生物燃料环模制粒机应用现状与改进思路
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【摘 要】目前，我国大约三分之一的秸秆被人们所烧毁。秸秆焚烧对环境产生严重的污染，并且影响人们身体健康。然而，因为直接焚烧秸秆处理的成本比较低，能够大大提高土壤的肥力，因此屡禁不止。怎样将秸秆固化成型，加工形成新的燃料，成为了一类可再生的生物燃料。因此，本文对当前生物燃料制粒机应用现状进行了详细分析，并且阐述了环模制粒机的工作原理，最后，提出了改进压辊以及环模磨损的改进思路。
【关键词】生物燃料；环模制粒机；现状改进思路
目前，我国大约三分之一的秸秆被人们所烧毁。秸秆焚烧对环境产生严重的污染，并且影响人们身体健康。然而，因为直接焚烧秸秆处理的成本比较低，能够大大提高土壤的肥力，因此屡禁不止。怎样将秸秆固化成型，加工形成新的燃料，成为了一类可再生的生物燃料。生物燃料2吨的热值就相等于1吨的标准煤的发热量[1]。在生物质再生利用的过程当中，排放的二氧化碳和生物质生长时候吸收的二氧化碳相平衡，其有着对二氧化碳零排放的作用。生物燃料当中的其仅仅有三分之一的煤炭的含硫量。生物燃料也被人们叫做即时利用的绿色煤炭。它哟组合污染非常小、方便运输和储存以及热值高的特点，其是生物质能利用的重要发展趋势之一[2]。
通常情况下，生物质燃料是通过粉碎固体生物质经过粉碎以及干燥之后，在一定压力和温度的环境下，压制成为有着一定形状和密度较大的新清洁燃料。利用成型机压缩来形成圆柱状固体燃料。这种颗粒的直径不应该大于25毫米，一般直径主要要三类，分别大小为：6毫米，8毫米以及10毫米。颗粒状的生物燃料因为均匀度比较高、体积小并且能够充分燃烧，更加方便进行自动化的燃烧和运输。它比较多的应用在了工业锅炉、民用取暖锅炉等的燃料[3]。因此，本文对当前生物燃料制粒机应用现状进行了详细分析，并且阐述了环模制粒机的工作原理，最后，提出了改进压辊以及环模磨损的改进思路。
一、生物燃料制粒机的应用研究现状分析
国内高校及研究所对生物质成型设备的研究日渐深入，大致分为3个方向：一是对环模或平模制粒机关键部件进行力学或有限元分析，进行结构及参数优化；二是研究关键部件磨损或疲劳机理，进而研究解决压辊和环模损耗严重的问题；三是分析生物燃料或设备应用情况或市场化分析。这些研究为国产生物质制粒机设计及优化提供了理论依据、数据支持。但由于大多研究成果都是基于某种物料条件下进行的试验研究得到的数据或优化结果，并进行了较多的理想化和简化，因此研究数据及优化具有一定片面性，对实践应用的指导性也有限。
国外制粒成型技术发展较早，技术较为成熟，像瑞典的SwedenPowerChippers、美国的BlissIndustryInc、CPM、德国的SALMATEC研发的制粒机适应性和自动化程度很高，达到规模化和商品化，但价格较高，是国内同等生产能力设备的5-10倍。国内生产的生物环模成型机处于商业化初期，稳定性及可靠性不佳，性能及适应性较差，耗能大，磨损较严重。制粒机生产企业主要集中在江苏溧阳等地区，如江苏牧羊集团和江苏正昌集团。农业部规划设计研究院自主研发了环模颗粒成型机，并建立了年产1万吨的生物质固体成型燃料生产线。
二、环模制粒机结构及成型原理分析
目前，国内生物燃料环模制粒机型大多是由饲料制粒成型设备改造而得，环模制粒机进行饲料及食品制粒时表现出效率高、制粒质量好等优点。用于生物质成型时存在环模、压辊磨损严重、耗能高等很多问题。
环模制粒机制粒部分采用环形压模和与其相配的圆柱形压辊为主要工作部件。物料进入到环模和压辊之间，环模由电动机通过减速器带动回转，安装于环模内的2只压辊在模辊间的物料及其间的摩擦力作用下只自转不公转，由于环模、压辊的旋转将物料带入挤压，最后成条柱状从模孔中被连续挤出来，形成颗粒状物料。
三、生物燃料制粒机改进思路研究
3.1改善承载能力
生产实际中，由于喂料不均匀、物料中的硬质杂质被挤压等因素，环模及支承轴承除受较大交变载荷外，还受到一定的冲击。轴承磨损和失效会加剧环模磨损和失效。因此改善轴承的承载能力，是延长制粒机可靠性和寿命的措施。
压辊轴不转，通过轴承与空心环模轴联接，轴承载荷最大的极限情况是，一辊载荷达到最大，另一辊不受载，即一辊所受的力为F，另一辊所受力为零。如将现采用的SKF23022cc轴承替换为承载能力更高的SKF24122，分别出计算轴承基本额定寿命。得出，在承载情况不变的情况下，如改用SKF24122轴承，轴承理想寿命提高4倍以上。
3.2减低环模转速
环模转速直接影响到挤压区内的料层厚度及物料通过模孔的时间，进而影响制粒机产量和颗粒质量。线速度过高时，有可能使挤压区内的物料形成断层，制粒不连续，制出的颗粒松软，粉料多，而且对于水分含量较高的物料还易打滑，甚至根本不能制粒；较低的环模线速度虽然制出的颗粒质量好，但会一定程度降低产量。制粒产量与转速并非正反比关系，存在最佳转速范围并同时获得较好产量；最佳环模转速受环模尺寸、物料特性、开孔率及开孔尺寸等很多因素影响。如SZLH400型生物燃料制粒机通过试验，并参考其他制粒机型效果，推算环模线转速在120～140r/min左右，制粒质量较好，并且生产效率损失不大。而且减低环模转速，对轴承寿命的影响是积极的。
3.3改进均料器
根据生物质制粒机的实际磨损情况分析，环模沿喂料方向的磨损并不均匀，靠近喂料口一侧磨损严重，主要由于物料从喂料口进入，还未及时经刮料板刮平，就进入压辊和环模间进行压制成型，导致进料口侧的物料较厚，加剧了这一区域环模的磨损。因此改进刮板位置及结构，可以一定程度改善环模磨损不均匀的情况，防止环模和压辊出现偏磨过早失效。
3.4改善物料状态，减少杂质
生物质粉料流动性差、成型压缩比高等是生物质环模制粒机损耗严重、寿命较短的主要原因，物料中的杂质较多是环模模口模粒磨损的主要原因。目前投入生产的生物燃料制粒设备或流水线大多在制粒前没有设置除铁渣和石子的环节，致使物料硬质杂质多，造成环模孔口塑性变形，加剧环模磨损或开裂。
四、结束语
我国可用于成型的秸秆量约2亿吨，可实际加工成生物燃料的秸秆量不足80万吨，并存在生物燃料供不应求，但生物燃料生产企业仍较难盈利的情况，迫切需要国家给予资金引导和政策扶持。生物燃料成型设备需要逐步完善现有技术，实现生产规模化、产业化，形成完善的供、产、销链条。进行突破性技术革新，集中攻克设备核心技术，有效降低生物燃料成型成本，提高生物成型技术的可靠性和经济性。
本文分析了生物燃料制粒机发展现状与产业现状等，得出压辊和环模相互作用力的影响因素。并提出针对改善压辊和环模磨损的措施。企业采纳了环模降速和更换主轴轴承的改进意见，并进行样机的生产和试验，证明降低环模转速在提高环模耐用度上效果显著。
【参考文献】
[1]欧阳双平，侯书林，赵立欣，等.生物质固体成型燃料环模成型技术研究进展[J].可再生能源，2017，29（1）：14-18.
[2]姚宗路，田宜水，孟海波，等，生物固體成型燃料加工生产线及配套设备[J].农业工程学报，2016，26（9）：280-285.
[3]崔明，赵立欣，田宜水，等.中国主要农作物秸秆资源能源化利用分析评价[J].农业工程学报，2017，24（12）：291-296.