尤興鋒

【摘 要】目前，我國大約三分之一的秸稈被人們所燒毀。秸稈焚燒對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，并且影響人們身體健康。然而，因?yàn)橹苯臃贌斩捥幚淼某杀颈容^低，能夠大大提高土壤的肥力，因此屢禁不止。怎樣將秸稈固化成型，加工形成新的燃料，成為了一類可再生的生物燃料。因此，本文對當(dāng)前生物燃料制粒機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)分析，并且闡述了環(huán)模制粒機(jī)的工作原理，最后，提出了改進(jìn)壓輥以及環(huán)模磨損的改進(jìn)思路。

【關(guān)鍵詞】生物燃料；環(huán)模制粒機(jī)；現(xiàn)狀改進(jìn)思路

目前，我國大約三分之一的秸稈被人們所燒毀。秸稈焚燒對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，并且影響人們身體健康。然而，因?yàn)橹苯臃贌斩捥幚淼某杀颈容^低，能夠大大提高土壤的肥力，因此屢禁不止。怎樣將秸稈固化成型，加工形成新的燃料，成為了一類可再生的生物燃料。生物燃料2噸的熱值就相等于1噸的標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量[1]。在生物質(zhì)再生利用的過程當(dāng)中，排放的二氧化碳和生物質(zhì)生長時(shí)候吸收的二氧化碳相平衡，其有著對二氧化碳零排放的作用。生物燃料當(dāng)中的其僅僅有三分之一的煤炭的含硫量。生物燃料也被人們叫做即時(shí)利用的綠色煤炭。它喲組合污染非常小、方便運(yùn)輸和儲(chǔ)存以及熱值高的特點(diǎn)，其是生物質(zhì)能利用的重要發(fā)展趨勢之一[2]。

通常情況下，生物質(zhì)燃料是通過粉碎固體生物質(zhì)經(jīng)過粉碎以及干燥之后，在一定壓力和溫度的環(huán)境下，壓制成為有著一定形狀和密度較大的新清潔燃料。利用成型機(jī)壓縮來形成圓柱狀固體燃料。這種顆粒的直徑不應(yīng)該大于25毫米，一般直徑主要要三類，分別大小為：6毫米，8毫米以及10毫米。顆粒狀的生物燃料因?yàn)榫鶆蚨缺容^高、體積小并且能夠充分燃燒，更加方便進(jìn)行自動(dòng)化的燃燒和運(yùn)輸。它比較多的應(yīng)用在了工業(yè)鍋爐、民用取暖鍋爐等的燃料[3]。因此，本文對當(dāng)前生物燃料制粒機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)分析，并且闡述了環(huán)模制粒機(jī)的工作原理，最后，提出了改進(jìn)壓輥以及環(huán)模磨損的改進(jìn)思路。

一、生物燃料制粒機(jī)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀分析

國內(nèi)高校及研究所對生物質(zhì)成型設(shè)備的研究日漸深入，大致分為3個(gè)方向：一是對環(huán)模或平模制粒機(jī)關(guān)鍵部件進(jìn)行力學(xué)或有限元分析，進(jìn)行結(jié)構(gòu)及參數(shù)優(yōu)化；二是研究關(guān)鍵部件磨損或疲勞機(jī)理，進(jìn)而研究解決壓輥和環(huán)模損耗嚴(yán)重的問題；三是分析生物燃料或設(shè)備應(yīng)用情況或市場化分析。這些研究為國產(chǎn)生物質(zhì)制粒機(jī)設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供了理論依據(jù)、數(shù)據(jù)支持。但由于大多研究成果都是基于某種物料條件下進(jìn)行的試驗(yàn)研究得到的數(shù)據(jù)或優(yōu)化結(jié)果，并進(jìn)行了較多的理想化和簡化，因此研究數(shù)據(jù)及優(yōu)化具有一定片面性，對實(shí)踐應(yīng)用的指導(dǎo)性也有限。

國外制粒成型技術(shù)發(fā)展較早，技術(shù)較為成熟，像瑞典的SwedenPowerChippers、美國的BlissIndustryInc、CPM、德國的SALMATEC研發(fā)的制粒機(jī)適應(yīng)性和自動(dòng)化程度很高，達(dá)到規(guī)模化和商品化，但價(jià)格較高，是國內(nèi)同等生產(chǎn)能力設(shè)備的5-10倍。國內(nèi)生產(chǎn)的生物環(huán)模成型機(jī)處于商業(yè)化初期，穩(wěn)定性及可靠性不佳，性能及適應(yīng)性較差，耗能大，磨損較嚴(yán)重。制粒機(jī)生產(chǎn)企業(yè)主要集中在江蘇溧陽等地區(qū)，如江蘇牧羊集團(tuán)和江蘇正昌集團(tuán)。農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院自主研發(fā)了環(huán)模顆粒成型機(jī)，并建立了年產(chǎn)1萬噸的生物質(zhì)固體成型燃料生產(chǎn)線。

二、環(huán)模制粒機(jī)結(jié)構(gòu)及成型原理分析

目前，國內(nèi)生物燃料環(huán)模制粒機(jī)型大多是由飼料制粒成型設(shè)備改造而得，環(huán)模制粒機(jī)進(jìn)行飼料及食品制粒時(shí)表現(xiàn)出效率高、制粒質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。用于生物質(zhì)成型時(shí)存在環(huán)模、壓輥磨損嚴(yán)重、耗能高等很多問題。

環(huán)模制粒機(jī)制粒部分采用環(huán)形壓模和與其相配的圓柱形壓輥為主要工作部件。物料進(jìn)入到環(huán)模和壓輥之間，環(huán)模由電動(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)回轉(zhuǎn)，安裝于環(huán)模內(nèi)的2只壓輥在模輥間的物料及其間的摩擦力作用下只自轉(zhuǎn)不公轉(zhuǎn)，由于環(huán)模、壓輥的旋轉(zhuǎn)將物料帶入擠壓，最后成條柱狀從?？字斜贿B續(xù)擠出來，形成顆粒狀物料。

三、生物燃料制粒機(jī)改進(jìn)思路研究

3.1改善承載能力

生產(chǎn)實(shí)際中，由于喂料不均勻、物料中的硬質(zhì)雜質(zhì)被擠壓等因素，環(huán)模及支承軸承除受較大交變載荷外，還受到一定的沖擊。軸承磨損和失效會(huì)加劇環(huán)模磨損和失效。因此改善軸承的承載能力，是延長制粒機(jī)可靠性和壽命的措施。

壓輥軸不轉(zhuǎn)，通過軸承與空心環(huán)模軸聯(lián)接，軸承載荷最大的極限情況是，一輥載荷達(dá)到最大，另一輥不受載，即一輥所受的力為F，另一輥所受力為零。如將現(xiàn)采用的SKF23022cc軸承替換為承載能力更高的SKF24122，分別出計(jì)算軸承基本額定壽命。得出，在承載情況不變的情況下，如改用SKF24122軸承，軸承理想壽命提高4倍以上。

3.2減低環(huán)模轉(zhuǎn)速

環(huán)模轉(zhuǎn)速直接影響到擠壓區(qū)內(nèi)的料層厚度及物料通過?？椎臅r(shí)間，進(jìn)而影響制粒機(jī)產(chǎn)量和顆粒質(zhì)量。線速度過高時(shí)，有可能使擠壓區(qū)內(nèi)的物料形成斷層，制粒不連續(xù)，制出的顆粒松軟，粉料多，而且對于水分含量較高的物料還易打滑，甚至根本不能制粒；較低的環(huán)模線速度雖然制出的顆粒質(zhì)量好，但會(huì)一定程度降低產(chǎn)量。制粒產(chǎn)量與轉(zhuǎn)速并非正反比關(guān)系，存在最佳轉(zhuǎn)速范圍并同時(shí)獲得較好產(chǎn)量；最佳環(huán)模轉(zhuǎn)速受環(huán)模尺寸、物料特性、開孔率及開孔尺寸等很多因素影響。如SZLH400型生物燃料制粒機(jī)通過試驗(yàn)，并參考其他制粒機(jī)型效果，推算環(huán)模線轉(zhuǎn)速在120～140r/min左右，制粒質(zhì)量較好，并且生產(chǎn)效率損失不大。而且減低環(huán)模轉(zhuǎn)速，對軸承壽命的影響是積極的。

3.3改進(jìn)均料器

根據(jù)生物質(zhì)制粒機(jī)的實(shí)際磨損情況分析，環(huán)模沿喂料方向的磨損并不均勻，靠近喂料口一側(cè)磨損嚴(yán)重，主要由于物料從喂料口進(jìn)入，還未及時(shí)經(jīng)刮料板刮平，就進(jìn)入壓輥和環(huán)模間進(jìn)行壓制成型，導(dǎo)致進(jìn)料口側(cè)的物料較厚，加劇了這一區(qū)域環(huán)模的磨損。因此改進(jìn)刮板位置及結(jié)構(gòu)，可以一定程度改善環(huán)模磨損不均勻的情況，防止環(huán)模和壓輥出現(xiàn)偏磨過早失效。

3.4改善物料狀態(tài)，減少雜質(zhì)

生物質(zhì)粉料流動(dòng)性差、成型壓縮比高等是生物質(zhì)環(huán)模制粒機(jī)損耗嚴(yán)重、壽命較短的主要原因，物料中的雜質(zhì)較多是環(huán)模模口模粒磨損的主要原因。目前投入生產(chǎn)的生物燃料制粒設(shè)備或流水線大多在制粒前沒有設(shè)置除鐵渣和石子的環(huán)節(jié)，致使物料硬質(zhì)雜質(zhì)多，造成環(huán)?？卓谒苄宰冃?，加劇環(huán)模磨損或開裂。

四、結(jié)束語

我國可用于成型的秸稈量約2億噸，可實(shí)際加工成生物燃料的秸稈量不足80萬噸，并存在生物燃料供不應(yīng)求，但生物燃料生產(chǎn)企業(yè)仍較難盈利的情況，迫切需要國家給予資金引導(dǎo)和政策扶持。生物燃料成型設(shè)備需要逐步完善現(xiàn)有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化，形成完善的供、產(chǎn)、銷鏈條。進(jìn)行突破性技術(shù)革新，集中攻克設(shè)備核心技術(shù)，有效降低生物燃料成型成本，提高生物成型技術(shù)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

本文分析了生物燃料制粒機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀等，得出壓輥和環(huán)模相互作用力的影響因素。并提出針對改善壓輥和環(huán)模磨損的措施。企業(yè)采納了環(huán)模降速和更換主軸軸承的改進(jìn)意見，并進(jìn)行樣機(jī)的生產(chǎn)和試驗(yàn)，證明降低環(huán)模轉(zhuǎn)速在提高環(huán)模耐用度上效果顯著。

【參考文獻(xiàn)】

[1]歐陽雙平，侯書林，趙立欣，等.生物質(zhì)固體成型燃料環(huán)模成型技術(shù)研究進(jìn)展[J].可再生能源，2017，29（1）：14-18.

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