0、引言
我国是农业大国，农业生物质资源十分丰富。目前我国农作物秸秆年总产量约7亿吨，是丰富的生物质能资源，但由于技术和意识的缺乏，大量农作物秸秆未能充分 利用，有的露天燃烧，有的直接排入自然环境，不仅造成了巨大的资源浪费，而且导致了严重的环境污染和生态平衡的破坏。利用各种农业生物质能转化技术将其转 化成高效、洁净、高品位的能源及其他有益的资源，不仅可以提高我国的能源储备，有利于我国经济的可持续发展，还可以减少环境污染，因此具有重要战略意义。
生物质作为能源利用已有相当长的历史，而颗粒燃料始于20世纪70年代的美国和加拿大，90年代初发展于欧洲。尤其是瑞典、丹麦和奥地利对生物质能的开发 利用最普遍。1996年瑞典议会通过议案逐步淘汰核电，而以生物质颗粒燃料发电替代，其2001年生物质颗粒燃料产值达7000万欧元。现在很多国家致力于生物质能的开发利用，欧洲各国都在商讨如何加大力度利用生物质颗粒燃料，颗粒燃料是一种最具潜力的替代固体燃料用于供暖 和发电的新兴能源，秸秆秸秆压块机，立式环模秸秆颗�；怪频挠衩捉崭芽帕Ｈ剂虾托÷蠼崭芽帕Ｈ剂先缦滤荆�1、原料此次试验采用玉米秸秆为原料，因为玉米秸秆在我国产量大、分布广，具有普遍性。玉米秸秆的生物质成分见表1。玉米秸秆发热量是15.55kj/g。
2、原理
2.1颗粒燃料成型机理
构成生物质的主要物质形态为不同粒径的粒子，粒子在压缩过程中表现出的充填特性、流动特性和压缩特性对生物质的压缩成型有很大的影响。通常生物质压缩成型 分为两个阶段。第一阶段，在压缩初期，较低的压力传递至生物质颗粒中，使原先松散堆积的固体颗粒排列结构开始改变，生物质内部空隙率减少。第二阶段，当压 力逐渐增大时，生物质大颗粒在压力作用下破裂，变成更加细小的粒子，并发生变形或塑性流动，粒子开始充填空隙，粒子间更加紧密地接触而互相啮合，一部分残 余应力贮存于成型块内部，使粒子间结合更牢固。压力、含水率及粒径是影响粒子在压缩过程中发生变化的主要因素。
2.2秸秆压块机，立式环模秸秆颗粒机工作机理
秸秆压块机，立式环模秸秆颗粒机是用来生产颗粒燃料的主要设备，靠压辊和环模对原料进行挤压来生产颗粒燃料。电动机带动环模旋转，由进入环模上的物料带动压辊转动，当物料被强制喂 料器送人工作区内时，随着模和辊的转动，压辊前的物料被挤入压缩区。物料在压缩区被挤压，物料之间的空隙急速缩小，物料内部压力及密度增大，物料的弹性变 形转为塑性变形，达到一定密度的物料被压入�？祝欢ㄊ奔浔Ｑ�，挤出�？淄猓纬煽帕�。
3、工艺流程与设备
3.1试验设备
辽宁省能源研究所研制的生物质颗粒燃料设备系统，由上料部分、制粒部分、冷却部分、成品包装和除尘部分组成。结构合理，运行稳定。
4、结果与分析
4.1玉米秸秆在不同压缩比环模中成型分析
玉米秸秆的成型随着环模压缩比的加大，颗粒密度增大，能耗增加，产量提高，当达到一定压缩比时，成型颗粒的密度增加较小，能耗相应增加，而产量却有所下降。
表2 玉米秸秆在不同环模压缩比中成型的测试及计算结果
这些结果均符合压缩过程中压力与密度的指数关系形式，即：P =Aeu式中：A、6均为经验常数；P为压力，MPa;r为密度，kg·m-3。
同一种原料在不同压缩比环模中成型，颗粒燃料的密度随压缩比增大而逐渐增大，并在一定压缩比范围内密度保持相对稳定，当压缩比增大到一定程度时，原料会因为压力过大造成出料不畅而不能成型。
根据这一理论依据，对于同一种物料，为获得较大的颗粒密度，应设计采用较大的环模压缩比。
因而用玉米秸秆作原料进行颗粒燃料的生产，采用压缩比为4.5的环模即可满足颗粒燃料的质量要求，同时保证设备系统能耗相对较低。
4.2玉米秸秆在相同环模中不同粒度成型分析
由表3可看出，随着玉米秸秆原料粒度的增大，成型颗粒密度逐渐减小，当原料粒度大于10mm时成型效果极差，甚至不成型，但原料粒度太小也会影响颗粒密度。
这是因为生物质原料压缩成型时粒子以相互啮合的形式结合，粒子层之间以相互贴合的形式结合。构成成型块的粒子越细小，粒子间充填程度就越高，接触越紧密； 当粒子的粒度小到一定程度（几百至几微米）后，成型块内部的结合力方式和主次甚至也会发生变化，粒子间的分子引力、静电引力和液相附着力（毛细管力）开始 上升为主导地位。
因而，玉米秸秆这一类生物质作原料进行颗粒燃料的生产，粒度范围保持在0～5mm较为适宜，最佳为1～5mm。
4.3不同水分玉米秸秆在相同环模中成型情况
选择压缩比4.5的环模研究原料含水率与颗粒密度的关系，可看出随着原料含水率的增加，成型颗粒燃料的密度随之增大，当达到一定的适宜含水率范围内时，颗 粒燃料的密度达到最大并保持相对稳定，当原料的含水率增加到一定程度后，颗料燃料的密度开始下降，最终导致不成型。
在生物机体内存在的适量结合水和自由水是一种润滑剂，使粒子间的内摩擦变小，流动性增强，从而促进粒子在压力作用下滑动而嵌合。当生物质原料的含水量过低 时，粒子得不到充分延展，与四周的粒子结合不够紧密，所以不能成型；当含水率过高时，粒子尽管在垂直于最大主应力方向上充分延展，粒子间能够啮合，但由于 原料中较多的水分被挤出后，分布于粒子层之间，使得粒子层间不能紧密贴合，因而不能成型。
因此，玉米秸秆这类生物质作原料进行颗粒燃料的生产，原料的含水率范围保持在12%～18%的范围内较为适宜，最佳含水率为15%。
4、结论
研究结果表明，利用玉米秸秆挤出生物质颗粒燃料是可行的，在压缩比为4.5的环模，玉米秸秆粒度范围保持在1～5mm，含水率保持在12%～18%的范围 内时效果最好，这时颗粒密度、产量最大且能耗较小。同时，对玉米秸秆挤出生物质颗粒燃料的成型机理也进行了研究，确定了合适的设备系统，并研究了生物质颗粒燃料成型的变化规律，为下一步大规模利用玉米秸秆生产生物质颗粒燃料奠定了基础。
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