0、引言
近年來，石油、煤炭價格大幅上漲，能源短缺十分嚴重，能源形勢日益緊張，開發出適用的可再生能源產品已成了當務之急。生物質能源是唯一的可以儲存、運輸的可再生能源，是替代化石燃料的首選Ⅲ。但生物質具有堆積密度小、能量密度低、運輸、儲存使用空間大、成本高等特點，其嚴重制約了生物質能的大規模應用。因此，開發生物質冷態致密成型顆粒加工技術及設備，是有效利用生物質的必不可少的重要環節。生物質經過致密成型后不但可作為燃料取代煤炭直接燃燒利用，同時也可通過干餾炭化技術、液化技術、氣化技術等進行深加工利用，從而解決生物質利用的經濟性和實用性問題，實現生物質能源規模化應用，富通新能源生產銷售的
秸稈顆粒機、
秸稈壓塊機、
木屑顆粒機專業壓制
生物質成型顆粒燃料。
本文利用我們研制的SKR-25型生物質顆粒燃料成型樣機，通過對玉米秸稈和麥秸稈進行大量成型試驗研究，研究不同生物質原料、粒度、含水率、成型機環模孔長徑比等因素與顆粒成型率及噸料電耗的關系，找出生物質顆粒燃料的最佳成型條件，為生物質顆粒成型機的成型工藝改進及設備優化設計提供試驗依據，進而為生物質資源化利用的預處理技術提供科學數據。
1、試驗裝置與試驗方法
1.1試驗裝置
本試驗采用的SKR-25型生物質顆粒燃料成型樣機的基本結構如圖1所示。
生物質原料粉碎后從加料口經進料絞龍進入成型室，在成型室內，主軸帶動環模旋轉，在磨擦力作用下，壓輥與環模同時旋轉，原料經進料刮板被卷入
環模和
壓輥之間，兩者相對旋轉對原料逐漸擠壓，并擠入環模孔，在環模中成型，并不斷向孔外擠出，再由切刀按所需長度切斷成型顆粒，壓粒過程中物料是在壓模與壓輥強烈擠壓作用下強制通過均布于環形壓模的小孔而壓實成型的。
1.2試驗方法
生物質原料在成型過程中，成型機結構、環模孔結構以及成型工藝是相關聯的，在確定了成型機結構和環模孔結構后，成型工藝成了技術關鍵，不同原料、不同成型工藝的試驗表明：原料粒度、含水率、成型壓力是影響冷成型燃料生產的主要因素。在充分分析生物質冷成型機理及影響成型的各主要因素的基礎上，我們選擇兩種來源廣泛、具有一定代表性的生物質原料玉米秸稈和麥秸稈進行冷成型試驗研究。測定原料在不同粉碎粒度、含水率下的成型率和噸料電耗。同時，通過調整成型機的關鍵部件環模的厚度測定不同環模孔長徑比的顆粒成型率及電耗，從而得出玉米秸稈和麥秸稈的成型條件范圍及最佳成型工藝條件。
2、試驗結果及分析
2.1原料粒度對成型效率的影響
由于生物質經粉碎機粉碎后的粒度并非完全一致，為了更直觀地反映粒度對成型過程的影響，我們采用粉碎機的篩網孔徑來表征成型原料的粒度，初步試驗后，決定采用孔徑分別為8、6、4、2mm的4種篩網粉碎后的原料分別進行成型試驗（原料含水率25%、環模孔長徑比5:1），研究粒度與成型效率的關系。
試驗數據表明，顆粒的成型率及噸料電耗與原料粒度呈反比關系，粒度越小，成型效率越高。但是，對整個顆粒成型系統而言，并不是粒度越小越好，因為隨著篩網孔徑的減小，原料的粉碎效率急劇下降，粉碎電耗上升，系統效率隨之下降。因此，綜合考慮應在保證成型機合理成型效率的基礎上選擇較大的篩網孔徑，使系統綜合電耗達到最佳值。
從成型效率與原料粒度關系圖上可看出，成型率及噸料電耗與原料粒度并非線性關系，當粒度增大到一定量值以上．成型率出現快速下降趨勢，噸料電耗也同步快速上升，曲線圖上形成一個拐點，該點即可作為我們選擇最佳篩網孔徑的主要參考點。對于不同的物料，因其成分含量不同，成型難易也不同，拐點的位置也不同，從圖2、圖3可看出，對玉米秸稈其最佳篩網孔徑為6mm，而對麥秸稈其最佳篩網孔徑為4mm，顯然麥秸稈在成型過程中對原料粒度要求較高，比玉米秸稈更難成型。
2.2原料含水率對成型效率的影響
原料含水率對顆粒成型率影響很大，含水率過低或過高，生物質顆粒均無法正常成型。水分過低，生物質粉料在壓縮過程中缺少必要的軟化劑和潤滑劑而無法成型；水分過高，成型條件變壞，成型室內原料被擠成餅狀，無法順利從成型孔壓出，會造成機器卡死，成型壓力大幅度上升，主電機超載，防護成型機安全的安全銷斷裂。初步試驗表明，成型時原料含水率控制在10%。40%才能有效成型，含水率在10%以下時，成型率大幅降低。因此，我們選擇4種含水率分別為15%、20qo、25%、30%時進行成型試驗（原料粒度篩網孔徑為4mm、環模長徑比5:1），研究其對成型效率的影響，試驗結果數據見表2。
試驗結果表明，原料含水率對成型率的影響相當大，只有將含水率控制在一定范圍內，成型過程才能正常進行。當含水率超過30%以后，成型機運行中出現卡死的幾率大大上升，當含水率降低到一定數值以下時，成型率將急速下降。從圖4、圖5可以發現，玉米秸稈成型對原料含水率的適應范圍較寬，當含水率在20% - 30%之間時，其成型率及噸料電耗均保持在一個相對合理、穩定的水平，最佳含水率在25%左右。而麥秸稈的含水率使用范圍為25%～30%，含水率大于30%后，機器卡死幾率也大于玉米秸稈，并且其成型率及噸料電耗指標也大大高于玉米秸稈，成型工藝條件較難控制。
2.3環模孔長徑比對成型效率的影響
環模孔長徑比是顆粒成型設備直接決定原料成型條件的重要因素，它決定了原料的成型壓力和壓縮比，當長徑比較小時，成型壓力較低，成型率也較低，成型顆粒密度較小；長徑比越大，原料成型過程中受到的壓力越大，成型過程也越長，此時，成型率提高，顆粒密度加大，耗電量也大幅提高，顆粒產量下降。因此，找出環模孔長徑比與成型效率的對應關系，對優化環模設計、提高成型設備整機效率十分重要。本試驗我們采用8mm孔徑的環模，通過改變孔長的方法，測試環模孔長徑比對成型效率的影響，測試長徑比分別為4;1、5:1、6:1、7:14種形式，試驗原料粒度取4mm篩孔直徑及25%含水率。試驗數據見表3。
從圖6、圖7可以看出當環模孔長徑比低于5:1時，成型率迅速下降，同時導致噸料電耗也隨著迅速上升；當環模長徑比高于5:1時，成型率基本上是呈線性增加趨勢，而噸料電耗的變化因原料的不同則呈現出不同趨勢，玉米秸稈的最佳噸料電耗出現在長徑比5:1處，麥秸稈的最佳值為長徑比6:1，其主要原因是麥秸稈纖維素含量高，較難壓縮成型，需要較高的成型壓力才能保證有效成型率。圖8給出了成型顆粒密度隨環模孔長徑比的變化關系，基本呈同步增長趨勢。
3、結論
1)適當的粉碎粒度、原料含水率及環模孔長徑比是生物質冷壓成型的基本工藝條件。當篩網孔徑不大于6mm，原料含水率在20%。30%之間，環模孔長徑比為5:1時，玉米秸稈的成型率較高，成型過程運行穩定。試驗數據顯示，篩網孔徑為6mm、原料含水率為25%、環模孔長徑比為5:1時，其綜合電耗達到最佳值，冷成型顆粒噸料電耗低于100kW·h;
2)高纖維素含量的麥秸稈也可以冷壓成型，但成型條件較苛刻，要求粉碎機篩網孔徑不大于4mm、原料水份含量在25% - 30%之間、環模孔長徑比不小于6:1。麥秸稈的最佳成型條件為篩網孔徑4mm、原料含水率25%、環模孔長徑比6:1；
3)不同生物質原料，對成型條件要求有所不同，對于玉米秸稈類的普通生物質秸稈，其冷成型工藝較容易控制，成型率較高，噸料電耗能夠保持在較合理水平，已具備實際應用條件。而對于麥秸稈類高纖維素含量的生物質原料，成型難度較大，成型過程中對粒度、含水率等因素的適應范圍較窄，需要的成型壓力也較大，成型率較低，其噸料電耗也大大高于玉米秸稈，經濟性較差，還需從設備及工藝上進一步改進提高。
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