0、前言 生物（wù）質成（chéng）型顆（kē）粒燃料已經受（shòu）到社會各界（jiè）的高度重視，在拓展（zhǎn）其應用（yòng）範圍（wéi）過程中，不斷降低燃料的（de）生產成本是研究人員的主要任務。在成型燃料成（chéng）本構成中，當成型原理確（què）定之後，降低其加工成本的潛力（lì）有限，因此，降低原料成本就成為降（jiàng）低成型燃料成本的關（guān）鍵。生物質原（yuán）料的分散性特點決定了運輸成本高於原料自身價格，開發（fā）高度集成的可移動成（chéng）型設備，可以實現在原料產地生產成型燃料，節省原料運輸成本，從而提高係統的經濟效益。我們在固定式成型設備基（jī）礎上，通過對係統中（zhōng）各結構（gòu）單元的優化集成，研製出可移動的生物質顆粒燃料設備。本文探討了設（shè）備集成原理，研究了不同原料（liào）的成型條件，測試了設備的（de）技術性能，分析（xī）了成型燃料的成本。 1、工藝流程的（de）確（què）定 根據（jù）設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（bìng）要求操作簡單、運行穩（wěn）定，經過反複論證確定工藝流程如圖1。 原料（liào）經粉碎機粉碎（或直（zhí）接投入粉料）後，經可調速的螺旋輸送機輸送到顆粒機的攪（jiǎo）拌輸送係統，然後進（jìn）入顆粒（lì）機（jī）主機（jī），在顆粒機主機環模（mó）和壓輥的擠壓下形成顆粒，經切刀切斷後通過（guò）顆粒輸送機、旋（xuán）風分離器把製成的顆粒輸送到冷卻係統，顆粒在冷卻係統中經過冷卻後通過成品篩後由人工裝袋包裝。 2、主要設備的選擇及係統的總（zǒng）體結構設（shè）計 2.1成型設備的選擇（zé） 目前，顆粒機的結構主要有2種，一（yī）種（zhǒng）為平模結構．另一種（zhǒng）為環模結構。無論是平模顆粒（lì）機還是（shì）環模顆粒機，都是由壓輥將粉碎好的原料擠過壓模孔來完成製粒的。環模顆粒機（圖2）在動力帶動下，壓模旋轉，由壓料（liào）入孔的正壓力所產生的摩擦力帶動壓輥自轉。因為環模與壓（yā）輥均是圓柱形的，所以環模內壁上各點線速度（dù）都一樣，為（wéi）vl=WiR，輥柱麵上（shàng）各點的線速度也一樣，在足夠摩擦力作用下，其線（xiàn）速度V2=Vl，即Wi=WiR，保證了模輥間的純滾動（dòng），二者之間的相互作用力比較均勻。平模顆粒（lì）機（圖3）在輥子轉速一定的情況下，其孔帶區各點線速度y=WiR隨著R的（de）增大而增大，但圓柱（zhù）壓輥（gǔn）柱麵上的線速（sù）度必須是一致的，這樣在模輥之間除了產生滾動摩擦之外，還（hái）產生了滑動（dòng）摩擦，這必將損失更多（duō）的功率，產生更多的熱量。由於模輥的磨損加劇，其壽命也相應地縮短。 另外，通過理論（lùn）計算，在同（tóng）樣壓輥半徑的情況下，環模的壓（yā）實層比平模的壓實層厚，壓實區域大，這使環模的（de）擠壓力對各種不（bú）同的原料具有更大的（de）適應力，壓製（zhì）出的顆粒質量也會更好。因此，為了使移動式顆粒燃料設備係統能夠高（gāo）效率的運轉，同（tóng）時又能滿足生產不同生物質顆粒燃料的需要，本係統采用環模顆粒機作為製粒主機。 通過合（hé）理的設計，確定顆粒機主要由主（zhǔ）電機、齒輪箱減速裝置、主軸、驅動軸、環模、壓輥、強製喂料器（qì）、切刀組件及機身和門等組（zǔ）成。經上（shàng）料絞龍輸送來的物料，由喂料器和前板上2個偏轉刮刀均勻地（dì）送（sòng）入2個壓輥（gǔn）與環模組成（chéng）的壓製區，通過環模和壓輥2個相對旋轉件對物料逐漸擠壓而擠入環模孔，在模孔中成型，並不斷向外端（duān）擠出，由切刀把成型顆粒切成需要的長度，最後成型顆粒排出（chū）機外。 2.2係統內其它主要單元的設計 根據我們研究固（gù）定式（shì）設備的（de）經（jīng）驗以（yǐ）及實際生（shēng）產的需要，本套係統還配置（zhì）了粉碎機、輸（shū）送機（jī）、廂（xiāng）式冷卻器、布袋除塵器和通風機（jī）等幾個主要（yào）設備（bèi）。從結構（gòu）上看，與固定（dìng）式設備有明顯（xiǎn）區別的是顆粒輸送機和除塵設備係統，在原有的固定式設備上采用的結構由於占用（yòng）空間較大，不適合在小型設備上使（shǐ）用，下麵詳細論述這（zhè）2種設備的選（xuǎn）擇（zé）。 2.2.1顆粒輸送（sòng）設備的選擇 一般大中型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（liàng）大，但需要一（yī）定（dìng）的空（kōng）間，不適於在可移動（dòng）設（shè）備上應用。螺旋輸送機也（yě）是常用的輸料設備（bèi），但這種（zhǒng）輸送（sòng）方式（shì）不僅需要一定傾角，占用很大的（de）空（kōng）間，而且其內部的螺旋片轉動時也會破壞顆粒，影響顆粒外觀質量，所以也不能采用。皮帶（dài）輸送機需要傾角（jiǎo）較（jiào）小，但占地麵積較大，也不適合（hé）采用。由於顆粒燃料密度相（xiàng）對較小，因此可以采用風送的方式來解決這一問（wèn）題，即選用合（hé）適的風機和管徑，利用風的力量把主機生（shēng）產出來的顆粒輸送到冷卻器（qì）中。這種氣力輸送係統占地麵積小（xiǎo），可以比較任意（yì）地安排輸送線路，並且設備簡單、操作方（fāng）便，容易實現自動化，非常（cháng）適合在這種可移動的設備（bèi）上使用。具體參數計算如下。 (1)氣體速度的（de）確定 從氣力輸送的角度考（kǎo）慮，氣體（tǐ）速度隻要超過最大顆粒（lì）的沉降速度即可，為確（què）保（bǎo）操作的順利進行，在氣力（lì）輸送中，氣體速度往（wǎng）往取最大顆粒沉降速度的（de）幾倍至幾十倍。 根據上（shàng）述計算，我們確定（dìng）濾袋（dài）過（guò）濾麵積為10.4m2，濾袋袋數9個，單個濾（lǜ）袋直徑230mm，單個濾（lǜ）袋（dài）長度1 600 mm，濾袋間距為260 mm。 2.3係統總體結（jié）構的設計 為了實現可以隨時（shí）移動的要求．我們把（bǎ）上述設備按照工藝（yì）流程合理地（dì）固定（dìng）在一個共同的底座上，采用槽鋼和鋼板焊接而成，有可靠的牢固性，並且根（gēn）據重心要求設有4個吊點，使整個係統能夠方便地吊裝和運輸。共（gòng）同底座的大小根據目前載重貨車的車（chē）廂尺寸要（yào）求進行設計，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（wù）料的（de）輸（shū）送，管路很多，而且（qiě）設備總體排布後有（yǒu）一定高度，最高處將達到4.3 m．如果采用汽運將超過（guò）交通部門規定的標準高（gāo）度，因此（cǐ），我們采取管路現（xiàn）場安（ān）裝的方式進行解（jiě）決，各管路連（lián）接處采用標準法蘭連（lián）接，簡單方便。運輸（shū）的時候把高出的管路拆下（xià）來（lái），單獨存（cún）放，待設備固定下來後，經過簡單安裝就可以進行生（shēng）產。 在由粉碎機到上料輸送（sòng）機的管路係統中，由於粉（fěn）碎機的風量很難控製，如果直接連接到（dào）料鬥上（shàng），容（róng）易使部分風量直接進（jìn）入成（chéng）型機主機（jī）中，對顆粒的成型產生影響，顆粒（lì）出料口處也會因為風（fēng）量過大，吹出很多灰塵．影響環境衛生。為此我們在（zài）輸送機（jī）料鬥的人口處增加1台關（guān）風機來解決這一問題。關（guān）風機的作用是（shì）物料能順利通過而風量會被裏麵的葉片阻擋（dǎng），不會進（jìn）入主機，經過實際（jì）測試，效果很好。 原料在（zài）擠壓過程中，會有很少一部分（fèn）原料（約5%左右）沒有成型就被吸到冷（lěng）卻器中（zhōng），和製成的（de）顆粒混在（zài）一起，為了（le）能把這些粉料、碎料分開，我們在冷卻器的下麵安裝了震動（dòng）篩裝置，放料（liào）裝（zhuāng）袋時啟動（dòng）震動器，在震動器和篩子的作用下，能有效地把成品顆粒與粉末、碎料分離，提高了顆粒的整體（tǐ）外觀質量（liàng）。 最（zuì）終的設備係（xì）統結構如圖5所示，由圖5可（kě）以看出，該設備結（jié）構簡（jiǎn）單，方便操（cāo）作，集成化程度高。 3、成型條件的研究 3.1設備的（de）技術指標（biāo） 我們以玉米秸稈、蘆葦、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測試（shì）。 測試結果見表（biǎo）1。 3.2不同含水（shuǐ）率（lǜ）物料（liào）的成型條（tiáo）件 圖6，7是以秸稈（gǎn）和蘆葦為原料的成型燃（rán）料密（mì）度（dù）與含水（shuǐ）率的關係。由（yóu）圖6，7可見，玉米秸（jiē）稈含水率低於（yú）12%時，成型燃料密度隨含水率增加而迅速增加，含水率為12%～18%時，燃料密度（dù）變化不大，含水率超過18%時，燃料密度迅速下降。以蘆葦（wěi）為原（yuán）料的測試結果有所不同，原料含水率為15%時燃料密度達到最大，但含水率為12%~20%時，可以獲得密（mì）度（dù）很高的成型燃料。 上述結果表明，燃料含水率對環模成型起（qǐ）著關鍵的作用。生物質壓縮（suō）成型分（fèn）為2個階段：第一階段，在壓縮初期，較低的壓力傳遞至生物質顆粒中，使原先（xiān）鬆散（sàn）堆積的固體顆（kē）粒排列結構開始改變，生物質內部空隙率減少；第二階段，當壓力逐漸增大時，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（jiān）更加緊密地接觸而互相齧合，一部（bù）分（fèn）殘餘應力貯存於成型塊（kuài）內部，使粒子間結合更牢固。在這（zhè）2個階段（duàn）中，生物質機體內存在的適量的結（jié）合水和（hé）自由水作為（wéi）潤滑劑，會使粒子間的（de）內摩擦變小，流動性增強（qiáng），從而促進粒（lì）子在壓力（lì）作用下滑動而嵌合。當生物質原料的含水量過低時，粒子得不到充分（fèn）延展，與四周的粒子結合不夠緊（jǐn）密，所以不能成型：當含水率過高時，盡管（guǎn）粒子在垂直於最大主（zhǔ）應力方向上充分（fèn）延展，粒子間（jiān）能夠齧合：但（dàn）由於原料中較（jiào）多的水分被擠出後分布於粒子層之（zhī）間，使得粒子（zǐ）層間不能緊密貼合，因而（ér）不（bú）能成型。 4、與固定式顆粒燃料設備的比較 目前，大中型固定式顆粒燃料生產設備（技術）已經（jīng）比較成熟，事實證明，在原料充足且比較集（jí）中的地區進行大規模的生產（chǎn）能夠獲得很好的經濟效益。但是在原料比較分散的地區，采用這種工廠化的設（shè）備生產顆粒燃料就會有很多不足之處，經濟效益（yì）不明顯（xiǎn）。相比（bǐ）之下，可移動式設（shè）備就有很大的優勢，主（zhǔ）要體現在以下2個方麵。 原料運輸費用（yòng）上的優勢。使用固定式工廠化的設（shè）備生產時，由於這類（lèi）設備一般產量（liàng）較（jiào）大，每天需要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（wéi）單位，相臨的村落相距通常2～5 km．為滿足（zú）原料供應，經過初步測算，需要收集半徑為（wéi）50 km區域內的秸稈原料，其運輸量之（zhī）大可想而知，相應的運（yùn）費也（yě）會增加很多。如果使用（yòng）這種可移動的設備，就可以根據原（yuán）料情況隨時移動，雖然需要一定的吊（diào）裝和運輸費用，但和運輸大量的原料比（bǐ）起來，成本會減（jiǎn）少很多。 投資上的（de）優勢。大型的設備往往需要（yào）很大的投資，不僅體現在設備本身的價格很高，而且其配套設施的費用（yòng）也很多，比如，需要占用較大的廠（chǎng）房（fáng）和配備專（zhuān）門的變壓器等。采用這種小型可移動的設備（bèi）就不需要這些（xiē）設施，隻需要一（yī）個臨（lín）時的場地就可以生產了，往往不需要專用的供電（diàn）設（shè）備。另外，設備本身（shēn）的價格也不是很（hěn）高，投資人很容（róng）易接受，投入的成本半年左右就能全部收回。因此，會節省很多費用，管理（lǐ）起來也很方便。 5、結束語（yǔ） 通過對成型設備及相關附屬設備（bèi）的（de）優化集（jí）成研究．設計加工出可移動的生物（wù）質顆粒燃料生產設備（bèi），該設備具有如下結構（gòu）特點。 對成型設備（bèi）及相關附（fù）屬（shǔ）設備進（jìn）行（háng）優化（huà）集成（chéng）設（shè）計，減小了設備體積，滿足了可移動的要（yào）求。 顆（kē）粒的輸送方式首（shǒu）次（cì）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（wěn）定，協調性好（hǎo），各設備之間的匹配能力相當（dāng）。 對各種生物質原料的成型試驗表明，隻（zhī）要原料粒度、含水率等條件滿足要求，這些原料都能很好地成型，而且顆粒密度大(≥1.1g/cm3)，係（xì）統能耗小（xiǎo）(≤100 kWh/t)。 通過長時間的運行試（shì）驗和（hé）用戶試用，係統地評價了該設備的綜合性（xìng）能，結果表明該（gāi）設備係統具有結構緊湊、操作方便、易於維護、自（zì）動化程（chéng）度高、能耗低（dī）等優點，可（kě）移動設備大幅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相對分散的農村地區使用。