生物质压块成型设备研究现状

生态环境与农业0科技创新导报生物质压块成型设备研究现状付敏郭婉丽梁栋东北林业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150040)摘要:该文介绍了国内外生物质压块成型设备的发展现状,综述了生物质压块成型设备的主要类型及特点,分析国内现有成型设备存在的问題,并针对目前黑龙江省生物质秸秆黃源的特点及成型设备设备存在的主要问題,提出了适用于黑龙江地区秸秆原料的生物质秸秆压块成型设备的发展方向关键词:生物质秸秆压块成型技术成型设备中图分类号:TK6文献标识码:A文章编号:1674-098X(2015)06(b)-0137Current Status of Biomass Briquetting FormingEquipment(1. Mechanical and Electrical Engineering College, Northeast Forestry University, Harbin Heilongjiang, 150040, China)Abstract: This paper likes to provide a development of biomass briquette forming equipment at home and abroad. Summarized the maintypes and characteristies of biomass briquetting forming equipment. Analysis of existinghe main problems of the forming equipment and the charaeteristies of the straw biomass resources in Heilongjiang Province. Proposedthe development direetion of the biomass straw equipment suitable for biomass raw materials in Heilongjiang.Key Words: Biomass Straw briquette Forming technology: Forming equipme我国是一个农业大国,有着丰富的农査统计,2013年秸秆资源总量6521万吨、可量加大,出现了日益严重的能源危机,生业生物质资源。作为我国主要粮食产区之收集利用秸秆资源总量5542万吨,其中玉物质能源以其数量巨大、可再生转换、可的黑龙江省,粮食产量在全国占有较大份米、水稻、大豆等3种主要农作物秸秆占全运输储存等特点,显示出越来越重要的战额,尤其是玉米、水稻和大豆,产品量占全省秸秆资源总量的95%,其中又以玉米秸略地位。生物质固体成型技术具有原料丰国1/3以上。伴随着较大份额的粮食产量秆为主。富,易于实现大规模生产,便于储存和运出现的是庞大的农作物秸秆产量,根据调近年来,随着化石燃料的需求和使用输的特点,已逐渐显现优势。有效利用生物质能源不仅可以实现能源可持续发展,缓解能源紧张,而且有助于治理环境污染问题与其他地区秸秆相比,黑龙江地区秸秆具有高大粗壮、瓤多皮厚、表皮硬度高、含水率高,且秸秆收获时节气温低等e特点1,引进秸秆压块成型技术并不适用于黑龙江地区的秸秆原料。因此,本文通过对国内外秸秆压块成型设备的介绍及综合分析,阐述秸秆压块成型设备存在的问题,并提出黑龙江地区成型设备的研究1、成型原料;2、推力轴承;3、锥型螺杆;4、压缩成型筒:5、成型物料方向图1螺旋挤压式成型设备原理1、成型原料;2、传动机构;3.压缩活塞;4、压缩成型筒图2活塞冲压式成型设备原理中国煤化工CNMHG①基金项目:黑龙江应用技术研究与开发计划项目(GC13B603)作者简介:付敏(1969-),女,副教授,工学博士。科技创新导报 Science and Technology Inno vation Herald137科技创新导报Science and Technology Innov生态环境与农业2.1.1螺旋挤压式螺旋挤压式成型设备是最早研制生产的热压成型设备,其原理是利用螺杆输送推进和挤压生物质其工作原理如图1所示。原料依靠重力落入螺旋压缩成型机械中,锥形螺杆旋转过程中,推动原料进入横截面积渐渐变小的压缩成型筒内,原料在锥形螺杆和压缩成型筒的作用下,内压应力越来越大,在压缩成型筒的顶端达到最大内压应力而成型,再经过一段应力松弛段,被1、切断刀具;2、成型物料;3、平模;4、成型原料;5、压辊图3平模式成型设备原理推出螺旋压缩成型机械,成为成型物料。随后又开发了加热螺旋压缩技术,即在螺旋压缩机压缩成型筒外设置一加热装置,使生物质中的木素受热塑化后具有粘性,从而主轴旋转方向降低螺旋压缩成型设备的功耗。这种成型设备具有运行平稳、生产连续、所产成型棒料表面有炭化层,更易燃烧。存在的问题是成型部件磨损严重,使用寿命短,单位能耗4压辊旋转方向/2.1.2活塞冲压式活塞冲压式成型设备中原料的成型是依靠活塞的往复运动来实现的,其工作原理如图2所示。根据推动活塞装置的不同活塞压缩成型技术又分为飞轮活塞压缩和液压活塞压缩两种。飞轮活塞压缩依靠存储于飞轮中的转动动能压缩成型原料,但其设备庞大,震动强烈且噪音剧烈,推广和应用都有一定困难。液压活塞压缩装置则避免1、主轴中心2、压辊中心3、压辊4压实区5保型区6成型区7压紧区8供料区9环模了飞轮活塞压缩设备的上述缺点,但是由于图4环模式成型设备原理生物质压缩成型时,物料表观密度增加很1生物质压块成型设备的发展历程开发是从20世纪80年代开始的,主要是多,因此液压机械行程很大,导致液压活塞1.1国外生物质压块成型设备发展状况从国外引进成型技术和设备。但由于国情不压缩装置生产率低2最早的成型设备是1880年由 William同,国外先进的技术和设备并不适合在我国2.1.3压辊碾压式Smith发明的,该设备将加热到66℃的锯末推广,因此一些学者和企业开始硏制适合我目前使用的压辊碾压式成型设备主要和其他废木材利用蒸汽锤加工成致密的成情的成型技术和设备有平模式和环模式成型设备两种,其工作型块。19世纪50年代,在日本市场开始出湖南省衡阳市粮食机械厂于1985年所原理分别如图3和图4所示现螺旋成型机,60年代初美国岀现了螺旋制了第一台ZT-63型生物质压缩成型机;江平模成型技术采用平模盘和与其相配式挤压机,70年代初美国又开发了滚简式颗苏省连云港东海粮食机械厂于1986年引进合的圆柱形压辊为主要工作部件。电动机粒成型机,并开始生产了一台OBM-8棒状燃料成型机1,1990输出轴经过减速器减速后驱动主轴转动生物质固化成型设备以欧洲的一些国年前后,陕西武功轻工机械厂,河南巩义包主轴带动压辊公转。同时,压辊绕压辊轴自家发展最快。例如,意大利的努普公司开装设备厂等单位先后研制和生产了几种不转,原料进入成型室后铺在平磨盘上,压棍发出的一种联合收割成型一体机,能够在同规格的生物质成型机和碳化机组;1994不断自转和公转,将平模上的物料不断挤田间将秸秆收割、切碎、榨汁、烘干、成型年河南农大,中国农机能源动力所分别研究进模孔内,物料在模孔内密度和温度不断生产出固体成型燃料。德国若浮公司研制出PB-型、CYJ-35型机械冲压式成型升高,经过一定时间保压定型后,被挤出平的RB-100型成型机可以对一些木屑、秸机。1997年到2006年河南农业大学研制出模形成颗粒23。秆、刨花等材料进行压缩。在亚洲,日本对HPB-I到HPB-V型液压驱动活塞式成型环模成型技术采用的是环模和压辊为生物质成型设备和引进较为领先。20世机15-1主要工作部件2。电动机驱动主轴转动,由纪50年代,日本开始了机械活塞式生物质成21世纪以来,生物质固体成型技术得到于摩擦力和离心的作用,环模上的物料带型设备的研究,主要用来处理木材废弃物,较快的发展,成型设备的生产和应用已经初动压辊转动,物料进入压制室内后,随环模1954年研制成功棒状生物质成型机,1983具规模。到2007年底,我国已有50余家生物和压辊转动,三者相互挤压,物料存放空间年日本从美国引进颗粒成型设备,并在此基质固体成型燃料生产厂9被不断压缩,随着物料内部压力和密度不础上,逐步发展形成了日本压缩成型工业体断增大,达到一定密度的物料就被压入模系,至1987年,已经有172家颗粒成型工厂2生物质成型设备孔中,在模孔内经过一段时间保压定型,被投入运行。80年代开始,泰国、菲律宾、印2.1生物质成型设备简介挤出环模形成颗粒23。度等国家先后研制成了加粘结剂和不加粘现已研制开发的生物质成型设备按环模成型技术的特点是产量大,成型结剂的生物质固化成型设备01型原理主要有螺旋挤压式成型设备、中国煤化工,压辊和环模磨损1.2国内生物质压块成型设备发展状况冲压式成型设备和压辊碾压式成型设备勺消耗;维护简单我国生物质固体成型燃料设备的研究大类。CNMHG偏高。而平模成型机的特点是耗能小;但是具有产量较低,压138科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald生态环境与农业0科技创新导报力过小,颗粒成型质量较差,压辊和平模盘缺少专门针对东北地区农作物秸秆原料开备连续作业,从而使生物质秸秆压块产业化磨损不均衡,拆装蘩琐,维修困难,不易于发的成型设备,而东北地区秸秆产量大,在发展。维护等缺点发展农作物秸秆利用进程中,急需适合的生2.2生物质成型设备研究现状物质成型设备参考文献随着对生物质成型设备的不断研究,目中国在生物质,尤其是在秸秆压缩成型[l]佟思宇.黑龙江秸秆综合利用发展现状前我国硏究机构所研制的生物质成型设备理论方面研究还不够深入,没有满足生物质及远景[J]农机科技推广,2014(8):39种类繁多,特点各不相同压缩成型设备开发生产的多方位需求周葆设计硏究设计了一种秸秆挤压成目前成型设备能耗较高,制约着生物质[2]孙向东黑龙江省粮食主产区主要作物型机机芯20,其特点主要是(1)挤压滚轮系燃料的推广和发展品种种植情况分析[J.黑龙江农业科统和挤出装置啮合配合被动旋转。(2)挤压现有成型设备对秸秆进行压缩过程中,学,2005(2):12-14锥为单层、上下两层或多层排列。挤压滚头主要工作部件磨损严重,设备运行稳定性不[3]霍丽丽,侯书林,赵立欣,等.生物质固数为2~6头中的任意一种。(3)通过在主轴高,尽管一些厂家和科研机构对此进行了体成型燃料技术及设备研究进展[J」为中心,在摇臂上方加装多个有锥度的叶研究,一定程度上提高了成型部件的耐磨安全与环境学报,2009(6):27-31片,增加回转周长,减少秸秆原料缠绕在摇性,但成本较高且生产工艺复杂,所以磨损[4]刘圣勇,陈开碇,张百良.国内外生物质成臂上,减轻摇臂重量,降低能耗。题仍是一个待解决的问题型燃料及燃烧设备硏究与开发现状[邓志勇提出了一种新型压辊2,该压3.2发展趋势可再生能源,2002(4):14-15辊上设置有多排“锥台”形挤料头,使得压转变硏究形式。目前生物质压块成型机[5]蒋剑春.国外木质压缩成型燃料[J.林化辊在环模上作旋转运动时,挤料头能够良的研究主要停留在试验研究阶段。研究过科技通讯,1987(4):17-22好的与成型孔对位,避免打滑,施力效果明程中不能完全模拟生产过程,应用生产时[6] Fungy,H, Kirsch baum,M,U,F显,使生物质的体积进一步缩小,密度进一会出现偏差。随着对生产要求的不断增加Raison,R,J, and, stucley, C步提高。但这种类齿轮啮合形式,在挤压制作样机模拟生产过程从而改进成型机The potential for bioenergy成型过程中会增加对“锥台”的冲击力,缩进一步研究生物质的成型机理和成型production form Australian短使用寿命。工艺。目前研究的主要热点还是集中在碾压orests, its contribution to由江苏圆通农机科技有限公司所硏制式成型机,存在成型设备运行稳定性差、主national greenhouse targets的一种秸秆压块成型机29,压辊是半圆的要成型部件磨损严重等问题。随着生物and recent developments in齿轮形,环模盘将来对称的模盘设计成三成型设备硏究的深入,组合式环模成型机conversion processes[J]. Biomass叉形状磨盘且为分体式,由多个挤压模块压辊与环模将碾压式改为啮合式、闭式压& Bioenergy,2002(22):223-236组合而成,上压板的内腔为中空状,在其底缩等成型方式引起了重视。「]钱能志,尹国平,陈卓梅.欧洲生物质部连接有冷却介质进料管和出料管并与两大力发展秸秆收集政策,同时发展便能源开发利用现状和经验[J].中外能个水箱连接,实现水循环,来冷却挤压模内于在原料产地推广使用的生物质成型燃料源,2007(3):10-14的成型温度。加工设备,使生物质成型燃料加工产业化发[8]郭康权,江崎春雄.日本木材废料压缩成周万平设计的一种稻壳燃料成型机,展。用于加工生物质成型燃料的原料主要型加工企业调研[R].桂林:西北农业大采用对辊式闭式压缩成型方式,粉碎原料在是农作物秸秆,这些原料具有密度小、收集进入对辊进行压缩之前,进行预压,保证产和运输困难等特点。因此,在产业化发展的[9张希良,岳立,柴麒敏.国外生物质能开发品的成型质量。该成型机对秸秆粉碎原料粒过程中,要与原料基地相结合,减少原料的利用政策[J.农业工程学报,2006(增1):度要求较高,增加了生产成本,同时小粒度运输成本原料(接近粉尘)会造成生产环境恶劣[10JArun K Tripathi, P.V.R Iyer农业部规划设计研究院、江苏大学等4结论所设计的生物质立式环模压块机33,利随着对能源的需求越来越多,生物质techno-economic evaluation用左右两电机同时为主轴提供动力,保证主能源的使用将更加广泛。生物质秸秆压块of biomass briquetting轴动力,防止压块机因动力不足而停机。环成型设备已趋于成熟,但大多数的成型设n India[j. biomass and模由环模压盘、环模托盘和环模块组成,且备的适用性不高,而且我国生物质成型燃 Bioenergy,1997,Vol.14(5):479-488环模压盘和环模托盘上均设有环形降温水料生产仍属于小规模生产,没有实现规模1Md. Ahiduzzaman,A.K.M. Sadrul道,用于通过冷却水,环模块上表和下表面化产业。因此,借鉴国内外先进生产技术及slam. Development of biomass均设置有环形凹槽,用于放置热电阻丝。两设备,研究适用于黑龙江地区秸秆原料的中Stove for heating up die相邻环模块形成梯形环模孔,且进口的横小型低成夲生物质秸秆压块成型技术及设Barrel of Rice Husk briquette截面积大于出口的横截面积。组合式环模备Machine[J]. Procedia Engineering,结构增加了成型机的零件数量,在加工安国内现有生物质秸秆压块成型设备的2013,vo1.(56):777-78装过程中会增加误差,同时两台电机提供成型原理基本相同,但生产的生物质秸秆[2]林维纪,张大雪.生物质固化成型技术及动力,在保证同步性的问题上增加了一定的压块形状各不相同、适合的场所和原料也其展望[J].新能源,1999,21(4):39-42不相同。同时,现有成型设备存在着磨损严∏13]李保谦,牛振华,张百良.生物质成型重、能耗高、成本高等问题,制约着生物质燃料技术的硏究现状与发展趋势3存在的主要问题及发展趋势秸秆压块产业化的发展,因此应加紧对成型[C]//2009年全国可再生能源—生物3.1存在的主要问题影响因素进行研究,找出影响规律和最佳质能利用技术硏讨会论文集.2009.生物质成型技术发展至今,已有多样的组合范围,进而确定主要零件的形状、材料[14]李保谦,张百良,夏祖璋.PB-I型活塞式成型设备问世,但仍有很多问题需要解决。及热处理工艺。尽快解决现有成型设备的中国煤化工]河南农业大学由于黑龙江地区秸秆具有高大粗壮、瓤问题,研究制造出适合黑龙江地区秸秆原多皮厚、表皮硬度高、含水率高,会加剧现的生物质秸秆压块成型设备,使生物质秸HCNMHG有成型设备的磨损、增加设备能耗等问题,压块成型设备能耗低、稳定性高、以保证设下转141页)科技创新导报 Science and Technology Inno vation Herald139生态环境与农业Science and Technology Innovat0=科技创新导报的长,因此我国沿海沙滩也非常的丰富,而导致出现了对生态系统自我修复能力和功参考文献由于近年来人类过度的活动对海洋沿海沙能的忽视,从而表现在仅仅主要只采取人1]王淼,胡本强,辛万光,等.我国海洋环境滩的影响非常大,由于全球气温的不断回工修复的措施进行海洋生态的修复染的现状、成因与治理[].中国海洋大暖,我国海平面在不断的上升。根据资料显(3)我国海洋生态修复的研究往往只局学学报:社会科学版,2006(5):1-6如果我国海平面上升50cm,那么我国限于对单一生物或者单一群落以及小范围[2]马绍赛.海洋环境生物修复技术硏究与海岸线被侵蚀的面积将会达到1091583m2内的生态系统进行小方面的修复活动,而应用新进展[C]/中国水产学会渔业资左右,而且还对沿海旅游区造成非常大的没有针对海洋生态系统整体的生态进行修源与环境分会2011年学术交流会会议论损失。我国对沿海沙滩的修复开展的较晚,复,同时也缺少对整体生态系统修复的研文(摘要)集.2011最早的修复工程是在我国香港岛南岸进行究[3]冯美霞.大型海藻对富营养海域的生物的,主要是通过在距离陆地较远的海洋海(4)没有对海洋生态修复建立一个合理修复及对赤潮的防治[C]//2013中国地进行挖沙,然后填补到近海海滩的生态修复评价系统,对海洋生态修复的环境科学学会学术年会论文集(第五3.4滨海湿地生态修复目标不够明确。其次,没有考虑海洋生态系卷).2013在海洋生态修复的实践中,我国对滨海统破坏的根源性问题,在这方面的研究投[4]王治国.关于生态修复若干概念与问题湿地生态修复开展投入了许多的实践和研入较少。的讨论[中国水土保持,2003(10):4-5究。主要的修复措施有建立湿地自然保护5]陈克亮,王金坑,戴娟娟,等.我国海洋区区,针对滨海湿地环境污染进行治理,及时5海洋生态修复的展望域功能恢复的基本对策和措施[J].海洋凊理淤泥,逐步恢复被破坏掉的生态平衡根据我国海洋生态系统修复的问题,我开发与管理,2010(1):47-但是,由于我国对海洋生态修复的硏究比国针对海洋生态修复应当注意几个方面;另[6]周志强,孔飞.我国海洋生态环境污较晚,因此,我国滨海沙滩修复的也只是局方面,加强对海洋生态系统的调査、诊断和染及防治对策[J].环境保护与循环经限于小范围的修复工程上研究,以及通过制定评估标准进行生态修济,2010(9):15-17复硏究和实践。一方面,海洋生态修复需蔡云川,冼凤英,姜志勇,等.加强广东近4海洋生态修复存在的问题联合各个机构,联合高校加大科技投入;另岸海洋生态系统修复技术的研究[J].中我国海洋生态修复起步开展的较晩,方面,在修复硏究方面应当选取合理的示范国水产,2009(8):24-25在相关的研究上也取得了一定的成就,但区,进行全面的研究;学习国内外较为先进是我国海洋生态修复仍然存在着许多的问的海洋生态修复的技术,总结经验;并需要从海洋生态系统全局进行把握,制定海洋(1)我国在进行海洋生态修复的研究上生态修复战略方针问题较多,主要集中在对海洋生态修复的评估较差,对海洋生态破坏的诊断不足,对6结语海洋生态修复的监测不到位,以及对海洋总而言之,我国海洋生态修复发展虽生态修复工程项目的管理硏究投入较少。然还存在着许多的问题,但相信我们通过(2)由于我国对海洋生态修复起步较科学的研究和实践,我国海洋生态系统晚,而且对海洋生态修复的硏究较少,这就定会有很大的改善。上接139页)技术的研究进展[J].沈阳工程学院学报2728753,20045]张百良,李保谦,赵朝会,等.HPB-1型然科学版,2009,5(4):301-304[3l]农业部规划设计硏究院.生物质立式环生物质成型机的应用研究[门太阳能学23庞利沙,田宜水,侯书林,等生物质颗粒模压块机[P].中国:202608086.2012报,1999,20(3):234-238成型设备发展现状与展望[J].农机化研[16]杨波,王保华,赵伟利,等.HPB-Ⅲ型生究,2012(9):237-24132]姚宗路,赵立欣,田宜水,等,立式环模生物质成型机进料系统改进措施[门.湖南[24欧阳双平,侯书林,赵立欣,等生物质固物质成型机设计与试验,农业机械学农业科学,2009,50(15):3175-3177体成型燃料环模成型技术硏究进展[J]报,2013,44(11):139-143[1T]赵伟利.HPB-Ⅳ型生物质成型机改进可再生能源,2011,29(1):14-2233]庞利沙,孟海波,赵立欣,等.立式环模秸设计与试验研究[D]河南:河南农业大1251姜洋,郭军,王忠诚,等生物质致密成型秆压块成型机作业参数优化[农业工学,2007设备生产颗粒燃料技术及经济分析[J程学报,2013,29(23):166-172[18]牛振华.HPB-V型生物质成型机的改再生能源,2006(4):81-8334]陈树人,段建,姚勇.环模式秸秆压块进与试验分析[D].河南农业大[26]周葆.一种秸秆挤压成型机机芯P]中机的设计与性能试验[J].农机化研究学,2010.国:203282723.2013,11-132013,(11):140-1419盛奎川,吴杰生物质成型燃料的物理品[27邓志勇.一种新型生物质颗粒成型压料35陈树人,段建,姚勇,等环模式成型机压质和成型机理的研究进展[J.农业工程机构[P].中国:203043942.2013-07缩水稻秆成型工艺参数优化[J].农业工学报,2004(20):242-245程学报,2013,29(22):32-4120]肖宏儒,陈永生,宋卫东秸秆成型燃【28德雪红,俞国胜,翟晓敏,等内啮合式生[36]陈树人,段建,姚勇,等环模秸秆压块机料加工技术发展趋势[J].农业装备技物质环模成型模具的关键技术[J.北京吨燃料能耗试验与工艺优化[J].农业机术,2006,2(32):11-13林业大学学报,2013,35(5):128-132械学报,2013,44(1):149-1552]宗路田宜水,孟海波,等生物质固体129江苏圆通农机科技有限公司一种秸成型燃料加工生产线及配套设备[J秆压块成型机[P].中国:10287388中国煤化工农业工程学报,2010,26(9):280-285A.2013-01-16CNMHG[2]李源,张小辉,郎威,等生物质压缩成型[30周万平,稻壳燃料成型机[P]中国科技创新导报 Science and Technology Inno vation Herald141