生物质固化成型燃料具有加工简单、成本较低、便于储存和运输、易着火、燃烧性能好、热效率高的优点，可作为炊事、取暖的燃料，也可以作为工业锅炉和电厂的燃料。对生物质能源资源丰富的贫油、贫煤国家来说，生物质能源必将成为一种发展前景非常可观的替代能源。
中国作为一个迅速崛起的发展中农业大国，在保护环境的前提下，要实现国民经济的持续增长，必须改变传统的能源利用和能源生产方式，开发利用生物质资源，生产清洁能源是一项必然的选择。作为人类传统燃料的农作物秸秆，是来源于太阳能的一种可再生能源，具有资源丰富含碳量低的特点，加之在其生长过程中吸收大气中的CO2而成为碳元素的汇（Sink）而被称为清洁能源。近年来随着农业生产经济水平的不断提高，农村生活用能中高品位的商品能源的比例增加，秸秆所占的比重正逐步下降。燃烧秸秆成为被替代的对象，田间地头或田间焚烧的秸秆量逐年增加，这种污染在收获季节集中排放，使得短时间内大气质量严重恶化，成为一个严重的社会问题。本课题主要研究了废弃的农作物秸秆转化为高品位的能源，替代部分煤炭、石油等化石燃料，来提高农民的收入，缓解农村能源紧张的局面，从而实现农村能源的可持续发展。
开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80％人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7％。因此发展生物质能技术，为农村地区提供生活和生产用能，是帮助这些地区脱贫致富，实现小康目标的一项重要任务。由上述可知，生物质成型技术是我们目前必须加紧研究的重大课题，而且需要我们去努力解决的问题还非常多。
从20
世纪30年代美国开始了压缩成型燃料技术的研究，并研制了螺旋压缩机至今共有包括：日本、西德、意大利、丹麦、法国、德国、瑞典、瑞士、比利时，泰国、印度、越南、菲律宾、南非等国家先后加入了生物质成型技术的研究行列。目前这些国家生物质成型燃料技术己基本成熟，并进入了规模化生产及应用阶段
。并且一些机型极具代表性，如：比利时研制成功的T117
型螺旋压块机，其主要性能为：压块燃料的出模温度180℃，轴向压缩力大于686kN，压块的移动速度1700～2500mm/min，耗能量45～55kWh/t，压块燃料的低位热值18～19.7MJ/kg，燃料外表面有一层自然纤维保护膜。还有就是联邦德国研制的KAHI系列压粒机可生产直径为3～40mm的压缩粒，所用电机的功率为20～400kW，能耗为15～40kWh/t。泰国、印度、菲律宾等国80年代研制成的加粘结剂的生物质压缩成型机等。
国外发达国家对秸秆等生物质致密成型技术都普遍重视，并投入了大量的资金和技术力量研究和开发致密成型技术，20世纪30年代，美国就开始研究压缩成型燃料技术，并研制了螺旋压缩机；日本、西德等国也开始研究成型技术处理木材废弃物、农业纤维物等，到20世纪40年代，生物质成型技术曾一度引起人们极大的兴趣，1954年前后日本研制成功棒状燃料成型机。进入20世纪70年代以来，随着全球性石油危机的冲击和环保意识的提高，世界各国越来越认识到开发和高效转换生物质能的重要性，相应地投入一定的资金和技术力量研究开发生物质成型燃料技术及设备。日本1983年前后从美国引进颗粒成型燃料生产技术，1987已有10多个颗粒成型燃料工厂投入运行，年生产生物质颗粒成型燃料超过10万t，现已经形成工厂化规模。美国为了缓解常规能源紧张以及环境污染的压力，上世纪末，已在25个州兴建了日产量为250～300t的树皮成型燃料加工厂，进行工厂化生产。西欧国家也非常重视生物质可再生能源的开发利用，从20世纪70年代开始就研制生产了冲压式成型机，颗粒成型机等，意大利、丹麦、法国、德国、瑞典、瑞士、比利时等国相继建成生物质颗粒燃料成型生产厂家30多个，机械驱动活塞式成型燃料生产厂家40多个，设备及成型燃料产品进入商业化规模运作模式；泰国、印度、越南，菲律宾等国在20世纪80年代也建成了不少生物质固化，炭化专业生产厂；从2003年开始，南非一些商家集中到南非北部城市沙比，抢购木材加工废料，4个大型的生物质成型燃料加工厂迅速崛起，生产规模也达到了年产20万吨，南非正成为非洲最大的生物质成型燃料生产基地．这些国家生物质成型燃料技术大部分已经成熟，并进入了规模化生产及应用阶段。
而我国是在20
世纪80年代引进螺旋挤压式生物质成型机后开始参与生物质压缩成型技术的研究开发的，至今已有二十多年的历史，并且取得了明显成果，如：清华大学清洁能源研究与教育中心已开发出生物质颗粒燃料冷成型技术和设备，并在北京怀柔区组织了示范项目，环境科学与工程系也有相关研究。浙江大学生物机电工程研究所能源清洁利用国家重点实验室也在生物质成型理论、成型燃料燃烧技术等方面进行了研究。国内部分厂家生产的成型机信息见表1-2
。
表1-2我国生物质致密成型设备的主要性能指标
|
研究单位与生产单位 |
产品型号 |
规格 台/年 |
生产率kg/h |
电耗kwh/t |
|
江苏省连云港市东海粮食机械厂 |
OBM-88 |
150 |
120 |
120.5 |
|
陕西省武功县轻功机构厂 |
SX-7.5,11 |
200 |
85~150 |
100 |
|
广西林市安无机械炭机械厂 |
|
150 |
120 |
100 |
|
河北正定厂宏木炭设备制造厂 |
JD-A |
150 |
120 |
100 |
|
西北农业大学能源研究室 |
SZJ-8A |
|
80 |
71.4 |
|
江苏林产化学工业研究室 |
HD |
|
120 |
100 |
|
辽宁省能源研究所产业基地 |
|
200 |
100 |
110~130 |
|
中国农机院能源动力所 |
SYJ-35 |
|
50~100 |
83.3 |
|
江苏盯治国营九三O五厂 |
HD型 |
100 |
110~130 |
102.9 |
|
河南农业大学 |
HPB-Ⅲ型 |
100 |
60~80 |
39.78~47.9 |
1）螺旋挤压技术
螺旋挤压成型技术是目前生产生物质成型燃料最常用的技术，尤其是以机制炭为最终产品的用户，大都选用螺旋挤压成型机。
1990
年，通过实施国家“七五”公关项目“木质棒状（螺旋挤压）成型机的的开发研究”工作，国内建立了第一条年产1000吨棒状成型燃料生产线；1993年前后，国内一部分企业和有关省的农村能源办公室从日本、中国台湾、比利时、美国引进了近20条生物质压缩成型生产线，这些生产线基本上都是采用螺旋挤压式，大多数是以木屑为原料，生产“炭化”燃料棒状成型燃料的形状为直径50mm左右、长度450mm左右，横截面为圆形或六角形，每根重约1kg,用于蒸发量
1000kg/h
工业锅炉或民用炉灶。螺旋挤压成型技术的优点：
(1)
成品密度高。以木屑、稻壳、麦草等为原料，国内生产的几种螺旋挤压式成型机加工的成型棒料的密度1100-1400kg/
.
(2)成品质量好、热值高，更适合再加工成为炭化燃料、
螺旋挤压成型技术的缺点是：
(1)产量低。目前国产设备的最高台时产量不到150kg/h，距离规模化生产的产量要求相差较大。
(2)能耗高。粉料在螺旋挤压成型前先要经过电加温预热，挤压成型过程的吨料电耗就在90kw*h/t以上。
(3)易损件寿命短。国产设备主要工作部件螺杆的最高寿命不超过500h，距离国际先进水平1000h以上还有不小的距离。
(4)
原料要求苛刻。螺旋挤压成型机采用连续挤压，成型温度通常在
之间，为了避免成型过程中原料水分的快速汽化造成成型块的开裂和“
放炮”现象的发生，一般要将原料含水率控制在8%-12%之间，所以对有的物料要进行预干燥处理，增加了加工成本。这一点，对于移动式的成型燃料加工系统来说也许是一个致命伤，因此与螺旋挤压成型工艺相衔接还需要配套的烘干机。2）活塞冲压技术
这种技术的优点是成型密度较大，允许物料水分高达20%
左右。但因为是油缸往复运动，间歇成型，生产率不高，产品质量不太稳定，不适宜炭化。活塞式的成型模腔容易磨损，一般100h要修1次，有的含
少的生物质材料可维持300h
。
2003年，通过实施科技部“秸秆压块成型燃料产业化生产的可行性研究”项目，开发了液压驱动式秸秆成型机，该设备采用活塞套筒双向挤压间歇成型。生产率为400kg/h;吨料电耗为60kw*h/t左右。
3）辊模挤压技术
生物质颗粒燃料的辊模挤压成型技术是在颗粒饲料生产技术基础上发展起来的，两者的主要区别在于纤维性物料含量的多少和成型密度的高低。用辊模挤压式成型机生产颗粒成型燃料一般不需要外部加热，依靠物料挤压成型时产生的摩擦热，即可使物料软化和黏合。对原料的含水率要求较宽，一般在10%-40%之间均能成型。其成型最佳水分为18%左右，相比于螺旋挤压和活塞冲压而言，辊模挤压成型法对物料的适应性最好。因此，国内一些生产秸秆颗粒饲料的企业在生产颗粒饲料的同时也生产颗粒燃料，以提高设备的利用率。
与其他农作物秸秆成型颗粒（块）加工技术相比，大型平模式制粒机的优点在于：一是原料适应性广。平模式制粒机的压制室空间较大，可采用大直径压辊，因而能将诸如秸秆、干甜菜根、稻壳、木屑等体积粗大、纤维较长的原料强行压碎后压制成粒，对原料的粉碎度要求降低了。另外，平模式制粒机在压缩纤维性物料时，原料水分在15%~25%（最佳18%左右）都能被压缩成型，大多数情况下，不需要对原料进行干燥。二是产量大。经江苏省农机鉴定站检测，SZLP-780型平模制粒机在以100%苜蓿草粉为原料时，产量可达2100kg/h。在此后进行的以木屑为原料的制粒试验时，当成型颗粒密度在1100kg/m3时，产量达到1500kg/h，是国内现有成型颗粒燃料加工设备所达到的最大产量。三是吨料耗电低。一方面，平模式制粒机由于压制室空间大、压辊直径大的原因，能将粒度相当大的原料制成颗粒，因而能克服环模挤压制粒机和螺旋式挤压机在这方面的局限，减少了物料在粉碎工段的能耗；另一方面，与环模制粒机相比，平模的模孔带面积比值高，出料孔多，而且出料颗粒密度和大小比较一致。四是辊模寿命长。由于工作原理的差异，平模式制粒机压辊的线速度比环模式的低，因而辊、模的磨损比较慢，而且，平模在一侧面工作面磨损后可翻过来使用另一侧面，可以提高使用寿命。五是成型密度可调。压辊和压模之间的工作间隙和压力可通过液压式中央螺母调节装置使压辊同步升降，操作简单省时，既可生产中低密度的颗粒饲料，也可生产较高密度的颗粒燃料，一机多用。
3总结
依托国家推进河南“国家生物质能示范区”建设，支持秸秆发电、风电、垃圾发电、沼气、余热余压、光伏发电等新能源和可再生能源电源项目建设。《实施意见》还就“督促电力企业履行社会责任，全面有效落实国家节能减排方针、政策”等方面进行了细化和部署，每吨秸秆煤炭的加工费仅为80元左右，运行费用可降1/4以下，比普通工业型煤下降60%以上，廉价秸秆资源的高效利用和代煤作用，是原煤所不能比的；在这样的背景下这就需要大量的玉米秸秆成型机。玉米秆直接经过送料机压进机器，在滚刀的粉碎和挤压作用下，形成特定形体，由回收机打包封存。
我国对秸秆成型技术的研究是从"七五"期间开始的，"八五"期间，中国农机院能源动力所、辽宁能源所、中国林业科学院林产化工所、中国农业工程研究设计院，他们对生物质冲压技术及装置，挤压式压块技术及装置，烘烤技术及装置，多功能炉技术进行了攻关研究，解决了生物质致密成型关键技术。成型设备主要有活塞冲压式、螺旋挤压式、环模滚压式等几种类型。本论文是在玉米秸秆成型机的基础上改进设计出一种新型成型机，其研究思路为：通过对玉米秸秆成型机的运行情况和出现的各种问题，进行了理论分析，以取得进一步解决秸秆成型机存在问题的依据，做出改进设计，目的是使新设备效率更高，低压运行，性能稳定，以消除不安全隐患。
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