生物质颗粒技术

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生物质颗粒技术范文第1篇

无人值守无线传感器网络（UWSN）通常部署在环境恶劣或敌对环境中，在静态汇聚节点（或基站）部署困难的情况下，感知节点无法完成感知信息的实时汇聚传输，需暂时维持感知数据的生存状态。为了增强数据生存的概率，提高感知数据的抗损坏、擦除和篡改能力，重点研究无人值守无线传感器网络中的数据加密生存问题，提出了一种基于中国剩余定理（CRT）多等级秘密共享的可靠数据生存方案。基于网络中节点的信誉模型，设计了节点权重密钥存储机制，增强了数据加密密钥分割存储的有效性，并结合基于中国剩余定理的秘密共享机制，提升了原有数据加密分发和恢复过程的效率。此外，还讨论了基于中国剩余定理的秘密共享方案具有的良好同态性质，并依此设计了子密钥组合运算方案，提高了数据加密生存方案中子密钥运算的安全性，进一步确保了数据生存方案的安全、可靠。

关键词：

无人值守无线传感器网络；数据生存；中国剩余定理；权重门限秘密共享；同态性质；信誉模型

0引言

无人值守无线传感器网络（Unattended Wireless Sensor Network，UWSN）已被广泛用以感知并收集数据。在环境监测以及军事战争等领域，传感器节点往往部署于环境恶劣甚至敌对的环境中，通常表现为节点易遭损坏、俘获，失效概率高。在诸如灾害和战争监测等实际应用中，因感知节点失效和损坏而由此导致的数据损失问题后果将非常严重，因此研究此类条件下的数据生存显得非常必要。

一般情况下，计算和存储能力都较强的基站将充当汇聚节点，实时收集感知数据。在此情况下，感知节点能将感知数据及时聚合传递给基站。然而，在一些偏远的沙漠、高原、战场等恶劣敌对数据采集环境中，在静态汇聚节点部署困难且考虑安全性的情况下，感知节点并不能实时地与汇聚节点或基站进行通信，无法实时地完成感知数据的汇聚传输任务，在汇聚传输条件未得到满足时，感知节点需自我负责维持数据的有效生存状态，直至条件满足后将数据汇聚至上层节点或基站。这样的网络常被称为无人值守传感器网络。显然，在恶劣的环境中，在感知数据汇聚传输成功之前，数据生存将受到节点电源耗尽、自然灾害以及敌手破坏等问题挑战，感知数据将可能遭到更改、擦除等损害。数据生存问题即研究保证感知数据尽可能长时间保持完整、可恢复，并随后进行良好传输汇聚。

文献[1]第一次提出了数据生存问题，在文献[2]中，Ma等进一步将攻击者分为三类：数据隐私攻击，数据删除攻击和伪造、篡改数据攻击。文献[3-4]中提出了基于数据复制的数据生存方案，但对于副本创建后的分发策略缺乏有效讨论。文献[5]提出了一种基于随机数据复制的数据生存方案，当节点从邻居节点接收到数据时，分别以概率p、q进行存储或者转发操作（p、q相互独立）。然而，上述基于数据复制的方案均依赖于数据副本的直接全复制，副本的存储、分发过程需消耗较大的网络和节点资源，且无法防止伪造、篡改攻击。文献[6-7]中针对上述的伪造、篡改攻击设计了基于加密和门限密码机制的数据生存方案，方案中将感知数据加密并将密文分组添加纠错码，确保了数据的隐私和容错性，然后利用门限密码机制将加密密钥进行分割并分布式存储到其余多个节点中，攻击者必须俘获门限数目的节点方可重组加密密钥，因此数据的安全性得到了保障。

然而，文献[7]中将密钥和加密纠错密文随机选择节点进行存储，未对实际网络中的节点运行情况进行考量。文献[6]中方案考虑了攻击者俘获节点的局部性特征，将子密钥进行分散分布，根据子密钥分量的重要性选择分发节点的跳数，方案开销较大。此外，最为重要的是，文献[6-7]中方案均未考虑如下情形，若节点处于攻击环境或不利状况（能量或存储空间不足），子密钥和分组密文分发存储将毫无意义，方案的安全和可靠性将受到影响，同时也将造成收发节点的额外能耗及网络性能恶化。此外，上述已有方案均采用了基于Shamir的秘密共享机制[8]，指数运算效率较低，对节点的计算能力要求较高。因此，本文提出的方案将针对上述问题进行重点研究，完善现有数据生存方案。

5结语

本文重点研究无人值守无线传感器网络中的数据加密生存问题，提出了一种基于中国剩余定理多等级秘密共享的可靠数据生存方案。通过构建网络中节点的信誉度模型，增强了数据加密密钥分割存储的有效性，并结合基于中国剩余定理的多等级秘密共享机制，提升了原有数据加密分发、恢复过程的效率。此外，本文还讨论了基于中国剩余定理的秘密共享方案具有的良好同态性质，并依此设计了子密钥组合运算方案，提高了数据加密生存方案中子密钥运算的安全性，进一步确保了数据生存方案的安全、可靠。

参考文献：

[1]

DI PIETRO R， MANCINI L V， SORIENTE C， et al. Catch me （if you can）： data survival in unattended sensor networks [C]// The Sixth Annual IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications. Washington， DC： IEEE Computer Society， 2008： 185-194.

[2]

MA D， SORIENTE C， TSUDIK G. New adversary and new threats： security in unattended sensor networks [J]. IEEE Network， 2009， 23（2）：43-48.

生物质颗粒技术范文第2篇

关键词：生物技术前沿；考评方法；改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）37-0260-02

一、引言

在高校教学工作中，考试是教学活动的一个重要环节，通过教育评价和考核反馈，促进学生综合能力和创新能力的提高，与学校教学质量、人才的素质和能力培养密切相关[1]。现代生物技术是以现代生物学研究成果为基础，以基因工程为核心、将生命科学与工程技术有机结合的一门新兴的综合性学科，被誉为21世纪高科技革命的核心生产力。普及现代科学技术知识是培养造就高素质人才群体的基础条件，为适应当前发展趋势，我校生命学院为生物技术专业学生专门开设了《生物技术前沿》课程。该课程涉及领域宽，涵盖范围广，由基因工程、发酵工程、细胞工程和酶工程等内容组成，是自然学科中最重要的一门基础课程，对学生的知识、能力和素质培养具有直接和长远的影响。

随着现代生物技术的快速发展，新理论、新技术的出现日新月异，尽管教学内容和教学方法不断更新与完善，但现行课程考试制度还存在着如考试方法单一、重结果轻过程等诸多问题，不能全面考核学生的知识掌握能力，不适应创新型教育的需要，严重影响了教学质量的提高。因此，围绕学校人才培养目标和课程建设的总要求，结合我院的学科特点，以素质和能力为导向，在《生物技术前沿》课程教学方法改革的基础上，对课程考核方式进行了深入的探索与研究，并将新的方式方法运用到教学实践中，推进素质教育，提高教学质量。

二、《生物技术前沿》课程传统考核方式存在问题

1.考试结果的局限性。考试的目的之一是能全面充分地发挥其反馈功能，包括学生对教师教学效果和教学质量的反馈，也有教师及时发现问题，重点教授、解惑的回应。以教师和教材为中心的传统教学过程考核往往是比较注重结果，而对学习过程却没有足够重视，整个考核过程比较注重对知识点的掌握与理解，仅通过一份理论试卷来对学生的学习成绩及课程内容掌握程度作为反馈，从学生的答题中反映出来的教学效果及学生知识应用能力的分析具有局限性，不能全面客观评价学生的综合能力和专业素质。《生物技术前沿》课程是一门前沿学科，在课堂教学中除了要求学生掌握基础理论知识外，还引导学生通过查询国内外最新文献学习生物技术领域出现的新知识和新理论，拓宽知识面。如果采用常规的期末笔试考试，只能反映学生对基本知识和技能的掌握，抑制了学生的个性化发展的需求和创造力的培养，不适应人才培养模式的需要。

2.考试内容与考试形式的片面性。《生物技术前沿》课程涵盖内容多，知识点广，课程考试通常安排在每个学期末进行，期末成绩占80%，平时成绩仅占20%，课程考试主要以任课教师出题为主，而考试内容侧重于课外教材与课堂笔记，局限了学生学习的范围，容易造成学生死记硬背，学习兴趣降低，不利于培养学生独立思考能力和灵活运用知识的能力。课程期末考试形式单一，实行100分的满分制，考题通常为名词解释、填空、选择、简答题等常规题型，且客观题所占比例较大，而综合性思考题、分析论述题等主观性试题较少，试卷容量时间有局限性，学生成绩的优劣主要取决于期末考试成绩。常规考试的检测很大程度上限制了学生对课程知识掌握程度的有效反馈，不能全面、客观、准确地反映完整的教学过程，也间接影响了课程课堂教学质量的提高。

三、《生物技术前沿》课程考核评价体系的改革与初探

一个科学的课程考核评价体系能全面反映学生理论知识的掌握程度、专业综合能力以及专业素质等方面，并将这些反馈信息即时融于教学过程中，促进课堂教学质量的提高。因此，我们根据《生物技术前沿》这门专业课程的特点，结合我院生物技术专业本科生的培养方向，以能力与素质的培养为导向，在教学大纲范围内制定新型的课程考核评价体系，并进行了初步尝试，得到了很好的反馈效果。

1.明确考试目标，树立科学的考试观念。更新考试观念是考试制度改革的前提，科学的考试观是从“人”出发，着重强调人素质的全面协调发展。考试目的不仅是为了让学生掌握所学的知识，而是更强调通过考试的形式让学生学会学习，增强学生掌握知识的能力。因此，我们在《生物技术前沿》课程开课之初，让师生明确考试目标，树立考试不是为了获得学期成绩，而是作为前期学习效果的总结；不是一门课程的教学结束，而是对课程教学的一种互动等新的科学的考试观念。在教学过程中积极改进课堂教学模式，激发学生的学习兴趣，将被动学习变为主动学习，提高教学效率。以客观有效的考核形式来促进教学质量的提高，而良好的教学效果又完善了考核评价体系。

2.更新考试内容，适应素质教育的要求。《生物技术前沿》是我院为生物技术专业学生开设的专业基础课程，涉及领域宽，包括生物化学、分子生物学、微生物学、遗传学及细胞生物学等多门课程；涵盖范围广，由基因工程、发酵工程、细胞工程和酶工程等内容组成，对学生掌握知识能力的要求较高。由于现代生物技术发展迅速，课程内容更新较快。开放性、个性化的考试设计不仅对教师有更高的要求，对课程内容有熟练的掌握并有深入研究，同时，考试内容应还以学生的个性特长发挥，给学生较大的选择空间，引导学生全面发展。

我们结合本学院生物学科的具体情况，以培养和发展学生综合素质，考察创新能力为原则，从考试内容与命题等方面进行新的探索与研究。考试内容改革要突出前沿性与开放性，考试内容除了课程的基本理论知识与技能外，还包括对学生创新能力与分析、解决问题的综合能力的测试。如在考试中我们尝试采用“谈谈现代生物技术对社会经济发展产生怎样的作用”等开放式试题，答案开放，无标准答案，学生可根据自己对生物技术的理解程度，充分发挥主观能动性。同时，我们提高过程成绩的比重，占总成绩的40%，包括学生平时的课堂纪律、出勤次数、学习态度、课堂作业的完成、相互合作能力以及实验室操作规范的掌握程度等。如，引导学生养成课后查阅专业领域最新文献的习惯，把一些前沿性知识用PPT在课堂讲授，并相互提问展开讨论，这种学习兼考核的方式极大地提高了学生的学习兴趣与积极性。

我们在过程考核中发现学生掌握知识能力有一定的差异，有的学生学习能力强，基础知识扎实，知识面渊博，答题有深度；而有的学生的知识则相对薄弱，我们以人为本，结合每个学生自身的特点进行辅导，同时根据学生学习进度不断完善课堂教学内容与教学方式，极大地促进了班级教学质量的提高，在学生中反响很好。

3.丰富考试形式，注重过程学习。现代生物技术是一门新兴的综合性学科，《生物技术前沿》课程选择科学、合理的考试方式。本课程采用闭卷与开卷考试相结合的方式，建立以学生主动学习为目的的整体客观评价体系，将理论知识与实践相结合、学习过程与结果评价相结合、自我评价与教师考核相结合，丰富考核形式。如，让学生通过查阅国内外文献，深入分析现代生物技术对社会与经济发展的影响，并撰写专题论文，文章格式按照统一要求，在强调自主性的同时培养学生检索资料的能力；让学生任选其感兴趣的一种前沿技术，采用多媒体形式在课堂上互动交流，主要考察学生对所学知识的掌握和理解程度；改变期末一次性考试方式，将课程考试分阶段进行。在每章结束后均布置作业或思考题，注重学习的过程化；将课堂教学与实践教学相结合，让学生走进实验室考察其动手能力。在单一的笔试考核基础上，丰富多种考核方式，充分调动了学生学习过程的主动性，提高了专业课程教学质量，使学生的积极性和创新精神得到发挥，潜在的学习能力得到激发。

4.完善考分评价体系，培养学生综合能力。我们树立现代教育观、人才观和考试观，不能把考试分数作为衡量教学效果的唯一标准，不能单纯以课程和教材知识的难度、深度和考试的分数来衡量学生的学业成绩，以拓宽知识、培养能力、提高素质为最终目标。

在新型考核体系构建中，我们尝试改变以往单一的评分标准，实现人性化的评分标准。评价的核心以学生主动学习、创造和综合能力的培养为主。评分标准的人性化使得学生在考试过程中成为一个与教师平等对话的个体，为独立思考和创新能力的体现提供了一个自由的空间。在进行评价时应把学生是否积极、自主参与课堂教学过程，是否独立思考、创造性的解决问题，是否有效开展合作学习等作为主要指标内容。改革评分方式、淡化分数，实行实质性评价，实现考试评价标准的科学化。突出人性化的评分标准，区别与以往单一性的评分标准，如学生根据教材内容或课堂笔记完成的答案不能获得满分；而通过自己的研究或者查阅文献总结，得出有创意合理的答案可以获得高分，从而激发学生的学习兴趣，促进综合能力的提高。评分标准的人性化使得学生在考试过程中成为一个与教师平等对话的个体，为独立思考和创新能力的体现提供了一个自由的空间。

四、结语

我们在《生物技术前沿》课程考试中采用新建的综合考评体系，学生学习的主动性有显著的提高，课堂气氛活跃，课堂教学效果显著提高，学生能全面掌握和运用所学的知识及技能去分析问题、解决问题，真正达到教、学、考三者的和谐统一。因此，建立一个科学、公平，有导向性，可操作性的课程考核评价体系，对提高教学质量、引导学生掌握正确学习方法具有重要的意义。

参考文献：

生物质颗粒技术范文第3篇

我国生物质资源(农作物秸秆)丰富，但利用率不高。为了高效利用生物质资源，本文就生物质成型燃料的加工技术与装备进行初步研究，以探讨综合利用生物质资源的技术途径。

一、影响生物质成型燃料加工装备性能的因素分析

1、生物质原料的来源与特点

我国是农业大国，农林废弃物资源十分丰富。我国每年总量约有7亿吨的农作物秸秆，另外，我国每年还有大量的林业采伐和林木制品加工厂产生的废弃物。如枝桠、小径木、板片、木屑等，总量也近1亿吨。生物质成型燃料。是以枝条、树皮、秸秆等农林剩余物为原料。这些原料具有来源广泛、分散、种类多、质地不统一等特点。决定了成型燃料加工技术与装备的设计必须做到满足原料来源的广泛性、多样性和方便灵活性。

2、生物质成型燃料的特点要求与使用对象

生物质成型燃料是将生物质原料经过粉碎、调质等处理，在高压条件下，压缩成颗粒状且质地坚实的成型物，除应具有比重大、便于贮存和运输、着火易、燃烧性能好、热效率高(是直接燃烧的5倍以上)的优点外。还应具有灰分小、燃烧时几乎不产生SO2、不会造成环境污染等优点。可作为工业锅炉、住宅区供热、农业暖房及户用炊事、取暖的燃料。成型燃料的这些特点。决定了成型燃料加工技术与装备的设计必须在充分考虑生物质原料特点的基础上，保证生物质原料的粉碎细度达到成型的要求，燃料成型的密度、成型设备的有关模板、模孔、压辊等成型关键部件，在尽可能满足吨料加工能耗较少，加工关键设备使用寿命较长，加工的成型燃料性能具有较好的燃烧性能的要求下，应具有实用性、适应性和经济性。

3、生物质成型燃料加工技术与设备的国内外现状

成型燃料有颗粒状和棒状两大类。根据成型主要工艺特征的差别，国内外生产生物质压缩燃料的工艺大致可划分为湿压(冷压)成型、热压成型、碳化成型等3种。按成型加压的方法不同来区分，技术较为成熟、应用较多的成型燃料加工机有辊模挤压式(包括环模式和平模式)、活塞冲压式(包括机械式、液压式)、螺旋挤压式等三种机型，其中辊模挤压式成型机采用的是湿压(冷压)成型工艺，活塞冲压式、螺旋挤压式成型机都采用的是热压成型工艺。

国外开发工作始于20世纪40年代。1948年日本申报了利用木屑为原料采用螺旋挤压方法生产棒状成型燃料的第1个专利，60年代成立了成型燃料行业协会。70年代初，美国研究开发了环模挤压式颗粒成型机，并在国内形成大量生产。瑞士、瑞典、西欧等发达国家都先后开发研究了冲压式成型机、辊模挤压式颗粒成型机。其中已有120多年历史的世界著名饲料机械生产企业――德国卡尔公司(Kahl)生产的动辊式平模制粒机，不仅能生产中低密度的颗粒饲料，而且还能生产较优高密度的颗粒燃料，成品产量大、能耗低而且质量好，在欧洲和东南亚国家使用较为广泛。在最早开发螺旋挤压成型燃料生产技术的日本也有采用环模颗粒成型机加工木屑成型燃料的大型生产企业。如今，固化成型燃烧在日本、欧、美等地已经商品化，在丹麦的一座叫阿文多的发电厂，还利用木屑压缩颗粒来发电。1985年日本平均每户家庭消耗成型燃料达750kg。1985年美国生产成型燃料达200万t以上。

我国从20世纪80年代中期起开始了成型燃料的开发研究，一方面组织科技攻关，另一方面，引进国外先进机型。经消化、吸收，研制出各种类型的适合我国国情的生物质压缩成型机。用以生产棒状、块状或颗粒生物质成型燃料。全国现有生物质压缩成型厂35个。生物质成型燃料的种类按其密度分为中密度(800―1100Kg/m3)和高密度(1100―1400kg／m3)二种，前者适宜于家庭炉灶或小型锅炉用，也可满足自动炉排机械加料的大型锅炉用，后者更适于进一步加工成为炭化产品。

国内主要的几种成型燃料生产技术的现状分述如下：

1)螺旋挤压技术

螺旋挤压成型技术是目前生产生物质成型燃料最常采用的技术，尤其是以机制炭为最终产品的用户，大都选用螺旋挤压成型机。

1990年中国林科院林产化学工业研究所与江苏省东海粮食机械厂合作，完成了国家“七五”攻关项目――木质棒状(螺旋挤压)成型机的开发研究工作，并建立了1000t／年棒状成型燃料生产线；1 993年前后，中国大陆的一部分企业和省农村能源办公室从日本、中国台湾、比利时、美国引进了近20条生物质压缩成型生产线，基本上都采用螺旋挤压式，以锯木屑为原料，生产“炭化”燃料。棒状成型燃料的形状为直径50*10-3m2左右、长度450*10-3m2左右，横截面为圆形或六角形，每根重约1Kg，用于蒸发量≤1000kg／h工业锅炉或民用炉灶。

国内现已有包括陕西武功县轻工机械厂、河南省巩义合英实业公司等在内的近十家厂家生产此种类型的设备。

螺旋挤压成型机的优点是：

①成品密度高。以木屑、稻壳、麦草等为原料，国内生产的几种螺旋挤压成型机加工的成型棒料的密度都在1100～1400Kg／m3。

②成品质量好、热值高，更适合再加工成为炭化燃料。

螺旋挤压成型机的缺点是：

①产量低，目前国产设备的最高台时产量不到150Kg／h，距离规模化生产的产量要求相差较大。

②能耗高，粉料在螺旋挤压成型前先要经过电加温预热，挤压成型过程的吨料电耗就在90Kwh／t以上。

③易损件寿命短，国产设备主要工作部件――螺杆的最高寿命不超过500h，距离国际先进水平1000h以上还有不小的差距。

④原料要求苛刻。螺旋挤压成型机采用连续挤压，成型温度通常调整在220～280℃之间，为了避免成型过程中原料水分的快速汽化造成成型块的开裂和“放炮”现象发生，一般要将原料含水率控制在8～12％之间，所以对有的物料要进行预干燥处理，增加了加工成本。这一点，对于移动式的成型燃料加工系统来说也许是一个致命伤，因为与旋挤压成型工艺相衔接还需有配套的烘干机。

2)活塞冲压技术

这种设备的优点是成型密度较大，允许物料水分高达20％左右，但因为是油缸往复运动，间歇成型，生产 率不高，产品质量不太稳定，不适宜炭化。活塞式的成型模腔容易磨损，一般100h要修一次，有的含SO2少的生物质材料可维持300h。

另据报道，2003年，河南农业大学承担完成了科技部研究项目“秸秆压块成型燃料产业化生产的可行性研究”，开发了HPB―m2型液压驱动式秸秆成型机，采用活塞套筒双向挤压间歇成型。生产率：400kg／h；吨料成型电耗：60Kwh／t左右。

另外北京三升集团研发了机械传动、活塞挤压成型技术，在工业化生产中密度饲料块的同时，还生产高密度(>900Kg／m3)的燃料块。

3)辊模挤压技术

生物质颗粒燃料的辊模挤压成型技术是在颗粒粒饲料生产技术基础上发展起来的。二者的主要区别在于纤维性物料含量的多少和成型密度的高低。用辊模挤压式成型机生产颗粒成型燃料一般不需要外部加热，依靠物料挤压成型时所产生的摩擦热，即可使物料软化和黏合。对原料的含水率要求较宽。一般在10％～40％之间均能成型。其最佳水份成型条件为18％左右，相比于螺旋挤压和活塞；中压而言，辊模挤压成型法对物料的适应性最好。因此。国内一些生产秸秆颗粒饲料的企业在生产颗粒饲料的同时也生产颗粒燃料，以提高设备的利用率。

以国内知名饲料机械生产企业――江苏正昌集团为代表的我国饲料机械业界，目前在环模制粒机和平模制粒机的设计、制造方面，已积累了丰富的经验，某些方面已达到世界先进水平。在生物质颗粒成型燃料加工机械的研发方面也进行了多年的探索，并取得了可喜的成绩。

4)环模挤压成型技术

1994～1998年，江苏正昌集团公司联合中国林科院林产化学工业研究所承担了国家林业局下达的项目“林业剩余物制造颗粒成型燃料技术研究”。该项目以江苏正昌集团公司生产的KYW32型环模式饲料颗粒成型机为基本结构，研究成功了以木屑和刨花粉为主要原料的颗粒燃料成型机，台时产量在250Kg／h左右，产品规格：直径6*10-3m2，长度为8-15*10-3m2，颗粒密度>1000Kg／m3，其热值为4800kcal／Kg左右。产品质量达到日本“全国燃料协会”公布的颗粒成型燃料标准的特级或一级。但是由于当时在材料和加工工艺等方面的原因，主要易损件环模在面对粗纤维物料时，暴露出了使用寿命短的缺陷。使用成本高，成为环模式制粒机难以在生物质成型燃料领域大面积推广的重要原因。但是，该项目的开展，为我国今后在辊模挤压成型燃料技术的发展打下了良好的基础。

5)平模挤压成型技术。由于在平模制造工艺水平和主要加工物料对象方面与国外的差距等原因，以前国内在对平模式制粒机的研究方面不够深入，国内能生产的最大平模直径只有400*10-3m2。2000年，我所承担了农业部引进国际先进农业科学技术项目(简称“948”项目)――秸秆颗粒饲料加工技术与设备的引进，在引进国际上著名的德国卡尔公司(Kahl)的38-780型大型平模式制粒机的基础上，结合我国实际，又进行了多处技术改进和创新。2003年12月，该项目通过了农业部“948”项目办公室的验收。

与其他生物质成型颗粒(块)加工技术相比。大型平模式制粒机的优点在于：

①原料适应性广。平模式制粒机压制室空间较大，可采用大直径压辊，因而能将诸如秸秆、干甜菜根、稻壳、木屑等体积粗大、纤维较长的原料强行压碎后压制成粒，对原料的粉碎度要求降低了。另外，平模式制粒机在压缩纤维性物料时，原料水分在15～25％(最佳18％左右)都能被压缩成型。大多数情况下，不需要对原料进行干煤。

②产量大。经江苏省农机鉴定站检测，SZLP-780型平模制粒机在以100％苜蓿草粉为原料时，产量可达2100kg／h。在此后进行的以木屑为原料的制粒试验时，当成型颗粒密度在1100Kg／m3时，产量达到1500Kg／h，是国内现有成型颗粒燃料加工设备所达到的最大产量。

③吨料耗电低。一方面，平模式制粒机由于压制室空间大、压辊直径大的原因，能将粒度相当大的原料制成颗粒，因而能克服环模挤压制粒机和螺旋式挤压机在这方面的局限，这就减少了物料在粉碎工段的能耗；另一方面，与环模制粒机相比，平模模孔带面积比值高，出料孔多。而且出料颗粒密度和大小比较一致。

④辊模寿命长。由于工作原理的差异，平模式制粒机压辊的线速度比环模式的低，因而辊、模的磨损比较慢。而且，平模在一侧面工作面磨损后可翻过来使用另一侧面，可以提高使用寿命。

⑤成型密度可调。压辊和压模之间的工作间隙和压力可通过液压式中央螺母调节装置使压辊同步升降，操作简单省时。既可生产中低密度的颗粒饲料，也可生产较高密度的颗粒燃料，一机多用。

但总体来看，目前，我国的生物质固化成型装备在设备的实用性、系列化、规模化上还很不足，距国际先进水平还有不小的差距。这一问题以成型机最为突出，表现在生产率低、成型能耗高、主要工作部件寿命短、机器故障率多、费用高等方面。

4、生物质成型燃料加工技术与设备的发展趋势

进入二十一世纪以来，人们愈加感觉到石化能源渐趋枯竭，在对可持续发展、保护环境和循环经济的追求中，世界开始将目光聚焦到了可再生能源与材料， “生物质经济”已经浮出水面。以生物能源和化工产品生产为主的生物质产业正在兴起，引起了世界各国政府和科学家的关注。许多国家都制定了相应的计划，如日本的“阳光计划”，美国的“能源农场”，印度的“国家战略行动”等。2005年“可再生能源法”在我国正式颁布实施，所有这些。预示着各国在包括生物质成型燃料开发在内的生物质技术领域的竞争进入一个白热化时代。

虽说生物质产业是世界发展之大势和新兴的朝阳产业，但其当前成本与价格尚难与石油基产品竞争，这一点对于成型燃料来说，表现得尤其明显。因此，以降低储运成本和压缩成型成本为目的，寻求技术上的创新、突破，成为生物质成型燃料领域最大的命题。降低颗粒燃料的吨料能耗、降低设备的使用成本。也成为本“863”项目所追求的最大目标。

在生物质固化成型技术装备研究、开发方面，国内外的发展趋势是装备生产专业化、产品生产批量扩大化、生产装备系列化和标准化。尤其在国内应在设备实用性、系列化上下功夫。不断降低成本并提高技术水平，为21世纪大规模开发利用生物质能提供必要的技术储备。

5、生物质成型燃料加工技术与设备的先进性与性价比

生物质成型燃料加工技术与设备先进程度的高低必须与其性价比有机的结合起来综合考虑。单一讲究技术 和设备的先进性，不考虑技术的投入成本和市场的接受程度，不考虑技术和设备的性能与市场接受的价格合理之比，再先进的技术在市场上如得不到应用，也得不到用户的认可，这种技术起码可以说是不完全适用的技术。生物质成型燃料加工技术与装备的先进性主要体现在以下几方面：一是理想的吨料加工耗能量；二是适度的关键部件的使用寿命；三是良好的产品结构组成；四是合理的加工工艺路线等等。因此，在研究和设计生物质成型燃料加工技术和加工设备时，要在尽可能低的吨料耗能的前提下，使得产品的结构优化与合理，在产品得到较高的使用寿命的基础上，保证产品的价格尽可能适应市场的接受程度。使生物质成型燃料加工技术与装备的先进性与产品的性价比有机结合与统一，以利于推广应用。

二、生物质成型燃料加工装备技术方案技术特征

1、技术路线和技术方案

考虑到上述一些因素，我们在研究设计时充分借鉴利用现有技术成果，并在利用国产制粒机进行成型燃料加工试验的基础上，优化创新设计，采用新结构、新材料、新工艺，研发关键部件；其系统技术方案如下所述。

(1)技术方案分析

我们研究设计的技术方案及机组总体配置示意见以下附图：

本技术方案以秸秆等农林废弃物为原料，既可将多物料联合粉碎机、粉料输送组合装置、制粒机等有机集成组装在一台拖车上，形成一个可移动的颗粒燃料加工设备系统，又可将多物料联合粉碎机、粉料输送组合装置、制粒机等有机集成组装在一个固定场所进行加工。系统各部分的设计方案说明如下：

1)多物料一次粉碎机

适应的原料包括经自然风干的玉米秆、棉秆以及麦秆、稻草等，充分考虑到了移动式成型燃料加工系统对原料应具有广泛适应性的要求特点。采用搓揉装置和锤片粉碎、筛分装置的有机组合技术，对原料进行切段粉碎复合作业。粉碎后的粉料过筛后经风管直接输送到粉料暂贮箱中输送至制粒机中；人工只要把待粉碎的原料放到加料斗里即可，大大减轻了劳动强度，并改善了劳动条件。

2)粉料输送组合装置

秸秆类生物质经粉碎后，堆密度很低，输送过程中容易结拱，使送料受阻。本装置的作用是接受由粉碎机经风管输送来的粉料，通过简易脉冲装备向制粒机内连续不断地输送粉料。

该装置将采用料仓防结拱技术，有效地避免因纤维性物料流动性差，而导致喂料不均匀情况的发生。

3)颗粒燃料制粒机

这是本技术装备的核心和关键。根据移动式作业特点考虑上述的多种因素。采用平模制粒技术方案。实施时通过试验，进一步优化设计平模制粒成型模孔，调整颗粒燃料制粒工艺，减小功率，降低主轴转速，增加辊模压力，保证得到较高密度、质量稳定的成型燃料的。

在主要工作部件(同时也是主要易损件)压辊和模具的加工方面。充分利用国内辊模制造领域技术工艺和设备方面的优势，采用新材料和新工艺，进一步提高辊模耐磨性。

4)系统集成技术

上述3部分集成装在1台拖车上，可以灵活方便地在村镇间转移。成为一个流动的加工车间，适应了农村秸秆原料既分散、季节性又强的实际作业条件。同时，可以根据不同的用户要求，也可将上述3部分集成在固定的工作场所进行作业。

本技术方案在粉碎机喂料、粉料输送、成型颗粒筛分等环节充分考虑到了自动化的有机衔接，因此，整个系统的操作工人只要有3―5名即可。

如上所述，本方案全面考虑了农村的实际条件，从有效发挥机组加工效能、减轻人工劳动强度等方面着眼，优化了系统的设计。整个加工系统总功率80KW左右，处理能力500―1000Kg／h。是可以满足课题确定的指标要求。

(2)设备投资分析

本技术方案以枝条、秸秆等农林废弃物为原料，有机集成从原料筛分、粉碎到制粒成型的工艺，形成为一个整体可移动的加工设备系统，其中从粉碎到压缩成型所需的设备投资合计约为20万元。综合分析国内外现有成型燃料加工设备的生产率和设备投资情况，本项目制的成型燃料加工设备系统有较大竞争优势。

2、生物质成型燃料加工技术与装备技术特征

(1)技术特征

1)多物料一次粉碎技术。该技术针对不同来源、不同生物质原料，采用组合粉碎转子等结构，实现多种生物质原料一次粉碎，并达到制粒成型所需的细度要求。

2)物料流量自动调节技术。该技术就是主要是根据成型机加工成型燃料的产量要求，采用简易脉冲、负压输送等机构自动调节来自于粉碎机粉碎后的生物质原料的流量，在保证成型机不发生堵塞的情况下，使输送到成型机的物料流量达到最大。

3)颗粒燃料成型技术。该技术就是将由粉碎机输送来的生物质原料。通过平面辊压和平模将原料压制成颗粒成型燃料。动力通过减速传动机构带动主轴运转，不同直径模孔的平模可以根据需要进行更换，成型燃料加工过程可以通过检查视窗口直接观察并可通过打开视窗进行维护和修理，模辊间隙和压制压力实现自动调节，确保颗粒成型燃料的密度符合规定的要求。

4)既可移动又可固定场所连续生产机组集成技术。该技术就是根据用户需要将多物料一次粉碎机和颗粒燃料成型加工机有机的集成为连续生产机组。这种机组既可安装在固定场所，也可集成在平板机车上，所需加工动力既可适用于电力。也可适用于柴油机动力机等。

(2)主要技术指标

1)成型燃料加工机组

总功率：80KW左右；生产能力：500―1000Kg／h；

可方便地整体转移作业；

2)成型燃料加工成本

农林剩余物固化成型燃料成本低于煤的价格，吨料能耗≤70KWh／t；

3)成型燃料产品性能

密度≥1g／cm3；

水分≤12％。

进料流量可调。

三、生物质成型燃料加工装备的设计与研究

1、多物料一次粉碎机的设计

多物料一次粉碎机采用同轴搓揉旋切装置和锤片式粉碎、下置式筛分装置有机组合技术。电机动力通过皮带盘驱动转子高速旋转，使秸秆通过搓揉旋切装置，搓揉旋切成3～5厘米长，再进入锤片粉碎室，经受锤片撞击剪切而粉碎。另一方面，物料与物料之间、物料与锤片之间相互摩擦进一步破碎。小于筛孔的粉体被排出粉碎室。大于筛孔的原料则继续被锤片打击、粉碎、直至通过筛孔，从而达到粉碎的目的。其结构示意如下图所示。

本粉碎机主要由：转子、机座、上下壳体、操作料斗、传动装置等五大部分组成。考虑到使用与维护的需要，设计了方便安装更换筛片和锤片的简易拆卸机构。可以方便用户使用。

多物料一次粉碎机的主要设计技术参数为：转子直径：720m2m2，主轴转速：2700rpm2一3500rpm2，锤片数量：128片，配用功率：22kw，轴承型号：NSK SN520， 吸风量：3300m3/h，产量：500～1 000Kg／h，整机重量：1200Kg，外形尺寸(m2m2)：2975×1730×1140。筛片面积(m2m2)：1120×540。

2、颗粒燃料成型机的设计

根据技术方案，成型机采用平面辊压和平模的组合结构，而这种结构按执行部件的运动状态分，有动辊式、动模式、模辊双动式三种。由于后两种仅适用于小型平模燃料成型制粒机，较大机型一般用动辊式。因此本机即采用动辊式结构。按磨辊的形状分，又可以分为锥辊式和直辊式两种。考虑到加工的工艺性本机设计为直辊式。其工作原理如下图所示。

由图可以看出，电动机通过减速箱驱动主轴，主轴带动磨辊。磨辊绕主轴公转的同时也绕磨辊轴自转。加工颗粒时，生物质原料被送入平模机的喂料室。在分料器和刮板的共同作用下均匀地铺在平模上，主轴带动的压辊连续不断地滚过料层。将物料挤压进入模孔，物料在模孔中经历成型、保型等过程。具体过程为：供料区内的物料在重力作用下紧贴在平模上，当压辊向前滚动，物料进入变形压紧区。这时因受到挤压，原料粒子不断进入粒子间的空隙内，间隙中的空气被排出，粒子间的相互位置不断更新，粒子间所有较大的空隙逐渐都被能进入的粒子占据。随着压辊继续滚动，被压实的原料进入挤压成型区，模孔的锥孔部分和前半部分都属于挤压成型区，该区内，压力继续增加。粒子本身发生变形和塑性流动，在垂直于最大主应力的方向被延展。并继续充填周围较小的空隙，由于压辊和物料间的摩擦作用加剧而产生大量热量。导致原料中含有的木质素软化。粘合力增加，软化的木质素和生物质中固有的纤维素联合作用。使生物质逐渐成形，这时部分残余应力贮存于成型块内部，粒子结合牢固但不甚稳定。成型块在挤压作用下进入模孔的保型段，在该段不利于形状保持的残余应力被消除，颗粒被定型。一定时间后以圆柱状态被挤出，旋转的切刀将物料切断，形成颗粒。由扫料板将颗粒送出。

本燃料成型机主要由：电动机、传动箱、主轴、喂科室、压辊、平模、切刀、扫料板、出料口等九大部分组成。考虑到加工密度的调节和辊模间间隙的调整，设计有液压调节机构，一是保证加工过程中的加工压力的稳定。二是保证辊模问间隙的自动调节。同时考虑到安装与维修的方便性。在制粒室周围设计有观察与调节窗口。

颗粒燃料成型机设计的主要技术参数为：平模直径：520m2m2。压辊转速：56rpm2，压辊压强：100m2pa，配用功率：45Kw，整机重量：1 500Kg，外形尺寸(m2m2)：1530×840×2047，产量：500―1000Kg／h。颗粒直径：10m2m2一20m2m2，颗粒长度：30m2m2，颗粒产品密度：≥1g／m3。

3、生物质成型颗粒燃料加工装备的集成设计

生物质成型颗粒燃料加工装备的集成设计，就是将多物料一次粉碎机和颗粒燃料成型机，通过负压简易脉冲风网系统有机的连接起来，一方面要求加工系统在加工过程中确保生物质原料的输送均匀，防止堵塞与结拱，另一方面要保证加工系统在加工过程中不会对环境造成严重污染，同时尽可能少用人工作业，减少作业劳动强度和用工量。因此。系统的集成设计成两种方案，一是直接将集成系统安装在固定场所。二是将系统集成安装在可移动的平板车上。

4、生物质成型燃料加工装备有关重要技术参数的研究结论

(1)生物质原料压缩特性

粉碎后的生物质原料(秸秆)在压缩过程中。是在一定压力下，通过秸秆的塑性变形和其本身的木质素软化固化成型的。在压缩过程中可分为3个阶段：松软阶段、过渡阶段和压紧阶段。在压力较小时，成型密度随压力的增大显著增大，但达到压紧阶段后，变化缓慢，趋于常数。一般情况下，在压力为85m2Pa时，制粒的成型效果就较好，将压力控制在85―100m2Pa范围内就可以达到较理想的成型要求。同时通过试验，探索了生物质压缩力和压缩密度的关系。确定了压缩力、压缩密度、压缩量的关系。

(2)生物质原料的特性对成型的影响

生物质原料具有流动性差、相互牵连力较大的特性，是成型喂入和压缩的瓶颈。对于不同的原料、不同的含水率、不同的粒度，压缩特性有很大的差异，并对成型过程和产品质量有很大的影响。当原料水分过高时，加热过程中产生的蒸汽不能顺利地从燃料中心孔排出，造成表面开裂，严重时产生爆鸣。但含水率太低。成型也很困难，这是因为微量水分对木素的软化、塑化有促进作用。成型原料的含水率一般在16％左右。植物秸秆易压缩，在压力作用下变形较大，压缩比在9～12之间，木屑废料较难压缩，压缩比在5～9之间。粒度小的原料轻易成型，粒度大的较难压缩。试验与研究的结果表明，生物质的特性对于解释和说明物质的机械变化过程很有价值。

生物质颗粒技术范文第4篇

关键词 秸秆；易货合同；生物质；成型颗粒燃料；新能源

中图分类号 X71

文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2015）09-0108-06 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2015.09.014

秸秆禁烧是社会关注的热点问题：一方面，秸秆禁烧令无法根本上阻止农民继续大规模焚烧秸秆，并由此带来严重的雾霾天气[1]。2014年10月25日，长春市空气质量指数AQI“爆表”，高达500，秸秆焚烧是主要原因[2]。另一方面，现有生物质发电厂普遍存在秸秆收集难、即便是在国家大量补贴的情况依然很难实现收支平衡的现象。为什么政府年年发通知禁烧秸秆，年年禁不住？为什么农民宁愿冒着被罚风险去“偷”烧秸秆，也不把秸秆卖给生物电厂呢？有没有一条秸秆能源化利用的有效途径？

带着这些问题，中国社会科学院工业经济研究所能源经济研究中心的专家们于2014年11月专程到吉林长春进行调研。通过调研发现：第一，在国家能源局与吉林省能源局共同支持下，吉林长春用“易货合同模式”――一种秸秆能源化利用的新模式，发展秸秆颗粒成型燃料（以下简称颗粒生物质能），在治理秸秆禁烧、替代煤炭、解决农民冬季取暖、改善农村生活环境、提供农民就业等方面，表现出良好的经济社会价值，值得有条件的地区学习借鉴。第二，颗粒生物质能是农村作物秸秆能源利用的重要方式，是改变农村用能习惯和能源消费结构的重要途径，对发展农村循环经济、提高农民生活质量具有重要的现实意义。第三，农村用能革命是全面小康社会的物质基础，它关系到农村家庭生活水平的提高、能源公平和中国能源发展的全局。用“易货合同模式”发展秸秆生物质能，将为我国部分地区农村生物质能源规模化、工业化发展，提供了一条经济适用的途径，也是传统农业县乡发展新能源、实现农村用能革命的重要手段。

1 秸秆颗粒燃料发展的易货合同模式

秸秆颗粒燃料发展的易货合同模式是农村秸秆能源化利用的一种新模式，它是指以秸秆颗粒燃料加工企业为主导，通过农民用秸秆换取秸秆成型颗粒燃料，实现秸秆收集、颗粒燃料加工生产的一种颗粒生物质能的发展模式。

该模式将解决农民用能问题与新能源产业稳定发展结合起来、禁烧秸秆与秸秆能源化利用结合起来、秸秆收集与秸秆成型颗粒燃料市场开拓结合起来，解决了农民炊事、取暖的能源需求，实现了禁烧秸秆和秸秆能源化利用的目标。具体做法就是：秸秆颗粒加工企业与农户签订“能源易货合同”。合同核心内容主要包括：第一，农户每年用15 t-20 t秸秆跟企业换5 t秸秆成型颗粒燃料，同时要求农户与当地政府签订秸秆禁烧责任书。第二，企业为签约户无偿提供秸秆成型颗粒燃料炉具和技术服务，用易货贸易的方式向签约农户每年提供5 t的颗粒生物质能。

该模式的核心是农民不花钱用自家地里的秸秆，换回清洁的颗粒生物质能替代煤炭取暖做饭；企业在少花钱实现秸秆资源收集的同时，锁定了颗粒生物质能用户，降低了经营风险。秸秆颗粒燃料发展的易货合同模式的魅力在于：自己不花一分钱、不要国家一分钱，农民就能用上清洁的颗粒生物质能，较好地解决了企业发展生物质能时的秸秆收集瓶颈和市场开拓问题，是低成本秸秆能源化利用的有效途径之一。

在易货合同模式颗粒生物质能产业链条上，各利益关系见图1。

2 “易货合同模式”发展成型颗粒燃料新能源的优势分析

我们从产业链条下的利益主体，即农户、企业、政府，分析“易货合同模式”发展成型颗粒燃料新能源的优势。

2.1 农户利益分析

调查发现，用秸秆颗粒燃料取暖炊事对农户来说有三大好处。

2.1.1 变废为宝，农户不花钱用上了清洁的新能源

过去用秸秆烧火做饭，一家人需要2-3车秸秆，剩余的大部分没什么用；6个月的冬季，平均每户烧炕取暖得用2-3 t散煤，要花1 000元；现如今不花一分钱，农户用自家地里产的颗粒燃料，15 t秸秆换5 t成型颗粒，就够自家一年取暖做饭用能了。东白_村之所以写入我们的报告，是因为东白_村第10小组，一个自然屯的村民们基本都用上了颗粒燃料取暖做饭。东白_村位于吉林长春农安县城北偏西约40 km处，属杨树林乡。白_村下辖17个村民小组，1 265户，分布在16个自然屯。东白_村第10小组约有土地100 hm2，每公顷玉米地可产8-9 t玉米秸秆，地里产的秸秆足够全屯60户人家取暖做饭了。每年少烧散煤150 t，少花钱6万多元。

目前这种“易货合同模式”使用颗粒燃料取暖做饭，已在吉林长春杨树林乡2 000农户中推广，杨树林乡政府、医院、学校、敬老院和10个商业用户全部采用颗粒燃料供热[2]。由于秸秆收集、加工和农民用能相结合，农民既是秸秆的提供者，也是颗粒燃料受益者。正是因为不花钱可以用上清洁能源，让农户有了收集秸秆的积极性、禁焚秸秆的自觉性。

2.1.2 实现农田秸秆清理目的

农民大规模焚烧玉米秸秆主要是农业生产做好土地清理准备工作。目前主要是焚烧和秸秆粉碎还田，但是大规模秸秆焚烧和秸秆还田对农业生产可能产生一定的不利影响：一是焚烧秸秆会破坏土壤结构，形成板结，造成农田质量下降；还会直接烧死、烫死土壤中的有益微生物，影响作物对土壤养分的充分吸收，直接影响农田作物的产量和质量，影响农业收成。二是秸秆焚烧后留下的钾素和磷素，多呈不溶解状，很难被农作物吸收。三是秸秆粉碎还田，一方面还田后的秸秆不易腐烂，影响下茬播种质量，另一方面，秸秆粉碎还田须要深埋，这样就会把生土翻出，也会影响作物产量与质量。通过“易货合同模式”发展秸秆成型颗粒燃料，可以达到了农田清理准备的目的。

2.1.3 改善了农民自家的生活卫生环境

以往用秸秆直接做饭，燃烧效率低（20%）、灰尘多，用农民的话来说，就是特别“埋汰”，到了春季秸秆生虫，家里环境卫生更差。如今用加工好的颗粒燃料做饭取暖，燃烧效率高（85%），火焰稳定接近天然气，几乎无灰尘，存放取用方便，干净卫生。

2.2 社会经济与环保效益分析

通过调研发现，农村发展成型颗粒燃料新能源，对当地经济发展、秸秆资源商品化利用起着积极的作用，具有较好的经济社会效益与环境效益。

2.2.1 带动当地农村劳动力就业，经济效益显著

秸秆转化为成型燃料，涉及资源收集、加工、储运、锅炉燃具制造和服务五大领域，产业链条长，辐射范围广，可以促进农民就业。我们调研的吉林农安县杨树林乡年产5万t秸秆成型燃料示范项目，该项目直接吸纳就业180人，年创造工业产值3 700万元，拉动社会投资3 000万元。吉林是产粮大省，年产秸秆产量4 000万t左右，按照吉林省规划，到2020年前开发秸秆成型燃料300万t（折标煤150万t），按我们调研的示范项目数据推算，吉林秸秆成型颗粒燃料产业的潜在吸纳就业1多万人，直接带动社会投资18亿元，年创造工业产值22.5亿元。如果按我们调研的林农安县杨树林乡年产5万t秸秆成型燃料示范项目数据，即那么吉林400万t需要投资24亿元，每年将创造工业产值30亿元，为企业带来收入3.6亿元。

2.2.2 环境效益和节能减排效果显著

替代农村散煤，环境贡献大。调研的年产5万t颗粒燃料项目，如果其中3万t为易货模式，那么每年直接可为2 300户农民提供1.17万t的易货生物质能源，为农民节省了285万元取暖支出（假如散煤价格为350元/t），直接少用散煤5 800 t。替代2.5万t标煤的煤炭，减少CO2排放6.55万t、SO2排放600 t和NOX排放185 t。

如果吉林易货合同模式的成型颗粒燃料产业规模达到300万t，那每年可为减少煤炭200万t标煤，减少CO2排放390万t、SO2排放3.6万t和NOX排放1.11万t。为农村通过易货模式提供生物质能源70万t，为城市提供商品生物质能230万t，可供热6 000万m2，同时可以解决30万农户炊事和取暖用。

2.2.3 解决了秸秆野外焚烧问题

在调查中农户们反映，过去总为处理多余的秸秆伤脑筋，晚上偷偷摸摸到地里烧秸秆还怕被罚。如今因为秸秆可以免费换秸秆颗粒新能源，还免费给装炉子，所以大伙都愿意把秸秆收集起来送到站上（企业设立的秸秆代换便民服务站）换颗粒。如今全屯没有一户在野外焚烧秸秆，改善了空气质量，家里也干净了。

2.3 企业利益分析

在吉林长春我们还调研了生物质发电企业和传统模式的生物质颗粒燃料企业，通过比较分析发现秸秆颗粒企业有以下几个特点：

2.3.1 降低了企业的运行风险

“易货合同模式”降低了企业的资金成本，锁定了部分市场需求，极大地降低了企业的运行风险。在传统经营模式下，颗粒生产企业的资金占用量较大，是影响企业经营效益的重要因素。例如，一个年产5万t颗粒的企业，一个月收秸秆约5 000 t，每吨270元-300元，需要占用资金至少135万元。由于供暖的季节性及秸秆收集的季节性，必然带来颗粒的消费具有季节性特征，而工业生产是全年连续性的，若以存货2个月秸秆，那么资金占压将超过700万元，由此产生的货款利息对企业来说也是不小的成本增加，势必将直接影响颗粒燃料生产企业的经营效益。“易货合同模式”使颗粒燃料生产企业大大降低了秸秆收集和存货的资金占用及财务费用。

2.3.2 市场竞争能力更强

与生物质发电企业及传统模式生物质颗粒燃料企业相比，易货合同模式的颗粒燃料企业的市场竞争能力更强。同样规模秸秆能源化利用量的电厂和颗粒燃料厂，在电厂上网电价0.75每度电补贴0.346元的前提下，在同等秸秆收购价格的前提下，电厂毛利润是40万元，传统模式颗粒燃料厂的毛利润是1 560万元，易货贸易模式颗粒燃料厂的毛利润是1 850万元，这里生物质颗粒市场价格为750元/t。“易货合同模式”颗粒燃料生产企业的颗粒燃料市场价格盈亏平衡点是655元/t，传统模式的颗粒燃料市场价格盈亏平衡点是710元/t左右。

2.3.3 投资更低，就业和环境效益更显著

与生物质发电企业相比，易货合同模式的颗粒燃料企业，其投资成本更低、吸纳就业和化石能源替代能力更强。同样规模秸秆能源化利用量的电厂和颗粒燃料厂，投资比是1∶0.63。目前具有经济规模的生物质电厂，装机规模3万千瓦，秸秆能源化利用量为25.6万t/a，初始投资在2.1亿元。具有规模经济效益与经济收集半径的生物颗粒企业年产5万t，初始投资3 000万元，与秸秆发电厂秸秆能源化利用量相当的颗粒厂，初始投资1.5亿元只有电厂的 63%。同样规模秸秆能源化利用量的电厂和颗粒燃料厂，就业比是1∶5，化石能源替代率比是1∶4.9。

与生物质发电相比，生物质颗粒燃料的产业链更长。颗粒燃料生产是秸秆利用的中间加工环节，不是最终环节。要实现秸秆的最终利用，还需要有城市供热、发电及农户等最终用户完成，其产业链条包括秸秆收集粉碎、成型加工、炉具和锅炉推广等。而生物质发电厂是通过燃烧直接将秸秆转换为电力送到电网。

3 问题及建议

3.1 秸秆成型颗粒燃料发展中的问题

第一，调研中我们发现，在我国农村能源贫困问题依然存在的大背景下，我国秸秆能源化利用政策较少考虑农民用能问题。从上世纪90年代开始，中国规划了一系列的政策来促进农村能源发展，特别是近年来，国家加大了对农村能源建设的投入，如农村电网改造、农村水电站、小型光伏发电、小型风电发电、农村户用沼气、节能炕、节能炉等的建设，使农村能源利用条件得到了明显改善。但是，我国大多数农村地区，特别是中西部地区农村的能源基础设施落后，能源服务体系不健全，农村能源消费的商品化程度还比较低，能源贫困问题依然突出[3]。所谓能源贫困是指人们缺乏获得足够的便捷的现代能源服务的方法和途径，而长期使用传统生物质燃料（稻秆、薪柴等）的现象。当前，我国农村生活能源中非商品性用能仍然占主导地位，秸秆、薪柴依然是大多数农户炊事取暖的主要燃料。据《中国农村监测报告》数据显示，我国农村60.2%、

约1.61亿户农户仍以柴草为炊事和取暖的燃料。秸秆是重要的生物能源资源，但是在目前无论是生物质发电、还是秸秆颗粒燃料这些商品化能源的发展模式设计，都较少优先考虑解决农民用能问题，这也许是我国长期能源发展战略向城市和工业倾斜的一个折射。据2012年《中国农业统计资料》显示，我国秸秆能源化利用形式主要有秸秆固化成型、秸秆炭化、秸秆沼气集中供气、热解气化集中供气等，其中秸秆热解气化集中供气和秸秆沼气集中供气的用户为29.08万户，占全国农户总数的0.11%；秸秆固化成型和秸秆炭化量382.05万t，占全国非商品化能源生活消费秸秆总量3.4亿t的1%左右。造成这种情况的原因是多方面的，但是如果在秸秆能源发展中，能够结合农村易货贸易习惯、并把生物质能源发展重点放在农村用能上，或许可以探索一条从根本上改善中国农村能源现状的途径。

第二，农民生活能源消费支出习惯不利于秸秆能源化利用。我国农村生活用能支出较低，根据2010年《中国农村住户调查年鉴》的数据显示，户均生活用能支出316.5元/a。特别是吉林省户均生活用能支出只有87元/a，户用煤不足100 kg/a。这些数据从另一个侧面说明，像吉林冬天取暖长达半年的北方省，农村商品能源的缺乏程度。究其原因既有收入水平和能源服务缺失的原因[4]，也有用能习惯的原因。从吉林农村户均生活用能源的统计数据中可以看出，吉林农村多数农户是很少花钱取暖过冬。我们调研的东白_村，有些农民是有能力花钱买煤，取暖过冬。

第三，“易货”秸秆颗粒燃料发展模式尚处初期探索阶段，还存在不少需要解决的问题。一是政府在相关领域缺乏顶层设计，缺少行业标准；扶持政策不到位，用当地能源部门相当负责人的话就是“没有扶在点子上”。二是生产企业装备的技术含量不高，生产工艺、生产流程，以及生物质高效炉具等都有待改善，秸秆颗粒燃料生产过程耗能较高的问题也需要解决；多数生产企业规模小，产业链条不完整，可持续发展能力弱。三是秸秆颗粒燃料新能源“易货合同”模式还不成熟，需要更多企业和农户进行探索实践，也需要得到社会的支持和认同。四是秸秆分散收集成本高，替代大集中燃煤供热的成本高，但在替代小型燃煤锅炉和居民用煤上有价格优势。

3.2 对策建议

由于农林废弃物的采收成本较高，农林废弃物能源化利用的发展潜力受资源条件和经济性的限制，考虑到生物质成型颗粒的能源利用效率明显高于秸秆发电、生物质成型颗粒的易货合同发展模式明显好于传统模式，建议在作物秸秆富集的地区和林业“三剩物”较为集中的地区重点发展生物质成型颗粒燃料，探索我国生物质能源的持续发展模式。

第一，在重点地区开展“易货合同模式”发展生物质颗粒燃料的试点工作，探索一条将农民用能、秸秆能源化利用与秸秆禁烧有机结合起来的新能源发展之路。我国秸秆资源丰富，每年仅玉米秸秆就超过3亿t，其中约1.5亿t的玉米秸秆集中在黑龙江、吉林、河南、河北、山东等五省，这些省份都有发展“易货”秸秆颗粒燃料的资源基础和气候条件。建议在秸秆富裕、冬季时间长的北方省份设立示范项目，探索总结不同地区的“易货”生物质颗粒燃料发展模式。

第二，建议农业部设立国家“农村能源贫困扶助基金”和“农村秸秆能源化利用基金”，重点支持农业省区和农村能源贫困地区发展秸秆颗粒燃料。建议国家相关部门在制定新能源发展政策和节能政策时，适当向秸秆能源化利用倾斜，适当支持农民用秸秆颗粒燃料代替煤炭和薪柴。建议科技部门加大对秸秆收储设备的研发支持力度，加大对生物质成型颗粒燃料生产设备的研发投入，加大对生物持炉具的研发投入。

第三，积极鼓励探索适合农林废弃物能源化利用的各种发展模式。例如，我国农村户用沼气发展中存在许多问题，是否可以通过“易货合同”模式，建立分布式大型沼气发电-有机肥综合利用项目，解决农村用能、用肥问题。

通过调查，我们深切感受到，用“易货合同模式”发展秸秆成型颗粒燃料新能源，可以调动政府、企业和农民三方的积极性，改变农民以柴草为主要炊事取暖能源的现状，让农民用上清洁、高效的生物质能源，是农村能源生产、农村能源消费革命的抓手，它也是解决秸秆野外焚烧的有效手段。

参考文献（References）

[1]赵赫男，陈沫.秸秆：变废为宝须扶持[N].吉林日报，2014-11-26（5）.[Zhao Henan， Chen Mo. Crop Stalks： Switching Waste into Treasure Must Be Supported[N]. Jilin Daily， 2014-11-26（5）.]

[2]佟继良.从禁烧秸秆谈治理雾霾[N].吉林日报，2014-10-29（7）.[Tong Jiliang. Talking about Dealing with Fog and Haze from the Aspect of Crop Stalks Burning Ban[N]. Jilin Daily， 2014-10-29（7）.]

生物质颗粒技术范文第5篇

关键词：生物质燃料；环模；辗环成形；毛坯设计；数值模拟

中图分类号：S216.2；TH122 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）03-0554-04

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.03.042

Numerical Simulation of New Ring Rolling Process of Ring Die

YUAN Hao1a，DAI En-hu1b，WANG Xiao-ming2，FANG Wei1b

（1a.School of Agricultural Equipment Engineering；1b.School of Mechanical Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，Jiangsu，China；

2.Liyang Hongda Mechanical Equipment Co. Ltd.，Changzhou 213331，Jiangsu，China）

Abstract： A ring rolling process used in shaping biomass fuel particles was designed according to one certain type of ring die and it was simulated by Simufact software，which effectively predicted the molding defects，such as burrs，fold and pass not filled with material，etc. The die structure and the blank shape were optimized and a legitimate rolling process was obtained according to the simulation，which provided a guidence for ring die’s accurately rolling. By testing the product was up to standard.

Key words： biomass fuel； ring die； ring rolling； FEA simulation； blank design

近年来，各国对能源的需求量逐步增加，致使现有化石能源迅速消耗，能源危机愈发严峻[1]。生物质能源作为可再生清洁能源，逐渐引起人们的重视，具有良好的发展前景。其中，利用生物质原料固体成型技术制造生物质颗粒燃料是生物质能源转化与利用的主要方式。生物质颗粒固体成型燃料是将农作物秸秆、木料加工剩余物等生物质原料粉碎到一定的粒度，通过一定压力和温度处理，由生物质颗粒固体成型机加工成具有一定密实度的粒状成型物。环模式固体成型机作为生物质燃料颗粒成型最常用的装置，其核心部件环模的寿命低、质量差成为了推广生物质燃料道路上的一道亟须解决的技术瓶颈[2]。

环模是生物质颗粒固体成型机的关键部件[3]，形状为中间凹的环形件，中间表面布满制粒孔，如图1所示。环模不但要求表面硬度高，还要求芯部拥有较好的质量与强度，其质量好坏直接影响颗粒成型机的使用寿命。环模传统制造工艺首先通过锻造获得毛坯，然后通^机械切削的手段加工成外沟形截面的环形件。这种加工方法材料利用率较低，并且原始金属流线被破坏，严重影响了环模最后的机械性能。若采用辗环工艺制造，只需对轧制后的环件进行少量的切削加工，很大程度上提高了材料的利用率，减少了零件的加工工时，同时获得的环模内部材料致密，在后期模孔的加工中能很好地提高孔壁的强度和硬度，从而提高环模的使用寿命。本研究对新工艺中辗环部分进行研究，提出了一种生物质燃料颗粒成型机用环模成型新工艺，以期为环模锻件的精确辗环成形提供指导。

1 初始方案设计与数值模拟

1.1 锻件毛坯设计

根据某一型号环模零件留出适当的加工余量设计锻件，如图2所示。毛坯的设计是依据环模锻件来进行的，遵守体积不变原则计算得到毛坯的重量，设定毛坯与最终锻件的轴向长度相等，环模内外径的尺寸依据预定轧制比，初始毛坯如图3所示。

1.2 工艺参数的设计

为了解决生物质燃料制粒环模易磨损、寿命低的问题，本研究环模材料采用的是高合金不锈钢材料4Cr13[4]。依据锻件尺寸和实际可用生产设备使用情况，设计驱动辊大径750 mm，驱动辊小径696 mm，芯辊170 mm，摩擦因数0.70。为了保证轧制过程的顺利进行，驱动辊线速度一般保持在0.4～1.6 m/s[5]，驱动辊转速范围：

式中，R1为驱动辊半径，预设驱动辊外径为750 mm，代入式（1）得驱动辊转速n取值范围0.17 r/s

矩形截面环件轧制直线进给速度的极限范围[6]：