生物质颗粒燃料制造技术研究现状

1、生物质颗粒燃料制造技术研究现状摘要：生物质颗粒燃料是一种清洁可再生能源,环模制粒机是其主要生产设备。本文对国内外生物质颗粒燃料的发展使用现状及技术进行了调研与分析，分析了在我国的发展前景并对设备优化进行了理论分析。关键词：生物质颗粒燃料 环模制粒机 清洁能源 改进设计investigate and survey of the manufacturing technology of biomass pellet fuel and the amelioration of pellet millabstracts: fuel pellets provide an alternative and cl

2、ean biomass energy, pellet mill is the main production facility of this fuel. this paper investigates and analyses the present development status home and abroad. it also prospects the development trends in china and theoretically optimize the pellet mill.key words: biomass pellet fuel; pellet mill;

3、 clean energy; amelioration design1 引言能源是人类赖以生存和发展的基础，不可再生资源的不断消耗使得开发利用以生物燃料为代表的可再生绿色环保生物质能源，已成为人类社会可持续发展的战略选择和发展方向。生物质能既可以补充常规能源的短缺，也具有重大的环境效益。同其他生物质能源技术相比较，生物质颗粒燃料技术更容易实现大规模生产和使用，使用生物质颗粒的方便程度可与燃气、燃油等能源媲美。2 生物质燃料发展的必要性传统能源的消耗量在不断增大，资源匮乏严重需要开发新能源。我国拥有丰富的生物质颗粒燃料资源, 目前可供利用开发的资源主要包括: 农作物秸秆、薪材、加工剩余物和城市固

4、体有机垃圾中的废旧木料等。据理论测算, 我国木质颗粒燃料资源可达50 亿t 左右。生物质颗粒燃料通常是指直径小于25 mm的圆柱体状固体成型燃料， 颗粒密度较压缩前明显增大，可达1.21.4 kg/m3；体积缩小75%90%，便于贮存和运输；尺寸均匀，流动性好，便于实现自动化传输和燃烧。颗粒燃料在制造过程中不需添加胶黏剂, 是一种天然的生物质燃料。由于含水率较低, 助燃空气容易调节, 燃烧效率高, 燃烧时产生的烟气平均排放量为1. 2 g/ h, 远低于美国环保局规定的7 .5 g/ h 的排放标准。由于生物质颗粒燃料经过高温压缩, 大大节约了储存空间, 也便于运输。生物质颗粒燃料能大大提高材

5、料的燃烧效率, 制成一定密度的粒状或块状燃料, 热效率可提高80% 以上。据测算, 1. 2 t 的木质颗粒燃料所产生的热量, 相当于1 t 煤产生的热量。生物颗粒燃料取自于自然状态的生物废料, 不含有易裂变、爆炸等化学物质, 不会像其他能源那样, 发生中毒、爆炸、泄漏等事故。3 国内外生物质颗粒燃料发展概况3.1 国外生物质颗粒燃料使用状况及制造技术发展3.1.1 发展历程生物质颗粒燃料燃烧器的应用始于20世纪70年代但是直到20世纪80年代后期，由于发生世界能源危机，石油价格上涨，才使得欧洲许多国家（如瑞典、芬兰、比利时、法国、德国、意大利等）都十分重视生物质成型燃料技术的研究和开发，目前

6、已形成产业化生产，成效显著。目前法国开始使用秸秆的压缩粒作为奶牛饲料，近年来也开始研究、生产块状燃料，由多种林业废弃物生产的压缩成型燃料已经达到了实用阶段。3.1.2 颗粒成型工艺烘干：由于锯末的含水量较高（通常在50%左右），因此，首先要对其进行烘干处理，使原料水分达到9%12%，以满足成型要求，烘干设备采用直接加热旋转鼓。细粉：烘干后的原料要进一步细粉，一般原料颗粒尺寸要求是1mm，设备采用锤式细粉机。调制处理：指为软化原料中的木质纤维，在原料中要补充增加高温蒸汽。超过一半的颗粒燃料厂在生产过程中采用调制处理。颗粒成型：大多数颗粒燃料企业采用模辊挤压成型原理，即采用立式环模成型机，生产量为

7、24 t/h。关键部件使用寿命长，环模寿命在20003000h，压辊的寿命在10001500h。冷却：从颗粒机挤出来的成型颗粒的温度为100 左右，这种状态的颗粒易破碎，不宜贮运。生产后均需对颗粒进行冷却降温，通常采用的设备是逆流式冷却器。分类包装：颗粒燃料加工出来冷却后，按照用户需求不同要进行分类、包装。包装规格按照不同用户，一般分为小袋装（为16 kg），大袋装（为900 kg），针对大型用户，如热电厂等，采用直接散装，用卡车或轮船运输。3.1.3 使用情况分析以美国、瑞典和奥地利等国为例，生物能源的应用规模，分别占该国一次性能源消耗量的4%、16%和10%；在美国，生物能源发电的总装机容

8、量已超过1mw，单机容量达1025mw；日本、美国及欧洲一些国家生物质成型燃料燃烧设备已经定型，并形成了产业化，在加热、供暖、干燥、发电等领域已普遍推广应用，针对一般居民家用的生物质颗粒燃料及配套的高效清洁燃烧取暖炉灶已非常普及，结合燃烧器具的研发，其热效率可达到80%95%。3.2 国内生物质颗粒燃料使用状况及制造技术发展3.2.1 发展历程相对而言，我国在这方面的研发和生产起步较晚但我国也十分重视生物能源的开发和利用。20世纪80年代以来，我国政府一直将生物质能源利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用新技术的研究和开发，使生物质能技术有了进一步提高。80年代引进开发的

9、螺旋推进式秸秆成型机，近几年形成了一定的生产规模。但我国生物质能的利用研究主要集中在大中型畜禽场沼气工程技术、秸秆气化集中供气技术和垃圾填埋发电技术等项目，对于生物质能颗粒燃料产品的生产加工与直接燃烧利用的研究还刚刚起步。国内部分高校和科研机构开展了生物质颗粒成型技术的研究,取得了一定成绩。近几年形成了一定的生产规模。3.2.2 使用情况分析80年代引进开发的螺旋推进式秸秆成型机，近几年形成了一定的生产规模。但我国生物质能的利用研究主要集中在大中型畜禽场沼气工程技术、秸秆气化集中供气技术和垃圾填埋发电技术等项目，对于生物质能颗粒燃料产品的生产加工与直接燃烧利用的研究还刚刚起步。 国内部分高校和

10、科研机构开展了生物质颗粒成型技术的研究,取得了一定成绩。近几年形成了一定的生产规模。例如，辽宁省能源研究所研制的颗粒成型机，南京林产化工研究所研制的多功能成型机，河南农业大学机电工程学院研制的活塞式液压成型机，在国内都已形成了产业化。1998 年江苏正昌粮机集团公司开发了内压环模式颗粒成型机其生产能力为250300kg/h，生产的颗粒成型燃料可用于家庭或暖房取暖；同年南京市平亚取暖器材有限公司从美国引进适用于家庭使用的取暖炉，通过国内消化吸收，形成了工业化生产，另外，还从美国引进了一套生产能力为1.5t/h 的颗粒成型燃料生产线，1999 年开始正式生产；老万生物质能科技有限公司成立于2002

11、 年，其公司的董事长从2000年就开始研发农作物秸秆类生物质颗粒燃料及其燃烧供暖设备，目前主要生产生物质颗粒燃料和各种用于燃烧颗粒燃料的燃烧器具，有暖风壁炉、水暖炉、炊事炉等系列炉具，这些炉具的热效率可达到86.07%，各项排放指标均达到了国家环保标准和欧洲现行的环保标准。原中南林学院从 2002 年起，在引进国外（瑞典）技术的基础上开发了生物质颗粒燃料成型机和使用颗粒燃料的环保节能灶和取暖炉。生物质颗粒燃料成型机是在国产饲料制粒机的基础上结合瑞典生物质颗粒燃料成型机技术研制而成的。在吸收国外燃烧炉技术的基础上，结合我国实际情况开发的一种兼炊事与供热水相结合的颗粒生物质燃料燃烧灶该节能灶的燃烧

12、室采用二次供氧方式，使燃料的燃烧更充分，提高了热能的利用率；环保节能取暖炉是在引进国外环保节能壁炉的基础上，结合我国的实际情况，通过改变外观尺寸、改进颗粒燃料供料系统、增加换热管面积等开发出的适合我国家庭使用的取暖炉。3.3 发展趋势与建议3.3.1 国家对生物质成型燃料生产和应用的相关政策进行不断完善并且制定燃料标准体系目前我国已制定了生物质能源相关法律、规划，并通过多项成型燃料行业标准，初步建立了我国的生物质成型燃料标准体系。但我国的成型燃料产业处于初级发展阶段，还没有被市场完全接受，要制定明确的促进成型燃料开发与利用的政策和措施，并保障已有法律和政策措施能够有效实施，应重点在设备制造和成

13、型燃料利用市场开拓方面予以大力扶持；制定完善生物质炉具、锅炉、燃烧器等燃烧设备方面的技术条件、标准。3.3.2 健全质量保障体系，建立国家级的生物质燃料与燃烧设备检测认证中心欧盟国家有成熟完善的质量保障体系，在成型燃料、燃烧设备进入市场前，要经过检测部门的检测认证。由于我国的成型燃料刚刚起步，质量保障体系还不完善，成型燃料、燃烧设备在没有经过检测认证的情况下就进入市场，这导致了成型燃料质量、燃烧设备质量参差不齐， 影响了生物质固体成型燃料的产业化进程，因此，在目前科研机构的基础上，建立一个集科研、检测、市场开发三位一体的综合研究机构，促进科研开发，掌握市场最前沿的信息，促进科研成果向市场的转化

14、，使科研成果体现出自身巨大的社会经济价值；同时借鉴欧盟国家成型燃料方面的检测经验，建立国家级的生物质固体成型燃料检测认证中心、生物质固体成型燃料燃烧设备检测认证中心。3.3.3 加大典型区域示范推广，实现规模化生产,多与原料来源相结合我国的成型燃料以农作物秸秆为原料， 考虑秸秆的运输半径、成本以及秸秆存储等问题，我国的成型燃料企业应以具有年产1 万2 万t 生产能力的中型企业为主，以实现成型燃料的规模化生产，同时考虑到我国地域辽阔、各地气候差异大、秸秆特性不同的特点，应在不同区域建立示范项目，促进我国生物质成型燃料产业化发展， 使之完全商业化、市场化。3.3.4 进一步研究生物质的成型机理，改

15、进设备的设计，最大限度地减少易损件和降低设备的成型能耗目前市场上已形成产品的生物质成型燃料成型设备主要以加热成型为主，存在能耗较高、成型部件（挤压螺旋、成型模具、环模、压辊等）易磨损等问题。应通过对生物质材料成型机理的研究，改变成型方式，尽可能地减少物料与成型模具之间形成的摩擦，从而增加成型模具的使用寿命，降低成本。木质颗粒在美国市场的小包装零售价格为170美元/t，大包装价格约为135美元/t；在瑞典的交货价格为150美元/t；散装的木质颗粒在阿姆斯特丹的离岸价为80美元/t。如果我国引进ets技术生产木质颗粒，产品的生产成本比国外要低很多。经测算，批量生产的成本为240元/t左右，零售价格

16、为329元人民币/t（39 美元/t)这样的价格在国际市场上的竞争力是毋庸置疑的，在国内可与煤炭价格相抗衡。因此改进技术也是提高利用率的有效方法之一。4 环模制粒技术的研究4.1 制粒机主要组成与工作原理环模制粒机由主电机、齿轮箱减速装置、主轴、驱动轴、环模、压辊、强制喂料器、切刀组件及机身和门等组成。电动机带动环模旋转由进入环模上的物料带动压辊转动,当物料被强制喂料器送入工作区内随着环模和压辊的转动压辊前的物料被挤入压缩区,物料在压缩区被挤压物料之间的空隙急速缩小物料内部的压力及密度增大物料的弹性变形转为塑性变形达到一定密度的物料被压入模孔!经过一定时间的保压具有一定密度的物料挤出模孔外成为

17、生物质颗粒燃料。4.2 环模制粒技术研究现状环模制粒机发展的整个历程来看，环模制粒机的工作原理没有变化，而环模制粒机的制造水平和技术性能大有改进。目前世界上使用较为广泛，比较典型的环模制粒机主要有以下几种: cpm公司生产的环模制粒机采用斜齿齿轮减速箱传动结构，齿轮减速箱可以通过手动换挡实现双速交换。环模固定在大齿轮传递的空心轴上旋转，压辊则固定在用制动装置固定的实心轴上，为动模型制粒机。环模采用三分式环模夹固定，装拆方便，配有自动循环润滑系统设备，使用更安全。b位址er公司生产的环模制粒机机采用双压辊、环模式、单电机三角皮带传动结构。单位生产效率高，运行费用低，结构比较简单，操作维修方便。系

18、统可以方便地实行自动润滑和自动控制。采用单电机侧传动，空心轴、环模、主轴、压辊和大皮带传动等总成，外加皮带传动的张力等均由主轴尾部悬臂支承，承载负荷大、且属于偏载荷状态。 设计、验算和装配的配合要求较高。munch公司生产的环模制粒机有环模、锥形压辊平模制粒机两种，环模制粒机的结构形式和英国umt公司单级同步齿形带传动的形式基本相同。munch公司生产的环模制粒机采用三角带传动，大皮带轮的宽度比较宽，采用铸铁铸造整体机座，整机重量偏重，但运转平稳、噪声低，大皮带轮的惯性作用有利于节能。环模的固定结构宜改用cpm三分式环模夹，如采用螺栓固定式，则单侧操作大大延长了换模时间。系统可以实现自动润滑和

19、自动控制。三辊式环模制粒机是以英国umt公司为代表的一种典型环模制粒机。国内外多家公司均生产类似的产品，传动方式分为齿轮式和皮带式两种。umt公司生产的皇冠牌三辊式环模制粒机均采用同步齿形带传动，其中350b型采用双电机同步齿形带一级传动，其他型号均采用双电机三角带、同步齿形带二级传动。5 结论 生物质颗粒燃料具有良好的发展前景,但因为资源类型的不同国外的发展经验并不能够完全借鉴于我国.我国应制定相应政策鼓励并有效的监督生物质颗粒燃料及其相关产业的发展与规范.环模制粒机的发展具有很大潜力,选取适合的物料投送角度,增设导料-匀料辊等方法都可以有效提高环模制粒机的生产效率参考文献1张无敌，董锦艳，

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