0、引言
生物质能是世界上第三大能源，每年满足全世界14%的能源消耗，是一种取之不尽、用之不竭的可再生的清洁能源。农业秸秆是生物质的重要组成部分，我国是一个农业大国，农业秸秆数量大、种类多、分布广，是农村方便的替代能源。由于农业秸秆的热值低、容积密度小、物理形态不规则，给能源化利用带来很多困难，导致利用率低，大量被丢弃或在田间焚烧，造成资源浪费和环境污染。生物质致密成型技术是解决以上问题的有效方法，即利用机械力将生物质压缩或挤压成为容积密度较大、热效率较高、便于运输和储藏的固体成型燃料。其容积密度可提高到原来的10倍以上(>600kg/m3)，形状和尺寸统一，使用方便，易于燃烧，是煤和薪柴优秀的替代燃料M1。
目前，生物质成型燃料主要有两种：颗粒燃料和压块燃料。颗粒燃料和压块燃料的加工原理和生产原料完全一致，只是外形尺寸和加工方法及设备不一致。从外形尺寸上来看，颗粒燃料尺寸较小，直径一般在6～12mm，长度一般为直径的4～5倍：而压块燃料尺寸较大，直径一般大于25mm，长度一般大于50mm。从加工方法来看，颗粒燃料一般由制粒机挤压成型：而压块燃料一般由压块机挤压或压缩成型。另外，颗粒燃料对原料的加工条件一般高于压块燃料。在原料湿度较大、粒径较粗的条件下，可以加工出高质量的压块燃料。目前，加工颗粒燃料的制粒机主要有平模式和环模式两种，而加工压块燃料的压块机主要有活塞式、螺旋式和对辊式3种。本文首先全面介绍了各种主要的制粒机和压块机的组成及其工作原理，并对它们的工作条件和工作性能进行了对比分析，旨在为我国生物质成型设备的开发和研制提供参考，从而促进我国生物质成型燃料产业的发展。
1、国内外生物质成型燃料加工方法及设备
1.1平模制粒机
平模制粒机是人们最早使用的颗粒燃料成型机。其主要工作部件是水平放置的平模和与其配合的两个圆柱形压辊。平模制粒机按照其工作时平模和压辊的运动方式可分为两种：一种是平模静止而压辊转动，称为动辊式；另一种为平模转动而压辊静止，称为动模式。工作时，原料从料斗加入，由于重力和刮板的作用，原料被均匀地铺在平模上：同时电机转动，通过传动箱带动主轴转动，安装在主轴上的压辊由于主轴的带动和摩擦力的作用产生公转和白转，原料被压辊不断挤入平模内固化成型。平模制粒机的特点是结构简单、质量轻、移动性好、易于操作，而且价格便宜，操作过程中可视性好，易于监控产品质量，所以深受小型颗粒燃料加工厂及个体农户的青睐。但是，由于压辊在工作过程中内侧和外侧所碾压的距离不一致，导致其磨损不均匀，维护保养难度大；而且压辊和平模接触面小、压力小、产量低，颗粒成型质量较差。
1.2环模制粒机
环模制粒机是平模制粒机的升级设备，是目前使用最广泛的颗粒燃料制粒机。它一般由输料箱、原料调节箱、制粒系统、减速箱和电机组成。
工作时，原料由输料箱螺旋输送器输送到调节箱，根据不同的生物质原料要求将湿度调节到理想值，并充分搅拌后输送到制粒系统。制粒系统由1个环模和2~3个压辊组成，压辊和环模之间有一定的间隙。工作时，电机经减速器减速，带动压辊旋转，将环模和压辊之间的原料不断挤入环模模孔中，在高温、高压下原料固化成型并挤jm模孔，环模外面的切刀及时将颗粒燃料切断，形成直径和长度一致的颗粒燃料。可见，环模制粒机和平模制粒机工作原理基本相同，只是环模替代平模后，增大了压辊和环模间的挤压面积，增加了挤压力，提高了工作效率，提高了颗粒燃料的品质。环模制粒机能够较好地解决压辊磨损不均匀的问题，有利于设备的维护和保养，延长设备使用寿命：但不足之处是环模制粒机结构复杂、能耗高、价格昂贵，所以目前主要适用于大、中型的颗粒燃料加工厂。
1.3活塞式压块机
活塞式压块机一般由活塞、模、螺旋输送器及料斗组成。工作时，活塞在机械或液压力的作用下做返复直线运动：活塞向左运动时，原料经料斗、螺旋输送器输送到活塞前方的压缩室内：活塞向右运动时，推动压缩室内的原料向前运动并压实成型；活塞继续前行，将压块燃料从出料孔推出，完成一个工作过程，可见活塞式压块机是间歇式生产。活塞式压块机在工作过程中原料翻转小，工作阻力较小，能耗较低。活塞式压块机有机械式和液压式两种，其中机械式工作压力高，产量也比较高，压块燃料品质也比较好，适用于大型压块燃料企业生产。1. 4螺旋式压块机
螺旋式压块机一般由料斗、加热元件、螺旋推进器、套筒、模和切刀组成。工作时，螺旋推进器高速旋转(600r/m)，原料经料斗被持续向套筒推进；套筒在外层包裹的加热元件的作用下，温度升高到200～250℃，使表层原料受热软化并固结。在螺旋推进器推力、套筒阻力及原料颗粒间阻力的相互作用下，原料颗粒之间间隙减少，密度提高；在经过锥型模孔时，进一步挤压成型，成为密度较高的压块燃料，然后从出料口挤出，在切刀的切割作用下，形成直径和长度一致的压块燃料。与活塞式压块机相比，螺旋式压块机的生产是连续性的，机器运转平稳、质量较小、产品尺寸统一、品质好，而且在加工过程中，由于摩擦生热，部分原料在高温下碳化，有利于点火和燃烧。但是，原料在移动过程中由于不断翻转，与螺旋推进器和套筒的摩擦较大，机器工作部件磨损严重，能耗高。
1.5对辊式压块机
对辊式压块机由两个形状和尺寸相同的网柱形对辊、螺旋推进器和料斗组成，如图6所示。圆柱对辊的表面具有成型窝眼，工作时原料在螺旋推进器和重力的作用下由料斗进入两个对辊之间填料空间，充实对辊上的窝眼：同时对辊绕水平方向的平行轴相向旋转，将窝眼中的原料对压成为饼状；对辊持续转动，窝眼中的饼状燃料随窝眼分离而落下，经出料口排除。可见，对辊式压块机也是持续性生产，其产量比前两种压块机要高；但是由于挤压时间短、燃料密度低，因此，品质较差。
2、生物质成型燃料加工设备性能对比
在以上的生物质成型燃料设备中，对生物质颗粒原料的致密成型方法各有不同，加工m来的生物质成型燃料品质也不相同。本文从原料加工参数的要求（湿度和颗粒尺寸）、工作部件的磨损、能耗、产量、成型燃料容积密度、保养维护、燃烧性能以及不同用途的适应性等各方面对以上加工方法做一对比分析，为开发和研制我国的生物质成型设备提供参考。
3、结语
通过对比分析可以看出，在4种生物质成型设备中，螺旋式压块机对原料的要求最高，生产的压块燃料品质最好，燃烧性能最好；但磨损大，能耗高，产量低。对辊式压块机产量高，但是压块燃料品质差。而环模制粒机和活塞式压块机能耗小，产量较高，成型燃料品质也较好。
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