生物质造粒机技术研究和未来发展趋势分析
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【摘 要】最近几年时间里，随着我国大气污染以及环境保护治理力度越来越大，政府密集出台了有关生物质能源的相关政策，大力对生物质能源进行发展，特别是生物质原料加工成颗粒之后完全取代燃煤应用。随着生物质颗粒行业发展越来越快，生物质造粒机行业作为颗粒的加工上游产业得到了迅速的发展，出现了供不应求的现象。因此，本文对国内外生物质颗粒加工设备发展研究现状进行了分析，研究了生物质造粒机的技术，并且对未来生物质造粒机技术的发展趋势进行了分析。
【关键词】生物质质造粒机技术；未来发展；趋势
在我国，生物质颗粒机的发展时间还比较短，其从初期的饲料颗粒机演变来的。在二十世纪六十年代开始，借鉴和吸收了国外先进的技术。随着生物质颗粒机产业发展速度越来越快，产品技术手段也越来越成熟，同时可靠性更高。然而，还往往存在着行业当中恶性竞争、知识产权保护欠缺以及环模核心零部件存在较差的可靠性问题[1]。目前，国内生物质制粒成型技术的理论体系还不健全。这在一定程度上影响了生物质造粒机产业持续健康的发展。所以，对环模制粒机工作原理、制粒的方法以及行业的标准进行研究，可以大大提高造粒机行业整体的技术水平。大力发展生物质燃料以及减小环境污染有着非常重要的理论意义和现实意义。
一、我国生物质造粒机技术研究现状分析
1.1造粒环模布置方式不同，分为立式造粒机和卧式造粒机
生物质造粒机工作原理为：利用压辊以及环模运动过程内出现的挤压以及摩擦力的作用，在治理腔体当中高压以及高温的环境之下将木屑以及秸秆等原材料进行压实和挤压出模孔，最终形成了密度大以及有规律的成型燃料。造粒压辊以及环模是设备的主要部件[2]。目前，主要技术是利用双压辊和单环模的方式，按照环模以及物料喂入对应整机的布置不同，分为卧式制粒机以及立式制粒机。立式造粒机粉状物料需要从整体的上部喂入到造粒腔体。环模需要相对造粒单元水平进行放置。卧式造粒机粉状物料是从造粒腔体前端垂直进行喂入，环模和造粒单元需要垂直进行布置。
卧式造粒机技术是从饲料的颗粒机来演变出来的，可靠性相对较高。造粒腔体内的温度比较高，物料输送要靠强制喂料来完成，并且存在轻质和尺寸大的物料难以喂入的现象。卧式造粒机也有着对原料含水率适应性比较高的优点。通常情况下，能够适应12%-18%的原料进行正常造粒，并且压辊以及环模等部件维修以及保养起来更加便利，仅仅需要将造粒腔体外罩进行打来进行了更好的对环模和压辊进行更换和调整。
立式造粒机技术是近几年新出现的技术，目前产品还不够成熟，故障率较高，粉状物料从上部垂直、均匀进入造粒腔体，比较适应秸秆等轻质物料的制粒。也具有对原料含水率适应性相对严格的劣势，一般要求含水率15%左右的原料进行造粒，而且环模和压辊等关键部件的维修保养不方便、时间长。
1.2造粒机类型划分
国际国内市场生物质造粒机动力驱动一般是由电机来完成，设备以固定式为主，根据动力驱动和工作方式不同可分为固定式造粒机和移动式造粒机，其中移动式又可以细分为牵引式和自走式。
固定式造粒机工作位置相对固定，一般在厂房内完成造粒作业，高效率造粒机机组往往还配置有切碎、输送、除尘、降温和包装等系统，以生产线方式运行。动力来源一般是电机，根据生产线或设备效率不同选择不同功率的电机。
目前国际和国内市场造粒机以固定式为主，各厂家产品在核心工作部件结构、整机技术路线和产品工作效率设计等方面存在差异，同类产品可靠性国内外差距较大。国内环模和压辊的使用寿命相对较短，一般加工1000t左右就需要更换（部分厂家的加工500t左右就需要更换），维修更换频率较高，使造粒机使用成本居高不下。为实现秸秆、饲料等物料的田间地头收获造粒，降低收储运成本，提高工作效率，行业内一些研究机构和高校开始创新研制出了移动式造粒机产品，实现了秸秆捡拾、切碎、造粒、冷却和仓储一体化。
移动式造粒机是对固定式造粒的创新性改进，动力源一般为柴油发动机，行走方式有自走式和牵引式移动两种。自走式动力来自本身自带发动机，工作部件和行走都全部由发动机完成，整机各功能部件匹配性设计；牵引式一般由拖拉机牵引完成，动力一般来自拖拉机后动力输出。目前国内自走式移动造粒机暂时处于研究阶段。部分厂家开始尝试牵引式移动造粒机或压块机的研发和试验，对各系统的整机匹配性方面进行研究和摸索。
二、生物质造粒机技术存在问题
目前，生物质环模造粒装备产业已经形成了相对完善的产业体系，基本能够满足国内各领域的生产应用需求。但行业技术研究方面还存在以下方面问题。
（1）环模造粒装备技术平台与基础研究相对滞后，产品设计缺乏先进的试验与检测条件支撑，经验设计仍占有相当大的比重，但高端人才比较短缺，极大制约了产品的创新力度与技术水平。
（2）部分指标已达到或接近国际先进水平，但总体技术水平与国际先进水平相比还有较大差距，尤其是环模和压辊等核心零部件材料技术、表面热处理技术、模孔形状优化技术等方面还需要继续研究和提升；关键零部件可靠性与瑞士BUHLER、美国CPM、德国MUNCH和丹麦Sprout-Matador等国外高端品牌相比差距甚远。
（3）以环模制粒机为核心的颗粒成套生产线大型化、智能化水平不高。以溧阳金梧等为代表的颗粒机企业已经开发出具有自主知识产权的环模制粒装备自动控制系统，及以环模制粒机为核心的颗粒生产成套生产线自动控制系统，并得到一定程度的应用，可以满足目前国内大型颗粒加工厂对装备的需求。但当前成套控制系统的智能化水平较低，且成套生产线的大型化水平与国际先进水平相比差距较大。
三、生物质造粒机技术发展方向
根据国内造粒机行业的发展历程和技术现状，同时参考国际高端品牌技术发展历程等综合分析判断，未来国内生物质造粒机技术领域主要向以下方面发展。
3.1逐步搭建完善的技术体系。逐步搭建完善的技术体系，包括造粒工艺、核心部件设计、制造工艺、新材料和智能化控制等。目前，欧洲等发达国家已经形成了健全的环模制粒装备技术体系，能够提供多种优质、高效的生产设备与完善的工程解决方案。国际著名的环模制粒装备企业已分别从制粒工艺、装备设计与制造、智能控制技术、专家诊断与服务技术等多个方面进行了系统研究，形成了完善的技术体系。国内造粒机行业将随着行业的发展，不断学习国外先进技术和工艺，加大技术研究的投入，逐步搭建造粒机行业技术体系。
3.2不断优化改进环模、压辊等核心零部件技术。不断优化改进环模、压辊等核心零部件技术，包括技术参数优化调整、新材料应用、热处理工艺改进、模孔结构和技术参数优化等，有效提高核心零部件适应性和使用寿命，提高造粒机性能、可靠性和工作效率。
3.3向大型化、智能化方向发展。不断引入智能化控制技术，使装备的智能化监控和操作水平不断提高，从而提升环模造粒装备的整体技术水平。
3.4不断优化造粒生产线工艺流程。造粒生产线工艺流程不断优化，开发智能化全过程监控和管理系统，实现生产线的实时监控、调整及故障诊断等，逐步实现自动化操作。
3.5逐渐完善各功能部件系统匹配性。移动式造粒技术不断成熟，各功能部件系统匹配性逐步完善。在作物秸秆田间造粒方面逐步应用，核心造粒单元对作物秸秆水分、形态等方面的适应性不断改进，整机技术逐渐成熟。移动式造粒机将作为未来生物质造粒机的创新性产品，和固定式造粒机共同促进生物质造粒行业的技术及产品的不断成熟、发展。
【参考文献】
[1]郝玲，祖宇，董良杰.模辊式生物质燃料成型技术及设备的研究进展[J].安徽农业科学，2016，40（1）：367-369，372.
[2]胡建軍.秸秆颗粒燃料冷态压缩成型实验研究及数值模拟[D].大连：大连理工大学，2016.