0、引言
近100年来，全球能源消耗平均每年以3%的速度递增，随着化石能源资源的越来越少，显示出了农村可再生能源资源巨大的市场潜力。国际上生物质能源的广泛利用在多次世界性石油危机中被重新认识和发展。中国是一个农业大国，8亿多人口生活在农村，农村能源尤其优质能源普遍短缺。农村能源70%来自生物质能，中国生物质资源非常丰富，资源总量达6.5亿t标准煤以上。由于生物质结构疏松，能量密度低，燃烧效率低，由于找不到合理的利用方式，大量的秸秆被遗弃荒烧，造成了空气环境的严重污染，对社会、经济、环境和生态等造成了严重的不良影响。生物质能源是清洁的、可再生能源，开发利用中国丰富的生物质能源，不仅可以有效地解决秸秆焚烧污染及能源浪费问题，而且对改善还农民的生活水平、弥补化石能源的短缺、保护生态环境、提高农业人口的经济效益、实现国家农业的可持续发展都具有重要意义。
为开发和利用国内以秸秆为主的生物质能源，河南农业大学于1995年5月对活塞套筒式生物质成型机进行了立项研究，1998年6月研制成功了HPB-1型生物质成型机，并经过不断的技术改进，最近两年又成功地研制出了能耗低、生产率高的HPB-III型液压式生物质成型机，并配套了秸秆成型燃料生产线所需的技术和设备。
1、HPB-11型生物质成型机工作过程
1.1工作原理
该系统是在不加任何粘结剂的条件下对生物质进行热压成型的，生物质之所以能够成型主要是由于生物质中木质素的存在。木材中木质素的含量为27%～32%（绝干原料），禾草类植物木质素含量为14%～25%。由X射线衍射知道，木质素属非晶体，没有熔点，但有软化点，经试验，在一定的压力下，当温度在70～100℃时其粘合力开始增加，温度在200～300℃时可以熔融，热压成型的合适温度为140～200℃。该成型机是采用液压驱动往复活塞双向挤压成型机构，在该温度下，通过双出杆油缸两端的冲杆挤压成型套筒中的生物质，由于外力的作用，生物质颗粒开始重新排列位置关系，并发生机械变形和塑性流变。在垂直于最大应力方向上，粒子主要以相互啮合的形式结合，而在垂直于最小应力方向上，粒子主要以相互靠紧结合的形式结合。随外力的增大，生物质体积大幅度减少，密度显著增大，生物质内部胶合外部焦化，并具有一定的形状和强度。在冲杆的推挤作用下，生物质成为棒状从两端成型套筒中交替挤出，成为既定形状。由于采用了液压驱动，所以成型机的运行稳定性好，噪音比较小，操作环境得到了明显改善。
1.2成型燃料生产线技术路线
秸秆生物质成型燃料生产线的生产是将收集的秸秆生物质先通过太阳能干燥系统进行自然脱水，通过输送带进入
粉碎机，粉碎后的秸秆由气力输送装置送入原料库，再由输送带送入秸秆生物质成型机中即可得到成型燃料产品。
成型燃料生产线的工艺流程是：
太阳能干燥或直接晒干→输送带→
秸秆粉碎机→原料库→输送带→搅龙预压喂入→生物质成型机（包括
颗粒机、
秸秆压块机、饲料颗粒机等）→→冷却→包装→成品贮存
1. 3成型燃料生产线的配套设备
成型燃料生产线设备包括太阳能干燥系统、秸秆粉碎机、生物质成型机、生物质燃烧炉、包装机等；生产线采用的原料主要是秸秆类生物质，如玉米秸秆、豆秸、稻草、棉秆、树枝、木屑等；生产线的关键设备是生物质成型机。
2试验研究
2.1试验目的
本试验主要将HPB -III型生物质成型机的单位产品能耗和生产率作为研究对象，以降低其能耗，提高
生产率为目的，探讨部分成型参数和物料特性对单位产品能耗和生产率影响的规律，对HPB-III型生物质成型机成型部件的进一步改进设计及提高综合经济效益提供依据。
2.2试验器材及材料
HPB-III型生物质成型机、粉碎机、电热干燥箱、分析天平、台秤、温度计、湿度计、测温仪、游标卡尺、电度表、秒表、玉米秸秆、麦秸等。
2.3试验地点
在新乡七里营、新郑等地，结合当地实际情况进行HPB -III型生物质成型机的各项试验。
2.4试验数据的测试
(1)生产率Ｗ
P
在机器正常运转的情况下，测出单位时间T，内生产的成型棒质量W1，计算其生产率Ｗ
P
Ｗ
P=W
1/T
1（t/h）
式中，W
1一单位时间内生产的成型棒质量，t；
T
1一测试单位时间，h。
(2)单位产品能耗E
单位产品能耗定义生产每t成型棒所消耗的各种能量的总和。
E=E
1/W（kwh/t）
式中，E
1一单位时间Ti内各种能量的总和，kWh;
W为单位时间T，内生产的成型棒质量，t。
(3)生物质成型棒密度p
p=W
2/V(t/m
3)
式中，W
2一成型棒试样的质量，t；v为成型棒试样的体积，m
3。
(4)机械性能参数
从控制台相应仪表上读出HPB-III型生物质成型机工作时的电压、电流、油压、油温以及成型加热温度。
(5)原料含水率、粒度和密度的测定采用常规分析方法
2.5试验结果及分析
2.5.1试验结果
试验的生韧质原料为粉碎后的玉米秸秆，经自然干燥后含水率为12%～14%，原料粒度为2～30mm，在HPB-III型生物质成型机上进行成型试验，成型温度为260℃，环境温度为24～26℃，环境湿度为65%（刚下过雨），试验结果列于表1。
表1 生物质成型试验结果
|
测试指标 |
成型块直径 |
成型块直径 |
|
75mm |
125mm |
|
加热套表面温度/℃ |
263（左） |
271（右） |
270（左） |
282（右） |
|
油箱温度表读数/℃ |
47.3 |
48 |
|
进油管表面温度/℃ |
46 |
47.5 |
|
回油管表面温度/℃ |
48 |
48.5 |
|
进料口成型块尺寸（D*L）/mm |
88.1*93.6 |
138*87.5 |
|
常温时成型快尺寸（D*L）/mm |
89.7*94.9 |
141*89.2 |
|
常温时成型块重量/kg |
0.59 |
1.103 |
|
常温时成型块密度/g·cm3 |
0.983 |
0.787 |
|
生产率/KG·h-1 |
223.6 |
468.7 |
|
单位产品能耗/kwh·t-1 |
92.5 |
58.6 |
2.5.2试验研究分析
从表1可以看出，在成型机整个生产期间，无论是进油管、回油管还是油箱，它们的温度都比较低。根据现场生产情况来看，液压油的温度都随时间的延长略有升高，升高之后的值是在成型机液压系统允许范围之内的。这就说明HPB -III型生物质成型机的液压系统的设计是符合要求的。
成型机的加热套表面温度稳定在270℃左右。成型燃料块的尺寸是成型机活塞一个行程挤出的棒块尺寸。在常温状态下，直径为75mm成型块的密度为0. 983g/cm
3，直径为125mm成型块的密度为0.787g/cm
3。成型燃料块的燃烧性能优于松散的薪柴和秸秆。这是因为它的密度增大，燃烧时更近似“颗粒燃烧模型”。生物质固体燃料的理想燃烧方式应遵“颗粒燃烧模型”。按照这种燃烧方式，生物质成型燃料块燃烧产生的温度高，热量利用率高，温度比较恒定。
HPB-III型生物质成型机生产75mm成型块时，因为成型块直径较水，所以生产效率比较低，生产率为223. 6kg/h，单位产品能耗为92. 5kWh/t：丽生产125mm成型块时，由于改成型块商径较大，所以生产效率较高，其生产率为468.7 kg/h，单位产品能耗为58. 6kWh/t。目前国内现有的螺旋式成型机主要是靠螺旋杆的转动推进生物质逐层成型的，生产率为150kg/h左右。螺旋杆的前段和头部在整个推挤过程中与生物质之间一直高速回转运动，增加了单位产品的能耗，一般为100～125kWh/t。对比可以得出，HPB-III型生物质成型机生产75mm或者125mm成型块时，其生产率较高，单位产品能耗较低，具有比较明显的优势。
3经济性能分析
该机经济性能采用动态评价方法，分别选用净现值(NPV)、动态投资回收期(T)、益本比(B/C)及内部收益率(FIRR')进行评价，结果列于表2。
表2 经济效益分析
|
评价指标 |
75mm直径 |
125mm直径 |
|
净现值NPV/万元 |
19.0711 |
29.7045 |
|
内部收益率FIRR/% |
34 |
41.32 |
|
益本比B/C |
1.32 |
1.38 |
|
投资回收期T/年 |
3.46 |
2.76 |
由表2可以看出，当HPB-III型生物质成型机生产的成型块直径为75mm时，其净现值NPV—19.071万元>0，内部收益率_FIiRR-34%>12%，益本比B/C -1. 32>1， 动态投资回收期T为3. 46年，各项评价指标均表明该机已有较好的经济性能。而当该机生产直径125mm成型燃料块时．，其净现值(NPV)、内部收益率(FIRR)及益本比(B/C)均比生产直径75mm成型燃料块时大，动态投资回收期T也比生产75mm成型燃料块时短，各项评价指标更忧，其经济性能后者优予前者。因此，HPB-III型生物质成型机的经济性能比较显著。有较好的投资前景，在常姗能源相对缺乏、生物质原料充足、经济条件相对较好的农村、多镇进行推广，具有显著的经济效益和广阔的应用前景。
4、结论
HPB-III型生物质成型机能投比低，效率高，工作平稳，设计合理，结构新颖，可有效降低单位产品能耗。延长易损件的使用寿命。它为开发和利用以秸秆为主的生物质能源提供了有效途径，减轻直接燃烧作物秸秆造成的环境污染，具有显著的经济效益和环保效益。所以根据目前国内外生物质能源的利用现状及未来可再生能源的发展趋势，生物质成型燃料生产线在中国农村、城镇中进行产业化生产将有着广阔的应用前景。
三门峡富通新能源生产销售颗粒机、秸秆压块机、饲料颗粒机、秸秆颗粒机、木屑颗粒机等生物质燃料饲料成型机械设备。同时我们也有大量的生物质颗粒燃料出售。
