0、引言

中國作為農業大國，具有豐富的可再生能源和新（xīn）能源資源，僅農（nóng）作物秸稈每（měi）年產量達9億多噸，這些資源不僅沒有（yǒu）得到有效利（lì）用，在有些地方甚至成為負擔，“節能減排”、新能源和可（kě）再生能源開發利用（yòng）是當今國際上的（de）一大熱點。新華社曾經呼籲：《給科（kē）學家出道難題一幫助農民找到處理秸稈的（de）辦法》，如何開發利用（yòng）秸稈問題，是當代農（nóng）業發展的重大課題（tí）之（zhī）一。

生物（wù）質能是可再生（shēng）能源十分重要的（de）組成（chéng）部份，資（zī）源十分豐富，是取之不竭的可持（chí）續利用的能源，它（tā）的（de）合理（lǐ）、高效開發利用，對解決人類的能源危機（jī）和改善人們生存環境起著十分積極作用。生（shēng）物質燃料發展很快，在西歐（ōu）及日本等國已成為一種產業，一些國家還在這方麵開展了國際合（hé）作。我國“中國新能源和可再生能源發展綱要(1996～2010年)”中提（tí）出（chū）要將”發展高效的直接燃（rán）燒技術、致密固化成型技術（shù）、氣化液化技術”作為今後工作的一個主要方麵來抓。堅持自主開發與引進消化（huà）吸收相結合（hé）的技術路線，積極開展對外交流與（yǔ）合作（zuò）。稻草秸稈自身密度小，很不利於運輸和儲存，影響其深加工或二次開發利用。稻草秸稈壓製（zhì）後（hòu），具有很高的壓縮比，極大地方便了生物（wù）質資（zī）源的運輸和儲存，同時改善了生（shēng）物質（zhì）燃料的燃燒性（xìng）能，提高了生物質資源的利用效率，在國家調整農村能源結構中，推廣和應用秸稈壓縮顆粒機，有著巨大的社會（huì）效應、經濟效益和廣闊的發展前景。

本文基於生物質壓縮（suō）成型技術，對稻草秸稈成型機理及成型參數進行了實驗研究（jiū），設計了一種（zhǒng）平模製粒壓（yā）縮機，顆粒機壓輥擠（jǐ）壓平模上已粉碎的稻草秸稈，從模孑L擠出的相對（duì）高密度稻草棒粒（lì）燃料，是一種（zhǒng）可以替代原煤的（de）新型環保燃（rán）料口（kǒu）。該機械能有效地降低（dī）能耗、減少磨損，有著較高的生產率。

1 生物（wù）質壓縮燃料成型原（yuán）理及工藝

生物（wù）質壓縮燃料，是以稻（dào）草秸稈（gǎn）、木屑、樹皮等農林剩餘物（wù）為（wéi）原（yuán）料，在高壓加熱條件下，壓縮成（chéng）顆粒狀、棒狀、塊狀等質地堅實的成型（xíng）物，可作為工業鍋爐、民用爐灶、家庭取暖爐以及農業暖房的燃料。

雖然不同的植物其組成成分不同（tóng），但纖維素（sù）、半纖（xiān）維素和木（mù）素是（shì）植物體的主要成分，一般占植物體（tǐ）成分的2/3以上。木（mù）素屬非晶體，在常溫下木素主要（yào）部分不溶於任何有機（jī）溶劑，沒有熔（róng）點但有軟化點。當溫度達70～110℃左右時，軟化粘合力開（kāi）始增加（jiā）；在200～300℃時，軟化程度（dù）加劇而（ér）達到液化，此時加以一定壓力，可使其與纖維素緊密粘接，同時與鄰近的秸稈顆粒互相交接，稻草秸稈植物細胞中含有纖維素（sù）、半纖維素和木質素（或稱（chēng）木素），自然密度小，通常（cháng）為0. 03～0.05。當達到一定的溫度並加以適當壓力，可不用任何粘接劑（jì），經過一定（dìng）形狀的成型（xíng）孔（kǒng）眼，形成（chéng）具有固定形狀的壓縮成型棒粒燃料。

影響生物質（zhì）壓縮成型的主要（yào）因素有：原料種類、含水率、粒度（dù）、成型壓力和壓縮成型模具的形狀尺寸及加熱溫度（dù）等。

通過調查（chá），稻草秸稈壓縮成型質量，關鍵因素是秸稈熱成型工藝（yì）及成型設備。粗加工處理後的原材料（liào），在高溫狀態、不添加任何（hé）黏合劑的（de）情（qíng）況（kuàng）下，通過機（jī）械擠壓，使其由鬆散態變成密縮態，變成具有一定的（de）形狀、強度（dù）和密度的成型棒粒料。稻草秸（jiē）稈成型工藝流程如圖1。

顆粒（lì）機,秸稈（gǎn）壓塊機,飼料顆粒機

2稻草秸稈壓縮（suō）機械

生物質熱壓成型技術發展到今天，市場上有著（zhe）多種不同成型方式的製造設備，這些設備各有優點，但普遍存在（zài）著能耗（hào）較高，生產率較低的缺點。目前世界各（gè）地研製生產的成型燃料主要有兩類。一類是（shì）壓（yā）縮（suō）塊(Briquette)，另一類（lèi）是壓縮粒，根據成型（xíng）原理的不同，壓（yā）縮成型機（jī）可分為以下三（sān）種類型：

(1)活塞壓塊機(Piston press)，其產品是（shì）壓縮塊，如圖2所示（shì）。

顆粒機,秸稈壓塊機,飼料顆粒機

(2)螺旋（xuán）壓塊機(Extruder pres)，螺旋壓塊機（jī）又可分為不加熱（rè）（如圖3）和加熱（如圖4）兩種。圖4生物質中的木炭素受熱塑化（huà）後具（jù）有粘性，使生（shēng）物質原料熱壓成型。

顆粒機,秸稈壓塊機,飼（sì）料顆粒（lì）機（jī）顆粒機,秸稈壓塊機,飼料顆粒機

(3)模壓（yā）造粒機(Matrix pellet pre)其產（chǎn）品是壓縮粒，一種是平板模造粒機( Disk matrix peetpress)，如圖5。平板模上有4～6個滾子隨滾子軸作圓周運動。原料在滾子與模板間受擠壓，多數原（yuán）料被擠入模板孔中。切割刀將模板孔中擠（jǐ）出的壓縮條，按需要長（zhǎng）度切（qiē）割成粒，另一種是環板模造粒機( Ringmatrix pellet press)，如圖6。其結（jié）構較簡單（dān），工（gōng）作時模板（bǎn）與滾（gǔn）子的磨損較少，故能耗量也較低。通過調研比較，本設計選用平板（bǎn）模顆（kē）粒機。

顆粒機,秸稈壓塊（kuài）機（jī）,飼料顆粒機

2.1 平（píng）板壓模的設計

顆粒機械的設計主要有壓模、壓輥和轂套的設計和驅動電機的選擇等幾個（gè）部分。平板壓模是（shì）稻草（cǎo）秸稈壓縮成型的核心部分。它（tā）的性（xìng）能直接影響秸稈能否壓（yā）縮成（chéng）型，成型的密度能（néng）否達到要求，影響到產品質量的好壞和生產成本的高低。平模壓（yā）模示意圖如圖（tú）7。

顆粒機,秸稈壓塊機,飼料顆粒機（jī）

2.1.1 平板壓模的材料選擇

根據物料的腐蝕（shí）性和平模工作壓強選擇（zé）材料，平模的材料一般是碳鋼、合金結構鋼或不鏽鋼，對腐蝕性強的物料、模孔小的（de）平模一般（bān）選用不（bú）鏽鋼，加工稻草秸稈選用碳鋼材料。

2.1.2平板壓模的模孔（kǒng）結構和尺寸參數的確定

稻草秸稈原料在成型過程中，成型機結構、模孔結構以及成（chéng）型工藝是相關的。根據稻草秸稈壓縮成型原理和（hé）成型顆粒大小要求，確定模（mó）孔結構和尺寸如圖8所示。模孑L具有不同的（de）進口直徑（jìng），中央直徑（jìng）和出口直徑，入口直徑D和中央直徑d的（de）平方（fāng）比，主要決定成型壓力；入口角度a和L/D，因不（bú）同生物質原料而不同，進行試驗時考慮人口角度a=30°或為60°；中央直徑Ø=6 mm或（huò）Ø=10 mm；模板厚度L=60 mm或1=70 mm。考慮減（jiǎn）少摩擦和提高生產效率，確定模（mó）孔結構和尺寸如（rú）圖8所示。

顆（kē）粒機,秸稈壓塊機,飼料顆粒機

試驗表明：成型（xíng）機結構和模（mó）孔結構是影響原料成型的主（zhǔ）要因素。成型工藝確定後（hòu），通過試驗，來測定成型壓力、溫度、原料粒度（dù）和含水率的關係。

2.2壓輥和轂套（tào）的設計

經過錘片式（shì）粉碎（suì）機粉碎過的稻草秸稈從進料鬥進入成型機，安裝在主軸上的撥盤隨主（zhǔ）動軸的轉動，將稻草秸稈均散在平板壓（yā）模上，通過（guò）轂套帶動（dòng）壓輥的不斷旋轉，對（duì）壓模產生壓擠，將稻草桔稈擠壓成型，壓輥的材料一般選用碳鋼（或合金結構鋼）。壓輥設計成圓柱型的滾子，圓柱的中心鏜空，用於和轂（gū）套（tào）的安裝。。轂套的伸出軸（zhóu）與轂套（tào）主體部分采用焊接結構，轂套有兩個方麵的作用：

(1)傳動作用。通（tōng）過鍵傳動，帶動安裝在它（tā）上麵的壓輥轉動；

(2)調整作用，通過調整（zhěng）其上方和下方的（de）對頂（dǐng）螺母來控製（zhì）壓輥對壓模的壓力和相對距離，即壓入模孔（kǒng）中稻（dào）草秸稈量的多少。

2.3 電動機的選擇

電動機的選擇（zé）包括容量的選擇、電機（jī）種（zhǒng）類的選擇、電壓（yā）的選擇、轉（zhuǎn）速（sù）和結（jié）構型式等的選擇，經（jīng）過估算（suàn）比較，選擇YCT225 - 4B型電磁調速異步電動機（jī），參數選擇過程（略（luè））。

2.4顆粒機結構設計

顆粒機是生產成型燃（rán）料的關鍵設備，它的性（xìng）能優（yōu）劣（liè）直接影響到產（chǎn）品質量的好壞和生產成本的高（gāo）低，顆粒（lì）機械的設計主要（yào）有壓模的設計、壓輥（gǔn）和轂套的設計和驅動電機的選擇等幾個部分，機械結構示意圖如圖9所示。

顆粒機,秸稈壓塊機,飼料顆粒機

3 製粒試驗及結論

(1)顆粒機使用調試：正確控製壓輥與壓模間隙，製粒過程中，壓（yā）模（mó）與壓輥的間隙極為重（chóng）要，間隙過大，易造成物料在（zài）模輥間（jiān）打滑，產量低，有時還會不（bú）出粒；間隙過小，模輥機械（xiè）磨損嚴重，影響使用壽命。合適的模輥間隙應為0. 05～0.3 mm，即壓模與壓輥（gǔn）剛（gāng）好接觸，壓輥與壓模整好後，開車空轉，檢查主軸是（shì）否有軸向竄動，如果有軸向竄動，應調（diào）整主軸的軸向位置，直到無竄動為止。此外，壓輥要轉動靈活，止退墊圈要鎖好，並要加（jiā）足黃油，避免軸承溫升過快缺油損壞。

(2)稻草秸稈壓縮成型參數：顆粒壓製成型過程中，壓強達到50～100 MPa，稻草含水率在10%～15%時就可以（yǐ）成粒。對已幹稻草可在（zài）加工前8h左右調整含水（shuǐ）量。

(3)模（mó）孔光整、堵塞（sāi）處理。新壓模有很多原因會造成模孔堵塞，製不出壓縮顆粒。新壓模出廠前進行光整加工，要達到最高產量還需用物料磨光。堵模浸入油內清理（lǐ）等，

傳統製粒技術，製粒（lì）成本高（gāo），平模壓縮顆粒（lì）機關（guān）鍵和創新點在模孔設計（jì），通過試驗”稻草秸稈壓縮燃料顆粒（lì）機”機器磨損大大減（jiǎn）小（xiǎo），能（néng）耗降低，總成本降低很多，轉（zhuǎn）載請注（zhù）明：麻豆影视传媒文化新能源顆粒機