麥電網(wǎng)訊：摘要：簡(jiǎn)要分析國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)顆粒加工設(shè)備的發(fā)展歷程和技術(shù)現(xiàn)狀，重點(diǎn)研究分析生物質(zhì)造粒機(jī)的技術(shù)路線和理論研究，判斷未來(lái)行業(yè)技術(shù)發(fā)展方向和需求趨勢(shì)。

　　引言

近幾年，隨著國(guó)家治理大氣污染和環(huán)境保護(hù)力度的顆粒機(jī)不斷加大，政府密集出臺(tái)了相關(guān)生物質(zhì)能源支持政策，提倡發(fā)展生物質(zhì)能源，尤其是生物質(zhì)原料加工成顆粒后取代燃煤的應(yīng)用。隨著生物質(zhì)顆粒行業(yè)的蓬勃發(fā)展，作為顆粒加工的上游產(chǎn)業(yè)生物質(zhì)造粒機(jī)行業(yè)也快速增長(zhǎng)，一度出現(xiàn)顆粒機(jī)供不應(yīng)求的局面。

國(guó)內(nèi)生物質(zhì)顆粒機(jī)發(fā)展歷史較短，最初從飼料顆粒機(jī)演變而來(lái)，20世紀(jì)60年代開始采用從歐洲引進(jìn)、借鑒和消化吸收后國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用的模式。隨著生物質(zhì)顆粒機(jī)行業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品技術(shù)逐步成熟，可靠性不斷提顆粒機(jī)高，但是還存在行業(yè)低端惡性競(jìng)爭(zhēng)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)不足和環(huán)模等核心零部件可靠性不高等問(wèn)題。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)生物質(zhì)制粒成型技術(shù)基礎(chǔ)理論體系不完備，一定程度嚴(yán)重制約了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，研究環(huán)模制粒原理、創(chuàng)新制粒方法、顆粒機(jī)完善和規(guī)范行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等對(duì)提升造粒機(jī)行業(yè)整體技術(shù)水平、發(fā)展生物質(zhì)燃料和降低環(huán)境污染等具有非常重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

　　1固定式生物質(zhì)造粒機(jī)歷史演變和技術(shù)發(fā)展歷程

中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，作物秸稈、木材等農(nóng)林廢棄顆粒機(jī)物相對(duì)較多，生物質(zhì)資源豐富，儲(chǔ)量較大。隨著國(guó)家和社會(huì)對(duì)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的逐步重視，以及對(duì)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的大力支持，生態(tài)型能源將會(huì)越來(lái)越受歡迎。

隨著新環(huán)保法的實(shí)施，對(duì)農(nóng)林秸稈焚燒采取了監(jiān)管措施，農(nóng)林廢棄物無(wú)處安顆粒機(jī)置。生物質(zhì)顆粒機(jī)設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，不僅解決了這一問(wèn)題，同時(shí)為國(guó)家的環(huán)保事業(yè)也做出了巨大貢獻(xiàn)。生物質(zhì)顆粒機(jī)主要以農(nóng)林產(chǎn)生的秸稈、稻殼、木糠、樹皮和樹葉等廢棄物為主，通過(guò)預(yù)處理加工成生物質(zhì)燃料，加工后的燃料具顆粒機(jī)有熱值高、成本低、燃燒后污染成分少和運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)，部分代替煤炭等傳統(tǒng)礦物質(zhì)的使用，近幾年在國(guó)內(nèi)逐漸推廣起來(lái)，目前已經(jīng)進(jìn)入蓬勃發(fā)展期。

國(guó)內(nèi)生物質(zhì)造粒機(jī)的研究工作起步比較晚，最初主要從飼料環(huán)模機(jī)演變而來(lái)顆粒機(jī)，主要采用臥式環(huán)模結(jié)構(gòu)，根據(jù)生物質(zhì)顆粒成型特點(diǎn)和成型壓力要求等進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)。隨著行業(yè)的發(fā)展不斷創(chuàng)新改進(jìn)，產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，目前很多企業(yè)仍然采用環(huán)模式造粒機(jī)結(jié)構(gòu)，仍然能看到飼料造粒機(jī)的元素。

除了在飼料顆粒機(jī)環(huán)模造粒機(jī)基礎(chǔ)上的延伸開發(fā)外，我國(guó)造粒機(jī)行業(yè)還采取國(guó)外技術(shù)引進(jìn)、消化吸收和再創(chuàng)新的開發(fā)模式。在20世紀(jì)60年代從英國(guó)UMT公司引進(jìn)第一臺(tái)制粒機(jī)，通過(guò)消化，70年代研制出了我國(guó)第一臺(tái)環(huán)模顆粒機(jī)。之后隨著顆粒機(jī)造粒機(jī)行業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)一些科研院所和高校也積極參與環(huán)模制粒機(jī)的設(shè)計(jì)、研制以及改進(jìn)，生物質(zhì)造粒機(jī)的機(jī)械性能和適應(yīng)性不斷升級(jí)。

　　2國(guó)內(nèi)生物質(zhì)造粒機(jī)技術(shù)路線和研究現(xiàn)狀分析

我國(guó)生物質(zhì)顆粒機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展之路和生顆粒機(jī)物質(zhì)能源的行業(yè)發(fā)展基本并行和呼應(yīng)，伴隨國(guó)家對(duì)生物質(zhì)能源的政策驅(qū)動(dòng)和人們對(duì)生物質(zhì)能源的認(rèn)識(shí)一路走走停停。在這個(gè)過(guò)程中生物質(zhì)顆粒機(jī)不斷嘗試各種技術(shù)路線的研究，包括從飼料機(jī)技術(shù)的演變、借鑒國(guó)外同行技術(shù)和自主顆粒機(jī)研究等。

我國(guó)生物質(zhì)造粒機(jī)技術(shù)發(fā)展道路曲折，快速發(fā)展和產(chǎn)品成熟時(shí)期主要集中在近10年。目前國(guó)內(nèi)生物質(zhì)造粒機(jī)技術(shù)路線基本清晰，整機(jī)產(chǎn)品核心技術(shù)相對(duì)成熟；環(huán)模和壓輥等關(guān)鍵零部件可靠性有較大提高；先進(jìn)加工工藝顆粒機(jī)、熱處理工藝和新材料開始在行業(yè)引入和應(yīng)用。

　　根據(jù)造粒環(huán)模的布置方式、結(jié)構(gòu)差異、造粒機(jī)動(dòng)力源及工作方式等方面的不同，生物質(zhì)造粒機(jī)分類和技術(shù)路線劃分如下。

　　2.1主流產(chǎn)品技術(shù)路線

按照造粒環(huán)模布置方式不同，分為顆粒機(jī)立式造粒機(jī)和臥式造粒機(jī)

生物質(zhì)造粒機(jī)的工作原理是通過(guò)環(huán)模和壓輥（或環(huán)模）運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的擠壓和摩擦力作用，在造粒腔體內(nèi)高溫高壓環(huán)境下將秸稈、木屑或稻殼等原料壓實(shí)并擠壓出?？祝詈笮纬梢?guī)則的、密度較大的成顆粒機(jī)型燃料。

造粒環(huán)模和壓輥是設(shè)備的核心部件，主流技術(shù)主要是采用單環(huán)模+雙壓輥（三壓輥）方式，根據(jù)環(huán)模和物料喂入相對(duì)整機(jī)的布置不同分為立式和臥式兩種。立式造粒機(jī)粉狀物料從整機(jī)上部喂入造粒腔體，環(huán)模相對(duì)造粒單顆粒機(jī)元水平放置；臥式造粒機(jī)粉狀物料則從造粒腔體前端垂直喂入（借助風(fēng)機(jī)力量強(qiáng)行喂入），環(huán)模與造粒單元垂直布置。

臥式造粒機(jī)和立式造粒機(jī)工作原理基本相同，但在整機(jī)對(duì)物料的含水率適應(yīng)性、維修方便性、腔體溫度、物料顆粒機(jī)輸送和喂入均勻性等方面存在優(yōu)劣差異。

　　臥式造粒機(jī)技術(shù)是從飼料顆粒機(jī)演變而來(lái)，造粒腔體內(nèi)溫度相對(duì)較高，軸承等工作部件故障率相對(duì)較高，物料的輸送需要風(fēng)機(jī)強(qiáng)制完成，而且存在物料不均勻的問(wèn)題。

臥式造粒機(jī)同時(shí)也具顆粒機(jī)有對(duì)原料含水率適應(yīng)性相對(duì)較高的優(yōu)勢(shì)，一般可以適應(yīng)20％～15％的原料正常造粒，而且環(huán)模和壓輥等關(guān)鍵部件的維修保養(yǎng)方便，打開造粒腔體外罩就可以很方便進(jìn)行環(huán)模更換和壓輥調(diào)整或更換。

立式造粒機(jī)技術(shù)是生物質(zhì)造顆粒機(jī)粒的創(chuàng)新改進(jìn)產(chǎn)品，粉狀物料從上部垂直、均勻進(jìn)入造粒腔體，造粒效果相對(duì)較好，環(huán)模和壓輥的磨損均勻，使用壽命相對(duì)延長(zhǎng)，同時(shí)腔體內(nèi)溫度相對(duì)較低，軸承等工作部件故障率低。但是也具有對(duì)原料含水率適應(yīng)性相對(duì)嚴(yán)格的顆粒機(jī)劣勢(shì)，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(shí)間長(zhǎng)。

　　2.2造粒機(jī)類型劃分

國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)生物質(zhì)造粒機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)一般是由電機(jī)來(lái)完成，設(shè)備以固定式為主，根據(jù)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和顆粒機(jī)工作方式不同可分為固定式造粒機(jī)和移動(dòng)式造粒機(jī)，其中移動(dòng)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(duì)固定，一般在廠房?jī)?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、降溫和包裝等系顆粒機(jī)統(tǒng)，以生產(chǎn)線方式運(yùn)行。動(dòng)力來(lái)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(guó)際和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(jì)等方面存在差異，顆粒機(jī)同類產(chǎn)品可靠性國(guó)內(nèi)外差距較大。國(guó)內(nèi)環(huán)模和壓輥的使用壽命相對(duì)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、飼料等顆粒機(jī)物料的田間地頭收獲造粒，降低收儲(chǔ)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(dòng)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(cāng)儲(chǔ)一體化。

移動(dòng)式造粒機(jī)是對(duì)固定式造粒的創(chuàng)新性改進(jìn)，動(dòng)顆粒機(jī)力源一般為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，行走方式有自走式和牽引式移動(dòng)兩種。自走式動(dòng)力來(lái)自本身自帶發(fā)動(dòng)機(jī)，工作部件和行走都全部由發(fā)動(dòng)機(jī)完成，整機(jī)各功能部件匹配性設(shè)計(jì)；牽引式一般由拖拉機(jī)牽引完成，動(dòng)力一般來(lái)自拖拉機(jī)后動(dòng)力輸顆粒機(jī)出。

　　目前國(guó)內(nèi)自走式移動(dòng)造粒機(jī)暫時(shí)處于研究階段（圖1）。部分廠家開始嘗試牽引式移動(dòng)造粒機(jī)或壓塊機(jī)的研發(fā)和試驗(yàn)，對(duì)各系統(tǒng)的整機(jī)匹配性方面進(jìn)行研究和摸索。

固定式造粒機(jī)技術(shù)比較成熟的歐洲市場(chǎng)，以高端青貯收獲機(jī)顆粒機(jī)聞名的德國(guó)Krone（科羅尼）公司近幾年開發(fā)完成了一款牽引式移動(dòng)造粒機(jī)（圖2），工作效率為5t/h，由拖拉機(jī)牽引完成。目前該產(chǎn)品處于市場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證階段。

3造粒成型理論分析

秸稈等物料中含有一定的纖維素和木顆粒機(jī)質(zhì)素，其木質(zhì)素是物料中的結(jié)構(gòu)單體，是苯丙烷型的高分子化合物。具有增強(qiáng)細(xì)胞壁、粘合纖維素的作用。木質(zhì)素屬非晶體，在常溫下主要部分不溶于任何溶劑，沒有熔點(diǎn)，但有軟化點(diǎn)。當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)，木質(zhì)素軟化粘結(jié)力顆粒機(jī)增加，并在一定作用下，使其纖維素分子團(tuán)錯(cuò)位、變形和延展，內(nèi)部相鄰的生物質(zhì)顆粒相互進(jìn)行嚙接，重新組合而壓制成型。

生物質(zhì)造粒機(jī)是通過(guò)機(jī)械力（擠壓力、摩擦力等）的作用，在高溫高壓環(huán)境下將秸稈、木屑或稻殼等壓顆粒機(jī)實(shí)并擠壓出?？?，期間充分利用木質(zhì)素或纖維素的高溫粘合作用，最終將生物質(zhì)粉料壓制形成顆粒狀物料。

生物質(zhì)環(huán)模制粒成型技術(shù)是一種先進(jìn)的顆粒成型工藝技術(shù)，集成了機(jī)械工程、粉體力學(xué)等多學(xué)科知識(shí)。在生物質(zhì)顆粒在壓顆粒機(jī)制過(guò)程中實(shí)質(zhì)上是物料受到擠壓力、摩擦力和高溫高壓綜合作用產(chǎn)生變形的過(guò)程。

　　根據(jù)粉料在造粒成型過(guò)程中所處的狀態(tài)不同，可以將整個(gè)過(guò)程分為3個(gè)區(qū)：供料區(qū)、變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)，如圖3所示。

供料區(qū)：物料基本不顆粒機(jī)會(huì)受到擠壓力，但是在環(huán)模旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生離心力，在離心力作用下粉料緊貼在環(huán)模內(nèi)側(cè)。

變形壓緊區(qū)：隨著外環(huán)模的旋轉(zhuǎn)，壓輥同時(shí)被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，物料在環(huán)模作用下進(jìn)入壓緊區(qū)，同時(shí)受到環(huán)模和壓輥的擠壓和摩擦作用，物料之顆粒機(jī)間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)。隨著物料向前移動(dòng)，擠壓力逐步增大，粉料顆粒之間的間隙逐步變小，產(chǎn)生變形，物料密度也逐步加大。

擠壓成型區(qū)：在物料進(jìn)入該區(qū)域時(shí)擠壓力和摩擦力快速增大，同時(shí)產(chǎn)生高溫和高壓環(huán)境，物料之間的接觸顆粒機(jī)面積增大，在木質(zhì)素和纖維素的作用下產(chǎn)生相互黏結(jié)，被連續(xù)不斷的擠壓入模孔，形成不同密度的顆粒。在擠壓區(qū)，環(huán)模和壓輥會(huì)保持0.5～1.0mm的間隙，隨著造粒過(guò)程中環(huán)模和壓輥的磨損，兩者間隙逐步增大，當(dāng)超過(guò)顆粒機(jī)一定極限后（一般經(jīng)驗(yàn)為5mm）造粒效果將受到影響，就需要對(duì)環(huán)模和壓輥進(jìn)行調(diào)整或更換。

　　4行業(yè)技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)判斷

　　4.1存在的問(wèn)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(duì)完善的產(chǎn)業(yè)體系，基本能夠滿足國(guó)內(nèi)顆粒機(jī)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(wèn)題。

（1）環(huán)模造粒裝備技術(shù)平臺(tái)與基礎(chǔ)研究相對(duì)滯后，產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺乏先進(jìn)的試驗(yàn)與檢測(cè)條件支撐，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)仍占有相當(dāng)大的比重，但高端人才比較短缺，極大制約顆粒機(jī)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(guó)際先進(jìn)水平，但總體技術(shù)水平與國(guó)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)顆粒機(jī)研究和提升；關(guān)鍵零部件可靠性與瑞士BUHLER、美國(guó)CPM、奧地利Andritz、德國(guó)MUNCH和丹麥Sprout-Matador等國(guó)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)線大顆粒機(jī)型化、智能化水平不高。以貝斯?fàn)枴嚓?yáng)金梧和宇龍等為代表的顆粒機(jī)企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的環(huán)模制粒裝備自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)，并得到一定程度的應(yīng)用，可以顆粒機(jī)滿足目前國(guó)內(nèi)大型顆粒加工廠對(duì)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(guó)際先進(jìn)水平相比差距較大。

　　4.2發(fā)展方向

根據(jù)國(guó)內(nèi)造粒機(jī)行業(yè)的發(fā)展歷程和技術(shù)現(xiàn)狀，同時(shí)參考國(guó)際高端品顆粒機(jī)牌技術(shù)發(fā)展歷程等綜合分析判斷，未來(lái)國(guó)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。

　　（1）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(jì)、制造工藝、新材料和智能化控制等。

目前，歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)形成了健顆粒機(jī)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(guó)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(jì)與制造、智能控制技術(shù)、專家診斷與服務(wù)技術(shù)等多個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，形顆粒機(jī)成了完善的技術(shù)體系。

　　國(guó)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(guó)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。

（2）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、新材顆粒機(jī)料應(yīng)用、熱處理工藝改進(jìn)、模孔結(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）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)控和操作顆粒機(jī)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。

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

（5）移動(dòng)式造粒技術(shù)不斷顆粒機(jī)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(duì)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(dòng)式造粒機(jī)將作為未來(lái)生物質(zhì)造粒機(jī)的創(chuàng)新性產(chǎn)品，和固定式造顆粒機(jī)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)，2012,40（1）：367-369,372.顆粒機(jī)

　　[2]胡建軍.秸稈顆粒燃料冷態(tài)壓縮成型實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬［D］.大連：大連理工大學(xué)，2008.

聲明：本文轉(zhuǎn)載自 《農(nóng)業(yè)機(jī)械》 作者：王保國(guó),邱筱玲，轉(zhuǎn)載此文出于傳遞更多信息之目的，轉(zhuǎn)載內(nèi)容版權(quán)歸原作者顆粒機(jī)所有，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系“麥電網(wǎng)”刪除。