生(sheng)物(wu)質(zhi)能(neng)作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)清(qing)潔(jie)能(neng)源(yuan)，具(ju)有(you)可(ke)再(zai)生(sheng)和(he)環(huan)境(jing)友(you)好(hao)的(de)雙(shuang)重(zhong)屬(shu)性(xing)。發(fa)展(zhan)生(sheng)物(wu)質(zhi)能(neng)，既(ji)有(you)利(li)於(yu)緩(huan)解(jie)我(wo)國(guo)能(neng)源(yuan)緊(jin)張(zhang)的(de)局(ju)麵(mian)，減(jian)少(shao)溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)的(de)排(pai)放(fang)，保(bao)護(hu)生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)，又(you)有(you)利(li)於(yu)改(gai)善(shan)農(nong)村(cun)居(ju)民(min)生(sheng)產(chan)生(sheng)活(huo)條(tiao)件(jian)，增(zeng)加(jia)農(nong)民(min)收(shou)入(ru)。我(wo)國(guo)是(shi)一(yi)個(ge)農(nong)業(ye)生(sheng)產(chan)大(da)國(guo)，具(ju)有(you)豐(feng)富(fu)的(de)生(sheng)物(wu)質(zhi)資(zi)源(yuan)。目前，農作物秸稈年產量已超過7億t．折合成標煤約為3,5億t。此外，我國還有約13億t林木業生物質資源可供利用。
生物質固體成型燃料是各類原來分散的、沒有一定形狀的秸稈等生物質經幹燥和粉碎後，在一定溫度與壓力作用下，壓製成的具有一定形狀的、密度較大的新型清潔燃料。它具有便於儲存和運輸等優點，不僅可為農村家庭提供炊事、取暖用能，也可作為工業鍋爐和發電廠燃料、替代煤、天然氣、燃料油等化石能源，是生物質能利用的重要發展方向之一。隨著農村居民生活水平的提高、對新型能源需求的擴大以及加強環境保護、應對全球氣候變化的戰略需要，生物質固體成型燃料已成為一種極具競爭力和發展潛力的替代能源。目前，生物質固體成型燃料的成型設備主要有螺旋擠壓式成型機、活塞衝壓式成型機和壓輥式成型機等3種zhong形xing式shi。其qi中zhong，壓ya輥gun式shi成cheng型xing機ji分fen為wei環huan模mo成cheng型xing機ji和he平ping模mo成cheng型xing機ji。環huan模mo成cheng型xing機ji采cai用yong環huan狀zhuang壓ya模mo，成cheng型xing模mo孔kong環huan狀zhuang徑jing向xiang輻fu射she均jun布bu，工gong作zuo區qu接jie觸chu麵mian積ji大da、模孔多，環模與壓輥接觸線上各點等速，具有生產率高、能耗較低等優點．已經逐漸成為當前歐美等發達國家的主流技術。
本(ben)文(wen)擬(ni)通(tong)過(guo)對(dui)國(guo)內(nei)外(wai)生(sheng)物(wu)質(zhi)固(gu)體(ti)成(cheng)型(xing)燃(ran)料(liao)環(huan)模(mo)成(cheng)型(xing)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)現(xian)狀(zhuang)及(ji)趨(qu)勢(shi)等(deng)進(jin)行(xing)綜(zong)合(he)分(fen)析(xi)，探(tan)討(tao)製(zhi)約(yue)產(chan)業(ye)發(fa)展(zhan)存(cun)在(zai)的(de)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)問(wen)題(ti)，並(bing)提(ti)出(chu)下(xia)一(yi)步(bu)研(yan)究(jiu)方(fang)向(xiang)及(ji)對(dui)策(ce)措(cuo)施(shi)。
1、技術發展現狀
1.1環模成型理論研究進展
生物質壓縮成型技術研究，早期主要集中於成型壓力和密度上。Skalweit最(zui)早(zao)提(ti)出(chu)了(le)秸(jie)稈(gan)壓(ya)縮(suo)成(cheng)型(xing)理(li)論(lun)，得(de)出(chu)壓(ya)力(li)與(yu)密(mi)度(du)為(wei)指(zhi)數(shu)關(guan)係(xi)。隨(sui)後(hou)，各(ge)國(guo)的(de)研(yan)究(jiu)者(zhe)對(dui)其(qi)做(zuo)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)證(zheng)明(ming)和(he)修(xiu)正(zheng)。李(li)在(zai)峰(feng)分(fen)析(xi)了(le)成(cheng)型(xing)時(shi)電(dian)耗(hao)主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)在(zai)粉(fen)碎(sui)與(yu)製(zhi)粒(li)兩(liang)個(ge)工(gong)序(xu)上(shang)，在(zai)不(bu)影(ying)響(xiang)顆(ke)粒(li)燃(ran)料(liao)使(shi)用(yong)性(xing)能(neng)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)，應(ying)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)降(jiang)低(di)對(dui)密(mi)度(du)的(de)要(yao)求(qiu)。薑(jiang)洋(yang)發(fa)現(xian)了(le)豆(dou)稈(gan)采(cai)用(yong)壓(ya)縮(suo)比(bi)為(wei)4.0的環模、玉米秸稈采用壓縮比為4.5的環模、鋸末采用壓縮比為5.0的環模時，顆粒燃料密度達到質量要求時設備係統的能耗較低。申樹雲對環模顆粒機核心工作部件——環模進行了ANSYS有限元分析，建立了顆粒成型過程中的溫度場、應力應變場模型，得到長徑比為5:1時成型效果最佳的結論。高建輝對環模壓塊成型機利用ANSYS程序對成型設備力學性能以及振動響應特性進行了係統的量化分析，得到主軸部件的前6階模態振型、臨界轉速以及在工作載荷頻率下的動態響應特性。
現(xian)階(jie)段(duan)，國(guo)內(nei)對(dui)生(sheng)物(wu)質(zhi)固(gu)體(ti)成(cheng)型(xing)燃(ran)料(liao)環(huan)模(mo)成(cheng)型(xing)設(she)備(bei)的(de)研(yan)究(jiu)成(cheng)果(guo)，主(zhu)要(yao)是(shi)基(ji)於(yu)某(mou)種(zhong)條(tiao)件(jian)下(xia)進(jin)行(xing)的(de)試(shi)驗(yan)研(yan)究(jiu)得(de)到(dao)的(de)一(yi)些(xie)優(you)化(hua)結(jie)果(guo)。但(dan)受(shou)成(cheng)型(xing)過(guo)程(cheng)多(duo)方(fang)麵(mian)因(yin)素(su)影(ying)響(xiang)，優(you)化(hua)結(jie)果(guo)隻(zhi)在(zai)特(te)定(ding)環(huan)境(jing)發(fa)揮(hui)作(zuo)用(yong)。尚(shang)沒(mei)有(you)深(shen)入(ru)地(di)研(yan)究(jiu)環(huan)模(mo)成(cheng)型(xing)機(ji)理(li)，也(ye)缺(que)乏(fa)對(dui)環(huan)模(mo)秸稈壓塊機的試驗研究。
1.2產業發展現狀
生物質環模成型機最初由飼料成型設備改進而得。早在20世紀60年代，美國約翰迪爾公司生產的Lundell壓ya餅bing機ji，即ji采cai用yong了le環huan模mo式shi壓ya餅bing裝zhuang置zhi，並bing己ji成cheng為wei定ding型xing產chan品pin在zai市shi場chang上shang銷xiao售shou。目mu前qian，國guo外wai主zhu要yao生sheng產chan木mu製zhi顆ke粒li燃ran料liao。近jin年nian來lai，生sheng物wu質zhi顆ke粒li燃ran料liao總zong產chan量liang逐zhu年nian增zeng加jia．2008年全世界生物質顆粒燃料總產量達1160萬t．其中歐洲（不含俄羅斯）總產量達740萬t。某些大企業年產量達數十萬t．如瑞典SkellefteA Kraft AB公司2009年的產量達
23.5萬t。
從20世紀80年代起，我國開始致力於生物質固體成型燃料技術的研究。1996年，遼寧省農牧業機械研究所申請了環模壓塊機的專利；環模顆粒機，生產能力為250—300 kgthm;2008年，農業都規劃設計研究院完成了具有我國自主知識產權的環模顆粒機，並在北京市大興區建成年產1萬t生物質固體成型燃料生產線。國內外部分環模成型機的主要技術指標如表1。
目mu前qian，國guo外wai環huan模mo成cheng型xing機ji適shi用yong原yuan料liao主zhu要yao為wei木mu屑xie等deng林lin業ye廢fei棄qi物wu，產chan品pin多duo為wei顆ke粒li燃ran料liao，設she備bei製zhi造zao比bi較jiao規gui範fan，自zi動dong化hua程cheng度du高gao，生sheng產chan技ji術shu大da部bu分fen已yi經jing成cheng熟shu，並bing達da到dao規gui模mo化hua和he商shang品pin化hua，但dan價jia格ge較jiao高gao。國guo內nei生sheng物wu質zhi環huan模mo成cheng型xing機ji還hai處chu於yu商shang業ye化hua初chu期qi，規gui模mo較jiao小xiao、適應性差，因此，亟待開發適合我國國情的環模成型設備。
2、生物質環模成型機分類和比較
生sheng物wu質zhi環huan模mo成cheng型xing機ji可ke按an生sheng產chan的de產chan品pin尺chi寸cun規gui格ge進jin行xing分fen類lei，主zhu要yao分fen為wei生sheng物wu質zhi環huan模mo顆ke粒li機ji和he生sheng物wu質zhi環huan模mo壓ya塊kuai成cheng型xing機ji。本ben文wen重zhong點dian對dui農nong業ye部bu規gui劃hua設she計ji研yan究jiu院yuan在zai北bei京jing大da興xing基ji地di研yan製zhi的de兩liang種zhong典dian型xing環huan模mo成cheng型xing機ji進jin行xing分fen析xi比bi較jiao。
2.1生物質環模顆粒機
生物質環模顆粒機生產的顆粒燃料，通常為圓柱形，直徑一般不大於25 mm。長度不大於其直徑的4倍；常見的直徑尺寸有6，8，10 mm。顆粒燃料的密度大於壓塊燃料，達1.2—1.4 t/m。由於顆粒燃料直徑較小，模孔壓縮比較大，對原料含水率要求較高，一般在含水率為12%~15%、原料粒徑為1~5 mm時適合成型。
環模顆粒機及關鍵部件見圖1和圖2．該機型采用環形壓模和與其相配的圓柱形壓輥為主要工作部件，主要由喂料、攪拌、傳動及潤滑係統組成。因其壓模軸線通常為水平布置，故常稱臥軸環模顆粒機。
壞模顆粒成型機工作原理：yuanliaozaipeiliaocangjingzhuanmenpeizhidechaobanjiaobanhunhe，tiaozhichuli，suihouluoxuangongliaoqijiangwuliaoweiruyaliqizhili。zaiyaliqinei，yunliaobanjiangtiaozhihaodewuliaojunyundifenpeidaomo、輥之間。環模由電機帶動回轉，安裝於環模內的2隻壓輥在模輥間的物料及其間的摩擦力作用下隻自轉不公轉。由於模、輥的旋轉，將模、輥間的物料鉗入、擠壓，最後成條柱狀從模孔中被連續擠出來，再由安裝在壓模外麵的固定切刀切成一定長度的顆粒燃料。
製粒係統工藝流程主要包括原料幹燥、粉碎（除塵）、氣流輸送、收集、原料混合攪拌、螺旋輸送、製粒成型、切斷、冷卻、包裝、入庫等工序。
2.2生物質環模壓塊成型機
生物質環模壓塊成型機生產的壓塊燃料，通常為棱柱形或圓柱形，其直徑或橫截麵的對角線一般大於25 mm．長度不等。由於模孔橫截麵尺寸為30 mmx32 mm，模孔壓縮比較小，對原料含水率要求寬鬆一些，一般為10%～20%。
環模壓塊成型機主要構造及關鍵部件見圖3和圖4．它主要由喂料係統和主傳動壓塊係統兩部分組成。
環huan模mo壓ya塊kuai成cheng型xing機ji的de主zhu要yao工gong作zuo原yuan理li不bu同tong於yu環huan模mo顆ke粒li機ji，它ta的de主zhu要yao工gong作zuo部bu件jian是shi由you固gu定ding的de單dan列lie方fang模mo孔kong的de環huan模mo和he轉zhuan動dong的de單dan一yi偏pian心xin壓ya輪lun組zu成cheng。粉fen碎sui後hou的de秸jie稈gan物wu料liao經jing喂wei料liao口kou進jin入ru帶dai有you不bu等deng螺luo距ju的de內nei外wai螺luo帶dai的de機ji體ti腔qiang倉cang中zhong，隨sui著zhe主zhu軸zhou體ti的de轉zhuan動dong，將jiang物wu料liao推tui至zhi環huan模mo腔qiang中zhong，並bing布bu滿man環huan模mo溝gou槽cao，由you沿yan著zhe環huan模mo溝gou槽cao內nei切qie公gong轉zhuan和he摩mo擦ca自zi轉zhuan的de偏pian心xin壓ya輪lun將jiang物wu料liao擠ji壓ya進jin環huan模mo孔kong中zhong。環huan模mo壓ya塊kuai成cheng型xing機ji主zhu軸zhou體ti與yu偏pian心xin壓ya輪lun有you一yi定ding的de偏pian心xin距ju形xing成cheng主zhu軸zhou體ti的de旋xuan轉zhuan扭niu力li臂bi，偏pian心xin壓ya輪lun的de半ban徑jing形xing成cheng了le傳chuan動dong扭niu力li臂bi，主zhu軸zhou體ti的de動dong力li作zuo用yong點dian在zai偏pian心xin壓ya輪lun的de軸zhou心xin上shang形xing成cheng主zhu軸zhou圓yuan周zhou力li。偏pian心xin壓ya輪lun每mei完wan成cheng一yi次ci公gong轉zhuan周zhou期qi就jiu將jiang布bu滿man環huan模mo溝gou槽cao內nei的de物wu料liao擠ji壓ya人ren模mo孔kong內nei，從cong而er形xing成cheng了le燃ran料liao塊kuai的de一yi個ge壓ya層ceng。
隨著物料的不斷喂入和偏心壓輪的公轉、zizhuan，bianjielianbuduandixingchengwushugewuliaoyaceng，xiangjidijirumokongzhong，tongguomokongzhongbuduanchengzhuzhuangjichu，ranhouyuchuliaozhaoxiemianjiechu，beijuechengyidingchangdudefangxingzhuzhuangwu。
壓塊係統工藝流程主要包括原料幹燥、粉碎（除塵）、輸送、成型、冷卻、包裝等工序。
2.3環模顆粒機與環模壓塊成型機性能對比
由於環模顆粒機的環模內徑不超過500mm，因此環模可以整鑄；采用動模式驅動，喂料方便，可以獲得更高的轉速；顆粒產品的質量好，密度大，能達1.2.1-4t/m3，生產率達1.5~2 t/h，成型率不低於95%。
由於環模壓塊成型機的環模內徑超過800mm，因此環模采用分體式模塊組成；采用動輪式驅動，主運動部件質量輕、節能，但可能導致喂料不均勻；壓塊產品的生產率高，能達3-4 t/h．密度適中，為0.6～1.0t/m3．成型率在90%。兩種環模成型機性能特點如表2所示。
總之，環模顆粒機采用雙壓輥結構受力比較均勻，壓製的顆粒產品成型率高、密度大、質量好、更易於儲存，目前顆粒燃料已經有了穩定的商業化市場；環模壓塊成型機采用單壓輪結構，物料攝入區域大、生產率高、對物料的含水率適用範圍也比較寬，生產的工序少、設備投資少、人工成本和能耗低、產品價格低。
3、存在的主要問題
3.1基礎理論研究薄弱
國(guo)內(nei)外(wai)在(zai)秸(jie)稈(gan)壓(ya)縮(suo)環(huan)模(mo)成(cheng)型(xing)基(ji)礎(chu)理(li)論(lun)方(fang)麵(mian)的(de)研(yan)究(jiu)還(hai)很(hen)薄(bo)弱(ruo)，無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)生(sheng)物(wu)質(zhi)壓(ya)縮(suo)成(cheng)型(xing)設(she)備(bei)研(yan)究(jiu)和(he)開(kai)發(fa)需(xu)要(yao)。目(mu)前(qian)，針(zhen)對(dui)螺(luo)旋(xuan)擠(ji)壓(ya)式(shi)和(he)活(huo)塞(sai)衝(chong)壓(ya)式(shi)壓(ya)塊(kuai)成(cheng)型(xing)機(ji)的(de)研(yan)究(jiu)比(bi)較(jiao)多(duo)，針(zhen)對(dui)環(huan)模(mo)成(cheng)型(xing)機(ji)的(de)研(yan)究(jiu)很(hen)少(shao)。在(zai)環(huan)模(mo)成(cheng)型(xing)機(ji)的(de)研(yan)究(jiu)中(zhong)，主(zhu)要(yao)是(shi)針(zhen)對(dui)顆(ke)粒(li)成(cheng)型(xing)機(ji)的(de)研(yan)究(jiu)多(duo)，針(zhen)對(dui)壓(ya)塊(kuai)成(cheng)型(xing)機(ji)的(de)研(yan)究(jiu)較(jiao)少(shao)，而(er)壓(ya)塊(kuai)比(bi)製(zhi)粒(li)工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)短(duan)，實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)更(geng)惡(e)劣(lie)，兩(liang)者(zhe)差(cha)異(yi)較(jiao)大(da)，須(xu)要(yao)專(zhuan)門(men)研(yan)究(jiu)。
3.2原料適應性差
目mu前qian，國guo外wai研yan究jiu的de環huan模mo成cheng型xing機ji多duo以yi木mu屑xie等deng木mu質zhi類lei為wei原yuan料liao，尚shang缺que少shao專zhuan門men針zhen對dui農nong作zuo物wu秸jie稈gan開kai發fa的de成cheng型xing設she備bei。國guo內nei現xian有you針zhen對dui秸jie稈gan原yuan料liao的de生sheng物wu質zhi環huan模mo成cheng型xing機ji，大da部bu分fen僅jin適shi用yong於yu有you限xian幾ji種zhong原yuan料liao，且qie可ke靠kao性xing差cha，運yun行xing不bu平ping穩wen。
3.3易損件使用壽命短
國外壓模使用壽命（以產量計）一般達到5000～10000t以上，國內壽命僅100~1000t，較好的也隻達5 000t左右。
3.4結構設計存在缺陷
采用動輪式的環模壓塊機，因采用（螺旋）曲qu線xian上shang料liao，壓ya輪lun滾gun動dong壓ya縮suo進jin料liao，高gao速su旋xuan轉zhuan點dian對dui點dian進jin入ru環huan模mo孔kong，即ji原yuan料liao送song到dao，壓ya輪lun也ye剛gang好hao轉zhuan到dao，因yin物wu料liao本ben身shen重zhong量liang的de原yuan因yin，喂wei料liao上shang下xia不bu太tai均jun勻yun。此ci外wai，物wu料liao在zai輸shu送song過guo程cheng中zhong存cun在zai漏lou流liu和he逆ni流liu情qing況kuang，致zhi使shi環huan模mo壓ya塊kuai機ji喂wei料liao不bu均jun勻yun、進料困難、易堵料，降低了生產率。
3.5壓塊燃料密度低，成型率不高
環模壓塊成型機壓製的壓塊普遍存在密度比較低，難以達到lt/m3以上，且成型率不高，低於90%，生產的壓塊易鬆弛，甚至出現開裂的問題，影響其燃燒效果和運輸儲存。
4、結論與建議
國guo外wai研yan究jiu的de環huan模mo成cheng型xing機ji，所suo適shi用yong的de原yuan料liao多duo為wei木mu屑xie等deng木mu質zhi類lei原yuan料liao，少shao有you針zhen對dui農nong作zuo物wu秸jie稈gan這zhe類lei原yuan料liao開kai發fa的de環huan模mo成cheng型xing設she備bei。環huan模mo成cheng型xing機ji的de研yan究jiu還hai存cun在zai著zhe基ji礎chu薄bo弱ruo等deng問wen題ti，加jia大da力li度du解jie決jue生sheng物wu質zhi環huan模mo成cheng型xing技ji術shu及ji設she備bei生sheng產chan中zhong的de成cheng型xing率lv低di、穩定性差、故障率高、難以保證連續作業等問題，可有效促進生物質固體成型燃料產業規模化發展。
應加緊對成型影響因素，如開孔率、模孔形狀等進行試驗研究，找出影響規律及最佳範圍，以便改進環模成型機局部結構。環模壓輥（輪）是環模成型機的主要工作部分，應當通過使用新材料、新熱處理工藝的辦法．提高環模成型機環模壓輥（輪）的使用壽命。此外，還應提高環模成型機自動化水平，改善操作環境，保證產品質量，富通新能源生產銷售環模顆粒機、環模式木屑顆粒機等生物質燃料成型機械設備。
