□張彥民

　　【內容摘要】針對原有成型機設備存在的問題，設計了一款壓輥式生物質顆粒成型機。對成型機的結構組成、工作原理、顆粒成型過程進行了闡述。以玉米秸桿為原料進行了成型制粒實驗，總結了生物原料粒度、含水量對顆粒成型的影響。對提高生物質顆粒機成型質量提供技術支持與參考。

　　生物質能作為可再生能源存量豐富，國內外都在進行積極的開發與利用。我國雖然是一個農業大國，農作物秸稈資源數量龐大，但由于比較分散，收集、儲存、運輸成本較高，制約了此類資源的有效利用。生物質顆粒成型機提供了一種使用生物質能源的好辦法，該方法是將玉米、水稻、棉花、木屑等農業作物秸稈和林業產品加工中產生的廢棄物進行粉碎、烘干、調制等處理，通過顆粒機成型環節，把分散的顆粒壓制成密度較高并具有一定形狀的燃料塊，可以方便儲藏和運輸，它的熱值與中質煤相當。^[1]如能廣泛利用起來，可極大改善桔桿違規露天焚燒的現象，促進空氣質量提高并節約煤炭資源。

　　一、結構組成及工作原理

　　(一)結構組成。壓輥式生物質顆粒成型機由主電機、動力傳動裝置、環模、壓輥輪、進料斗、送料螺旋桿、灑料嘴、出料斗、機架等組成。動力傳動裝置主要包括控制柜、電動機、皮帶輪、皮帶、減速器、聯軸器、過載保護裝置和傳動軸，在聯軸器與減速器之間裝有過載保護裝置。當原料發生堆積、異物落入擠壓區時，通過過載保護裝置立即中斷動力傳遞，從而避免機器發生損傷。在環模腔室內裝有一對壓輥，由轉向相反的兩根傳動軸分別將動力傳遞給環模和壓輥，實現環模與壓輥的同時相對運動。物料在剪切力和摩擦力的聯合作用下，相互包絡搭接進入模孔成型，可以提高物料的成型率和成型密度。

　　1.在環模上開有相互間隔的多排成型通孔。通孔主要由導料錐孔、成型直孔、減壓孔三部分構成，導料錐孔呈喇叭狀，使物料更容易進入成型直孔，防止物料堆積在環模內壁造成悶車現象。減壓孔朝外呈喇叭狀，目的是使已經擠壓成型的顆粒更容易脫模出料。成型直孔是制粒的重要結構，當直孔孔徑不變而延長其長度時，壓縮比變大，原料被擠壓進直孔后保壓時間也將變長，壓制出的顆粒密度大，外觀光滑且不易破裂變形，但由于顆粒保壓時間長，會引起成型機生產效率下降，增加生產成本。因此成型通孔的直徑和長度應根據物料狀況與成型顆粒大小粒度的要求而定。^[2]

　　2.在進料口里安裝有送料螺旋桿。該裝置可以將物料輸送到灑料嘴，同時對物料起到攪拌作用。灑料嘴與壓輥同時轉動，利用離心力將物料拋灑進環模腔室內，因灑料嘴與環模內壁的距離是固定的，可以起到刮料板的作用，使物料在環模腔室內均勻分布。成型顆粒達到一定長度，在集料罩的作用下自動斷料。

　　(二)工作原理。工作時，電機的動力經傳動裝置傳遞給送料螺旋桿、灑料嘴、壓輥與環模，粉碎好的物料送入進料口，旋轉的送料螺旋桿將物料推送到灑料嘴，物料在灑料嘴的離心力作用下均勻拋灑在環模腔室內壁，環模與一對壓輥相對轉動，在強大的擠壓力作用下，物料連續不斷地被強制壓入成型直孔，經過保壓過程，原本松散的物料粘結在一起并固化成型，通過減壓孔排出環模，達到一定長度后自動斷料通過排料口落入傳輸機構帶走，從而完成制粒整個過程。

　　二、原料對生物質顆粒成型的影響

　　(一)原料粒度的影響。本次實驗原料為玉米秸桿，該原料在我國分布廣泛，產量較大，具有一定的代表性。以相同批次的玉米秸稈為原料，粉碎成四種不同粒度進行測試，測試結果如下表1所示。

　　通過表中的數據可以發現，物料粒度的大小會影響顆粒成型效果。當物料粒度超過5mm范圍時，成型顆粒的密度隨著粒度的提升而下降，當物料粒度超過10mm范圍時，物料將難以擠壓成型。當物料粒度在0～1mm范圍時，顆粒成型密度也出現了下降，因為物料粒子間是以相互嚙合的方式結合的，當原料粒度過于細小時，將改變這種結合方式，靜電引力、分子引力、液相附著力成為粒子間的結合方式。因此，以玉米秸稈為原料時，將粒度保持在0～5mm范圍較為合適，由于對玉米秸桿過度破碎會增加原料成本，所以最佳粒度范圍為1～5mm。

　　(二)原料含水量的影響。原料中的水分對生物質顆粒擠壓成型有著重要作用，它可以減小粒子間的摩擦力，促進原料粒子滑移、延展與嚙合，使成型顆粒更加牢固。但當物料中的水分過多時，粒子之間將充滿被擠壓出來的水分，會導致顆粒固化成型時易碎裂不牢固，嚴重時將不能成型，通過實驗測試結果如表2所示。

　　由表2可見，原料含水率在15%～20%范圍時可以壓縮成型，當原料含水率在15%～18%范圍時，顆粒成型密度隨著含水率的增加而提高，當含水率超過18%時，顆粒成型密度隨著原料含水率的增加而下降。這是因為當原料含水率在15%與18%之間時，水分促進了原料粒子的滑移與延展，并傳遞熱量軟化原料中的纖維，使擠壓成型變得更加容易。當水分超過18%以后，水分被高壓擠出，成型塊易吸水解離，同時水分受熱蒸發，需要通過模孔迅速排放，導致顆粒密度逐漸降低。通過實驗數據可以得出，當原料含水率在18%左右時能夠擠壓出較理想的成型顆粒。

　　三、結語

　　該壓輥式生物質顆粒成型機具有良好的性能，通過對本機工作情況及擠壓顆粒的實驗分析，能夠滿足對生物質原料制粒的需要，工作穩定、設計合理、方便維護，對開發利用生物質資源、保護生態環境具有積極的意義。

　　【參考文獻】

　　[1]王春華等.環模秸稈成型機壓輥半徑的優選與試驗[J].農業工程學報，2013，15:26～33

　　[2]劉延春，張英楠，劉明等.生物質固化成型技術研究進展[J].世界林業研究，2008，21(4):41～47