0、引言
食用菌生产主要利用农林废弃物及牲畜粪便，通过生物转化成为人类所需的优质蛋白质源一食用菌。近年来，伴随食用菌工厂化生产规模的不断扩大，工厂内栽培过后的培养料随意丢弃，如何处理大量的菌渣废料也显得越来越重要，富通新能源生产销售
颗�；�、
秸秆颗粒机、
木屑颗粒机等生物质颗粒燃料成型机械设备。
食用菌菌渣( Edible Fungi Residue，EFR)是食用菌栽培过程中收获产品后剩下的培养基废料，又被称作菌糠、菌渣、下脚料、废菌筒等，含有丰富的蛋白质及其他营养成分。目前，大多数企业将菌渣作为灭菌用的燃料自身消化，或出售给有机肥生产企业制作有机肥料：而有些企业，由于利用效率不高，将大量的菌渣临时或长时间堆放在菇场周围，导致滋生大量螨虫、霉菌等，污染栽培环境，危害食用菌生产，造成严重减产甚至绝收。传统的丢弃或燃料处理办法，显然已不合适宜，也不符合低碳循环经济理念。因此，如何高效利用菌渣资源，提高菌渣资源利用的经济效益，变废为宝，已成为我国食用菌工厂化生产发展中面临的一大问题。
固化成型机是指把能源密度低的作物秸秆、农林废弃物压缩制成能源密度高、质地坚硬的棒状或颗粒状燃料，以便于储存和运输，达到提高利用效率，降低直燃造成的环境污染。
依据中国食用菌协会统计数据，2011年全国食用菌总产量达到2 571.7万t。按食用菌产量与菌渣比1：(1.0～1.1)计，则全国年产生菌渣量超过2 800万t。如果基于生物质成型技术固化为颗粒状的生物质能源，不但能实现菌渣资源化、商品化，变废为宝，化害为利，还能够提高菌渣循环综合生产能力，增加菇农收入、减少污染，加快建设资源节约型、环境友好型社会。目前，虽然国内固化成型燃料技术已经取得了阶段性成果，但主要应用于木质类、秸秆类等废弃物等原料，而以食用菌栽培过后的培养料为原料的固化成型机尚未有报道。
针对菌渣粒度小、易结块的难点，采用棍模碾压成型原理，成型室内强制通风降温机构，设计了菌渣颗粒固体成型机，分析了其关键部件的结构参数：通过试验进行了验证，为菌渣固化成型能源化的推广应用提供理论依据与技术支持。
1、茵渣致密成型机的构造与工作原理
1.1整体机构
根据生物质固体成型颗粒燃料要求，以及研究提出棍模碾切挤压原理，确定了菌渣颗粒成型机机构示意图。其主要由送料口、喂料调质装置、除铁装置、强制输送装置、棍模碾压装置、出料口、变速箱、电机、带轮和机架等组成。
整机主要技术参数：
外形尺寸/mm：3 298x8lOx2 543
整机质量/kg：2.8
产量／t．h-1：0.8～1.5
主机功率/kW：90
环模内径/mm：420
环模厚度／mm：62
环�？矶�/mm：90
�？壮ざ�/mm：50
�？字本�/mm：8
压辊个数：2
压辊外径/mm：210
环模转速/r·rmn-1：160
环�？茁�1%：37.6
颗粒成型率1%：95
1.2工作原理
将晾晒后含水率在15%～20%的菌渣通过输送提升机构送人到横向的喂料调质装置中，调质完成后的菌渣通过强制螺旋喂人装置将菌渣强制送人到成型机构内。电机的动力通过变速箱驱动环模转动�；纺Ｗ丫腿搜构鹾突纺Ｖ�，在压辊不断的转动碾切下，使菌渣与菌渣，环模与菌渣，压辊与菌渣之间相互产生摩擦：当挤压力增大到足以克服�？啄谖锪嫌肽诒诘哪Σ亮κ�，具有一定密度和粘结力的物料就被挤压进环模孔内。由于模辊的不断旋转，物料不断被挤压进环模孔，因此环�？啄诘奈锪暇尚魏蟊涣费钩龌纺？�。通过调整切刀的长短来控制成型后的菌渣颗粒长度，最终得到一定长度的压缩成型颗粒。
2、关键部件的设计
环模与压辊为菌渣颗粒燃料固化成型机的核心部件，其材料、基本参数及力学特性直接影响着菌渣成型燃料的质量、产量，因此有必要分析研究其特性，设计合理的环模和压辊结构参数。
2.1环模结构设计
2.1.1材料选择
由于环模工作时的环境是在高温、高压下，且金针菇培养料因添加石灰、石膏等腐蚀性物质而导致环模与压辊在工作中极易遭受腐蚀，要求环模的材料具有耐高压、高温和耐腐蚀性。因此，本设计环模采用材料为合金结构钢42CrMo，并在通孔后对其进行真空淬火处理，以保证�？椎墓饣�，有利于物料挤出成型，其弹性模量930MPa，泊松比为0.3。
2.1.2环�？仔徒峁�
为减少菌渣人孔阻力，方便进入�？�，进料孑L口直径应大于�？字本�，形成锥形扩大孔口。本设计环模�？撞捎檬头攀浇滋菘�，进料锥形度a为900实现大孔预压、小孔成形挤压、减压出料的过程，确保制粒的质量。同时，减压出料口采用直孔，出料孔径d：稍大于挤压孔直接d，其结构图如图3所示。
2.1.3环模厚度、有效长度、模孔带宽度、�？字本队氤ぞ侗�
环模厚度是菌渣制粒质量和产量的一个重要参数。对释放式阶梯孔，�？椎挠行Сざ仁侵富纺５淖芎穸燃跞ナ头趴椎某ざ�。
�？椎某ぞ侗任？子行Сざ萀与�？字本禿之比，是一重要结构参数。通常针对不同的生物质原料类型，长径比不同，一般取值范围在5 -13之间。
因此，本设计环模厚度、有效长度等参数为：厚度T=62mm；有效长度L=50；模孔带宽度B=90mm；环模内径D =420mm;模孔直径d=8mm;长径比//d为6. 25。
2.1.4环模的排列与开孔率
�？椎呐帕蟹绞酵ǔ０囱刂芟蚺帕�。为了使物料能相对均匀地进入模孔，可以进行错位排列，本设计环模为等边三角形布孔。则环�？茁饰�
2.2环模的转速
环模的线速会影响制粒效率、能耗及颗粒的坚实度，在一定范围内，直接影响物料在辊模挤压区的厚度大小和在�？淄Ａ羰奔涞某ざ蹋跋煺牟苡肟帕Ｖ柿�。在实际应用中，国内外厂商选用的环模线速均在3.5 -8.5m/s[12]，根据环模线速求得环模转速为
将环模内径D代人式(2)中得，环模转速为159r／min，因此本机环模转速取整为160r/min。
2.3压辊结构设计
2.3.1材料选择
制�；ぷ魇�，平模与压辊的线速度基本相同，但是压辊的直径较小，所以压辊的磨损率比环模大。因此本设计选用高碳合金钢制造的压辊，经热处理后压辊的硬度高于环模5HRC -6HRC，同时压辊表面加工成与轴线平行的齿形槽，以增加摩擦和抓住粉料，防止压辊打滑。
2. 3.2压辊形式、直径确定
为了使压辊在安装形式上较易达到平衡，产生在环模上的作用力相互抵消，本压辊设计数量为2只。通过查阅资料可知，二辊式颗粒压制机的辊模径比为0. 43 -0. 55。因菌渣粒度相比其它生物质而言，粒度要细得多。因此，选取压辊外径与环模内径比为0.5，则压辊直径d=2lOmm。
2.4整机生产率的计算
菌渣燃料成型机中的生产率与物料攫取层厚度相关，而攫取层厚度又与压辊、环模与物料的夹角B有关，根据被压入的物料的高度^计算公式，即
3、性能试验分析
3.1试验条件
试验选用栽培过后的金针菇培养料，因菌渣含水率较高（一般达到60%左右），为利于成型，需要对菌渣进行晾晒，使其含水率控制在15%～25%之间，此时成型率为最好。通过试验前的晾晒，菌渣平均含水率在13. 55，菌渣的原始密度为0.20g/cm3。
对菌渣成型机进行试验验证时，颗粒燃料要求平铺放置3 -5 h，待冷却后取样，按照测量的时间、电耗、产量等参数进行生产率、吨燃料能耗、成型率、机械耐久性、颗粒密度和颗粒含水率等指标的计算与测量。
3.2试验指标及测定方法
采用模辊式生物质颗粒燃料成型机进行压缩试验，按照CEN /TS14778 -12005固体生物质颗粒燃料取样方法取样测量并记录相关试验数据。
3.2生产率
在正常生产过程中，每隔10min接取1次成品，接取时间不少于3min，共接取3次。分别称量接取的样品质量�？悸堑皆虾什煌�，计算中增加含水率系数。其计算公式为
3.3试验结果与分析
经3次重复试验取样，菌渣固体成型机性能试验结果如表1所示。试验结果表明：样机平均生产率为945. 5kg/h;吨燃料能耗为71.43kW·h/t;样机平均成型率为96.4%：颗�；的途眯源锏�97.2%，样机平均颗粒质量密度为1. 24g/cm3。上述指标均能够满足颗粒燃料的国家标准要求。同时，通过对样机6个不同方位的噪声测试，噪声均小于90dB，符合国家标准要求。该菌渣成型机的性能满足设计要求。在试验过程中基本连续稳定运行。
4、结论
1)结合菌渣粒度小、易结块等特点设计了菌渣颗粒固体成型机，整机采用棍模碾切挤压与�？壮尚拖嘟岷�，能够完成菌渣强制喂料、成型腔通风降温等作业工序。工作时噪声均小于90dB，符合国家标准要求。
2)菌渣固体成型机性能试验表明：样机生产率为945.5kg/h，颗粒燃料的成型率为96.4%，颗�；的途眯晕�97.2%，颗粒密度为1.24g/cm3，颗粒含水率为10. 91%，满足生物质颗粒燃料成型生产要求。
3)通过试验表明，该机能够满足设计生产要求，能实现规�；�、连续稳定生产，为我国菌渣能源化利用提供了技术支撑和装备保障。
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