生物質(zhì)能是一種年產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定的可再生能源。全世界總能耗約14%來自生物質(zhì)能，在發(fā)展中國(guó)家它占總能耗的35%，我國(guó)農(nóng)村所占比例更大，約為71%。我國(guó)又是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)村人口約占80%，可見，生物質(zhì)能高品位的開發(fā)對(duì)我國(guó)具有十分重要的意義。
我國(guó)每年產(chǎn)出的農(nóng)作物秸稈有5. 85億t，稻殼0.5億t，林業(yè)加工剩余物2400萬m3，這些生物質(zhì)目前除一小部分作燃料、飼料、肥料和工業(yè)原料外，大部分沒有得到合理有效的利用。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)民生活水平的不斷提高，農(nóng)村對(duì)煤、油、電等高品位能源的需求量顯著增加，這就使得農(nóng)村生物質(zhì)能相對(duì)地大量過剩。一些地區(qū)出現(xiàn)了秸稈荒燒現(xiàn)象，不僅造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，破壞農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，而且還嚴(yán)重污染大氣。
為解決生物質(zhì)能合理利用問題，歐美工業(yè)化國(guó)家如丹麥、瑞典、荷蘭、美國(guó)等還有印度等國(guó)都在生物質(zhì)成型方面做了大量的研究，北歐一些國(guó)家已把秸稈成型塊作為取暖的主要能源。最近幾年，我國(guó)也引進(jìn)了螺旋擠壓式生物質(zhì)成型機(jī)，但在推廣過程中遇到了兩個(gè)突出問題：一是螺旋桿端部在高溫、干摩擦下嚴(yán)重磨損，平均壽命為60～80h；二是單位產(chǎn)品能耗過高，有的高達(dá)125kWh/t。為此作者對(duì)國(guó)內(nèi)外各類生物質(zhì)成型機(jī)性能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比分析，于1 994～1998年間研制成功PB系列往復(fù)活塞式生物質(zhì)成型機(jī)，其中HPB -I型是以液壓作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，采用雙出桿油缸往復(fù)活塞雙向擠壓式秸稈成型機(jī)。
1 系統(tǒng)組成與原理
1.1 系統(tǒng)組成
成型系統(tǒng)的組成與控制如圖1所示。
1.2成型原理
該系統(tǒng)是在不加任何粘結(jié)劑的條件下對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行熱壓成型的。成型主要是由于生物質(zhì)中木質(zhì)素的存在。木材中木質(zhì)素的含量為27% 32%（絕干原料），禾草類植物木質(zhì)素含量為14% 25%。由X射線衍射知道，木質(zhì)素屬非晶體，沒有熔點(diǎn)，但有軟化點(diǎn)，經(jīng)試驗(yàn)當(dāng)溫度在70-100 ℃時(shí)其粘合力開始增加，溫度在200-300℃時(shí)可以熔融。熱壓成型的合適溫度為140-200℃，該成型機(jī)是采用液壓驅(qū)動(dòng)往復(fù)活塞雙向擠壓成型機(jī)構(gòu)，在該溫度下，通過雙出桿油缸兩端的沖桿擠壓成型套筒中的生物質(zhì)，在外力作用下，生物質(zhì)顆粒開始重新排列位置關(guān)系，并發(fā)生機(jī)械變形和塑性流變。在垂直于最大應(yīng)力方向上，粒子主要以相互嚙合的形式結(jié)合，而在垂直于最小應(yīng)力方向上，粒子主要以相互靠緊結(jié)合的形式結(jié)合3I。隨外力的增大，生物質(zhì)體積大幅度減少，容積密度顯著增大，生物質(zhì)內(nèi)部膠合外部焦化，并具有一定的形狀和強(qiáng)度。在沖桿的推擠作用下，生物質(zhì)成為棒狀從兩端成型套筒中交替擠出，成為既定形狀，見圖2。
2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1 試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)的生物質(zhì)原料為粉碎后的作物秸稈及鋸末，經(jīng)自然干燥后含水率為12% 14%，原料粒度為210mm，在HPB-I型生物質(zhì)成型機(jī)上進(jìn)行成型試驗(yàn)，成型溫度為160 ℃，試驗(yàn)結(jié)果列于表1。
由圖3可以看出，活塞與物料之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這就克服了螺旋推進(jìn)式的主要弊端。同時(shí)本設(shè)計(jì)在成型筒內(nèi)c/e段安裝了可方便拆裝的耐磨鑄鐵套，便于在間隙增大時(shí)更換，鑄鐵套加工工藝簡(jiǎn)單，成本低，用戶自己就可以更換。另外活塞沖桿往復(fù)的運(yùn)動(dòng)速度較慢，可保證沖桿在沖桿套中運(yùn)動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生太大的負(fù)壓，沖桿與套筒間幾乎沒有生物質(zhì)微粒進(jìn)入，從而避免了磨損。經(jīng)成型試驗(yàn)測(cè)試，套筒中cle段為易磨損部位，其更換周期可達(dá)200h以上，比螺旋式至少延長(zhǎng)3倍。
3)可解決農(nóng)村大量秸稈荒燒問題，為秸桿高品位能利用提供一條有效途徑
該機(jī)是以解決農(nóng)村現(xiàn)代化用能問題為目標(biāo)而設(shè)計(jì)的，試驗(yàn)原料主要以秸桿為主。根據(jù)我國(guó)農(nóng)村發(fā)展的趨勢(shì)，到2015年，農(nóng)村人口可達(dá)11億，按當(dāng)時(shí)能源利用水平計(jì)算，至少需要12億t標(biāo)準(zhǔn)煤的高品位能。從我國(guó)實(shí)際出發(fā)，可作為農(nóng)村支柱能源的主要是生物質(zhì)，對(duì)每年可再生近8億t的生物質(zhì)進(jìn)行高品位利用是解決農(nóng)村現(xiàn)代化用能的可靠途徑。因此，該機(jī)在農(nóng)村具有十分廣闊的市場(chǎng)，其產(chǎn)品主要用于村鎮(zhèn)集中供暖、熱水鍋爐、小型發(fā)電機(jī)及企業(yè)窯爐等，以生物質(zhì)能取代煤。燃燒試驗(yàn)表明，其污染大大低于煤，燃燒時(shí)基本上無灰塵，C02零排放，且升溫速度高子煤11%，可從根本上解決農(nóng)村秸稈荒燒問題。
3、經(jīng)濟(jì)性能分析
該機(jī)經(jīng)濟(jì)性能采用動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法，分別選用凈現(xiàn)值(NPV)、動(dòng)態(tài)投資回收期(T)、益本比(B／C)及內(nèi)部收益率（FIRR）進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果列于表2。
從表2可見：鋸末和秸稈成型棒在售價(jià)120～140元/t的情況下，其經(jīng)濟(jì)效益可行，鋸末的經(jīng)濟(jì)效益比秸稈類要好，主要是生物質(zhì)成型時(shí)要求有一定的粒度。鋸末屬林業(yè)加工副產(chǎn)品，成型時(shí)不需再粉碎，同等條件下其經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)均比秸稈好。秸稈成型前需要粉碎，增加了成本。若能使秸稈原料的成本降低，或不計(jì)原料費(fèi)，使成型棒的售價(jià)接近目前散煤價(jià)格(165175元/t)，秸稈成型的經(jīng)濟(jì)效益可顯著提高，投資回收期可大大縮短。因此秸稈成型在常規(guī)能源相對(duì)缺乏、生物質(zhì)原料充足、經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)較好的農(nóng)村進(jìn)行推廣，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的推廣前景。
4、結(jié)論
液壓驅(qū)動(dòng)往復(fù)活塞套筒雙向擠壓成型機(jī)構(gòu)能投比低，效率高，工作平穩(wěn)，設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)新穎；可有效降低單位產(chǎn)品能耗，延長(zhǎng)易損件的使用壽命。它為開發(fā)和利用以秸稈為主的生物質(zhì)能提供了有效途徑，減輕直接燃燒作物秸稈造成的環(huán)境污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。
三門峽富通新能源銷售顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等生物質(zhì)燃料飼料成型機(jī)械設(shè)備。
