生物质固体燃料成型装备研究

黑龙江农业科学2010(10):113~115Heilongjiang Agricultural Sciences◆机械研究◆生物质固体燃料成型装备研究张海鹰,俞国胜,闫文刚,陈诚,刘小虎(北京林业大学,北京100083)摘要:阐迷了生物质固体燃料成型装备研究的背景及成型装备的工作原理、类别和特点,介绍了成型装备国内外发展现状,提出了目前存在的问题和解决措施,探讨了中国生物质致密成型装备的发展趋势及研究方向。关键词:生物质;固体燃料;成型装备;发展趋势中图分类号:TQ330.4;S216文献标识码:A文章编号:10022767(2010)10-0113-03日益增长的煤炭、石油和天然气等化石燃料生存的重要能源。它具有可再生性存量丰富、可的消费给世界带来了能源安全和环境问题,给社以代替化石燃料并且容易长期储存、含硫量低灰会带来了巨大的压力。通过英国BP公司2009分小,特别是具有CO2近“零”排放的特点。生物世界能源统计的数据可以看出化石能源的有限质能源被认为是减轻温室气体排放的重要选择,性(见表1)。我国的化石能源人均储量低于世界符合《京都议定书》的目标。由于全球可利用的生平均水平,能源安全问题尤为突出。居于世界能物质数量庞大,生物质能源供应的安全性绝对源消费总量第四位的生物质能源一直是人类赖以可靠表12008年底石油、天然气和煤炭探明储量天然气占世界探明储量占世界探明储量占世界探明储量/t储采比储采比比例/%比例/%/t例/%储采比世界1.71×1011.85×10100.08.26×1011中国2.10×10911.12.46×101232.31.15×10113.941.01生物质固体燃料成型装备研究的意义《可再生能源发展“十一五”规划》到2010年我随着社会经济的发展与人们生活水平的提生物质固体成型燃料年利用率将达到100万t,高,林业“三剩物”、平茬复壮的灌木、农作物秸秆到2020年,生物质固体成型燃料达5000万t等的剩余量越来越大,由于这些生物质原料产地生物质致密成型技术是指应用机械加压的方分散质地疏松能量密度小,给采集储运和使用法,将各类原来分散没有一定形状密度低的生带来许多不便,致密成型是该类生物质能源转化物质原料压制成具有一定形状密度较高的各种的重要技术途径之一(2。经致密成型加工后的生固体成型燃料的过程。成型是生物质固化技术的物质固体成型燃料其粒度均匀单位密度和强度核心“。故成型装备的性能决定了产品质量和生增加便于运输和贮存,且燃烧性能明显改善,热产成本。固体成型燃料是我国发展生物质能的重效率可达到80%~95%。而未经处理的粗放式要利用方向制约固体成型燃料发展的因素主要燃烧,热利用率仅有10%~15%。根据发改委集中在成型机械的稳定可靠运行方面2生物质固体燃料成型装备的研究现状收稿日期:2010-06-28目前,国内外最常见的压缩成型设备主要包基金项目:“948”引进资助项目(20054-76);林业公益性行业括螺旋挤压式成型机、活塞冲压式成型机和压辊专项资助项目(200904007第一作者简介:张海度(1971),女,山东省诸城市人,在读博式颗中国煤化工加热成型和常土,高级程师,从事生物质能源装备研究。 E-mail.hyzhang5566(@yahoo.com.温成CNMHG分为闭模”"压通讯作者:俞国胜(1956-),男浙江省宁波市人,博士教授,缩和刀从事林业与园林机械研究,E-mail:sgyzh@bjfu.edu.cn113◆机械研究◆黑龙江农业科爭2.1国外成型设备研究现状生物质致密成型技术很早就引起发达国家的重视,并投入了大量资金和技术力量进行研究20世纪30年代,美国就开始研究该项技术,并研制了螺旋式成型机,能把木屑和刨花压缩成固体成型燃料。20世纪70年代初,美国又开发了内压滚筒式颗粒成型机。20世纪末,已有25个州兴建了树皮成型燃料工厂[5。日本也开始研究致密成型技术来处理农林废弃物,研制成功了棒状燃料成型机,20世纪80年代从美国引进颗粒燃料生产技术并形成T厂化生产。20世纪70年代后期,由于世界能源危机的出现,欧洲许多国家也开始重视压缩成型技术的图1内压环模式颗粒成型机研究,先后研制生产了活塞冲压式成型机、颗粒成机。为了降低颗粒燃料成型的能耗,河南省科学型机。目前,美国、日本及欧洲一些国家在该院能源研究所0研制了一种在常温下生产颗粒领域己达到世界领先水平。生物质压缩成型技术燃料的成型机。颗粒燃料的生产效率达与装备都已定型并形成产业化。300~500kgh',但仍有30%的原料不能形成颗除日本外的亚洲各国(如泰国、印度、菲律宾粒,需筛选后再送入供料斗。2004年,清华大学等)从20世纪80年代开始生物质成型技术及装清洁能源研究与教育中心以车战斌为主的研备研究,先后研制成加粘结剂的生物质压缩成究小组研制成功常温成型颗粒燃料生产设备。原型机。料在自然干燥含水率状态就可制成颗粒燃料。成2.2国内成型设备研究现状型机的装机功率为55kW,生产率达到20世纪80年代,我国开始致力于生物质致600kg·h'.比国外同类设备耗能低。2l世纪以密成型技术及装备的研究,取得了一定的进展。来,生物质颗粒成型技术发展日趋成熟。国内多1985年,湖南衡阳市粮食机械厂根据国外样机试家企业在颗粒饲料机的基础上先后研究出了多种制了第一台ZT-63型生物质压缩成型机。1986类型的颗粒成型机年,江苏连云港市东海粮食机械厂引进一台八五”期间,中国农机院能源动力研究所,辽OBM88棒状燃料成型机。“七五”期间,中国林宁省能源研究所、中国林业科学院林产化工所、中业科学院林产化工所承担了生物质致密成型机国农业工程研究设计院对生物质冲压式压块技及生物质成型理论的研究课题。通过对引进的样木装备进行了项目攻关。20世纪90年代,中国杋消化吸收,1990年研制成功了螺旋挤压式棒状农业机械化科学研究院研制了CYJ35型机械冲燃料成型机,完成了木质成型设备的试制,并建成压式成型机;中国机械化研究所研制了6YK65了年产1000t棒状燃料生产线。1990年以后,陕型压块机2;河南农业大学研制了PI型机械西武功轻工机械厂、河南巩义包装设备厂、河北正冲压式成型机和HPB系列液压驱动冲压式成型定常宏木炭公司等单位先后研制和生产了几种不机1。河南农业大学199年对HPB1型生物同规格的生物质成型机和炭化机组。目前,江苏质成型机进行了应用研究,该机可显著提高易损连云港新现代能源设备厂、上海奇圣炭业有限公件的使用寿命降低单位产品能耗。司等厂家生产棒状成型机设备首钢2研制了一种机械活塞冲压式生物质块1998年中国林业科学院林产化工研究所与状燃料成型机(见图2)。原料成型靠活塞的往复江苏正昌粮机集团公司合作,又研制成功颗粒燃运动实现,其工作过程都是间歇式的,在压缩管料成型机(见图1),生产能力为250~300kgh2;内前一块与后一块挤在一起,但有边界,压缩同年,南京平亚取暖器材有限公司从美国引进一从成型机的出口处被挤出时,在自重的作用下能套生产能力为1500kgh1的颗粒成型燃料生产自动线,次年开始正式生产中国煤化工雙授研制、开发002年,原中南林学院在国产饲料制粒机的了CNMHG燃料常温成型基础上结合引进的瑞典技术开发了颗粒燃料成型机(见图3)。该机的装机功率为22kW,加工能114张海鹰等:生物质固体燃料成型装备研究◆机械研究◆用耐磨金属材料,进行热处理,来改变其耐磨性能;优化模具结构,改变成型孔与滚轮切线的角度,增加推入力,减少挤压力。螺杆维修周期过短,环模成型设备的修复成本过高,导致了成型燃料价格过髙,阻碍了生物质成型燃料的推广。活塞冲压式成型机改善了成型部件磨损严重的问题,具有成型部件使用寿命长、能耗低等优点。目前的研究还主要集中在加热成型装备方面,图2活塞冲压式块状燃料成型机加热成型存在设备成型部件易磨损,能耗相对高等力为500~600kg·h',实际成型能耗不大于缺点常温成型减少了加热装置,设备更加简单,也40kW·h∵t。成型块的密度可以通过设备液压避免了加热造成的成型部件材料易磨损及成型块系统的压力来调整既能满足加工畜牧业养殖所热值损耗问题,单位能耗相对降低。由于材料没有需的粗饲料要求,又可满足生物质成型燃料加工加热软化常温成型压力稍高于加热成型压力。开的要求,最大密度可达1.2gcm3。该机已在内模成型较闭模成型设备减少了卸料装置,使得设备蒙古地区推广使用。更加简单,可降低设备成本,提高生产率,减少设备故障率,利于成型设备及燃料推广。4生物质固体燃料成型装备的发展趋势生物质固体燃料成型装备的研究对世界能源战略和环境保护具有重要意义。生物质固体燃料成型装备向实用、高效节能、低成本方向发展,在实用性方面将以常温压缩成型技术为主;生物质固体燃料成型设备向标准化、系列化方向发展,为图3液力双向挤压常温成型机方便配套炉具的规格设计,兼顾原有炉具的改造。东南大学、中国科学院广州能源研究所湖生产的固体燃料规格应标准化、系列化。成型装南农业大学、中国农机院可再生能源与环境研究备也应形成系列化,符合一定的标准。同时,加快所等单位也进行了一些特色研究。河南农业配套装备(如灌木削片粉碎机、灌木平茬收割机大学农业部可再生能源重点实验室从1992年起专用炉具等)的研发使装备系列化;成型装备的开始相继开发生产了液压式、辊压式和螺杆式生设计离不开理论的指导,加大投入力度,促进成型物质致密成型机并进行了小批量生产,取得了较技术及理论的研发进度,加强国际交流合作学习好的社会效益和经济效益。国外成熟先进的技术;生物质固体燃料成型装备3生物质固体燃料成型装备存在问题及国产化,提高国产成型装备的研发制造水平,开许多研究人员在对现有的成型设备进行改进参考文称,国情的成型装备。解决措施发适合我国和创新,以实现提高设备使用寿命、提高生产率、[]张军,李小春国际能源战略与新能源技术进展[M北京降低能耗的目的。科学出版社,2008.[2]俞国胜,侯盂.生物质成型燃料加T装备发展现状及趋对于螺旋挤压式成型机,由于螺杆与物料始势[].林业机械与木T设备,2009,37(2):4-8.终处于高速摩擦状态,导致压缩区螺纹的磨损非[3]马孝琴.生物质压缩成型技术的研究现状及评价[冂.资源常严重。日前国内外的工艺技术条件尚不能从根节约与综合利用,1998(3):3942本上解决螺杆磨损问题,因一次性投入较低,目前[4]何元斌生物质压缩成型燃料及成型技术(一)[.农村能源,199563(5):12-14.还有不少国家在应用。可采用规模化生产,批量[5]刘石彩蒋剑春,陶渊博,等,生物质致密制造成型炭技术研换件维修的方法来解决。环模成型设备同样存在究[].林产化工通讯2000,36(2):3-5.快速磨损问题。其滚轮在环模内高速旋转过程中]Nn中国煤化工 for on-Farm Straw与喂人环模内的秸秆摩擦生热,温度可达200℃N MHG Material,Pro-bridge, England以上,同时滚轮运动的分力挤压秸秆进入成型孔1987,10:120-132成型。滚轮和成型孔磨损很快。其解决方法:选115黑龙江农业科学2010(10):116~120Heilongjiang Agricultural Sciences◆机械研究◆木本饲料四倍体刺槐收获机往复切割试验台的设计陈昕,俞国胜(北京林业大学工学院,北京100083)摘要:以四倍体刺槐枝叶为饲料原料的高效收割采集设备的设计过程中,遇到往复式切割器的设计问题,需要确定一些设计参数,而获得这些重要的设计参数就需要进行物理模拟切割试验。为了更加方便地进行试验研究、设计了木本饲料四倍体刺槐收获机的往复式切割试验台。试验台由机架、动力传动装置、往复切割笮置、茎秆夹持装置和虚拟仪器测试系统组成,可模拟往复切割作业情况,并能分析往复切割机理及影响切制转矩及切割质量的各种性能因素,最终得出往复式切割部件各工作参数的优化组合。关键词:往复式;四倍体刺槐收荻机;试验台;结构中图分类号:F776文献标识码:A文章编号:10022767(2010)10-0116-05灌木化培育的四倍体刺槐生物量大、可循环地植被恢复技术研究”科研项目,为实现木本饲料利用,其嫩枝叶可作为优质的木本粗饲料原料。产业化,用作饲料的四倍体刺槐嫩枝、树叶的高效结合国家林业局“木本灌木资源产业化促进沙荒收割采集设备的研发是关键之一口。但设计过程中四倍体刺槐切割阻力等重要的设计参数需要通过物理模拟切割试验来获取。为了便于试验研基金项目国家林业局林业公益性行业科研专项资助项究,设计了基于AC205A型旋转式扭矩传感器目(200904007)的多茎秆往复切割试验台,主要用于四倍体刺槐第一作者简介:陈昕(1986-),女,江西省黎川县人,在读硕士,从事林业与园林机械研究。Emasieche@茎秆的往复切割试验,可为四倍体刺槐饲料收设备整机设计提供设计参数。[7] O Doherty M J. A Review of the Mechanical Behaviour of[12]杨军太,朱柏林刘汉武.6YK65型压块机试验研究[JStraw When Compressed to High Densities [J].J,Agric.农业机械学报,1995,27(2):87-90nong Res,1989,44:241-265[13]张百良,李保谦,赵朝会,等.HPBI型生物质成型机的实[8〕盛奎川蒋成球钟建立.生物质压缩成型燃料技术研究综验研究[].农业工程学报,1999,15(3):133136.述[]能源工程,1996(6):811.[14]刘庆权,聂春宵.秸秆压块技术的研究[J]饲料工业[9]蒋剑春刘石彩戴伟娣,等.林业剩余物制造颗粒成型燃料2000,21(1):11-13技术研究[冂].林产化学与工业,199,19(3):25-30[15]俞国胜“生物质成型燃料高压致密成型技术引进”国家林[10]马孝琴,杨世关孔书轩.生物质压缩成型技术的节能分业局948项目验收证书[R].2009-11-28.析[资源节约和综合利用,1997(3):33-36[16]李美华俞国胜生物质燃料成型技术研究现状[冂].木材[11]车战斌生物质就地及时压缩成型技术[J]中国能源,加工机械,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中国煤化工“vas introtrends and research direction of China were discussedCNMHGKey words: biomass solid fuel; shaping equipment development tren116