0、前言 生物質成型顆粒燃料已（yǐ）經受到（dào）社會（huì）各界的高（gāo）度重視，在拓展其應用範圍過程（chéng）中，不斷降低燃（rán）料的生產成本是研（yán）究（jiū）人員的主要任務。在成型燃料成本構成中，當成型（xíng）原理確定之後，降低其加（jiā）工成本的潛力有限，因此，降低原料成本就成（chéng）為降（jiàng）低成型燃料成本的關鍵。生物質原料（liào）的分散性特點決定了（le）運輸成本高於原料自身價格，開發高度集成的可移動成型設（shè）備，可以實現在原（yuán）料產地生產成（chéng）型（xíng）燃料，節省原（yuán）料運輸成本，從而提高係統的經濟效（xiào）益。我（wǒ）們在固（gù）定式成型設備基礎（chǔ）上，通過對係統中各結構單（dān）元的優化集（jí）成，研製出可移動的生物質顆粒燃料設（shè）備。本文探討了設備集（jí）成原理，研究了不同原料的成型條件，測試了設備的技術性能，分析了成型燃料的（de）成本。 1、工藝流程的確定 根（gēn）據設（shè）備可以隨時移動的要求，整套係統必須結構緊湊，且整體設備體積不能過大，並要求操作簡單、運行穩定，經過（guò）反複論證確定工藝流程如圖（tú）1。 原料經粉（fěn）碎機粉碎（或直（zhí）接投入（rù）粉料）後，經可調速的螺旋輸送機輸送到顆（kē）粒機的攪拌輸（shū）送係統，然後進入（rù）顆粒機主機，在顆粒機（jī）主機環模和壓輥（gǔn）的擠壓下形成顆粒，經切刀切斷後通過顆（kē）粒輸送機、旋風分離器把製成的顆粒輸送到（dào）冷卻係統，顆（kē）粒在冷卻係統中經過冷卻後通過成品篩後由人工裝（zhuāng）袋包裝。 2、主要設備的（de）選擇及係統的總體結構設（shè）計 2.1成型設備的選擇 目前，顆粒（lì）機的（de）結構主要有（yǒu）2種，一種為（wéi）平模結構．另一種（zhǒng）為環模結構（gòu）。無論是平（píng）模顆粒機還是環模顆粒機（jī），都是由壓輥將粉（fěn）碎好的原料擠過壓模孔來完成製粒的。環（huán）模顆粒機（圖2）在動力帶動下，壓模旋轉，由壓料入（rù）孔的正壓力所產生的摩擦力帶動壓輥自轉。因為環模與（yǔ）壓輥均是圓柱形的，所以環模內壁上各點線速度都一樣，為vl=WiR，輥柱麵上各點的線速度也一樣，在足夠摩擦力作（zuò）用（yòng）下，其線速度V2=Vl，即Wi=WiR，保（bǎo）證（zhèng）了模輥間的純滾動（dòng），二者之間的相互作用力比較（jiào）均勻。平模顆粒機（圖3）在輥子轉速一定的（de）情況下，其孔帶區各點線速度y=WiR隨著R的增（zēng）大而增大，但圓柱壓輥柱麵上的線速度必須是（shì）一致的，這樣在模輥之（zhī）間除了產生滾動摩擦之外，還產生了滑動摩擦，這必將（jiāng）損失更多的功率，產生更（gèng）多的熱（rè）量。由於模輥的磨損加劇（jù），其壽（shòu）命也相應地（dì）縮短。 另外，通過理（lǐ）論計算，在同樣壓輥半徑的情況下，環模的壓實層比平模的壓實層厚，壓實區域大，這使環模（mó）的擠壓力（lì）對各種不同的原料具有更大的適應力，壓製出的顆粒質（zhì）量（liàng）也會更好（hǎo）。因此，為了使（shǐ）移動式（shì）顆粒燃料設備係統能夠高效率的運轉，同時又能滿足（zú）生產不同生物質顆粒燃料的需要，本（běn）係統采用環模顆粒機作為製粒主機。 通過（guò）合（hé）理的設計，確定（dìng）顆粒機主要由（yóu）主（zhǔ）電機、齒輪箱（xiāng）減速裝置、主軸、驅動軸（zhóu）、環模、壓輥（gǔn）、強（qiáng）製喂料器、切刀組件及（jí）機身（shēn）和門等組成。經上料（liào）絞龍輸送來的（de）物料（liào），由喂料（liào）器和前板上2個偏轉刮刀（dāo）均勻地送入2個壓輥（gǔn）與環模組成的壓（yā）製區，通（tōng）過環模（mó）和壓輥2個相對旋轉（zhuǎn）件對物料逐漸擠壓而擠入環模孔，在模（mó）孔中成型，並不斷向外端擠出，由切刀把成型（xíng）顆粒切成需要的長度，最後成型顆粒排出機（jī）外。 2.2係統內其它主要（yào）單元的設計 根（gēn）據（jù）我們研究固定式設備的經驗以及實際生產的需要，本套係統還配置了粉碎機、輸送機、廂式冷（lěng）卻器、布袋（dài）除塵器和通風機等幾個主要設備。從（cóng）結構上看，與（yǔ）固定式設備（bèi）有明顯區別的是顆粒（lì）輸送機和除塵設備係統，在（zài）原有的（de）固定式設備上采用的結構由於占用空間較（jiào）大，不適（shì）合在小型設備上使用（yòng），下麵詳（xiáng）細論述這2種設備（bèi）的選擇。 2.2.1顆粒輸送設（shè）備的選擇 一般（bān）大中型（xíng）固定式輸送設備往往采用鬥提式輸送機，占地麵積小，輸送量大，但（dàn）需要一定（dìng）的空間，不（bú）適於在可移動設備上應用。螺旋輸送機也是常用的輸料設備，但這（zhè）種輸送方式不僅需要（yào）一定傾角（jiǎo），占用很大的空間，而且其內部的螺旋片轉（zhuǎn）動時也會破壞顆粒，影（yǐng）響（xiǎng）顆粒外（wài）觀質量，所（suǒ）以也不能采用。皮帶輸送（sòng）機需要傾角較小，但占地麵積較大，也不適合（hé）采用。由於顆粒燃料密度相對較小（xiǎo），因此可以（yǐ）采用風送的方式來解決這一問（wèn）題，即選用合適的風機和管徑，利用風的力量把主機生產出來的顆粒輸（shū）送到冷卻器中。這種（zhǒng）氣力輸送（sòng）係統占地（dì）麵積小（xiǎo），可以比較任意地安排輸送線路（lù），並且設備簡單、操作方便，容易實現自動化，非常適合在（zài）這種可移動的設備上使（shǐ）用。具體參數計算如下。 (1)氣體速（sù）度的確定 從氣力（lì）輸送的角度考慮，氣體速度隻要超過最大（dà）顆粒的沉降速度即可，為確保操作的順利進行，在氣力輸送中，氣體速度往往取最大顆粒沉降速度的（de）幾倍至幾十倍。 根據上述計（jì）算，我們確定濾袋過（guò）濾麵積為10.4m2，濾袋袋數9個，單個濾袋（dài）直徑230mm，單個濾袋長度1 600 mm，濾袋間距為260 mm。 2.3係統總體結構的設（shè）計 為了（le）實現可以隨時移動的要求．我（wǒ）們（men）把上述設備按照工藝流程合理地固（gù）定在（zài）一個共同的底座上，采用槽鋼和鋼板焊接而成，有可靠的牢固性，並且根據重（chóng）心要求設有4個吊點（diǎn），使整個係統能（néng）夠方便地吊（diào）裝和運輸。共同底座（zuò）的大小根（gēn）據目前（qián）載重貨車（chē）的（de）車廂尺寸要求（qiú）進（jìn）行（háng）設計，最終確定底座尺寸為4 200mmx2 150 mm。 由於本係統采用風送的方式進行物料的輸送，管（guǎn）路很多，而且設備總體排布後有一定高度，最高處將達到4.3 m．如果采用汽運將超過交通部門規（guī）定的標準高度，因此，我們（men）采取管路現場安裝的方式進行解決，各管路連接（jiē）處（chù）采（cǎi）用（yòng）標準法蘭連接，簡單方（fāng）便。運（yùn）輸的（de）時候把高出的管路拆下來，單獨存放，待設備固定下來後，經過簡單安裝就可以進行生產。 在由粉碎機（jī）到上料輸送機的管路係統中，由於粉碎機的風量很難控製，如果直接連接到料鬥（dòu）上，容易（yì）使部分風量直接進入成型機（jī）主機（jī）中，對（duì）顆粒的（de）成型產生影響，顆粒出料口（kǒu）處也（yě）會因為風量過大，吹（chuī）出很多灰塵．影（yǐng）響環境衛生。為此我們在輸送機料鬥的人口處增加（jiā）1台關風機來解決這一問題。關風機的作用是物料（liào）能順利通過（guò）而風量會被裏麵的（de）葉片阻擋，不會進入主機，經過實際（jì）測（cè）試，效果很好。 原料（liào）在擠（jǐ）壓（yā）過程中，會有很少一部分原料（約5%左（zuǒ）右）沒有成型就被吸到冷卻器中（zhōng），和製成的顆粒混在一起，為了能把這些粉料、碎料分開，我們在冷（lěng）卻器（qì）的下麵安裝了震動篩裝置，放料裝袋時啟動震動（dòng）器，在震動器和篩子的作用下（xià），能有效地把成品顆粒與粉末、碎料分離（lí），提高了顆（kē）粒的整體外觀質量。 最終的設（shè）備係統結構如圖5所示，由圖5可以看出（chū），該設備結構簡單，方便操作，集成化程度高。 3、成（chéng）型條件的研究 3.1設備的技術指標 我們以（yǐ）玉米秸稈、蘆葦（wěi）、鋸末、豆稈4種物料為原料，對係統能耗及成型顆粒產品的密度進行（háng）測試。 測試結果見表1。 3.2不同含水（shuǐ）率物料的成型條件 圖6，7是以秸稈和蘆葦為原料的成型燃料密度與含水率的關係。由圖6，7可見，玉米秸稈含水率低（dī）於12%時（shí），成型燃料密度隨含水率增（zēng）加而迅速增加，含水（shuǐ）率為12%～18%時，燃料密度變化不大，含水率超過18%時，燃（rán）料密度迅（xùn）速下降。以蘆葦為原料的測試結果（guǒ）有（yǒu）所不同，原（yuán）料含水率為15%時燃料密度達到最大，但（dàn）含水率為12%~20%時（shí），可以獲得密度（dù）很高的成（chéng）型燃料。 上述結果表明，燃料含水率對環模成型起著關鍵的作用。生（shēng）物質（zhì）壓縮成型（xíng）分為2個階段：第一階（jiē）段，在壓縮初期，較低的壓力傳遞至生物質（zhì）顆粒中，使原先鬆散堆（duī）積的固體顆粒排列結構開始改變，生物質內部空隙率減少；第二（èr）階段，當（dāng）壓力逐漸增大時，生物質大顆粒在壓力作用下破裂，變成更加細（xì）小的粒子，並發生變形或塑性流動，粒子開始充填空隙，粒子間更加緊密地接觸而互相齧合（hé），一部分殘餘應力貯存於成型塊內部，使粒子間結（jié）合更牢固。在（zài）這2個階段中，生物質機體（tǐ）內存在的適量的結合水和自由水作為潤滑劑，會使粒子間（jiān）的內摩（mó）擦變（biàn）小，流動性增強，從而促進粒子在壓力作（zuò）用下滑動而嵌合。當生物質原料的（de）含水量過低時，粒子得不到充分延展，與四周的粒子結（jié）合不夠緊密（mì），所以不能成型：當含水率過高時，盡管粒子在垂直於最大（dà）主應力方向上（shàng）充（chōng）分延展，粒子間能夠齧合：但（dàn）由於（yú）原料中較多的水分（fèn）被擠出後分布於粒子層之間，使得粒子層（céng）間不能（néng）緊（jǐn）密貼合，因而不（bú）能成型。 4、與固定式顆粒燃料（liào）設備的比較 目前，大中型固定式顆粒燃料生產設備（技術）已經比較成熟，事實證明，在原料充足且比較（jiào）集中的地區（qū）進行大規（guī）模的生產能夠獲得很好的經濟（jì）效益。但是在原料比（bǐ）較分散的地區，采用這種工廠化（huà）的設備生產顆（kē）粒燃料就會（huì）有很（hěn）多不足之處，經濟效益不明顯（xiǎn）。相比之下，可移動式設備就有很大的優勢，主要體現在以（yǐ）下（xià）2個方麵。 原料運輸費用上的優勢（shì）。使用（yòng）固定（dìng）式工廠化（huà）的設備生產時，由於這類設備一般產量較大，每天需要（yào）8～10 t的原料才能滿足設備的正常運轉。農村地區一般以村為單位，相（xiàng）臨的村落相（xiàng）距通常2～5 km．為滿足原料供應，經過初步（bù）測算，需要收集半（bàn）徑為50 km區域內的秸稈原料，其運輸量之（zhī）大可（kě）想而知，相（xiàng）應（yīng）的運費也會增（zēng）加很多。如果（guǒ）使用（yòng）這（zhè）種可（kě）移動的設備，就可（kě）以根據原料情況隨時移動，雖然需要一定的吊裝和運輸費用，但和運輸大量的原料比起來，成本會（huì）減少很多（duō）。 投資（zī）上的優勢（shì）。大型（xíng）的設備往往需要很大的（de）投資，不僅體現在設備本身的價格很（hěn）高，而且其配套設（shè）施的（de）費用也很多，比如，需要占用較大的廠房和配備專（zhuān）門（mén）的變壓器等。采用這（zhè）種小型可移動的設備就不需要這些設施，隻需要一個臨時的場地就可（kě）以生產了，往往不需（xū）要專用的供電設備。另外，設備本身的價格也不是很高，投資人很容易接受，投入的（de）成本半（bàn）年左右就能全部收回。因此，會節省很多費用，管理起來也很方便。 5、結束語 通過對成型設備及（jí）相（xiàng）關附屬設備的優化集成研究．設計加工出（chū）可移動的生物質顆粒燃料生產設備，該設（shè）備具有如下結構特點。 對成型設備及（jí）相關附（fù）屬設備進行優化集成設計，減小了設備體積，滿足了可移動的要求。 顆粒的輸送方式首次選擇了風力輸送的方式，新穎獨特，簡單實用。 連續的運轉實踐表明，係統運行穩定，協（xié）調性好（hǎo），各設備之間的匹配能力相當。 對各種生物質（zhì）原料的成型試（shì）驗表明，隻要原料粒度、含水率等條件滿足要求，這些原（yuán）料都能很（hěn）好地成型，而且顆粒密度大(≥1.1g/cm3)，係統能耗小(≤100 kWh/t)。 通（tōng）過長時間的運行試驗和用戶試（shì）用，係統地評（píng）價了該設備的綜合性能，結果表明該設備係統具有結構緊湊、操作方便、易於維護、自動化程度（dù）高、能耗低等優點，可移動設備大幅（fú）度降低了生物質成型燃料的成本，特別適合於在生物質原料（liào）相對分散的農村地區使用。