摘要：研究了影響油茶果殼
顆粒燃料平模壓縮成型過程中的原料含水率、粒度2個主要因素與顆粒成型率、顆粒燃料密度及成型機噸料電耗之間的關系，確定了顆粒燃料成型過程中原料的最佳含水率及篩網孔徑（用以表征原料的粒度）。結果表明：在同一篩網孔徑下，隨著原料含水率的增加，顆粒燃料密度及成型率減小，成型機的噸料電耗增加；在相同含水率條件下，隨著篩網孔徑的減小，顆粒燃料密度及成型率增加，而成型機噸料電耗卻減少。由于孔徑為2 mm的篩網粉碎能耗較高，因此選擇的最佳篩網孔徑為4mm;選擇的最佳含水率為18.1%，富通新能源主要生產銷售環模式
木屑顆粒機、
秸稈制粒機、
鋸末顆粒機等生物質顆粒燃料成型機械設備。
關鍵詞：油茶果殼；粒度；成型率；單位電耗；篩網孔徑
近年來，我國生物質壓縮成型技術已經取得了快速發展，并日趨成熟。河南農業大學研制的HPB -Ⅳ型液壓驅動活塞式成型機以及合肥某公司研制的TYK -Ⅱ型成型機表明了相關技術已經達到了國內先進水平。由于平模壓縮成型技術與其他壓縮成型技術相比有諸多優點，如對原料的適應性廣、產量高、輥模壽命長等，因而平模壓縮成型技術在國內外具有廣闊的推廣應用前景。
本試驗采用的是平模壓縮成型機，它是模輥式壓縮成型機的一種。目前國內外模輥式成型機的壓縮成型試驗大多是以農作物秸稈、稻草等為原料進行的，肖宏儒等以麥秸稈、稻草等為原料進行平模壓縮成型技術研究；何曉峰等以玉米秸稈和麥秸稈為原料，利用
環模顆粒成型機進行冷成型技術試驗研究；等以麥秸稈為原料進行平模制塊試驗研究；Stelte等以麥秸稈為原料制作顆粒燃料，并探討原料表面的蠟對顆粒燃料特性的影響。對于以油茶果殼為原料進行壓縮成型試驗的研究尚未見報道。
本研究通過對油茶果殼原料進行大量的壓縮成型試驗，得出成型過程中的最佳原料含水率為18.1%，最佳篩網孔徑為4mm(即最佳原料粒度)。本試驗為生物質資源化利用的預處理技術提供了一定的科學數據。
1、儀器與方法
1.1試驗裝置
MZLP400型平模顆粒燃料成型機，基本結構如圖1所示；9FQ40 - 20型
秸稈粉碎機；TCS -C型電子臺秤（最大稱重量100kg，上海銀鐸稱重設備有限公司）；DHG - 9075A型恒溫干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）；BS124S型電子天平（精度0.001 g，北京賽多利斯儀器系統有限公司）；孔徑分別為2、4、6、8 mm的篩網及孔徑為6 mm的篩子各1個。
1.2試驗方法
1.2.1試驗準備首先將100kg自然干燥的油茶果殼原料粉碎成粒度為2 mm的顆粒，然后測定其含水率（實際測得含水率為12.5%）。將試驗原料分成兩等份，根據試驗需要進行調濕處理，使含水率分別為13%、15%，加水量通過公式。秸稈顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料如下：
(1)計算得到；調濕后測得原料的實際含水率分別為13. 2%、15.1%。密封2h后進行預試驗，結果表明：調濕后含水率為13.2%的物料并未成型，而含水率為15. 1%的物料能成型，但成型率非常低。初步分析認為：含水率為13.2%的物料未成型的原因是由于物料含水率過低導致的。式中：m水為需要加的水量，kg；G為原料的原始重量，kg;P為需要調至的含水率，%。
在上述預試驗的基礎上，筆者將粉碎成粒度2 mm、重200 kg的細小顆粒分成4等份，分別做調濕處理，將其含水率分別調至試驗所需值，再密封備用。由于物料水分過高時，成型顆粒出模時容易松散或者不成型，因此本試驗的原料含水率控制在16%~ 24%。在試驗中，每測完一組含水率即換一次篩網，并重復上述原料粉碎及調濕過程，進行后續試驗。
本試驗參照CEN/TS 14778 - 1-2005《Solid biofuels -sampling - methods for sampling》進行取樣，測量并記錄相關試驗數據。
1.2.2試驗設計本試驗采用的是冷態壓縮成型工藝。該工藝不需要外部加熱，其成型機理是在一定壓力和原料含水率條件下，靠物料擠壓成型時所產生的摩擦熱使物料中的木質素軟化和黏合，進而致密成型。在生物質原料壓縮成顆粒的過程中，除了受粒子的物理特性和制粒過程中變量（即壓力、溫度）的影響外，還受原料的種類、含水率、粉碎后粒子大小等的影響。依據生物質冷態壓縮成型的機理及各主要因素對成型過程影響的大小，本試驗選取原料含水率、粒徑大小2個主要影響壓縮成型的因素作為研究探討的對象，考察它們對顆粒成型率、成型機噸料電耗及顆粒燃料密度的影響規律。本試驗選取含水率分別為16%、18%、20%、22qo、24%(經調濕后原料含水率分別為16. 20/0、18. 1%、19. 90/0、22.2%、23.8%)的原料，在篩孔直徑分別為2、4、6、8 mm（即原料粒度分別為2、4、6、8 mm）的條件下進行單因素試驗。
2、結果與分析
原料含水率、粒度與顆粒燃料各指標的關系見表1。
2.1對顆粒燃料密度的影響
Mani等研究發現，原料含水率、粒度對生物質顆粒燃料的密度有明顯影響；Wamukonya等研究表明，當壓力不變且含水量在要求范圍內時，隨著含水量的升高，原料的壓縮密度可達到最大值。由表1可以看出，原料的含水率及粒度對顆粒燃料密度的影響較大。在同一篩孔直徑下，隨著含水率的增加，顆粒燃料密度呈現先增加后降低的趨勢，當含水率為18.1%時，顆粒燃料密度最大。原因可能是物料在壓縮過程中，適當的含水量能夠起到傳遞壓輥壓力和潤滑的作用，從而能輔助粒子的互相填充以及促進原料成型，并且在壓縮過程中不會產生過多的蒸汽，因而壓縮成型后的燃料不會變成松散的狀態。此外，在適當含水率范圍內的原料密度也會逐漸增大。如果水分過高，壓縮過程中所產生的高溫會使物料中的水分蒸發而產生過多的蒸汽，這些蒸汽不斷從顆粒燃料中溢出，就會導致壓縮成型后的燃料變得很松散，因此密度也就隨之下降。
由表1還可以看出，在同一含水率條件下，顆粒燃料密度隨著粒度的增加而降低，當粒度大于4mm時，下降的幅度變大。含水率為18.1%、粒度為2 mm時顆粒燃料密度最大，為1.12 g/cm3。有關學者在對不同粒度原料進行壓縮成型試驗時發現，在相同的壓力及其他試驗條件下，原料的粒徑越小則越容易成型，且顆粒燃料密度隨著粒度的減小而增大。但是粒度不是越小越好，一方面，從整個成型系統的效率來看，隨著粒度的減小，原料的粉碎效率會急劇下降，因而粉碎電耗會急劇上升，系統效率就會隨之下降。另一方面，在相同的含水率條件下，當原料粒度小到一定程度時，其成型的燃料密度的增加幅度不大，這與Lindley等的研究結果基本相符。因此考慮到整個成型系統的效率及綜合能耗，應盡量選擇較大孔徑的篩網，從而選擇較大的原料粒度。
2.2對顆粒成型率的影響
表1可以看出，在同一粒度下，顆粒成型率隨原料含水率的增加呈現先增加后降低的趨勢，當原料含水率為18.1%。時，顆粒成型率達到最大，為89.2%。在粒度為8mm、原料含水率從18.1%增加到23. 8%的過程中，顆粒成型率下降了69%。分析其原因可能是適當的含水量對木質素的軟化、塑化有促進作用，從而有利于原料的成型。盛奎川等在研究成型燃料成型機理時發現，當含水率過高時，粒子在垂直于最大主應力方向上能夠充分延展，粒子之間能夠嚙合，但由于原料含水量較多，壓縮時被擠出后分布于粒子層之間，使得粒子層間不能緊密貼合，因而造成原料不易成型。此外原料水分過高還會造成機器卡死的現象，而含水率過低則會使粒子得不到充分的延展，粒子之間不能夠緊密結合，也不易成型。
由表1還可以看出，在同一含水率條件下，隨著粒度的增加，原料成型率在不斷下降，當孔徑大于4mm時，下降的幅度越來越大。含水率為18.1%、粒度為2mm時的成型率達到最大，為89.2%。分析原因可能是在壓力作用下，原料的粒度越小，粒子之間越容易發生緊密充填、嵌合，使得顆粒之間分子的吸引力顯著增強并占據優勢，顆粒黏結力增大，有利于成型。
試驗結果表明，原料含水率對成型率的影響尤為顯著，含水率過高或過低均不利于原料成型，只有將含水率控制在一定的范圍內，成型過程才能正常進行。
2.3對噸料能耗的影響
由表1可以看出，在同一篩孔直徑下，噸料能耗隨著原料含水率的升高呈現先下降后上升的趨勢，當原料含水率為18.1%時，能耗最低。分析其原因可能是因為適當的含水量不但有利于原料的成型，還能起到潤滑作用，從而減少物料與模具內壁的摩擦，降低了能耗。如果原料含水率過高，壓縮過程中的水分被擠壓分布于粒子層間，則會增加物料與模具內壁之間的摩擦，從而增加能量的消耗。
由表1還可以看出，在相同原料含水率條件下，噸料能耗隨著篩網孔徑的增加而增加。當篩網孔徑大于4mm時，噸料能耗增加的幅度較大。出現這種現象可能因為原料粒度越小，在壓力作用下粒子之間越容易發生緊密充填、嵌合，使得制粒機的單位產量平均能耗就越小。基于以上分析可知，隨著原料粒度的增大，成型率會不斷下降，導致成型過程中大量的粉料需要繼續成型，因此降低了顆粒燃料的產量，增加了能耗。
由本研究對原料含水率、粒度對顆粒燃料密度、成型率及噸料電耗的影響分析得出：18.1%的含水率、4mm的篩網孔徑為本試驗的最佳成型條件。
3、結論
原料含水率是影響生物質壓縮成型的重要因素，只有將原料的含水率控制在一定的范圍內才能保證整個壓縮成型過程的順利進行。本試驗結果顯示：當原料含水率在15.1%～23.8%時，原料都能部分成型，說明平模制粒機對原料水分的適應性較強，本成型試驗的最佳含水率為18.1%。
粉碎后原料的粒度是影響生物質壓縮成型的另一大因素。試驗表明，在相同的含水率條件下，隨著原料粒度的減小，顆粒燃料密度、成型率在不斷增加，成型機的噸料能耗在不斷減��；此外，隨著原料粒度的減小，粉碎效率會急劇下降，粉碎能耗會急劇升高，因此本試驗的最佳粒度為4mm。
基于本研究中原料含水率、粒度對成型率、噸料能耗的影響分析，可以得出結論：原料含水率對成型率的影響大于原料粒度；而原料粒度對制粒過程中能耗的影響卻較原料含水率大。
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