黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)2010(10):113~115Heilongjiang Agricultural Sciences◆機(jī)械研究◆生物質(zhì)固體燃料成型裝備研究張海鷹,俞國勝,閆文剛,陳誠,劉小虎(北京林業(yè)大學(xué),北京100083)摘要:闡迷了生物質(zhì)固體燃料成型裝備研究的背景及成型裝備的工作原理、類別和特點(diǎn),介紹了成型裝備國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,提出了目前存在的問題和解決措施,探討了中國生物質(zhì)致密成型裝備的發(fā)展趨勢(shì)及研究方向。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);固體燃料;成型裝備;發(fā)展趨勢(shì)中圖分類號(hào):TQ330.4;S216文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10022767(2010)10-0113-03日益增長的煤炭、石油和天然氣等化石燃料生存的重要能源。它具有可再生性存量豐富、可的消費(fèi)給世界帶來了能源安全和環(huán)境問題,給社以代替化石燃料并且容易長期儲(chǔ)存、含硫量低灰會(huì)帶來了巨大的壓力。通過英國BP公司2009分小,特別是具有CO2近“零”排放的特點(diǎn)。生物世界能源統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可以看出化石能源的有限質(zhì)能源被認(rèn)為是減輕溫室氣體排放的重要選擇,性(見表1)。我國的化石能源人均儲(chǔ)量低于世界符合《京都議定書》的目標(biāo)。由于全球可利用的生平均水平,能源安全問題尤為突出。居于世界能物質(zhì)數(shù)量龐大,生物質(zhì)能源供應(yīng)的安全性絕對(duì)源消費(fèi)總量第四位的生物質(zhì)能源一直是人類賴以可靠表12008年底石油、天然氣和煤炭探明儲(chǔ)量天然氣占世界探明儲(chǔ)量占世界探明儲(chǔ)量占世界探明儲(chǔ)量/t儲(chǔ)采比儲(chǔ)采比比例/%比例/%/t例/%儲(chǔ)采比世界1.71×1011.85×10100.08.26×1011中國2.10×10911.12.46×101232.31.15×10113.941.01生物質(zhì)固體燃料成型裝備研究的意義《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》到2010年我隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人們生活水平的提生物質(zhì)固體成型燃料年利用率將達(dá)到100萬t,高,林業(yè)“三剩物”、平茬復(fù)壯的灌木、農(nóng)作物秸稈到2020年,生物質(zhì)固體成型燃料達(dá)5000萬t等的剩余量越來越大,由于這些生物質(zhì)原料產(chǎn)地生物質(zhì)致密成型技術(shù)是指應(yīng)用機(jī)械加壓的方分散質(zhì)地疏松能量密度小,給采集儲(chǔ)運(yùn)和使用法,將各類原來分散沒有一定形狀密度低的生帶來許多不便,致密成型是該類生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化物質(zhì)原料壓制成具有一定形狀密度較高的各種的重要技術(shù)途徑之一(2。經(jīng)致密成型加工后的生固體成型燃料的過程。成型是生物質(zhì)固化技術(shù)的物質(zhì)固體成型燃料其粒度均勻單位密度和強(qiáng)度核心“。故成型裝備的性能決定了產(chǎn)品質(zhì)量和生增加便于運(yùn)輸和貯存,且燃燒性能明顯改善,熱產(chǎn)成本。固體成型燃料是我國發(fā)展生物質(zhì)能的重效率可達(dá)到80%~95%。而未經(jīng)處理的粗放式要利用方向制約固體成型燃料發(fā)展的因素主要燃燒,熱利用率僅有10%~15%。根據(jù)發(fā)改委集中在成型機(jī)械的穩(wěn)定可靠運(yùn)行方面2生物質(zhì)固體燃料成型裝備的研究現(xiàn)狀收稿日期:2010-06-28目前,國內(nèi)外最常見的壓縮成型設(shè)備主要包基金項(xiàng)目:“948”引進(jìn)資助項(xiàng)目(20054-76);林業(yè)公益性行業(yè)括螺旋擠壓式成型機(jī)、活塞沖壓式成型機(jī)和壓輥專項(xiàng)資助項(xiàng)目(200904007第一作者簡(jiǎn)介:張海度(1971),女,山東省諸城市人,在讀博式顆中國煤化工加熱成型和常土,高級(jí)程師,從事生物質(zhì)能源裝備研究。 E-mail.hyzhang5566(@yahoo.com.溫成CNMHG分為閉?！?壓通訊作者:俞國勝(1956-),男浙江省寧波市人,博士教授,縮和刀從事林業(yè)與園林機(jī)械研究,E-mail:sgyzh@bjfu.edu.cn113◆機(jī)械研究◆黑龍江農(nóng)業(yè)科爭(zhēng)2.1國外成型設(shè)備研究現(xiàn)狀生物質(zhì)致密成型技術(shù)很早就引起發(fā)達(dá)國家的重視,并投入了大量資金和技術(shù)力量進(jìn)行研究20世紀(jì)30年代,美國就開始研究該項(xiàng)技術(shù),并研制了螺旋式成型機(jī),能把木屑和刨花壓縮成固體成型燃料。20世紀(jì)70年代初,美國又開發(fā)了內(nèi)壓滾筒式顆粒成型機(jī)。20世紀(jì)末,已有25個(gè)州興建了樹皮成型燃料工廠[5。日本也開始研究致密成型技術(shù)來處理農(nóng)林廢棄物,研制成功了棒狀燃料成型機(jī),20世紀(jì)80年代從美國引進(jìn)顆粒燃料生產(chǎn)技術(shù)并形成T廠化生產(chǎn)。20世紀(jì)70年代后期,由于世界能源危機(jī)的出現(xiàn),歐洲許多國家也開始重視壓縮成型技術(shù)的圖1內(nèi)壓環(huán)模式顆粒成型機(jī)研究,先后研制生產(chǎn)了活塞沖壓式成型機(jī)、顆粒成機(jī)。為了降低顆粒燃料成型的能耗,河南省科學(xué)型機(jī)。目前,美國、日本及歐洲一些國家在該院能源研究所0研制了一種在常溫下生產(chǎn)顆粒領(lǐng)域己達(dá)到世界領(lǐng)先水平。生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)燃料的成型機(jī)。顆粒燃料的生產(chǎn)效率達(dá)與裝備都已定型并形成產(chǎn)業(yè)化。300~500kgh',但仍有30%的原料不能形成顆除日本外的亞洲各國(如泰國、印度、菲律賓粒,需篩選后再送入供料斗。2004年,清華大學(xué)等)從20世紀(jì)80年代開始生物質(zhì)成型技術(shù)及裝清潔能源研究與教育中心以車戰(zhàn)斌為主的研備研究,先后研制成加粘結(jié)劑的生物質(zhì)壓縮成究小組研制成功常溫成型顆粒燃料生產(chǎn)設(shè)備。原型機(jī)。料在自然干燥含水率狀態(tài)就可制成顆粒燃料。成2.2國內(nèi)成型設(shè)備研究現(xiàn)狀型機(jī)的裝機(jī)功率為55kW,生產(chǎn)率達(dá)到20世紀(jì)80年代,我國開始致力于生物質(zhì)致600kg·h'.比國外同類設(shè)備耗能低。2l世紀(jì)以密成型技術(shù)及裝備的研究,取得了一定的進(jìn)展。來,生物質(zhì)顆粒成型技術(shù)發(fā)展日趨成熟。國內(nèi)多1985年,湖南衡陽市糧食機(jī)械廠根據(jù)國外樣機(jī)試家企業(yè)在顆粒飼料機(jī)的基礎(chǔ)上先后研究出了多種制了第一臺(tái)ZT-63型生物質(zhì)壓縮成型機(jī)。1986類型的顆粒成型機(jī)年,江蘇連云港市東海糧食機(jī)械廠引進(jìn)一臺(tái)八五”期間,中國農(nóng)機(jī)院能源動(dòng)力研究所,遼OBM88棒狀燃料成型機(jī)。“七五”期間,中國林寧省能源研究所、中國林業(yè)科學(xué)院林產(chǎn)化工所、中業(yè)科學(xué)院林產(chǎn)化工所承擔(dān)了生物質(zhì)致密成型機(jī)國農(nóng)業(yè)工程研究設(shè)計(jì)院對(duì)生物質(zhì)沖壓式壓塊技及生物質(zhì)成型理論的研究課題。通過對(duì)引進(jìn)的樣木裝備進(jìn)行了項(xiàng)目攻關(guān)。20世紀(jì)90年代,中國杋消化吸收,1990年研制成功了螺旋擠壓式棒狀農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制了CYJ35型機(jī)械沖燃料成型機(jī),完成了木質(zhì)成型設(shè)備的試制,并建成壓式成型機(jī);中國機(jī)械化研究所研制了6YK65了年產(chǎn)1000t棒狀燃料生產(chǎn)線。1990年以后,陜型壓塊機(jī)2;河南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制了PI型機(jī)械西武功輕工機(jī)械廠、河南鞏義包裝設(shè)備廠、河北正沖壓式成型機(jī)和HPB系列液壓驅(qū)動(dòng)沖壓式成型定常宏木炭公司等單位先后研制和生產(chǎn)了幾種不機(jī)1。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)199年對(duì)HPB1型生物同規(guī)格的生物質(zhì)成型機(jī)和炭化機(jī)組。目前,江蘇質(zhì)成型機(jī)進(jìn)行了應(yīng)用研究,該機(jī)可顯著提高易損連云港新現(xiàn)代能源設(shè)備廠、上海奇圣炭業(yè)有限公件的使用壽命降低單位產(chǎn)品能耗。司等廠家生產(chǎn)棒狀成型機(jī)設(shè)備首鋼2研制了一種機(jī)械活塞沖壓式生物質(zhì)塊1998年中國林業(yè)科學(xué)院林產(chǎn)化工研究所與狀燃料成型機(jī)(見圖2)。原料成型靠活塞的往復(fù)江蘇正昌糧機(jī)集團(tuán)公司合作,又研制成功顆粒燃運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn),其工作過程都是間歇式的,在壓縮管料成型機(jī)(見圖1),生產(chǎn)能力為250~300kgh2;內(nèi)前一塊與后一塊擠在一起,但有邊界,壓縮同年,南京平亞取暖器材有限公司從美國引進(jìn)一從成型機(jī)的出口處被擠出時(shí),在自重的作用下能套生產(chǎn)能力為1500kgh1的顆粒成型燃料生產(chǎn)自動(dòng)線,次年開始正式生產(chǎn)中國煤化工雙授研制、開發(fā)002年,原中南林學(xué)院在國產(chǎn)飼料制粒機(jī)的了CNMHG燃料常溫成型基礎(chǔ)上結(jié)合引進(jìn)的瑞典技術(shù)開發(fā)了顆粒燃料成型機(jī)(見圖3)。該機(jī)的裝機(jī)功率為22kW,加工能114張海鷹等:生物質(zhì)固體燃料成型裝備研究◆機(jī)械研究◆用耐磨金屬材料,進(jìn)行熱處理,來改變其耐磨性能;優(yōu)化模具結(jié)構(gòu),改變成型孔與滾輪切線的角度,增加推入力,減少擠壓力。螺桿維修周期過短,環(huán)模成型設(shè)備的修復(fù)成本過高,導(dǎo)致了成型燃料價(jià)格過髙,阻礙了生物質(zhì)成型燃料的推廣?；钊麤_壓式成型機(jī)改善了成型部件磨損嚴(yán)重的問題,具有成型部件使用壽命長、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。目前的研究還主要集中在加熱成型裝備方面,圖2活塞沖壓式塊狀燃料成型機(jī)加熱成型存在設(shè)備成型部件易磨損,能耗相對(duì)高等力為500~600kg·h',實(shí)際成型能耗不大于缺點(diǎn)常溫成型減少了加熱裝置,設(shè)備更加簡(jiǎn)單,也40kW·h∵t。成型塊的密度可以通過設(shè)備液壓避免了加熱造成的成型部件材料易磨損及成型塊系統(tǒng)的壓力來調(diào)整既能滿足加工畜牧業(yè)養(yǎng)殖所熱值損耗問題,單位能耗相對(duì)降低。由于材料沒有需的粗飼料要求,又可滿足生物質(zhì)成型燃料加工加熱軟化常溫成型壓力稍高于加熱成型壓力。開的要求,最大密度可達(dá)1.2gcm3。該機(jī)已在內(nèi)模成型較閉模成型設(shè)備減少了卸料裝置,使得設(shè)備蒙古地區(qū)推廣使用。更加簡(jiǎn)單,可降低設(shè)備成本,提高生產(chǎn)率,減少設(shè)備故障率,利于成型設(shè)備及燃料推廣。4生物質(zhì)固體燃料成型裝備的發(fā)展趨勢(shì)生物質(zhì)固體燃料成型裝備的研究對(duì)世界能源戰(zhàn)略和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。生物質(zhì)固體燃料成型裝備向?qū)嵱谩⒏咝Ч?jié)能、低成本方向發(fā)展,在實(shí)用性方面將以常溫壓縮成型技術(shù)為主;生物質(zhì)固體燃料成型設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化方向發(fā)展,為圖3液力雙向擠壓常溫成型機(jī)方便配套爐具的規(guī)格設(shè)計(jì),兼顧原有爐具的改造。東南大學(xué)、中國科學(xué)院廣州能源研究所湖生產(chǎn)的固體燃料規(guī)格應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。成型裝南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)機(jī)院可再生能源與環(huán)境研究備也應(yīng)形成系列化,符合一定的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),加快所等單位也進(jìn)行了一些特色研究。河南農(nóng)業(yè)配套裝備(如灌木削片粉碎機(jī)、灌木平茬收割機(jī)大學(xué)農(nóng)業(yè)部可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從1992年起專用爐具等)的研發(fā)使裝備系列化;成型裝備的開始相繼開發(fā)生產(chǎn)了液壓式、輥壓式和螺桿式生設(shè)計(jì)離不開理論的指導(dǎo),加大投入力度,促進(jìn)成型物質(zhì)致密成型機(jī)并進(jìn)行了小批量生產(chǎn),取得了較技術(shù)及理論的研發(fā)進(jìn)度,加強(qiáng)國際交流合作學(xué)習(xí)好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。國外成熟先進(jìn)的技術(shù);生物質(zhì)固體燃料成型裝備3生物質(zhì)固體燃料成型裝備存在問題及國產(chǎn)化,提高國產(chǎn)成型裝備的研發(fā)制造水平,開許多研究人員在對(duì)現(xiàn)有的成型設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)參考文稱,國情的成型裝備。解決措施發(fā)適合我國和創(chuàng)新,以實(shí)現(xiàn)提高設(shè)備使用壽命、提高生產(chǎn)率、[]張軍,李小春國際能源戰(zhàn)略與新能源技術(shù)進(jìn)展[M北京降低能耗的目的?？茖W(xué)出版社,2008.[2]俞國勝,侯盂.生物質(zhì)成型燃料加T裝備發(fā)展現(xiàn)狀及趨對(duì)于螺旋擠壓式成型機(jī),由于螺桿與物料始勢(shì)[].林業(yè)機(jī)械與木T設(shè)備,2009,37(2):4-8.終處于高速摩擦狀態(tài),導(dǎo)致壓縮區(qū)螺紋的磨損非[3]馬孝琴.生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)[冂.資源常嚴(yán)重。日前國內(nèi)外的工藝技術(shù)條件尚不能從根節(jié)約與綜合利用,1998(3):3942本上解決螺桿磨損問題,因一次性投入較低,目前[4]何元斌生物質(zhì)壓縮成型燃料及成型技術(shù)(一)[.農(nóng)村能源,199563(5):12-14.還有不少國家在應(yīng)用?？刹捎靡?guī)?；a(chǎn),批量[5]劉石彩蔣劍春,陶淵博,等,生物質(zhì)致密制造成型炭技術(shù)研換件維修的方法來解決。環(huán)模成型設(shè)備同樣存在究[].林產(chǎn)化工通訊2000,36(2):3-5.快速磨損問題。其滾輪在環(huán)模內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)過程中]Nn中國煤化工 for on-Farm Straw與喂人環(huán)模內(nèi)的秸稈摩擦生熱,溫度可達(dá)200℃N MHG Material,Pro-bridge, England以上,同時(shí)滾輪運(yùn)動(dòng)的分力擠壓秸稈進(jìn)入成型孔1987,10:120-132成型。滾輪和成型孔磨損很快。其解決方法:選115黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)2010(10):116~120Heilongjiang Agricultural Sciences◆機(jī)械研究◆木本飼料四倍體刺槐收獲機(jī)往復(fù)切割試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)陳昕,俞國勝(北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院,北京100083)摘要:以四倍體刺槐枝葉為飼料原料的高效收割采集設(shè)備的設(shè)計(jì)過程中,遇到往復(fù)式切割器的設(shè)計(jì)問題,需要確定一些設(shè)計(jì)參數(shù),而獲得這些重要的設(shè)計(jì)參數(shù)就需要進(jìn)行物理模擬切割試驗(yàn)。為了更加方便地進(jìn)行試驗(yàn)研究、設(shè)計(jì)了木本飼料四倍體刺槐收獲機(jī)的往復(fù)式切割試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)臺(tái)由機(jī)架、動(dòng)力傳動(dòng)裝置、往復(fù)切割笮置、莖稈夾持裝置和虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)組成,可模擬往復(fù)切割作業(yè)情況,并能分析往復(fù)切割機(jī)理及影響切制轉(zhuǎn)矩及切割質(zhì)量的各種性能因素,最終得出往復(fù)式切割部件各工作參數(shù)的優(yōu)化組合。關(guān)鍵詞:往復(fù)式;四倍體刺槐收荻機(jī);試驗(yàn)臺(tái);結(jié)構(gòu)中圖分類號(hào):F776文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10022767(2010)10-0116-05灌木化培育的四倍體刺槐生物量大、可循環(huán)地植被恢復(fù)技術(shù)研究”科研項(xiàng)目,為實(shí)現(xiàn)木本飼料利用,其嫩枝葉可作為優(yōu)質(zhì)的木本粗飼料原料。產(chǎn)業(yè)化,用作飼料的四倍體刺槐嫩枝、樹葉的高效結(jié)合國家林業(yè)局“木本灌木資源產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)沙荒收割采集設(shè)備的研發(fā)是關(guān)鍵之一口。但設(shè)計(jì)過程中四倍體刺槐切割阻力等重要的設(shè)計(jì)參數(shù)需要通過物理模擬切割試驗(yàn)來獲取。為了便于試驗(yàn)研基金項(xiàng)目國家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)資助項(xiàng)究,設(shè)計(jì)了基于AC205A型旋轉(zhuǎn)式扭矩傳感器目(200904007)的多莖稈往復(fù)切割試驗(yàn)臺(tái),主要用于四倍體刺槐第一作者簡(jiǎn)介:陳昕(1986-),女,江西省黎川縣人,在讀碩士,從事林業(yè)與園林機(jī)械研究。Emasieche@莖稈的往復(fù)切割試驗(yàn),可為四倍體刺槐飼料收設(shè)備整機(jī)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)參數(shù)。[7] O Doherty M J. A Review of the Mechanical Behaviour of[12]楊軍太,朱柏林劉漢武.6YK65型壓塊機(jī)試驗(yàn)研究[JStraw When Compressed to High Densities [J].J,Agric.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),1995,27(2):87-90nong Res,1989,44:241-265[13]張百良,李保謙,趙朝會(huì),等.HPBI型生物質(zhì)成型機(jī)的實(shí)[8〕盛奎川蔣成球鐘建立.生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)研究綜驗(yàn)研究[].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),1999,15(3):133136.述[]能源工程,1996(6):811.[14]劉慶權(quán),聶春宵.秸稈壓塊技術(shù)的研究[J]飼料工業(yè)[9]蔣劍春劉石彩戴偉娣,等.林業(yè)剩余物制造顆粒成型燃料2000,21(1):11-13技術(shù)研究[冂].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),199,19(3):25-30[15]俞國勝“生物質(zhì)成型燃料高壓致密成型技術(shù)引進(jìn)”國家林[10]馬孝琴,楊世關(guān)孔書軒.生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的節(jié)能分業(yè)局948項(xiàng)目驗(yàn)收證書[R].2009-11-28.析[資源節(jié)約和綜合利用,1997(3):33-36[16]李美華俞國勝生物質(zhì)燃料成型技術(shù)研究現(xiàn)狀[冂].木材[11]車戰(zhàn)斌生物質(zhì)就地及時(shí)壓縮成型技術(shù)[J]中國能源,加工機(jī)械,2005(2):36-402005,27(1):28-31Research of Biomass Solid Fuel Shaping EquipmentZHANG Hai-ying, YU Guos-heng, YAN Wen-gang. CHEN Cheng, LIU Xiao-ht( Technology School of Beijing Forestry University, Beijing 100083)Abstract: The paper described the research background, working principle, types and characteristics of biomasssolid fuel shaping equipment. The current development of shduced, and the existing problems and solutions were proposedH中國煤化工“vas introtrends and research direction of China were discussedCNMHGKey words: biomass solid fuel; shaping equipment development tren116