0、引言
20世紀30年代，美國開始研究壓縮燃料成型技術，并研制了螺旋式擠壓成型機，在溫度為250～350℃和壓力為10 MPa的條件下，能把木屑和刨花等生物質壓縮成固體成型燃料。20世紀50年代，日本從國外引進了成型技術，并進行了改進，發展成本國的壓縮成型燃料工業體系：從80年代開始，日本對生物質壓縮成型燃料進行了探討，對壓縮過程中的動力消耗、壓模的結構與尺寸、原料的含水率、壓縮成型溫度、壓力以及原料顆粒大小等進行了試驗研究，進一步改進了壓縮成型燃料技術，使其更加實用化。
三門峽富通新能源生產銷售環模式
顆粒機、飼料顆粒機、
秸稈壓塊機、木屑顆粒機等生物質燃料飼料成型機械設備，同時也有大量的生物質成型燃料出售。
我國生物質固化成型技術研發始于20世紀80年代末期，起步較晚，已研制成功的螺旋擠壓成型機存在著單位產品能耗高，生產率相對較低（一般為100～200 kg/h）等問題，不適應大規模工業化生產。為使這項技術能夠廣泛應用于工業化生產中，在小型生物質固化成型機的基礎上進行改進工作，成功地研制了大型螺旋擠壓成型機，并應用到生產實踐中。
1、基本結構和參數
大型螺旋擠壓成型機的基本結構：電機、傳動部件、進料機構、螺桿、成型套筒和電熱控制等部分（圖1）。
該成型機主要參數如下：電機功率37 kW;電熱功率8 kW;主軸轉數740 r/min；外形尺寸（長×寬×高）為2200 mmx550 mmx1300 mm。
2、性能和試驗
2.1產量試驗
提高主軸轉速和增加擠出直徑是提高設備生產能力的主要措施。
經過計算與試驗，將成型機的主軸轉速由小型機的285 r/min提高到740 r/min；螺桿的外徑由62 mm增加到90 mm，螺桿的內徑也相應由30mm增加到55 mm，成型套簡的內徑由50mm增加到66 mm。經過改進后，設備的生產能力大大提高，其產量是小型機產量的4.31倍。經過生產試驗表明，設備生產能力達到485～620 kg/h。表1是以鋸末為原料的產能數據。
表1 設備的生產能力試驗
|
試驗時間/h |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
生產能力/KG·h-1 |
538 |
572 |
582 |
576 |
574 |
575 |
574 |
576 |
2.2單位產量能耗試驗
影響單位產量能耗的因素有2個：一個是電機功率大小，另一個是電加熱功率的大小。電機功率是由生物質成型壓力及主軸轉速決定的，生物質熱成型壓力一般在10～20 MPa。在設計中，通過適當地調整螺桿與成型套筒的間隙及成型套筒的錐角，既能使生物質機制棒密度達到要求，又降低能耗，即選擇了一個最佳區域。表2是設備能耗的測試結果，生產原料為鋸末，原料含水率為5%。8%。
表2大型生物質成型機生產耗能試驗數據
|
時間min |
相電流 |
功率KW |
功率因數 |
|
IA |
IB |
IC |
|
1 |
51.61 |
53.50 |
52.34 |
22.19 |
0.62 |
|
3 |
54.26 |
56.23 |
57.18 |
31.23 |
0.82 |
|
5 |
58.36 |
58.89 |
59.29 |
32.36 |
0.83 |
|
7 |
61.63 |
62.24 |
61.93 |
34.32 |
0.84 |
|
9 |
62.11 |
62.63 |
93.56 |
34.86 |
0.84 |
|
12 |
62.25 |
62.67 |
93.46 |
35.28 |
0.85 |
|
15 |
62.12 |
62.93 |
63.97 |
35.69 |
0.85 |
表3是大小機型的單位產量能耗的比較。從表中數據可知，大型設備的單產能耗比小型設備低得多，大型機比小型機的單位產量能耗減少了52%。
表3大小生物質成型機機型單產能耗比較
|
機型 |
電機功率KW |
電熱功率KW |
總功率KW |
產量KG/h |
單產能耗kwh/kg |
|
小機型 |
15 |
4 |
22 |
135 |
0.163 |
|
大機型 |
37 |
8 |
45 |
570 |
0.079 |
2.3對原料適應能力的試驗
一般的小型機只適應于木屑、稻殼等堆比重相對較大的原料，而對于粉碎的玉米秸稈之類的堆比重很小的原料，其產量就很難達到設計要求。這是因為在進料時這類原料容易出現“架橋”現象，使進入成型套筒的原料數量大大減少，導致設備的產量大大降低。為解決這一問題，在大型機的進料區域增加了一個攪拌裝置，這樣可以有效地解決原料“架橋”問題，使其對多種生物質原料都是適應的，產量都是比較穩定的。
表4不同生產原料的生產能力試驗
|
原料種類 |
生產時間/h |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
鋸末 |
538 |
572 |
582 |
576 |
574 |
575 |
574 |
576 |
|
玉米秸稈 |
461 |
482 |
487 |
491 |
493 |
488 |
490 |
492 |
|
稻殼 |
542 |
571 |
563 |
564 |
566 |
565 |
566 |
566 |
3 、2種機型在規模化生產線中的應用比較
一條年產3 000t（日產量10 t）機制木炭的生產線，需小型機14臺（2臺備用）或大型機4臺(1臺備用)。表5是應用2種機型的設備投資及用能情況的比較。由表5數據可知，應用大型機的生產線的投資略高于小型機生產線的投資。但是，生產線運行后，大型機節能效果明顯，大型機的運行費用大大低于小型機的運行費用，按年運行300 d計算，年節省電費77.4萬元。
表5 2種機型在規模化生產線中的應用比較
|
機型 |
數量/臺 |
單價/萬元 |
投資/萬元 |
日耗電量/kwh/d |
日節電量/kwh/d |
日接電費元/d |
|
小機型 |
14 |
1.98 |
27.72 |
5280 |
- |
- |
|
大機型 |
4 |
7.2 |
28.8 |
2700 |
2580 |
2580 |
4、結論
大型螺旋式生物質固化成型機具有產量大、能耗低、原料種類適應能力強、運行費用低的優點，特別適于在大規模工業化生產中應用。在能源日益緊缺的當前，大型螺旋固化成型機的研制成功，為生物質成型燃料的規模化生產提供了設備保障，對于生物質固化成型燃料技術的推廣應用具有重大作用。
三門峽富通新能源生產銷售顆粒機、秸稈壓塊機、飼料顆粒機等生物質燃料飼料成型機械設備。
