摘要：生物質(zhì)能源是一種清潔、可再生能源，生物質(zhì)固體成型技術(shù)可以將松散的原料壓縮形成
成型顆粒燃料，使其便于儲(chǔ)存及運(yùn)輸，提高熱效率。對(duì)顆粒狀生物質(zhì)固體燃料加工工藝及其品質(zhì)評(píng)價(jià)進(jìn)行研究，在一定程度上可解決其制造成本高、產(chǎn)率低、缺乏國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、加工工藝和成型設(shè)備不完善等問(wèn)題，富通新能源專業(yè)生產(chǎn)銷售
木屑顆粒機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)等生物質(zhì)成型顆粒燃料生產(chǎn)線設(shè)備。
關(guān)鍵詞：生物質(zhì)固體燃料；木屑顆粒機(jī)；木屑制粒機(jī)；加工工藝；品質(zhì)評(píng)價(jià)
生物質(zhì)能作為一種清潔、可再生能源，能夠有效地緩解我國(guó)能源緊張的問(wèn)題，而且使用中幾乎沒(méi)有溫室氣體排放，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工廢料、林業(yè)加工剩余物等都是生物質(zhì)原料的主要來(lái)源，我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，可以提供豐富的生物質(zhì)資源。
生物質(zhì)成型顆粒燃料是指將秸稈、木屑等農(nóng)林廢棄物干燥粉碎后，在木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)成型設(shè)備一定的溫度及壓力作用下，將原來(lái)松散的原料壓縮成棒狀、塊狀或顆粒狀等成型顆粒燃料。生物質(zhì)固體成型顆粒燃料易于運(yùn)輸和儲(chǔ)存，熱效率較高，可以替代煤和薪柴，改善農(nóng)村居民的生活。另外，它也可以作為工業(yè)燃料，替代傳統(tǒng)的化石能源是生物質(zhì)能源利用的重要發(fā)展方向。目前，生物質(zhì)固體成型顆粒燃料成型設(shè)備主要有螺旋擠壓式成型機(jī)、活塞沖壓式成型機(jī)和壓輥式成型機(jī)。其中，壓輥式成型機(jī)主要生產(chǎn)顆粒狀生物質(zhì)固體成型顆粒燃料，其又可分為環(huán)模成型機(jī)和平模成型機(jī)。
環(huán)模成型顆粒機(jī)生產(chǎn)效率高，能耗低，已成為西方發(fā)達(dá)國(guó)家的主流產(chǎn)品。隨著顆粒狀生物質(zhì)固體燃料的市場(chǎng)化，目前我國(guó)對(duì)其成型理論、工藝研究還比較薄弱，也缺乏有針對(duì)性的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。為了加強(qiáng)顆粒狀生物質(zhì)固體燃料的生產(chǎn)和推廣使用，對(duì)其加工工藝及品質(zhì)評(píng)價(jià)進(jìn)行研究具有重要的意義。
1、顆粒狀生物質(zhì)固體燃料加工工藝
顆粒狀生物質(zhì)固體燃料加工工藝主要分為原料預(yù)處理、固體成型、后期處理3個(gè)階段。原料預(yù)處理階段包括原料粉碎、干燥、輸送、混配；固體成型階段包括喂料、成型、切斷；后期處理階段包括冷卻、篩選、除塵、調(diào)濕、打包。
1.1原料預(yù)處理
1.1.1粗粉碎
主要原料為玉米秸稈和木屑，對(duì)這些原料經(jīng)過(guò)
秸稈粉碎機(jī)進(jìn)行粗粉碎時(shí)，粒度在50mm左右的原料可采用擠壓揉搓和鍘切加工方式，將其粉碎成短細(xì)的顆粒狀原料。
1.1.2干燥
對(duì)原料進(jìn)行干燥，采用氣流干燥器或回轉(zhuǎn)干燥器，干燥溫度一般為40～70℃，將原料含水率控制為12%～20%。
1.1.3物料混合
將粉碎后的原料通過(guò)刮板輸送裝置、螺旋輸送裝置連續(xù)輸送，以保證原料充分混合，調(diào)質(zhì)均勻，水分一致。為改變?cè)系奶匦院统尚托阅�，可適當(dāng)混配其他原料，通過(guò)輔助添加裝置添加輔助原料，然后將所有原料經(jīng)刮板輸送裝置提升到原料混合倉(cāng)進(jìn)行混合。
1.1.4細(xì)粉碎
將混合后的原料經(jīng)刮板輸送裝置輸送到精細(xì)粉碎機(jī)，進(jìn)行二次粉碎，將原料粒度加工成1～5 mm，然后輸送到原料倉(cāng)中，同時(shí)進(jìn)行自然干燥。
1.2固體成型
1.2.1調(diào)質(zhì)喂料
將原料倉(cāng)中的混合原料進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，然后連續(xù)穩(wěn)定地輸送到木屑顆粒機(jī)等成型設(shè)備中。
1.2.2固體成型
使用環(huán)模成型機(jī)，利用其環(huán)形壓模和圓柱形壓輥等工作部件實(shí)現(xiàn)成型，勻料器可將調(diào)質(zhì)處理好的原料均勻地分配到模、輥之間。環(huán)模由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，安裝在環(huán)模內(nèi)的壓輥由壓模通過(guò)模輥間的原料及其間的摩擦力使壓輥只能自轉(zhuǎn)而不能公轉(zhuǎn)，由于模、輥間的旋轉(zhuǎn)，將模、輥間的原料嵌入、擠壓成條柱狀并從�？字斜贿B續(xù)擠出。環(huán)模安裝兩個(gè)壓輥；環(huán)模壓縮比為5.5，采用直形孔，環(huán)模厚度為80 mm；模孔有效長(zhǎng)度為44 mm，�？椎腻F形孔進(jìn)口直徑為10.5mm；減壓孔的深度為8mm、直徑為8.5 mm。
1.2.3切斷
在成型機(jī)內(nèi)安裝有可調(diào)節(jié)間隙的切刀，可將擠壓出來(lái)的燃料按需要截成一定的長(zhǎng)度，便于后續(xù)的包裝、儲(chǔ)存及運(yùn)輸。
1.3后期處理
1.3.1冷卻
從成型機(jī)剛出來(lái)的成型顆粒燃料溫度約75～85℃，這種溫度下顆粒容易破碎，不易儲(chǔ)存，因此必須經(jīng)過(guò)冷卻干燥降低其溫度和水分。可采用
逆流式冷卻器使成型顆粒燃料充分冷卻干燥至高于室溫5℃以下。
1.3.2篩選
冷卻后的顆粒燃料再進(jìn)入篩選裝置，將不成型或不合格的顆粒篩選出來(lái)，并返回到細(xì)粉碎裝置中再次進(jìn)行成型。合格的顆粒燃料即可計(jì)量包裝。
1.3.3除塵
在整個(gè)生產(chǎn)流程都要配備除塵裝置，主要采用旋風(fēng)分離、脈沖除塵等方式清除生產(chǎn)過(guò)程中的粉塵，以減少粉塵污染，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
1.3.4調(diào)濕
根據(jù)原料的特性及含水率情況，可對(duì)低于成型要求含水率的原料進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)?shù)奶砑铀诌M(jìn)行調(diào)濕處理。
1.4包裝、標(biāo)志、運(yùn)輸和儲(chǔ)存
顆粒狀生物質(zhì)固體成型顆粒燃料應(yīng)進(jìn)行包裝，通常采用覆膜編制袋、塑料密封袋、覆膜紙箱等具有一定防潮和微量透氣功能的包裝物等進(jìn)行包裝，有條件的企業(yè)可采用集裝箱。
產(chǎn)品標(biāo)志應(yīng)標(biāo)明產(chǎn)品名稱、型號(hào)規(guī)格、廠名、廠址、凈重、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)號(hào)、儲(chǔ)存要求、生產(chǎn)日期及本規(guī)程要求標(biāo)志的性能指標(biāo)。
運(yùn)輸時(shí)要防雨、防火、避免劇烈碰撞；散裝產(chǎn)品要采用密閉運(yùn)輸?shù)姆绞健．a(chǎn)品的儲(chǔ)存場(chǎng)地應(yīng)采取防水、防火等措施，包裝產(chǎn)品碼放整齊，散裝產(chǎn)品儲(chǔ)存時(shí)還應(yīng)注意防塵。
2、品質(zhì)評(píng)價(jià)
由于我國(guó)針對(duì)顆粒狀生物質(zhì)固體燃料缺乏相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，因此制約了其推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本文主要參照NY/T 1878-2010生物質(zhì)固體成型顆粒燃料技術(shù)條件、NY/T 1882-2010生物質(zhì)固體成型顆粒燃料成型設(shè)備技術(shù)條件等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)顆粒狀生物質(zhì)固體燃料品質(zhì)評(píng)價(jià)進(jìn)行研究。主要分為規(guī)格尺寸評(píng)價(jià)、基本性能評(píng)價(jià)和輔助性能評(píng)價(jià)。
2.1規(guī)格尺寸評(píng)價(jià)
按照GB 475中規(guī)定的方法對(duì)顆粒狀成型顆粒燃料進(jìn)行抽樣，測(cè)量樣品尺寸，尺寸要求見(jiàn)表1。
表1 顆粒狀生物質(zhì)固體成型顆粒燃料規(guī)格尺寸要求
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項(xiàng)目 |
顆粒燃料 |
|
主要原料為草本類 |
主要原料為木本類 |
|
直徑或截面最大尺寸/mm |
≤25 |
|
長(zhǎng)度/mm |
≤4D |
注：本表引白NY/T 1878-2010生物質(zhì)固體成型顆粒燃料技術(shù)條件，在此基礎(chǔ)上修改。
2.2基本性能評(píng)價(jià)
基本性能主要包括成型顆粒燃料密度、含水率、灰分、熱值。按NY/T 1879的規(guī)定采樣；按NY/T 1880的規(guī)定制備樣品；按NY/T 1881.7-2010的規(guī)定計(jì)算成型顆粒燃料密度；按GB/T 28731-2012的規(guī)定計(jì)算固體生物質(zhì)燃料試樣水分統(tǒng)計(jì)量M。試樣水分測(cè)定的重復(fù)性限為0.15%。計(jì)算試樣的空氣干燥基灰分統(tǒng)計(jì)量A。試樣灰分測(cè)定的重復(fù)性限見(jiàn)表2。按GB/T 30727-2014的規(guī)定測(cè)定成型顆粒燃料的發(fā)熱量，成型顆粒燃料的基本性能要求見(jiàn)表3。
表2 灰分測(cè)定的精密度
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灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)Aad/% |
重復(fù)性限/% |
|
＜10.00 |
0.15 |
|
≥10.00 |
0.20 |
注：本表引白CB/T 28731-2012固體生物質(zhì)燃料工業(yè)分析方法，在此基礎(chǔ)上修改。
表3 顆粒狀生物質(zhì)固體成型顆粒燃料基本性能要求
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項(xiàng)目 |
顆粒狀燃料 |
|
主要原料為草本類 |
主要原料為木本類 |
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成型燃料密度/KG·m-3 |
≥1000 |
|
含水率/% |
≤13 |
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灰分含量/% |
≤10 |
≤6 |
|
低位發(fā)熱量/Mj·kg-1 |
≥13.4 |
≥16.9 |
注：本表引自NY/T 1878-2010生物質(zhì)固體成型顆粒燃料技術(shù)條件，在此基礎(chǔ)上修改。
2.3輔助性能評(píng)價(jià)
輔助性能主要包括硫含量、氯含量、添加劑含量。按NY/T 1879的規(guī)定采樣；按lNY/T 1880的規(guī)定制備樣品；按GB/T 28732-2012的規(guī)定選用艾士卡法計(jì)算固體生物質(zhì)燃料試樣中的全硫含量統(tǒng)計(jì)量S，艾士卡法測(cè)定固體生物質(zhì)燃料中全硫的重復(fù)性限和再現(xiàn)性臨界差規(guī)定見(jiàn)表4；按GB/T 30729-2014的規(guī)定計(jì)算固體生物質(zhì)燃料空氣干燥試樣氯含量統(tǒng)計(jì)量Cl，氯測(cè)定結(jié)果的精密度見(jiàn)表5；輔助性能要求見(jiàn)表6。
表4 固體生物質(zhì)燃料中全硫測(cè)定結(jié)果精密度
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全硫范圍S1/% |
重復(fù)性St，acl/% |
再現(xiàn)性臨界差St，d |
|
≤1.00 |
0.05 |
0.10 |
注：本表引白CB/T 28732-2012固體生物質(zhì)燃料全硫測(cè)定方法，在此基礎(chǔ)上修改。
表5 固體生物質(zhì)燃料中氯測(cè)定結(jié)果精密度
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氯含量Cl/% |
重復(fù)性限｛以cl（絕對(duì)值）表示）｝/% |
|
Cl＜0.100 |
0.010 |
|
0.100≤Cl＜0.500 |
0.020 |
|
CL≥0.500 |
0.050 |
注：本表引白CB/T30729-2014固體生物質(zhì)燃料中氯的測(cè)定方法，在此基礎(chǔ)上修改。
表6 顆粒狀生物質(zhì)固體成型顆粒燃料輔助性能指標(biāo)要求
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項(xiàng)目 |
性能要求 |
|
含硫量/% |
≤0.2 |
|
氯含量/% |
≤0.8 |
|
添加劑含量/% |
無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)害≤2 |
注：本表引白NY/T1878-2010生物質(zhì)固體成型顆粒燃料技術(shù)條件，在此基礎(chǔ)上修改。
2.4 品質(zhì)評(píng)價(jià)規(guī)則
顆粒狀生物質(zhì)固體成型顆粒燃料產(chǎn)品規(guī)格尺寸、基礎(chǔ)性能及輔助性能評(píng)價(jià)結(jié)果的判定，符合以下要求的判為合格，否則判為不合格：①規(guī)格尺寸符合表l規(guī)定，基礎(chǔ)性能符合表3的規(guī)定，輔助性能符合表6的規(guī)定。②成型顆粒燃料規(guī)格尺寸、基礎(chǔ)性能及輔助性能檢驗(yàn)結(jié)果均符合相應(yīng)技術(shù)要求時(shí)，判定產(chǎn)品為合格；所檢測(cè)項(xiàng)目中有1項(xiàng)不合格時(shí)，應(yīng)對(duì)產(chǎn)品加倍復(fù)檢，復(fù)檢仍有不合格項(xiàng)目時(shí)，則判定該產(chǎn)品為不合格。
3、結(jié)束語(yǔ)
本文針對(duì)顆粒狀生物質(zhì)固體燃料加工工藝及品質(zhì)評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究，對(duì)了解顆粒狀生物質(zhì)固體燃料成型過(guò)程及品質(zhì)評(píng)價(jià)具有一定的意義。國(guó)家還需加大對(duì)生物質(zhì)固體燃料的關(guān)注力度，構(gòu)建相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系；加強(qiáng)對(duì)壓縮環(huán)模成型理論、工藝的研究；進(jìn)一步改進(jìn)環(huán)模成型設(shè)備，解決設(shè)備生產(chǎn)中穩(wěn)定性差、生產(chǎn)率低、磨損嚴(yán)重、成型率低等問(wèn)題，促進(jìn)生物質(zhì)固體燃料產(chǎn)業(yè)規(guī)�；�，使生物質(zhì)固體燃料得到更加廣泛的應(yīng)用。
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