生物質造粒機技術研究和未來發展趨勢分析

徐世好

【摘 要】最近幾年時間里，隨著我國大氣污染以及環境保護治理力度越來越大，政府密集出臺了有關生物質能源的相關政策，大力對生物質能源進行發展，特別是生物質原料加工成顆粒之后完全取代燃煤應用。隨著生物質顆粒行業發展越來越快，生物質造粒機行業作為顆粒的加工上游產業得到了迅速的發展，出現了供不應求的現象。因此，本文對國內外生物質顆粒加工設備發展研究現狀進行了分析，研究了生物質造粒機的技術，并且對未來生物質造粒機技術的發展趨勢進行了分析。

【關鍵詞】生物質質造粒機技術；未來發展；趨勢

在我國，生物質顆粒機的發展時間還比較短，其從初期的飼料顆粒機演變來的。在二十世紀六十年代開始，借鑒和吸收了國外先進的技術。隨著生物質顆粒機產業發展速度越來越快，產品技術手段也越來越成熟，同時可靠性更高。然而，還往往存在著行業當中惡性競爭、知識產權保護欠缺以及環模核心零部件存在較差的可靠性問題[1]。目前，國內生物質制粒成型技術的理論體系還不健全。這在一定程度上影響了生物質造粒機產業持續健康的發展。所以，對環模制粒機工作原理、制粒的方法以及行業的標準進行研究，可以大大提高造粒機行業整體的技術水平。大力發展生物質燃料以及減小環境污染有著非常重要的理論意義和現實意義。

一、我國生物質造粒機技術研究現狀分析

1.1造粒環模布置方式不同，分為立式造粒機和臥式造粒機

生物質造粒機工作原理為：利用壓輥以及環模運動過程內出現的擠壓以及摩擦力的作用，在治理腔體當中高壓以及高溫的環境之下將木屑以及秸稈等原材料進行壓實和擠壓出模孔，最終形成了密度大以及有規律的成型燃料。造粒壓輥以及環模是設備的主要部件[2]。目前，主要技術是利用雙壓輥和單環模的方式，按照環模以及物料喂入對應整機的布置不同，分為臥式制粒機以及立式制粒機。立式造粒機粉狀物料需要從整體的上部喂入到造粒腔體。環模需要相對造粒單元水平進行放置。臥式造粒機粉狀物料是從造粒腔體前端垂直進行喂入，環模和造粒單元需要垂直進行布置。

臥式造粒機技術是從飼料的顆粒機來演變出來的，可靠性相對較高。造粒腔體內的溫度比較高，物料輸送要靠強制喂料來完成，并且存在輕質和尺寸大的物料難以喂入的現象。臥式造粒機也有著對原料含水率適應性比較高的優點。通常情況下，能夠適應12%-18%的原料進行正常造粒，并且壓輥以及環模等部件維修以及保養起來更加便利，僅僅需要將造粒腔體外罩進行打來進行了更好的對環模和壓輥進行更換和調整。

立式造粒機技術是近幾年新出現的技術，目前產品還不夠成熟，故障率較高，粉狀物料從上部垂直、均勻進入造粒腔體，比較適應秸稈等輕質物料的制粒。也具有對原料含水率適應性相對嚴格的劣勢，一般要求含水率15%左右的原料進行造粒，而且環模和壓輥等關鍵部件的維修保養不方便、時間長。

1.2造粒機類型劃分

國際國內市場生物質造粒機動力驅動一般是由電機來完成，設備以固定式為主，根據動力驅動和工作方式不同可分為固定式造粒機和移動式造粒機，其中移動式又可以細分為牽引式和自走式。

固定式造粒機工作位置相對固定，一般在廠房內完成造粒作業，高效率造粒機機組往往還配置有切碎、輸送、除塵、降溫和包裝等系統，以生產線方式運行。動力來源一般是電機，根據生產線或設備效率不同選擇不同功率的電機。

目前國際和國內市場造粒機以固定式為主，各廠家產品在核心工作部件結構、整機技術路線和產品工作效率設計等方面存在差異，同類產品可靠性國內外差距較大。國內環模和壓輥的使用壽命相對較短，一般加工1000t左右就需要更換（部分廠家的加工500t左右就需要更換），維修更換頻率較高，使造粒機使用成本居高不下。為實現秸稈、飼料等物料的田間地頭收獲造粒，降低收儲運成本，提高工作效率，行業內一些研究機構和高校開始創新研制出了移動式造粒機產品，實現了秸稈撿拾、切碎、造粒、冷卻和倉儲一體化。

移動式造粒機是對固定式造粒的創新性改進，動力源一般為柴油發動機，行走方式有自走式和牽引式移動兩種。自走式動力來自本身自帶發動機，工作部件和行走都全部由發動機完成，整機各功能部件匹配性設計；牽引式一般由拖拉機牽引完成，動力一般來自拖拉機后動力輸出。目前國內自走式移動造粒機暫時處于研究階段。部分廠家開始嘗試牽引式移動造粒機或壓塊機的研發和試驗，對各系統的整機匹配性方面進行研究和摸索。

二、生物質造粒機技術存在問題

目前，生物質環模造粒裝備產業已經形成了相對完善的產業體系，基本能夠滿足國內各領域的生產應用需求。但行業技術研究方面還存在以下方面問題。

（1）環模造粒裝備技術平臺與基礎研究相對滯后，產品設計缺乏先進的試驗與檢測條件支撐，經驗設計仍占有相當大的比重，但高端人才比較短缺，極大制約了產品的創新力度與技術水平。

（2）部分指標已達到或接近國際先進水平，但總體技術水平與國際先進水平相比還有較大差距，尤其是環模和壓輥等核心零部件材料技術、表面熱處理技術、模孔形狀優化技術等方面還需要繼續研究和提升；關鍵零部件可靠性與瑞士BUHLER、美國CPM、德國MUNCH和丹麥Sprout-Matador等國外高端品牌相比差距甚遠。

（3）以環模制粒機為核心的顆粒成套生產線大型化、智能化水平不高。以溧陽金梧等為代表的顆粒機企業已經開發出具有自主知識產權的環模制粒裝備自動控制系統，及以環模制粒機為核心的顆粒生產成套生產線自動控制系統，并得到一定程度的應用，可以滿足目前國內大型顆粒加工廠對裝備的需求。但當前成套控制系統的智能化水平較低，且成套生產線的大型化水平與國際先進水平相比差距較大。

三、生物質造粒機技術發展方向

根據國內造粒機行業的發展歷程和技術現狀，同時參考國際高端品牌技術發展歷程等綜合分析判斷，未來國內生物質造粒機技術領域主要向以下方面發展。

3.1逐步搭建完善的技術體系。逐步搭建完善的技術體系，包括造粒工藝、核心部件設計、制造工藝、新材料和智能化控制等。目前，歐洲等發達國家已經形成了健全的環模制粒裝備技術體系，能夠提供多種優質、高效的生產設備與完善的工程解決方案。國際著名的環模制粒裝備企業已分別從制粒工藝、裝備設計與制造、智能控制技術、專家診斷與服務技術等多個方面進行了系統研究，形成了完善的技術體系。國內造粒機行業將隨著行業的發展，不斷學習國外先進技術和工藝，加大技術研究的投入，逐步搭建造粒機行業技術體系。

3.2不斷優化改進環模、壓輥等核心零部件技術。不斷優化改進環模、壓輥等核心零部件技術，包括技術參數優化調整、新材料應用、熱處理工藝改進、模孔結構和技術參數優化等，有效提高核心零部件適應性和使用壽命，提高造粒機性能、可靠性和工作效率。

3.3向大型化、智能化方向發展。不斷引入智能化控制技術，使裝備的智能化監控和操作水平不斷提高，從而提升環模造粒裝備的整體技術水平。

3.4不斷優化造粒生產線工藝流程。造粒生產線工藝流程不斷優化，開發智能化全過程監控和管理系統，實現生產線的實時監控、調整及故障診斷等，逐步實現自動化操作。

3.5逐漸完善各功能部件系統匹配性。移動式造粒技術不斷成熟，各功能部件系統匹配性逐步完善。在作物秸稈田間造粒方面逐步應用，核心造粒單元對作物秸稈水分、形態等方面的適應性不斷改進，整機技術逐漸成熟。移動式造粒機將作為未來生物質造粒機的創新性產品，和固定式造粒機共同促進生物質造粒行業的技術及產品的不斷成熟、發展。

【參考文獻】

[1]郝玲，祖宇，董良杰.模輥式生物質燃料成型技術及設備的研究進展[J].安徽農業科學，2016，40（1）：367-369，372.

[2]胡建軍.秸稈顆粒燃料冷態壓縮成型實驗研究及數值模擬[D].大連：大連理工大學，2016.