0、引言
    我國是一個農業大國，8億多人口生活在農村，農村能源尤其優質能源普遍短缺。農村能源70%來自生物質能，中國生物質資源非常豐富，資源總量達6.5億t標準煤以上。由于生物質結構疏松，能量密度低，燃燒效率低，且難以找到合理的利用方式，大量的秸稈被遺棄荒燒，造成空氣環境的嚴重污染，筆者對社會、經濟、環境和生態等造成了嚴重的不良影響。為開發和利用國內以秸稈為主的生物質能源，筆者對液壓式生物質成型機及配套秸稈成型燃料生產線所需的技術與設備進行了設計和試驗研究。
1、液壓式生物質成型機成型機理和技術路線
1.1  成型機理
    該系統是在不加任何粘結劑的條件下對生物質進行熱壓成型的。生物質之所以能夠成型，主要是由于生物質中木質素的存在。木材中木質素的含量為27%～32%（絕干原料），禾草類植物木質素含量為14%～25%。通過X射線衍射表明，木質素屬非晶體，沒有熔點，但有軟化點。試驗表明：在一定的壓力下，當溫度在70~100℃時其粘合力開始增加；溫度在200~ 300℃時，可以熔融。熱壓成型的合適溫度為140~ 200℃。該成型機采用液壓驅動往復活塞雙向擠壓成型機構，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，由于外力的作用，粒子主要以相互靠緊的形式結合。隨著外力的增大，生物質體積大幅度減小，密度顯著增大，生物質內部膠合外部焦化，并且具有一定的形狀和強度。在沖桿的擠壓作用下，生物質成為棒狀從兩端成型套筒中交替擠出，成為既定形狀。由于采用了液壓驅動，所以成型機的運行穩定性好，噪音比較小，操作環境得到了明顯的改善。
     富通新能源銷售生產的秸稈顆粒機、秸稈壓塊機專業壓制的生物質顆粒燃料。
1.2成型燃料生產線技術路線
    秸稈生物質成型燃料生產線的生產是將收集的秸稈生物質先通過太陽能干燥系統進行自然脫水，通過輸送帶進入粉碎機；粉碎后的秸稈由氣力輸送裝置送入原料庫，再由輸送帶送人秸稈液壓式生物質成型機中，即可得到成型燃料產品。
    成型燃料生產線的工藝流程是：太陽能干燥或直接曬干一輸送帶一秸稈粉碎機-+原料庫_輸送帶-+攪龍預壓喂人-+液壓式生物質成型機_包裝_成品貯存。
2、成型燃料生產線的配套設備
    成型燃料生產線設備包括太陽能干燥系統、秸稈粉碎機、液壓式生物質成型機、生物質燃燒爐和包裝機等；生產線采用的原料主要是秸稈類生物質，如玉米秸稈、豆秸、稻草、棉稈和樹枝合木屑等；生產線的關鍵設備是液壓式生物質成型機。
3、試驗材料與方法
3.1  原料及試樣制備
    試驗原料取自新鄭市周圍的玉米秸稈，經自然曬干后，用粉碎機將其粉碎，粉碎后的平均粒度為31mm，含水率為9.5%。
3.2試驗裝置與方法
試驗采用液壓生物質成型機、粉碎機、電熱干燥箱、分析天平、臺秤、磅秤、干濕溫度計、噪音計、游標卡尺、30～100A電度表、秒表和玉米秸稈等。
    試驗條件：生產環境溫度為18℃，濕度為25%。
    檢測方法：將測試設備與成型機連接好后，使成型機處于穩定運行狀態，從測試儀器設備中記錄出相應的參數。在每一個成型溫度條件下，使成型機平穩運行30min，測試3次，然后取其平均值。
3.3試驗結果及分析
    上述基本試驗條件下，成型機在不同成型溫度下生產出的成型棒冷卻后直徑如表1所示。
    成型棒冷卻后，由于內部的水蒸汽膨脹和吸收空氣中的水分，當成型溫度高時，成型棒成型后內部會產生較多的水蒸汽，這可以看作是使成型棒膨脹的內在動力；在成型棒冷卻過程中，其干燥的表面會吸收空氣中的水分，從而使成型棒膨脹，這是造成成型棒膨脹的外部動力。從試驗結果以看出，在其它生產條件相同的條件下，成型棒冷卻后直徑隨著成型溫度的增加而增加。
    不同成型溫度下的成型棒膨脹率折線圖如圖l所示。從圖1可以看出，冷卻后成型棒膨脹率隨著成型溫度的上升逐漸增加，其曲線接近線性關系。這說明，冷卻后成型棒的密度隨著成型溫度的升高而減小。在300℃時，成型棒的直徑最大，則其密度最低；而在210℃時，成型棒的直徑最小，則其密度達到最大值。所以，在保證成型棒順利成型的前提下，成型加熱溫度應該盡量降低。這樣既可以減少加熱能耗，降低生產成本，又可以保證成型棒的成型效果。根據實際情況，進行了大量的試驗，如表2所示。從表2可以看出：在液壓生物質成型機生產過程中，加熱溫度在230℃以上時，加工出來的成型棒表面光滑程度較好；在220℃和210℃時，其表面光滑程度降低；在200℃幾乎不能成型。這說明，加熱溫度對成型棒的成型效果有很大的影響，是影響成型效果的一個比較關鍵的因素。所以，加熱溫度的確定是成型機生產參數確定的關鍵環節。
    加熱溫度在230℃以上時，成型棒出模比較順利；加熱溫度為220℃，成型棒出模開始出現困難；在210℃時，可以看到成型棒出模明顯困難；而在200℃時，成型棒幾乎不能出模。成型棒的加熱溫度在210—230℃之間時，其表面顏色為灰褐色，成型棒出模比較困難；在240~260℃之間時，成型棒顏色為灰黑色，且出模相對順利；在270℃及其以上時，成型棒表面呈焦黑色，出模比較順利。這說明，加熱溫度對成型棒出模順利程度影響很大，加熱溫度的高低直接決定了成型棒是否出模。
    根據試驗情況可以得出，要想保證成型棒出模順利，加熱溫度必須在230℃以上。成型溫度在260℃以上時，成型棒出模冷卻后的膨脹率較大，冷卻后表面裂紋較多；加熱溫度在260℃以下時，成型棒冷卻后膨脹率較小，表面比較光滑。可以看出，冷卻后成型棒表面裂口的大小隨著加熱溫度的降低而減小。
    在液壓式生物質成型機的整個運行過程中，其空轉運行時的最高噪音為82dB，進行生產時的最高噪音穩定在90dB左右。不同成型溫度下的成型壓力如圖2所示。
    從圖2可以看出，成型機的成型壓力隨著成型加熱溫度的升高而逐漸較小，可見增加成型溫度可以降低成型壓力。這主要是由于溫度增加可以使成型棒在成型階段表面軟化，降低了成型棒出模時的摩擦阻力，從而可以降低液壓系統的工作阻力，使液壓壓力下降。由于成型機生產過程中的噪音主要是由液壓系統造成的，所以液壓壓力的下降也可以使生產過程中的噪音降低。這就要求在成型機生產過程中選擇合適的成型溫度，以充分利用液壓能而又不使液壓壓力過高。
4、結論
    根據以上試驗，可得出以下結論：液壓生物質成型機在生產原料的種類、原料粒度、含水率、成型壓力、成型套筒的錐長和錐角、成型周期、摩擦力及喂入頻率不變化的情況下，環境溫度為18℃、環境濕度為25%時，生產線生產方案的制定要考慮以下因素：一是加熱溫度在230℃以上時，成型棒表面光滑程度較好，所以加熱溫度應該在230℃以上才能保證加工出來的成型棒的表面光滑度；二是加熱溫度應在230℃以上時，才能保證成型棒的出模順利，從而保證成型生產過程的連續性和成型機組運行的穩定性；三是成型棒出模后的表面顏色不是影響成型的主要因素，但是當成型棒表面為焦黑或者灰黑色時成型比較順利，表面為灰褐色時，成型開始出現困難，所以成型棒的表面顏色可以作為表征秸稈成型順利程度的指標之一；四是成型棒出模冷卻后的膨脹率不應太大，冷卻后表面應比較光滑，所以機組正常生產時的加熱溫度應該控制在260℃以下；五是成型機的成型壓力隨著加熱溫度的升高而逐漸較小。在成型機生產過程中，要選擇合適的成型溫度，以充分利用液壓能而又不使液壓壓力過高；六是在整個試驗過程中，液壓生物質成型機正常工作時的最高噪音穩定在90dB左右，在人體承受范圍之內。
     綜合考慮影響液壓式生物質成型機生產時的生產率、成型部件磨損、原料含水率變化、成型機體壽命以及能耗等因素，把生產時的加熱溫度穩定在240～250℃之間為適宜溫度。
    富通新能源銷售生產秸稈顆粒機、秸稈壓塊機等生物質成型機械設備，同時我們也銷售大量的生物質顆粒燃料。