生物質能的利用技術主要有生物質熱裂解氣化技術、生物質熱裂解液化技術、沼氣技術、和生物質固化成型技術等。其中，固化成型技術生產的生物質燃料顆粒，可用于工業燃料、電廠發電和農村居民做飯取暖等領域，在瑞典等歐洲國家已得到廣泛應用。據統計，2005年，世界生物質固體成型燃料的產量已突破420萬噸。我國對生物質固化成型技術的研究始于20世紀80年代，在生物質螺旋擠壓成型、活塞壓縮成型和制粒機擠壓成型等方面都有所突破。平模制粒機加工生物質顆粒是固化成型技術的一種，近幾年在生物質制粒產業的發展過程中，平模機以其堅固耐用、原料適應性強等優點逐漸取得生產者的青睞，本文將就平模制粒機加工生物質顆粒的工作原理，生物質原料的成型機理，平模機加工生物質顆粒的工藝以及特點等方面進行介紹和討論。
平模制粒機的工作過程與顆粒成型機理
Figure 1 Flat die pellet mill
按執行部件的運動狀態分，平模制粒機有動輥式、動模式、模輥雙動式三種，后兩種常見于小型平模制粒機，較大機型一般用動輥式。按磨輥的形狀分，又可以分為錐輥式和直輥式兩種。直輥動輥式平模制粒機工作原理如圖1所示：電動機通過減速箱驅動主軸，主軸帶動磨輥，磨輥繞主軸公轉的同時也繞磨輥軸自轉。加工顆粒時，生物質原料被送入平模機的喂料室，在分料器和刮板的共同作用下均勻地鋪在平模上，主軸帶動的壓輥連續不斷地滾過料層，將物料擠壓進入模孔，物料在模孔中經歷成型、保型等過程，一定時間后以圓柱狀態被擠出，旋轉的切刀將物料切斷，形成顆粒，由掃料板將顆粒送出。
Figure 2 The process of pelletization
生物質原料主要含有纖維素、半纖維素和木質素等物質，其平模機模輥間的成型機理如下（見圖2）：供料區內的物料在重力作用下緊貼在平模上，當壓輥向前滾動，物料進入變形壓緊區，這時因受到擠壓，原料粒子不斷進入粒子間的空隙內，間隙中的空氣被排出，粒子間的相互位置不斷更新，粒子間所有較大的空隙逐漸都被能進入的粒子占據。隨著壓輥繼續滾動，被壓實的原料進入擠壓成型區，部分楔形區、模孔的錐孔部分和前半部分都屬于擠壓成型區，該區內，壓力繼續增加，粒子本身發生變形和塑性流動，在垂直于最大主應力的方向被延展，并繼續充填周圍較小的空隙，由于壓輥和物料間的摩擦作用加劇而產生大量熱量，導致原料中含有的木質素軟化，粘合力增加，軟化的木質素和生物質中固有的纖維素聯合作用，使生物質逐漸成形，這時部分殘余應力貯存于成型塊內部，粒子結合牢固但不甚穩定。成型塊在擠壓作用下進入模孔的保型段，在該段不利于形狀保持的殘余應力被消除，顆粒被定型。
工藝過程與試驗
平模機加工生物質顆粒基本工藝過程如圖3所示，生物質原料經過破碎和粉碎后進入干燥環節。水分合適的物料經混合調質后進入平模機制粒。從制粒機出來的顆粒經過冷卻和篩分，得到成品，然后包裝或者散裝出廠。
Figure 3 the manufacturing processes of biomass fuel pellets
生物質制粒的基本工藝步驟大體類似，然而由于原料的物性不同、成型機的工作原理不同，具體的工藝過程還是有所區別，對平模機制粒的關鍵工藝步驟具體介紹如下：
粉碎環節,平模機制粒時，原料粒徑越小，粒子之間越容易互相充填、嵌合，因此制粒機的單位產量平均能耗就越小，平模和壓輥等易損件的磨損速度也較慢，制成顆粒的抗滲水性和硬度等指標也越高，然而一味追求粒徑的減小會使粉碎環節的能耗驟升，因此應當在滿足平模制粒機加工要求的前提下，使粒徑盡量大些。事實上，能夠壓制大粒徑的原料是平模機的優勢之一，一般對作物秸稈等原料，其最大顆粒外形尺寸要求小于2×2×30mm，而對于木質原料，則要求更嚴格一些。
干燥環節,干燥的主要目的是調節原料的含水率，使其穩定均一，適合制粒機加工，在制粒成型過程中，合適的水分一方面能夠傳遞壓輥的壓力，另一方面能起到潤滑劑的作用，輔助粒子互相填充，從而促進原料成型。但是含水率過大時，水分容易在顆粒之間形成隔離層，使得層間無法緊密結合，擠出的顆粒容易膨脹散開，不能成型，因此控制合適的原料含水率在加工過程中尤為重要。一般從自然界中收集的生物質原料含水率大部分分布在20-40%之間，高的能達到55%，平模制粒機加工生物質原料時，要求原料的水分在10-14%之間，當加工玉米秸稈一類含糖較多的原料時含水量可允許稍高。常規的干燥工藝一般用帶式干燥器、滾筒干燥器、廂式干燥器等設備進行，然而不得不承認這一環節會耗費掉可觀的能量。筆者認為，如今太陽能干燥技術已較為成熟，完全可以用太陽能溫室配備以翻拋設備對生物質原料進行除濕，一般生物質原料的干燥，要求溫度水平較低，大約在40－70℃之間，這正好與太陽能利用領域中的低溫利用相適應，與傳統干燥工藝相比，可以大量節省常規能源，降低固定投資，經濟效益顯著。
制粒環節，干燥好的物料進入制粒環節，可以不用調質處理，直接加工。有條件的生產廠家可選配自動控制系統和模輥自動調隙裝置。自動控制系統根據主機電流的變化調節喂料電機的變頻器，從而實時調節喂料量，這能有效的避免堵機現象的發生。模輥自動調隙裝置能采集模輥間隙數據，通過反饋、對比來控制液壓系統，使間隙與設定值相一致，并能在生產過程中隨時變化。一般而言，啟動階段，磨輥間隙應當盡量小些，這可以減小啟動力矩，降低電機負荷。進入穩態工作后，磨輥間隙應當稍大，這可以增大壓縮行程，得到堅硬光滑的顆粒。可以將間隙隨時間變化的設置輸入控制系統，啟動后，機器可以自動調節模輥間隙。壓輥和平模都是易磨損件，需要定期更換，壓輥的服役期可以稍長一點，但最好能夠和平模一起更換。一般，平模可以工作800-2000小時不等，這要視零件的材質和加工工藝而定。 (責任編輯：wzxny)
