使生物質(zhì)中的木質(zhì)素軟化，為后面的壓縮成型提供一定的黏結(jié)力；de段是壓縮段，物料在干餾管中向前運(yùn)動(dòng)受到料活塞的推力Pv以及管壁對(duì)其的摩擦阻力日的作用。
式中，k-側(cè)壓力系數(shù)，k=tg2（450 - a/2）；a一物料的內(nèi)摩擦角；物料與管壁的摩擦系數(shù)；Pk-管壁單位面積上的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值；Pv-相應(yīng)計(jì)算截面處的橫向推力標(biāo)準(zhǔn)值( kN／m2)。隨著物料的前進(jìn)，摩擦阻力逐漸增大，而液壓系統(tǒng)中，壓力取決于負(fù)載，所以阻力E，越大，推力Pv越大。從上式可以看出，推力的增加又造成了摩擦力的增大，最終使物料壓縮致密成型。該段關(guān)鍵是保證管溫不超過70℃，因?yàn)樵囼?yàn)發(fā)現(xiàn)，超過這介溫度后，物料與管壁的摩擦系數(shù)減小，物料被松散地送出管外，不能完成擠壓；進(jìn)入ef段后，物料再次受到加熱，此時(shí)物料已基本成型，密度不會(huì)發(fā)生改變，加熱主要是使生物質(zhì)內(nèi)部膠合、外部焦化，具有一定形狀和強(qiáng)度，使成型棒能順利出模。成型過程中，成型管內(nèi)各段壓力和溫度見圖5、6。
4.3液壓回路的設(shè)計(jì)為了提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，筆者采用雙成型管式結(jié)構(gòu)設(shè)備，這樣能將生產(chǎn)效率提高1倍。但是若2個(gè)成型管液壓缸的油路布置不當(dāng)，會(huì)造成設(shè)備制造成本的增加，該設(shè)備若選用并聯(lián)布置，所選用液壓泵的額定功率就需要比串聯(lián)布置提高1倍，這樣勢(shì)必會(huì)提高生產(chǎn)成本。串聯(lián)布置有一個(gè)問題需要解決，就是由于液壓缸的內(nèi)泄漏造成2個(gè)液壓缸不同步現(xiàn)象，為此筆者采用圖7所示的補(bǔ)油回路，很好地解決了這個(gè)問題，節(jié)約了成本，創(chuàng)造了效益。
5、結(jié)語
該新型成型機(jī)目前還處于試驗(yàn)階段，很多問題需要研究，如在何種溫度下出模最為順利，壓縮段最優(yōu)長度，進(jìn)料速度對(duì)成型燃料密度的影響等，但就目前的試驗(yàn)結(jié)果來看，其已經(jīng)表現(xiàn)出很大的優(yōu)越性，如成型管使用壽命大大提高，結(jié)構(gòu)更為簡單，成本更為低廉，維修更換更為方便，單位能耗顯著降低等。它的開發(fā)和使用，為更好地利用生物質(zhì)能提供了有效途徑，能創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，具有良好的推廣前景。
三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售
木屑顆粒機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)等生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)械設(shè)備，同時(shí)我們還有大量的生物質(zhì)顆粒燃料出售。
