生物質(zhì)造粒機(jī)技術(shù)研究和未來發(fā)展趨勢分析

徐世好

【摘 要】最近幾年時間里，隨著我國大氣污染以及環(huán)境保護(hù)治理力度越來越大，政府密集出臺了有關(guān)生物質(zhì)能源的相關(guān)政策，大力對生物質(zhì)能源進(jìn)行發(fā)展，特別是生物質(zhì)原料加工成顆粒之后完全取代燃煤應(yīng)用。隨著生物質(zhì)顆粒行業(yè)發(fā)展越來越快，生物質(zhì)造粒機(jī)行業(yè)作為顆粒的加工上游產(chǎn)業(yè)得到了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了供不應(yīng)求的現(xiàn)象。因此，本文對國內(nèi)外生物質(zhì)顆粒加工設(shè)備發(fā)展研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，研究了生物質(zhì)造粒機(jī)的技術(shù)，并且對未來生物質(zhì)造粒機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】生物質(zhì)質(zhì)造粒機(jī)技術(shù)；未來發(fā)展；趨勢

在我國，生物質(zhì)顆粒機(jī)的發(fā)展時間還比較短，其從初期的飼料顆粒機(jī)演變來的。在二十世紀(jì)六十年代開始，借鑒和吸收了國外先進(jìn)的技術(shù)。隨著生物質(zhì)顆粒機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度越來越快，產(chǎn)品技術(shù)手段也越來越成熟，同時可靠性更高。然而，還往往存在著行業(yè)當(dāng)中惡性競爭、知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)欠缺以及環(huán)模核心零部件存在較差的可靠性問題[1]。目前，國內(nèi)生物質(zhì)制粒成型技術(shù)的理論體系還不健全。這在一定程度上影響了生物質(zhì)造粒機(jī)產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展。所以，對環(huán)模制粒機(jī)工作原理、制粒的方法以及行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，可以大大提高造粒機(jī)行業(yè)整體的技術(shù)水平。大力發(fā)展生物質(zhì)燃料以及減小環(huán)境污染有著非常重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

一、我國生物質(zhì)造粒機(jī)技術(shù)研究現(xiàn)狀分析

1.1造粒環(huán)模布置方式不同，分為立式造粒機(jī)和臥式造粒機(jī)

生物質(zhì)造粒機(jī)工作原理為：利用壓輥以及環(huán)模運(yùn)動過程內(nèi)出現(xiàn)的擠壓以及摩擦力的作用，在治理腔體當(dāng)中高壓以及高溫的環(huán)境之下將木屑以及秸稈等原材料進(jìn)行壓實(shí)和擠壓出?？?，最終形成了密度大以及有規(guī)律的成型燃料。造粒壓輥以及環(huán)模是設(shè)備的主要部件[2]。目前，主要技術(shù)是利用雙壓輥和單環(huán)模的方式，按照環(huán)模以及物料喂入對應(yīng)整機(jī)的布置不同，分為臥式制粒機(jī)以及立式制粒機(jī)。立式造粒機(jī)粉狀物料需要從整體的上部喂入到造粒腔體。環(huán)模需要相對造粒單元水平進(jìn)行放置。臥式造粒機(jī)粉狀物料是從造粒腔體前端垂直進(jìn)行喂入，環(huán)模和造粒單元需要垂直進(jìn)行布置。

臥式造粒機(jī)技術(shù)是從飼料的顆粒機(jī)來演變出來的，可靠性相對較高。造粒腔體內(nèi)的溫度比較高，物料輸送要靠強(qiáng)制喂料來完成，并且存在輕質(zhì)和尺寸大的物料難以喂入的現(xiàn)象。臥式造粒機(jī)也有著對原料含水率適應(yīng)性比較高的優(yōu)點(diǎn)。通常情況下，能夠適應(yīng)12%-18%的原料進(jìn)行正常造粒，并且壓輥以及環(huán)模等部件維修以及保養(yǎng)起來更加便利，僅僅需要將造粒腔體外罩進(jìn)行打來進(jìn)行了更好的對環(huán)模和壓輥進(jìn)行更換和調(diào)整。

立式造粒機(jī)技術(shù)是近幾年新出現(xiàn)的技術(shù)，目前產(chǎn)品還不夠成熟，故障率較高，粉狀物料從上部垂直、均勻進(jìn)入造粒腔體，比較適應(yīng)秸稈等輕質(zhì)物料的制粒。也具有對原料含水率適應(yīng)性相對嚴(yán)格的劣勢，一般要求含水率15%左右的原料進(jìn)行造粒，而且環(huán)模和壓輥等關(guān)鍵部件的維修保養(yǎng)不方便、時間長。

1.2造粒機(jī)類型劃分

國際國內(nèi)市場生物質(zhì)造粒機(jī)動力驅(qū)動一般是由電機(jī)來完成，設(shè)備以固定式為主，根據(jù)動力驅(qū)動和工作方式不同可分為固定式造粒機(jī)和移動式造粒機(jī)，其中移動式又可以細(xì)分為牽引式和自走式。

固定式造粒機(jī)工作位置相對固定，一般在廠房內(nèi)完成造粒作業(yè)，高效率造粒機(jī)機(jī)組往往還配置有切碎、輸送、除塵、降溫和包裝等系統(tǒng)，以生產(chǎn)線方式運(yùn)行。動力來源一般是電機(jī)，根據(jù)生產(chǎn)線或設(shè)備效率不同選擇不同功率的電機(jī)。

目前國際和國內(nèi)市場造粒機(jī)以固定式為主，各廠家產(chǎn)品在核心工作部件結(jié)構(gòu)、整機(jī)技術(shù)路線和產(chǎn)品工作效率設(shè)計等方面存在差異，同類產(chǎn)品可靠性國內(nèi)外差距較大。國內(nèi)環(huán)模和壓輥的使用壽命相對較短，一般加工1000t左右就需要更換（部分廠家的加工500t左右就需要更換），維修更換頻率較高，使造粒機(jī)使用成本居高不下。為實(shí)現(xiàn)秸稈、飼料等物料的田間地頭收獲造粒，降低收儲運(yùn)成本，提高工作效率，行業(yè)內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)和高校開始創(chuàng)新研制出了移動式造粒機(jī)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了秸稈撿拾、切碎、造粒、冷卻和倉儲一體化。

移動式造粒機(jī)是對固定式造粒的創(chuàng)新性改進(jìn)，動力源一般為柴油發(fā)動機(jī)，行走方式有自走式和牽引式移動兩種。自走式動力來自本身自帶發(fā)動機(jī)，工作部件和行走都全部由發(fā)動機(jī)完成，整機(jī)各功能部件匹配性設(shè)計；牽引式一般由拖拉機(jī)牽引完成，動力一般來自拖拉機(jī)后動力輸出。目前國內(nèi)自走式移動造粒機(jī)暫時處于研究階段。部分廠家開始嘗試牽引式移動造粒機(jī)或壓塊機(jī)的研發(fā)和試驗，對各系統(tǒng)的整機(jī)匹配性方面進(jìn)行研究和摸索。

二、生物質(zhì)造粒機(jī)技術(shù)存在問題

目前，生物質(zhì)環(huán)模造粒裝備產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了相對完善的產(chǎn)業(yè)體系，基本能夠滿足國內(nèi)各領(lǐng)域的生產(chǎn)應(yīng)用需求。但行業(yè)技術(shù)研究方面還存在以下方面問題。

（1）環(huán)模造粒裝備技術(shù)平臺與基礎(chǔ)研究相對滯后，產(chǎn)品設(shè)計缺乏先進(jìn)的試驗與檢測條件支撐，經(jīng)驗設(shè)計仍占有相當(dāng)大的比重，但高端人才比較短缺，極大制約了產(chǎn)品的創(chuàng)新力度與技術(shù)水平。

（2）部分指標(biāo)已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平，但總體技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平相比還有較大差距，尤其是環(huán)模和壓輥等核心零部件材料技術(shù)、表面熱處理技術(shù)、?？仔螤顑?yōu)化技術(shù)等方面還需要繼續(xù)研究和提升；關(guān)鍵零部件可靠性與瑞士BUHLER、美國CPM、德國MUNCH和丹麥Sprout-Matador等國外高端品牌相比差距甚遠(yuǎn)。

（3）以環(huán)模制粒機(jī)為核心的顆粒成套生產(chǎn)線大型化、智能化水平不高。以溧陽金梧等為代表的顆粒機(jī)企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的環(huán)模制粒裝備自動控制系統(tǒng)，及以環(huán)模制粒機(jī)為核心的顆粒生產(chǎn)成套生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)，并得到一定程度的應(yīng)用，可以滿足目前國內(nèi)大型顆粒加工廠對裝備的需求。但當(dāng)前成套控制系統(tǒng)的智能化水平較低，且成套生產(chǎn)線的大型化水平與國際先進(jìn)水平相比差距較大。

三、生物質(zhì)造粒機(jī)技術(shù)發(fā)展方向

根據(jù)國內(nèi)造粒機(jī)行業(yè)的發(fā)展歷程和技術(shù)現(xiàn)狀，同時參考國際高端品牌技術(shù)發(fā)展歷程等綜合分析判斷，未來國內(nèi)生物質(zhì)造粒機(jī)技術(shù)領(lǐng)域主要向以下方面發(fā)展。

3.1逐步搭建完善的技術(shù)體系。逐步搭建完善的技術(shù)體系，包括造粒工藝、核心部件設(shè)計、制造工藝、新材料和智能化控制等。目前，歐洲等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)形成了健全的環(huán)模制粒裝備技術(shù)體系，能夠提供多種優(yōu)質(zhì)、高效的生產(chǎn)設(shè)備與完善的工程解決方案。國際著名的環(huán)模制粒裝備企業(yè)已分別從制粒工藝、裝備設(shè)計與制造、智能控制技術(shù)、專家診斷與服務(wù)技術(shù)等多個方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，形成了完善的技術(shù)體系。國內(nèi)造粒機(jī)行業(yè)將隨著行業(yè)的發(fā)展，不斷學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)和工藝，加大技術(shù)研究的投入，逐步搭建造粒機(jī)行業(yè)技術(shù)體系。

3.2不斷優(yōu)化改進(jìn)環(huán)模、壓輥等核心零部件技術(shù)。不斷優(yōu)化改進(jìn)環(huán)模、壓輥等核心零部件技術(shù)，包括技術(shù)參數(shù)優(yōu)化調(diào)整、新材料應(yīng)用、熱處理工藝改進(jìn)、?？捉Y(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)優(yōu)化等，有效提高核心零部件適應(yīng)性和使用壽命，提高造粒機(jī)性能、可靠性和工作效率。

3.3向大型化、智能化方向發(fā)展。不斷引入智能化控制技術(shù)，使裝備的智能化監(jiān)控和操作水平不斷提高，從而提升環(huán)模造粒裝備的整體技術(shù)水平。

3.4不斷優(yōu)化造粒生產(chǎn)線工藝流程。造粒生產(chǎn)線工藝流程不斷優(yōu)化，開發(fā)智能化全過程監(jiān)控和管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的實(shí)時監(jiān)控、調(diào)整及故障診斷等，逐步實(shí)現(xiàn)自動化操作。

3.5逐漸完善各功能部件系統(tǒng)匹配性。移動式造粒技術(shù)不斷成熟，各功能部件系統(tǒng)匹配性逐步完善。在作物秸稈田間造粒方面逐步應(yīng)用，核心造粒單元對作物秸稈水分、形態(tài)等方面的適應(yīng)性不斷改進(jìn)，整機(jī)技術(shù)逐漸成熟。移動式造粒機(jī)將作為未來生物質(zhì)造粒機(jī)的創(chuàng)新性產(chǎn)品，和固定式造粒機(jī)共同促進(jìn)生物質(zhì)造粒行業(yè)的技術(shù)及產(chǎn)品的不斷成熟、發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郝玲，祖宇，董良杰.模輥式生物質(zhì)燃料成型技術(shù)及設(shè)備的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，40（1）：367-369，372.

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