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平模制粒机加工生物质燃料的工作特性分析(二)

 

工艺过程与试验

   平模机加工生物质颗粒基本工艺过程如图3所示,生物质原料经过破碎和粉碎后进入干燥环节。水分合适的物料经混合调质后进入平模机制粒。从制粒机出来的颗粒经过冷却和筛分,得到成品,然后包装或者散装出厂。

 


生物质燃料制粒工艺
    生物质制粒的基本工艺步骤大体类似,然而由于原料的物性不同、成型机的工作原理不同,具体的工艺过程还是有所区别,对平模机制粒的关键工艺步骤具体介绍如下:

    粉碎环节,平模机制粒时,原料粒径越小,粒子之间越容易互相充填、嵌合,因此制粒机的单位产量平均能耗就越小,平模和压辊等易损件的磨损速度也较慢,制成颗粒的抗渗水性和硬度等指标也越高,然而一味追求粒径的减小会使粉碎环节的能耗骤升,因此应当在满足平模制粒机加工要求的前提下,使粒径尽量大些。事实上,能够压制大粒径的原料是平模机的优势之一,一般对作物秸秆等原料,其最大颗粒外形尺寸要求小于2×2×30mm,而对于木质原料,则要求更严格一些。

    干燥环节,干燥的主要目的是调节原料的含水率,使其稳定均一,适合制粒机加工,在制粒成型过程中,合适的水分一方面能够传递压辊的压力,另一方面能起到润滑剂的作用,辅助粒子互相填充,从而促进原料成型。但是含水率过大时,水分容易在颗粒之间形成隔离层,使得层间无法紧密结合,挤出的颗粒容易膨胀散开,不能成型,因此控制合适的原料含水率在加工过程中尤为重要。一般从自然界中收集的生物质原料含水率大部分分布在20-40%之间,高的能达到55%,平模制粒机加工生物质原料时,要求原料的水分在10-14%之间,当加工玉米秸秆一类含糖较多的原料时含水量可允许稍高。常规的干燥工艺一般用带式干燥器、滚筒干燥器、厢式干燥器等设备进行,然而不得不承认这一环节会耗费掉可观的能量。笔者认为,如今太阳能干燥技术已较为成熟,完全可以用太阳能温室配备以翻抛设备对生物质原料进行除湿,一般生物质原料的干燥,要求温度水平较低,大约在40-70℃之间,这正好与太阳能利用领域中的低温利用相适应,与传统干燥工艺相比,可以大量节省常规能源,降低固定投资,经济效益显著。

    制粒环节,干燥好的物料进入制粒环节,可以不用调质处理,直接加工。有条件的生产厂家可选配自动控制系统和模辊自动调隙装置。自动控制系统根据主机电流的变化调节喂料电机的变频器,从而实时调节喂料量,这能有效的避免堵机现象的发生。模辊自动调隙装置能采集模辊间隙数据,通过反馈、对比来控制液压系统,使间隙与设定值相一致,并能在生产过程中随时变化。一般而言,启动阶段,磨辊间隙应当尽量小些,这可以减小启动力矩,降低电机负荷。进入稳态工作后,磨辊间隙应当稍大,这可以增大压缩行程,得到坚硬光滑的颗粒。可以将间隙随时间变化的设置输入控制系统,启动后,机器可以自动调节模辊间隙。压辊和平模都是易磨损件,需要定期更换,压辊的服役期可以稍长一点,但较好能够和平模一起更换。一般,平模可以工作800-2000小时不等,这要视零件的材质和加工工艺而定。

    利用以上工艺,2007年6月-8月,我们对中国农业机械化科学研究院畜禽机械研究所研制的PM60型平模制粒机进行了性能考核试验。其中部分试验数据如下:

表1 PM60型平模制粒机加工生物质颗粒试验数据

 

原料

颗粒直径(mm)

生产率(kg/h)

吨料电耗(kw·h/t)

颗粒密度(kg/m3)

成型好(%)

红松

10

916

49.1

1.21

93

白松

10

823

54.7

1.29

94.5

 锯末秸秆混合料

10

850

52.9

1.26

95.3

 

    由试验结果知,PM60型平模制粒机适合加工锯末、锯末秸秆混合料等生物质原料,成型好在93%以上,吨电耗在55千瓦时以下,小时生产能力在800kg-900kg左右。 

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