0、前言
我國是世界稻米主要生產(chǎn)大國，稻殼作為稻米加工副產(chǎn)品，每年都有數(shù)萬噸產(chǎn)生，據(jù)了解，天然稻殼不好燒，也不好作肥料，一直是困擾糧食加工企業(yè)的一大負(fù)擔(dān)，研究解決稻殼的合理利用，變廢為寶，意義重大．研究表明，燃燒稻殼棒比燃燒同樣的煙煤所產(chǎn)生的熱效率高12.05 %，而煙塵中的二氧化碳特別是二氧化硫含量卻大大降低，我國每年產(chǎn)生的稻殼約6000萬噸，如果稻殼棒的生產(chǎn)技術(shù)得到推廣，每年可節(jié)約原煤6000萬噸，小小稻殼棒蘊(yùn)含著巨大商機(jī)和廣闊前景。
1、生物質(zhì)
顆粒燃料的成型機(jī)理
1.1生物質(zhì)壓縮成型的粘結(jié)機(jī)制
當(dāng)農(nóng)林廢棄物進(jìn)行熱壓成型時，構(gòu)成生物質(zhì)的化學(xué)成分可以轉(zhuǎn)換為粘結(jié)劑，增強(qiáng)了成型物顆粒間的粘結(jié)力，在對生物質(zhì)燃料壓縮成型的研究中認(rèn)為，雖然成型物的密度和強(qiáng)度受溫度、含水量、壓力、添加劑等諸多因素影響，但實質(zhì)上，都可以用Rumpf所述的一種或一種以上的粘結(jié)類型和粘結(jié)力來解釋生物質(zhì)成型物內(nèi)部的成型機(jī)制。
1.2生物質(zhì)壓縮成型的粒子特性結(jié)構(gòu)
生物質(zhì)的主要物質(zhì)形態(tài)為不同粒徑的粒子，粒子在壓縮過程中表現(xiàn)出的充填特性、流動特性和壓縮特性對生物質(zhì)的壓縮成型有根大的影響，通常生物質(zhì)壓縮成型分為兩個階段，第一階段，在壓縮初期，較低的壓力傳遞至生物質(zhì)顆粒中，使原先松散堆積的固體顆粒排列結(jié)構(gòu)開始改變，生物質(zhì)內(nèi)部空隙率減少，第二階段，當(dāng)壓力逐漸增大時，生物質(zhì)大顆粒在壓力作用下破裂，變成更加細(xì)小的粒子，并發(fā)生變形或塑性流動，粒子開始充填空隙，粒子間更加緊密地接觸而互相嚙合，一部分殘余應(yīng)力貯存于成型塊內(nèi)部，使粒子間結(jié)合更牢固．
1.3生物質(zhì)壓縮成型的電勢特性
根據(jù)傳統(tǒng)的電學(xué)理論，一旦固體顆粒與液體接觸，在固體顆粒表面會發(fā)生電荷的優(yōu)先吸附現(xiàn)象，這使固相表面帶電荷，在與固體表面接觸的周圍液體會形成相反電荷的擴(kuò)散層，從而構(gòu)成了雙電層．這種介于固體顆粒表面和液體內(nèi)部的電勢差稱為℃電勢，它對生物質(zhì)顆粒的壓縮成型起排斥作用．因此，減小℃電勢的絕對值，就可以在少加或不添加粘結(jié)劑的情況下，提高成型塊的強(qiáng)度。
2、生物質(zhì)燃料擠壓成型機(jī)的試驗研究
2.1生物質(zhì)物料熱壓成型的工藝條件
2 .1.1壓力
旋轉(zhuǎn)的擠壓螺桿不斷地把物料向前輸送、推進(jìn)和壓縮，因而在螺紋槽內(nèi)，螺桿與筒壁在推進(jìn)面上形成較大的壓力，此壓力的大小取決于螺桿副的幾何尺寸、物料間的磨擦性和轉(zhuǎn)速大小，用傳統(tǒng)的Darmell_和Mol公式計算有較大的誤差，欒明奕、王文等用實測方法得到結(jié)果表明：若壓力p小于26.73MPa時，物料不能順利成型，此為給定條件下的成型壓力。
測試儀器為：YD-15動態(tài)應(yīng)變儀；BY-2317電屏記錄儀；壓力及扭矩傳感器等．
測試條件：物料（稻殼）含水率：15%；螺桿轉(zhuǎn)數(shù)：310r/nun;加熱溫度：288℃；螺桿導(dǎo)程36mm，外徑57mm。
測試結(jié)果：扭矩T= 313NM；軸向壓力：P=26.73MPa.
2.1.2溫度
生物質(zhì)物料在擠壓、剪切、摩擦的作用下產(chǎn)生部分內(nèi)熱，但這部分熱產(chǎn)生的溫度不足以使生物質(zhì)物料
中的木質(zhì)素軟化及熔融，故必須外加熱能進(jìn)行補(bǔ)償．研究表明，最佳成型溫度應(yīng)控制在140～180℃．
2.1.3擠壓過程滯留的時間
物料受到強(qiáng)大的擠壓力時發(fā)生變形，因而在成型物料內(nèi)部殘留很大的內(nèi)應(yīng)力，由于內(nèi)應(yīng)力的作用，成型物料在出口處將要迅速發(fā)生膨脹，嚴(yán)重時“放炮”，水氣連同物料一同迅速排出，為消除這種現(xiàn)象，需要將物料中殘存的內(nèi)應(yīng)力消除，解決的辦法除在螺桿導(dǎo)向錐體上開有兩個對稱的排氣槽之外，還要求有一定的滯留時間，一般應(yīng)不少于30秒，當(dāng)加熱溫度高時，時間還可以短些．
2.2成型螺桿
螺桿是保證成型及產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，這里僅對常用的等螺距螺桿進(jìn)行分析．
2.2.1對產(chǎn)品密度的影響
壓縮是成型的前提，只有螺桿和套筒之間的適當(dāng)配合，才能對物料進(jìn)行壓縮．壓縮段后移，螺桿和套筒之間的間隙就會增大，物料受到的阻力增加，產(chǎn)品密度也隨之增大，但過度后移會造成阻力太大而無法成型．實驗表明，當(dāng)螺桿第一個螺紋進(jìn)入套筒深度為50～60mm時，成型過程可以順利進(jìn)行，而且燃料棒的密度也好．
2.2.2對成型速度的影響
在溫度等條件一定的情況下，成型速度是由螺桿和套筒之間的尺寸配合所決定的，所以研究=者之間的尺寸配合關(guān)系是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵，實驗結(jié)果表明，當(dāng)二者配合間隙為5～6mm時，成型速度是最快的．
2.2.3成型螺桿的使用壽命
螺桿是在較高溫度和壓力下工作的，螺桿與物料之間的干摩擦使螺桿摩擦非常快，螺桿與套筒之間的間隙逐漸增大，造成設(shè)備不能正常工作．所以解決了螺桿磨損快的問題也就解決了成型機(jī)的實用性問題．實驗結(jié)果表明，螺桿的磨損只在第一個導(dǎo)程范圍內(nèi)，解決這部分的磨損問題，就可以延長螺桿的使用壽命，基于這樣的分析我們設(shè)計了一種帶活動螺旋頭的螺桿（選擇特殊耐磨材料制作活動螺旋頭）。經(jīng)過實驗，此種螺桿的使用壽命在800h以上，這就從根本上解決了螺桿磨損快的問題．
查《機(jī)械設(shè)計》P表15-2，選取軸端倒角為2×45。
3.4軸的校核
具體校核過程省略，經(jīng)校核，截面0是軸的危險截面。
4、結(jié)論
綜上所述，影響生物質(zhì)固化成型的因素是多方面的，而且各因素之間還相互制約．一般地說，物料含水率為6%～10%，成型溫度為240-260C，螺桿與套筒間隙為5-6mm，是生物質(zhì)固化成型的最佳條件。
對稻殼棒成型機(jī)理的探索及螺桿式擠壓成型機(jī)的研制成功，改變了單一的機(jī)型和解決了擠壓部件磨損嚴(yán)重、能耗高、生產(chǎn)率低的弊端，該技術(shù)推廣應(yīng)用對開發(fā)利用生物質(zhì)有積極推動作用。
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顆粒機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)、稻殼顆粒機(jī)、飼料顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料飼料成型機(jī)械設(shè)備。
