生物質顆粒技術

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生物質顆粒技術范文第1篇

無人值守無線傳感器網絡（UWSN）通常部署在環境惡劣或敵對環境中，在靜態匯聚節點（或基站）部署困難的情況下，感知節點無法完成感知信息的實時匯聚傳輸，需暫時維持感知數據的生存狀態。為了增強數據生存的概率，提高感知數據的抗損壞、擦除和篡改能力，重點研究無人值守無線傳感器網絡中的數據加密生存問題，提出了一種基于中國剩余定理（CRT）多等級秘密共享的可靠數據生存方案?；诰W絡中節點的信譽模型，設計了節點權重密鑰存儲機制，增強了數據加密密鑰分割存儲的有效性，并結合基于中國剩余定理的秘密共享機制，提升了原有數據加密分發和恢復過程的效率。此外，還討論了基于中國剩余定理的秘密共享方案具有的良好同態性質，并依此設計了子密鑰組合運算方案，提高了數據加密生存方案中子密鑰運算的安全性，進一步確保了數據生存方案的安全、可靠。

關鍵詞：

無人值守無線傳感器網絡；數據生存；中國剩余定理；權重門限秘密共享；同態性質；信譽模型

0引言

無人值守無線傳感器網絡（Unattended Wireless Sensor Network，UWSN）已被廣泛用以感知并收集數據。在環境監測以及軍事戰爭等領域，傳感器節點往往部署于環境惡劣甚至敵對的環境中，通常表現為節點易遭損壞、俘獲，失效概率高。在諸如災害和戰爭監測等實際應用中，因感知節點失效和損壞而由此導致的數據損失問題后果將非常嚴重，因此研究此類條件下的數據生存顯得非常必要。

一般情況下，計算和存儲能力都較強的基站將充當匯聚節點，實時收集感知數據。在此情況下，感知節點能將感知數據及時聚合傳遞給基站。然而，在一些偏遠的沙漠、高原、戰場等惡劣敵對數據采集環境中，在靜態匯聚節點部署困難且考慮安全性的情況下，感知節點并不能實時地與匯聚節點或基站進行通信，無法實時地完成感知數據的匯聚傳輸任務，在匯聚傳輸條件未得到滿足時，感知節點需自我負責維持數據的有效生存狀態，直至條件滿足后將數據匯聚至上層節點或基站。這樣的網絡常被稱為無人值守傳感器網絡。顯然，在惡劣的環境中，在感知數據匯聚傳輸成功之前，數據生存將受到節點電源耗盡、自然災害以及敵手破壞等問題挑戰，感知數據將可能遭到更改、擦除等損害。數據生存問題即研究保證感知數據盡可能長時間保持完整、可恢復，并隨后進行良好傳輸匯聚。

文獻[1]第一次提出了數據生存問題，在文獻[2]中，Ma等進一步將攻擊者分為三類：數據隱私攻擊，數據刪除攻擊和偽造、篡改數據攻擊。文獻[3-4]中提出了基于數據復制的數據生存方案，但對于副本創建后的分發策略缺乏有效討論。文獻[5]提出了一種基于隨機數據復制的數據生存方案，當節點從鄰居節點接收到數據時，分別以概率p、q進行存儲或者轉發操作（p、q相互獨立）。然而，上述基于數據復制的方案均依賴于數據副本的直接全復制，副本的存儲、分發過程需消耗較大的網絡和節點資源，且無法防止偽造、篡改攻擊。文獻[6-7]中針對上述的偽造、篡改攻擊設計了基于加密和門限密碼機制的數據生存方案，方案中將感知數據加密并將密文分組添加糾錯碼，確保了數據的隱私和容錯性，然后利用門限密碼機制將加密密鑰進行分割并分布式存儲到其余多個節點中，攻擊者必須俘獲門限數目的節點方可重組加密密鑰，因此數據的安全性得到了保障。

然而，文獻[7]中將密鑰和加密糾錯密文隨機選擇節點進行存儲，未對實際網絡中的節點運行情況進行考量。文獻[6]中方案考慮了攻擊者俘獲節點的局部性特征，將子密鑰進行分散分布，根據子密鑰分量的重要性選擇分發節點的跳數，方案開銷較大。此外，最為重要的是，文獻[6-7]中方案均未考慮如下情形，若節點處于攻擊環境或不利狀況（能量或存儲空間不足），子密鑰和分組密文分發存儲將毫無意義，方案的安全和可靠性將受到影響，同時也將造成收發節點的額外能耗及網絡性能惡化。此外，上述已有方案均采用了基于Shamir的秘密共享機制[8]，指數運算效率較低，對節點的計算能力要求較高。因此，本文提出的方案將針對上述問題進行重點研究，完善現有數據生存方案。

5結語

本文重點研究無人值守無線傳感器網絡中的數據加密生存問題，提出了一種基于中國剩余定理多等級秘密共享的可靠數據生存方案。通過構建網絡中節點的信譽度模型，增強了數據加密密鑰分割存儲的有效性，并結合基于中國剩余定理的多等級秘密共享機制，提升了原有數據加密分發、恢復過程的效率。此外，本文還討論了基于中國剩余定理的秘密共享方案具有的良好同態性質，并依此設計了子密鑰組合運算方案，提高了數據加密生存方案中子密鑰運算的安全性，進一步確保了數據生存方案的安全、可靠。

參考文獻：

[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.

生物質顆粒技術范文第2篇

關鍵詞：生物技術前沿；考評方法；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）37-0260-02

一、引言

在高校教學工作中，考試是教學活動的一個重要環節，通過教育評價和考核反饋，促進學生綜合能力和創新能力的提高，與學校教學質量、人才的素質和能力培養密切相關[1]。現代生物技術是以現代生物學研究成果為基礎，以基因工程為核心、將生命科學與工程技術有機結合的一門新興的綜合性學科，被譽為21世紀高科技革命的核心生產力。普及現代科學技術知識是培養造就高素質人才群體的基礎條件，為適應當前發展趨勢，我校生命學院為生物技術專業學生專門開設了《生物技術前沿》課程。該課程涉及領域寬，涵蓋范圍廣，由基因工程、發酵工程、細胞工程和酶工程等內容組成，是自然學科中最重要的一門基礎課程，對學生的知識、能力和素質培養具有直接和長遠的影響。

隨著現代生物技術的快速發展，新理論、新技術的出現日新月異，盡管教學內容和教學方法不斷更新與完善，但現行課程考試制度還存在著如考試方法單一、重結果輕過程等諸多問題，不能全面考核學生的知識掌握能力，不適應創新型教育的需要，嚴重影響了教學質量的提高。因此，圍繞學校人才培養目標和課程建設的總要求，結合我院的學科特點，以素質和能力為導向，在《生物技術前沿》課程教學方法改革的基礎上，對課程考核方式進行了深入的探索與研究，并將新的方式方法運用到教學實踐中，推進素質教育，提高教學質量。

二、《生物技術前沿》課程傳統考核方式存在問題

1.考試結果的局限性?？荚嚨哪康闹皇悄苋娉浞值匕l揮其反饋功能，包括學生對教師教學效果和教學質量的反饋，也有教師及時發現問題，重點教授、解惑的回應。以教師和教材為中心的傳統教學過程考核往往是比較注重結果，而對學習過程卻沒有足夠重視，整個考核過程比較注重對知識點的掌握與理解，僅通過一份理論試卷來對學生的學習成績及課程內容掌握程度作為反饋，從學生的答題中反映出來的教學效果及學生知識應用能力的分析具有局限性，不能全面客觀評價學生的綜合能力和專業素質?！渡锛夹g前沿》課程是一門前沿學科，在課堂教學中除了要求學生掌握基礎理論知識外，還引導學生通過查詢國內外最新文獻學習生物技術領域出現的新知識和新理論，拓寬知識面。如果采用常規的期末筆試考試，只能反映學生對基本知識和技能的掌握，抑制了學生的個性化發展的需求和創造力的培養，不適應人才培養模式的需要。

2.考試內容與考試形式的片面性?！渡锛夹g前沿》課程涵蓋內容多，知識點廣，課程考試通常安排在每個學期末進行，期末成績占80%，平時成績僅占20%，課程考試主要以任課教師出題為主，而考試內容側重于課外教材與課堂筆記，局限了學生學習的范圍，容易造成學生死記硬背，學習興趣降低，不利于培養學生獨立思考能力和靈活運用知識的能力。課程期末考試形式單一，實行100分的滿分制，考題通常為名詞解釋、填空、選擇、簡答題等常規題型，且客觀題所占比例較大，而綜合性思考題、分析論述題等主觀性試題較少，試卷容量時間有局限性，學生成績的優劣主要取決于期末考試成績。常規考試的檢測很大程度上限制了學生對課程知識掌握程度的有效反饋，不能全面、客觀、準確地反映完整的教學過程，也間接影響了課程課堂教學質量的提高。

三、《生物技術前沿》課程考核評價體系的改革與初探

一個科學的課程考核評價體系能全面反映學生理論知識的掌握程度、專業綜合能力以及專業素質等方面，并將這些反饋信息即時融于教學過程中，促進課堂教學質量的提高。因此，我們根據《生物技術前沿》這門專業課程的特點，結合我院生物技術專業本科生的培養方向，以能力與素質的培養為導向，在教學大綱范圍內制定新型的課程考核評價體系，并進行了初步嘗試，得到了很好的反饋效果。

1.明確考試目標，樹立科學的考試觀念。更新考試觀念是考試制度改革的前提，科學的考試觀是從“人”出發，著重強調人素質的全面協調發展?？荚嚹康牟粌H是為了讓學生掌握所學的知識，而是更強調通過考試的形式讓學生學會學習，增強學生掌握知識的能力。因此，我們在《生物技術前沿》課程開課之初，讓師生明確考試目標，樹立考試不是為了獲得學期成績，而是作為前期學習效果的總結；不是一門課程的教學結束，而是對課程教學的一種互動等新的科學的考試觀念。在教學過程中積極改進課堂教學模式，激發學生的學習興趣，將被動學習變為主動學習，提高教學效率。以客觀有效的考核形式來促進教學質量的提高，而良好的教學效果又完善了考核評價體系。

2.更新考試內容，適應素質教育的要求?！渡锛夹g前沿》是我院為生物技術專業學生開設的專業基礎課程，涉及領域寬，包括生物化學、分子生物學、微生物學、遺傳學及細胞生物學等多門課程；涵蓋范圍廣，由基因工程、發酵工程、細胞工程和酶工程等內容組成，對學生掌握知識能力的要求較高。由于現代生物技術發展迅速，課程內容更新較快。開放性、個性化的考試設計不僅對教師有更高的要求，對課程內容有熟練的掌握并有深入研究，同時，考試內容應還以學生的個性特長發揮，給學生較大的選擇空間，引導學生全面發展。

我們結合本學院生物學科的具體情況，以培養和發展學生綜合素質，考察創新能力為原則，從考試內容與命題等方面進行新的探索與研究。考試內容改革要突出前沿性與開放性，考試內容除了課程的基本理論知識與技能外，還包括對學生創新能力與分析、解決問題的綜合能力的測試。如在考試中我們嘗試采用“談談現代生物技術對社會經濟發展產生怎樣的作用”等開放式試題，答案開放，無標準答案，學生可根據自己對生物技術的理解程度，充分發揮主觀能動性。同時，我們提高過程成績的比重，占總成績的40%，包括學生平時的課堂紀律、出勤次數、學習態度、課堂作業的完成、相互合作能力以及實驗室操作規范的掌握程度等。如，引導學生養成課后查閱專業領域最新文獻的習慣，把一些前沿性知識用PPT在課堂講授，并相互提問展開討論，這種學習兼考核的方式極大地提高了學生的學習興趣與積極性。

我們在過程考核中發現學生掌握知識能力有一定的差異，有的學生學習能力強，基礎知識扎實，知識面淵博，答題有深度；而有的學生的知識則相對薄弱，我們以人為本，結合每個學生自身的特點進行輔導，同時根據學生學習進度不斷完善課堂教學內容與教學方式，極大地促進了班級教學質量的提高，在學生中反響很好。

3.豐富考試形式，注重過程學習?，F代生物技術是一門新興的綜合性學科，《生物技術前沿》課程選擇科學、合理的考試方式。本課程采用閉卷與開卷考試相結合的方式，建立以學生主動學習為目的的整體客觀評價體系，將理論知識與實踐相結合、學習過程與結果評價相結合、自我評價與教師考核相結合，豐富考核形式。如，讓學生通過查閱國內外文獻，深入分析現代生物技術對社會與經濟發展的影響，并撰寫專題論文，文章格式按照統一要求，在強調自主性的同時培養學生檢索資料的能力；讓學生任選其感興趣的一種前沿技術，采用多媒體形式在課堂上互動交流，主要考察學生對所學知識的掌握和理解程度；改變期末一次性考試方式，將課程考試分階段進行。在每章結束后均布置作業或思考題，注重學習的過程化；將課堂教學與實踐教學相結合，讓學生走進實驗室考察其動手能力。在單一的筆試考核基礎上，豐富多種考核方式，充分調動了學生學習過程的主動性，提高了專業課程教學質量，使學生的積極性和創新精神得到發揮，潛在的學習能力得到激發。

4.完善考分評價體系，培養學生綜合能力。我們樹立現代教育觀、人才觀和考試觀，不能把考試分數作為衡量教學效果的唯一標準，不能單純以課程和教材知識的難度、深度和考試的分數來衡量學生的學業成績，以拓寬知識、培養能力、提高素質為最終目標。

在新型考核體系構建中，我們嘗試改變以往單一的評分標準，實現人性化的評分標準。評價的核心以學生主動學習、創造和綜合能力的培養為主。評分標準的人性化使得學生在考試過程中成為一個與教師平等對話的個體，為獨立思考和創新能力的體現提供了一個自由的空間。在進行評價時應把學生是否積極、自主參與課堂教學過程，是否獨立思考、創造性的解決問題，是否有效開展合作學習等作為主要指標內容。改革評分方式、淡化分數，實行實質性評價，實現考試評價標準的科學化。突出人性化的評分標準，區別與以往單一性的評分標準，如學生根據教材內容或課堂筆記完成的答案不能獲得滿分；而通過自己的研究或者查閱文獻總結，得出有創意合理的答案可以獲得高分，從而激發學生的學習興趣，促進綜合能力的提高。評分標準的人性化使得學生在考試過程中成為一個與教師平等對話的個體，為獨立思考和創新能力的體現提供了一個自由的空間。

四、結語

我們在《生物技術前沿》課程考試中采用新建的綜合考評體系，學生學習的主動性有顯著的提高，課堂氣氛活躍，課堂教學效果顯著提高，學生能全面掌握和運用所學的知識及技能去分析問題、解決問題，真正達到教、學、考三者的和諧統一。因此，建立一個科學、公平，有導向性，可操作性的課程考核評價體系，對提高教學質量、引導學生掌握正確學習方法具有重要的意義。

參考文獻：

生物質顆粒技術范文第3篇

我國生物質資源(農作物秸稈)豐富，但利用率不高。為了高效利用生物質資源，本文就生物質成型燃料的加工技術與裝備進行初步研究，以探討綜合利用生物質資源的技術途徑。

一、影響生物質成型燃料加工裝備性能的因素分析

1、生物質原料的來源與特點

我國是農業大國，農林廢棄物資源十分豐富。我國每年總量約有7億噸的農作物秸稈，另外，我國每年還有大量的林業采伐和林木制品加工廠產生的廢棄物。如枝椏、小徑木、板片、木屑等，總量也近1億噸。生物質成型燃料。是以枝條、樹皮、秸稈等農林剩余物為原料。這些原料具有來源廣泛、分散、種類多、質地不統一等特點。決定了成型燃料加工技術與裝備的設計必須做到滿足原料來源的廣泛性、多樣性和方便靈活性。

2、生物質成型燃料的特點要求與使用對象

生物質成型燃料是將生物質原料經過粉碎、調質等處理，在高壓條件下，壓縮成顆粒狀且質地堅實的成型物，除應具有比重大、便于貯存和運輸、著火易、燃燒性能好、熱效率高(是直接燃燒的5倍以上)的優點外。還應具有灰分小、燃燒時幾乎不產生SO2、不會造成環境污染等優點?？勺鳛楣I鍋爐、住宅區供熱、農業暖房及戶用炊事、取暖的燃料。成型燃料的這些特點。決定了成型燃料加工技術與裝備的設計必須在充分考慮生物質原料特點的基礎上，保證生物質原料的粉碎細度達到成型的要求，燃料成型的密度、成型設備的有關模板、?？?、壓輥等成型關鍵部件，在盡可能滿足噸料加工能耗較少，加工關鍵設備使用壽命較長，加工的成型燃料性能具有較好的燃燒性能的要求下，應具有實用性、適應性和經濟性。

3、生物質成型燃料加工技術與設備的國內外現狀

成型燃料有顆粒狀和棒狀兩大類。根據成型主要工藝特征的差別，國內外生產生物質壓縮燃料的工藝大致可劃分為濕壓(冷壓)成型、熱壓成型、碳化成型等3種。按成型加壓的方法不同來區分，技術較為成熟、應用較多的成型燃料加工機有輥模擠壓式(包括環模式和平模式)、活塞沖壓式(包括機械式、液壓式)、螺旋擠壓式等三種機型，其中輥模擠壓式成型機采用的是濕壓(冷壓)成型工藝，活塞沖壓式、螺旋擠壓式成型機都采用的是熱壓成型工藝。

國外開發工作始于20世紀40年代。1948年日本申報了利用木屑為原料采用螺旋擠壓方法生產棒狀成型燃料的第1個專利，60年代成立了成型燃料行業協會。70年代初，美國研究開發了環模擠壓式顆粒成型機，并在國內形成大量生產。瑞士、瑞典、西歐等發達國家都先后開發研究了沖壓式成型機、輥模擠壓式顆粒成型機。其中已有120多年歷史的世界著名飼料機械生產企業――德國卡爾公司(Kahl)生產的動輥式平模制粒機，不僅能生產中低密度的顆粒飼料，而且還能生產較優高密度的顆粒燃料，成品產量大、能耗低而且質量好，在歐洲和東南亞國家使用較為廣泛。在最早開發螺旋擠壓成型燃料生產技術的日本也有采用環模顆粒成型機加工木屑成型燃料的大型生產企業。如今，固化成型燃燒在日本、歐、美等地已經商品化，在丹麥的一座叫阿文多的發電廠，還利用木屑壓縮顆粒來發電。1985年日本平均每戶家庭消耗成型燃料達750kg。1985年美國生產成型燃料達200萬t以上。

我國從20世紀80年代中期起開始了成型燃料的開發研究，一方面組織科技攻關，另一方面，引進國外先進機型。經消化、吸收，研制出各種類型的適合我國國情的生物質壓縮成型機。用以生產棒狀、塊狀或顆粒生物質成型燃料。全國現有生物質壓縮成型廠35個。生物質成型燃料的種類按其密度分為中密度(800―1100Kg/m3)和高密度(1100―1400kg／m3)二種，前者適宜于家庭爐灶或小型鍋爐用，也可滿足自動爐排機械加料的大型鍋爐用，后者更適于進一步加工成為炭化產品。

國內主要的幾種成型燃料生產技術的現狀分述如下：

1)螺旋擠壓技術

螺旋擠壓成型技術是目前生產生物質成型燃料最常采用的技術，尤其是以機制炭為最終產品的用戶，大都選用螺旋擠壓成型機。

1990年中國林科院林產化學工業研究所與江蘇省東海糧食機械廠合作，完成了國家“七五”攻關項目――木質棒狀(螺旋擠壓)成型機的開發研究工作，并建立了1000t／年棒狀成型燃料生產線；1 993年前后，中國大陸的一部分企業和省農村能源辦公室從日本、中國臺灣、比利時、美國引進了近20條生物質壓縮成型生產線，基本上都采用螺旋擠壓式，以鋸木屑為原料，生產“炭化”燃料。棒狀成型燃料的形狀為直徑50*10-3m2左右、長度450*10-3m2左右，橫截面為圓形或六角形，每根重約1Kg，用于蒸發量≤1000kg／h工業鍋爐或民用爐灶。

國內現已有包括陜西武功縣輕工機械廠、河南省鞏義合英實業公司等在內的近十家廠家生產此種類型的設備。

螺旋擠壓成型機的優點是：

①成品密度高。以木屑、稻殼、麥草等為原料，國內生產的幾種螺旋擠壓成型機加工的成型棒料的密度都在1100～1400Kg／m3。

②成品質量好、熱值高，更適合再加工成為炭化燃料。

螺旋擠壓成型機的缺點是：

①產量低，目前國產設備的最高臺時產量不到150Kg／h，距離規?；a的產量要求相差較大。

②能耗高，粉料在螺旋擠壓成型前先要經過電加溫預熱，擠壓成型過程的噸料電耗就在90Kwh／t以上。

③易損件壽命短，國產設備主要工作部件――螺桿的最高壽命不超過500h，距離國際先進水平1000h以上還有不小的差距。

④原料要求苛刻。螺旋擠壓成型機采用連續擠壓，成型溫度通常調整在220～280℃之間，為了避免成型過程中原料水分的快速汽化造成成型塊的開裂和“放炮”現象發生，一般要將原料含水率控制在8～12％之間，所以對有的物料要進行預干燥處理，增加了加工成本。這一點，對于移動式的成型燃料加工系統來說也許是一個致命傷，因為與旋擠壓成型工藝相銜接還需有配套的烘干機。

2)活塞沖壓技術

這種設備的優點是成型密度較大，允許物料水分高達20％左右，但因為是油缸往復運動，間歇成型，生產 率不高，產品質量不太穩定，不適宜炭化。活塞式的成型模腔容易磨損，一般100h要修一次，有的含SO2少的生物質材料可維持300h。

另據報道，2003年，河南農業大學承擔完成了科技部研究項目“秸稈壓塊成型燃料產業化生產的可行性研究”，開發了HPB―m2型液壓驅動式秸稈成型機，采用活塞套筒雙向擠壓間歇成型。生產率：400kg／h；噸料成型電耗：60Kwh／t左右。

另外北京三升集團研發了機械傳動、活塞擠壓成型技術，在工業化生產中密度飼料塊的同時，還生產高密度(>900Kg／m3)的燃料塊。

3)輥模擠壓技術

生物質顆粒燃料的輥模擠壓成型技術是在顆粒粒飼料生產技術基礎上發展起來的。二者的主要區別在于纖維性物料含量的多少和成型密度的高低。用輥模擠壓式成型機生產顆粒成型燃料一般不需要外部加熱，依靠物料擠壓成型時所產生的摩擦熱，即可使物料軟化和黏合。對原料的含水率要求較寬。一般在10％～40％之間均能成型。其最佳水份成型條件為18％左右，相比于螺旋擠壓和活塞；中壓而言，輥模擠壓成型法對物料的適應性最好。因此。國內一些生產秸稈顆粒飼料的企業在生產顆粒飼料的同時也生產顆粒燃料，以提高設備的利用率。

以國內知名飼料機械生產企業――江蘇正昌集團為代表的我國飼料機械業界，目前在環模制粒機和平模制粒機的設計、制造方面，已積累了豐富的經驗，某些方面已達到世界先進水平。在生物質顆粒成型燃料加工機械的研發方面也進行了多年的探索，并取得了可喜的成績。

4)環模擠壓成型技術

1994～1998年，江蘇正昌集團公司聯合中國林科院林產化學工業研究所承擔了國家林業局下達的項目“林業剩余物制造顆粒成型燃料技術研究”。該項目以江蘇正昌集團公司生產的KYW32型環模式飼料顆粒成型機為基本結構，研究成功了以木屑和刨花粉為主要原料的顆粒燃料成型機，臺時產量在250Kg／h左右，產品規格：直徑6*10-3m2，長度為8-15*10-3m2，顆粒密度>1000Kg／m3，其熱值為4800kcal／Kg左右。產品質量達到日本“全國燃料協會”公布的顆粒成型燃料標準的特級或一級。但是由于當時在材料和加工工藝等方面的原因，主要易損件環模在面對粗纖維物料時，暴露出了使用壽命短的缺陷。使用成本高，成為環模式制粒機難以在生物質成型燃料領域大面積推廣的重要原因。但是，該項目的開展，為我國今后在輥模擠壓成型燃料技術的發展打下了良好的基礎。

5)平模擠壓成型技術。由于在平模制造工藝水平和主要加工物料對象方面與國外的差距等原因，以前國內在對平模式制粒機的研究方面不夠深入，國內能生產的最大平模直徑只有400*10-3m2。2000年，我所承擔了農業部引進國際先進農業科學技術項目(簡稱“948”項目)――秸稈顆粒飼料加工技術與設備的引進，在引進國際上著名的德國卡爾公司(Kahl)的38-780型大型平模式制粒機的基礎上，結合我國實際，又進行了多處技術改進和創新。2003年12月，該項目通過了農業部“948”項目辦公室的驗收。

與其他生物質成型顆粒(塊)加工技術相比。大型平模式制粒機的優點在于：

①原料適應性廣。平模式制粒機壓制室空間較大，可采用大直徑壓輥，因而能將諸如秸稈、干甜菜根、稻殼、木屑等體積粗大、纖維較長的原料強行壓碎后壓制成粒，對原料的粉碎度要求降低了。另外，平模式制粒機在壓縮纖維性物料時，原料水分在15～25％(最佳18％左右)都能被壓縮成型。大多數情況下，不需要對原料進行干煤。

②產量大。經江蘇省農機鑒定站檢測，SZLP-780型平模制粒機在以100％苜蓿草粉為原料時，產量可達2100kg／h。在此后進行的以木屑為原料的制粒試驗時，當成型顆粒密度在1100Kg／m3時，產量達到1500Kg／h，是國內現有成型顆粒燃料加工設備所達到的最大產量。

③噸料耗電低。一方面，平模式制粒機由于壓制室空間大、壓輥直徑大的原因，能將粒度相當大的原料制成顆粒，因而能克服環模擠壓制粒機和螺旋式擠壓機在這方面的局限，這就減少了物料在粉碎工段的能耗；另一方面，與環模制粒機相比，平模?？讕娣e比值高，出料孔多。而且出料顆粒密度和大小比較一致。

④輥模壽命長。由于工作原理的差異，平模式制粒機壓輥的線速度比環模式的低，因而輥、模的磨損比較慢。而且，平模在一側面工作面磨損后可翻過來使用另一側面，可以提高使用壽命。

⑤成型密度可調。壓輥和壓模之間的工作間隙和壓力可通過液壓式中央螺母調節裝置使壓輥同步升降，操作簡單省時。既可生產中低密度的顆粒飼料，也可生產較高密度的顆粒燃料，一機多用。

但總體來看，目前，我國的生物質固化成型裝備在設備的實用性、系列化、規?；线€很不足，距國際先進水平還有不小的差距。這一問題以成型機最為突出，表現在生產率低、成型能耗高、主要工作部件壽命短、機器故障率多、費用高等方面。

4、生物質成型燃料加工技術與設備的發展趨勢

進入二十一世紀以來，人們愈加感覺到石化能源漸趨枯竭，在對可持續發展、保護環境和循環經濟的追求中，世界開始將目光聚焦到了可再生能源與材料， “生物質經濟”已經浮出水面。以生物能源和化工產品生產為主的生物質產業正在興起，引起了世界各國政府和科學家的關注。許多國家都制定了相應的計劃，如日本的“陽光計劃”，美國的“能源農場”，印度的“國家戰略行動”等。2005年“可再生能源法”在我國正式頒布實施，所有這些。預示著各國在包括生物質成型燃料開發在內的生物質技術領域的競爭進入一個白熱化時代。

雖說生物質產業是世界發展之大勢和新興的朝陽產業，但其當前成本與價格尚難與石油基產品競爭，這一點對于成型燃料來說，表現得尤其明顯。因此，以降低儲運成本和壓縮成型成本為目的，尋求技術上的創新、突破，成為生物質成型燃料領域最大的命題。降低顆粒燃料的噸料能耗、降低設備的使用成本。也成為本“863”項目所追求的最大目標。

在生物質固化成型技術裝備研究、開發方面，國內外的發展趨勢是裝備生產專業化、產品生產批量擴大化、生產裝備系列化和標準化。尤其在國內應在設備實用性、系列化上下功夫。不斷降低成本并提高技術水平，為21世紀大規模開發利用生物質能提供必要的技術儲備。

5、生物質成型燃料加工技術與設備的先進性與性價比

生物質成型燃料加工技術與設備先進程度的高低必須與其性價比有機的結合起來綜合考慮。單一講究技術 和設備的先進性，不考慮技術的投入成本和市場的接受程度，不考慮技術和設備的性能與市場接受的價格合理之比，再先進的技術在市場上如得不到應用，也得不到用戶的認可，這種技術起碼可以說是不完全適用的技術。生物質成型燃料加工技術與裝備的先進性主要體現在以下幾方面：一是理想的噸料加工耗能量；二是適度的關鍵部件的使用壽命；三是良好的產品結構組成；四是合理的加工工藝路線等等。因此，在研究和設計生物質成型燃料加工技術和加工設備時，要在盡可能低的噸料耗能的前提下，使得產品的結構優化與合理，在產品得到較高的使用壽命的基礎上，保證產品的價格盡可能適應市場的接受程度。使生物質成型燃料加工技術與裝備的先進性與產品的性價比有機結合與統一，以利于推廣應用。

二、生物質成型燃料加工裝備技術方案技術特征

1、技術路線和技術方案

考慮到上述一些因素，我們在研究設計時充分借鑒利用現有技術成果，并在利用國產制粒機進行成型燃料加工試驗的基礎上，優化創新設計，采用新結構、新材料、新工藝，研發關鍵部件；其系統技術方案如下所述。

(1)技術方案分析

我們研究設計的技術方案及機組總體配置示意見以下附圖：

本技術方案以秸稈等農林廢棄物為原料，既可將多物料聯合粉碎機、粉料輸送組合裝置、制粒機等有機集成組裝在一臺拖車上，形成一個可移動的顆粒燃料加工設備系統，又可將多物料聯合粉碎機、粉料輸送組合裝置、制粒機等有機集成組裝在一個固定場所進行加工。系統各部分的設計方案說明如下：

1)多物料一次粉碎機

適應的原料包括經自然風干的玉米稈、棉稈以及麥稈、稻草等，充分考慮到了移動式成型燃料加工系統對原料應具有廣泛適應性的要求特點。采用搓揉裝置和錘片粉碎、篩分裝置的有機組合技術，對原料進行切段粉碎復合作業。粉碎后的粉料過篩后經風管直接輸送到粉料暫貯箱中輸送至制粒機中；人工只要把待粉碎的原料放到加料斗里即可，大大減輕了勞動強度，并改善了勞動條件。

2)粉料輸送組合裝置

秸稈類生物質經粉碎后，堆密度很低，輸送過程中容易結拱，使送料受阻。本裝置的作用是接受由粉碎機經風管輸送來的粉料，通過簡易脈沖裝備向制粒機內連續不斷地輸送粉料。

該裝置將采用料倉防結拱技術，有效地避免因纖維性物料流動性差，而導致喂料不均勻情況的發生。

3)顆粒燃料制粒機

這是本技術裝備的核心和關鍵。根據移動式作業特點考慮上述的多種因素。采用平模制粒技術方案。實施時通過試驗，進一步優化設計平模制粒成型?？?，調整顆粒燃料制粒工藝，減小功率，降低主軸轉速，增加輥模壓力，保證得到較高密度、質量穩定的成型燃料的。

在主要工作部件(同時也是主要易損件)壓輥和模具的加工方面。充分利用國內輥模制造領域技術工藝和設備方面的優勢，采用新材料和新工藝，進一步提高輥模耐磨性。

4)系統集成技術

上述3部分集成裝在1臺拖車上，可以靈活方便地在村鎮間轉移。成為一個流動的加工車間，適應了農村秸稈原料既分散、季節性又強的實際作業條件。同時，可以根據不同的用戶要求，也可將上述3部分集成在固定的工作場所進行作業。

本技術方案在粉碎機喂料、粉料輸送、成型顆粒篩分等環節充分考慮到了自動化的有機銜接，因此，整個系統的操作工人只要有3―5名即可。

如上所述，本方案全面考慮了農村的實際條件，從有效發揮機組加工效能、減輕人工勞動強度等方面著眼，優化了系統的設計。整個加工系統總功率80KW左右，處理能力500―1000Kg／h。是可以滿足課題確定的指標要求。

(2)設備投資分析

本技術方案以枝條、秸稈等農林廢棄物為原料，有機集成從原料篩分、粉碎到制粒成型的工藝，形成為一個整體可移動的加工設備系統，其中從粉碎到壓縮成型所需的設備投資合計約為20萬元。綜合分析國內外現有成型燃料加工設備的生產率和設備投資情況，本項目制的成型燃料加工設備系統有較大競爭優勢。

2、生物質成型燃料加工技術與裝備技術特征

(1)技術特征

1)多物料一次粉碎技術。該技術針對不同來源、不同生物質原料，采用組合粉碎轉子等結構，實現多種生物質原料一次粉碎，并達到制粒成型所需的細度要求。

2)物料流量自動調節技術。該技術就是主要是根據成型機加工成型燃料的產量要求，采用簡易脈沖、負壓輸送等機構自動調節來自于粉碎機粉碎后的生物質原料的流量，在保證成型機不發生堵塞的情況下，使輸送到成型機的物料流量達到最大。

3)顆粒燃料成型技術。該技術就是將由粉碎機輸送來的生物質原料。通過平面輥壓和平模將原料壓制成顆粒成型燃料。動力通過減速傳動機構帶動主軸運轉，不同直徑模孔的平?？梢愿鶕枰M行更換，成型燃料加工過程可以通過檢查視窗口直接觀察并可通過打開視窗進行維護和修理，模輥間隙和壓制壓力實現自動調節，確保顆粒成型燃料的密度符合規定的要求。

4)既可移動又可固定場所連續生產機組集成技術。該技術就是根據用戶需要將多物料一次粉碎機和顆粒燃料成型加工機有機的集成為連續生產機組。這種機組既可安裝在固定場所，也可集成在平板機車上，所需加工動力既可適用于電力。也可適用于柴油機動力機等。

(2)主要技術指標

1)成型燃料加工機組

總功率：80KW左右；生產能力：500―1000Kg／h；

可方便地整體轉移作業；

2)成型燃料加工成本

農林剩余物固化成型燃料成本低于煤的價格，噸料能耗≤70KWh／t；

3)成型燃料產品性能

密度≥1g／cm3；

水分≤12％。

進料流量可調。

三、生物質成型燃料加工裝備的設計與研究

1、多物料一次粉碎機的設計

多物料一次粉碎機采用同軸搓揉旋切裝置和錘片式粉碎、下置式篩分裝置有機組合技術。電機動力通過皮帶盤驅動轉子高速旋轉，使秸稈通過搓揉旋切裝置，搓揉旋切成3～5厘米長，再進入錘片粉碎室，經受錘片撞擊剪切而粉碎。另一方面，物料與物料之間、物料與錘片之間相互摩擦進一步破碎。小于篩孔的粉體被排出粉碎室。大于篩孔的原料則繼續被錘片打擊、粉碎、直至通過篩孔，從而達到粉碎的目的。其結構示意如下圖所示。

本粉碎機主要由：轉子、機座、上下殼體、操作料斗、傳動裝置等五大部分組成?？紤]到使用與維護的需要，設計了方便安裝更換篩片和錘片的簡易拆卸機構?？梢苑奖阌脩羰褂?。

多物料一次粉碎機的主要設計技術參數為：轉子直徑：720m2m2，主軸轉速：2700rpm2一3500rpm2，錘片數量：128片，配用功率：22kw，軸承型號：NSK SN520， 吸風量：3300m3/h，產量：500～1 000Kg／h，整機重量：1200Kg，外形尺寸(m2m2)：2975×1730×1140。篩片面積(m2m2)：1120×540。

2、顆粒燃料成型機的設計

根據技術方案，成型機采用平面輥壓和平模的組合結構，而這種結構按執行部件的運動狀態分，有動輥式、動模式、模輥雙動式三種。由于后兩種僅適用于小型平模燃料成型制粒機，較大機型一般用動輥式。因此本機即采用動輥式結構。按磨輥的形狀分，又可以分為錐輥式和直輥式兩種。考慮到加工的工藝性本機設計為直輥式。其工作原理如下圖所示。

由圖可以看出，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?？字薪洑v成型、保型等過程。具體過程為：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，?？椎腻F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?？椎谋Ｐ投?，在該段不利于形狀保持的殘余應力被消除，顆粒被定型。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。

本燃料成型機主要由：電動機、傳動箱、主軸、喂科室、壓輥、平模、切刀、掃料板、出料口等九大部分組成?？紤]到加工密度的調節和輥模間間隙的調整，設計有液壓調節機構，一是保證加工過程中的加工壓力的穩定。二是保證輥模問間隙的自動調節。同時考慮到安裝與維修的方便性。在制粒室周圍設計有觀察與調節窗口。

顆粒燃料成型機設計的主要技術參數為：平模直徑：520m2m2。壓輥轉速：56rpm2，壓輥壓強：100m2pa，配用功率：45Kw，整機重量：1 500Kg，外形尺寸(m2m2)：1530×840×2047，產量：500―1000Kg／h。顆粒直徑：10m2m2一20m2m2，顆粒長度：30m2m2，顆粒產品密度：≥1g／m3。

3、生物質成型顆粒燃料加工裝備的集成設計

生物質成型顆粒燃料加工裝備的集成設計，就是將多物料一次粉碎機和顆粒燃料成型機，通過負壓簡易脈沖風網系統有機的連接起來，一方面要求加工系統在加工過程中確保生物質原料的輸送均勻，防止堵塞與結拱，另一方面要保證加工系統在加工過程中不會對環境造成嚴重污染，同時盡可能少用人工作業，減少作業勞動強度和用工量。因此。系統的集成設計成兩種方案，一是直接將集成系統安裝在固定場所。二是將系統集成安裝在可移動的平板車上。

4、生物質成型燃料加工裝備有關重要技術參數的研究結論

(1)生物質原料壓縮特性

粉碎后的生物質原料(秸稈)在壓縮過程中。是在一定壓力下，通過秸稈的塑性變形和其本身的木質素軟化固化成型的。在壓縮過程中可分為3個階段：松軟階段、過渡階段和壓緊階段。在壓力較小時，成型密度隨壓力的增大顯著增大，但達到壓緊階段后，變化緩慢，趨于常數。一般情況下，在壓力為85m2Pa時，制粒的成型效果就較好，將壓力控制在85―100m2Pa范圍內就可以達到較理想的成型要求。同時通過試驗，探索了生物質壓縮力和壓縮密度的關系。確定了壓縮力、壓縮密度、壓縮量的關系。

(2)生物質原料的特性對成型的影響

生物質原料具有流動性差、相互牽連力較大的特性，是成型喂入和壓縮的瓶頸。對于不同的原料、不同的含水率、不同的粒度，壓縮特性有很大的差異，并對成型過程和產品質量有很大的影響。當原料水分過高時，加熱過程中產生的蒸汽不能順利地從燃料中心孔排出，造成表面開裂，嚴重時產生爆鳴。但含水率太低。成型也很困難，這是因為微量水分對木素的軟化、塑化有促進作用。成型原料的含水率一般在16％左右。植物秸稈易壓縮，在壓力作用下變形較大，壓縮比在9～12之間，木屑廢料較難壓縮，壓縮比在5～9之間。粒度小的原料輕易成型，粒度大的較難壓縮。試驗與研究的結果表明，生物質的特性對于解釋和說明物質的機械變化過程很有價值。

生物質顆粒技術范文第4篇

關鍵詞 秸稈；易貨合同；生物質；成型顆粒燃料；新能源

中圖分類號 X71

文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104（2015）09-0108-06 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2015.09.014

秸稈禁燒是社會關注的熱點問題：一方面，秸稈禁燒令無法根本上阻止農民繼續大規模焚燒秸稈，并由此帶來嚴重的霧霾天氣[1]。2014年10月25日，長春市空氣質量指數AQI“爆表”，高達500，秸稈焚燒是主要原因[2]。另一方面，現有生物質發電廠普遍存在秸稈收集難、即便是在國家大量補貼的情況依然很難實現收支平衡的現象。為什么政府年年發通知禁燒秸稈，年年禁不住？為什么農民寧愿冒著被罰風險去“偷”燒秸稈，也不把秸稈賣給生物電廠呢？有沒有一條秸稈能源化利用的有效途徑？

帶著這些問題，中國社會科學院工業經濟研究所能源經濟研究中心的專家們于2014年11月專程到吉林長春進行調研。通過調研發現：第一，在國家能源局與吉林省能源局共同支持下，吉林長春用“易貨合同模式”――一種秸稈能源化利用的新模式，發展秸稈顆粒成型燃料（以下簡稱顆粒生物質能），在治理秸稈禁燒、替代煤炭、解決農民冬季取暖、改善農村生活環境、提供農民就業等方面，表現出良好的經濟社會價值，值得有條件的地區學習借鑒。第二，顆粒生物質能是農村作物秸稈能源利用的重要方式，是改變農村用能習慣和能源消費結構的重要途徑，對發展農村循環經濟、提高農民生活質量具有重要的現實意義。第三，農村用能革命是全面小康社會的物質基礎，它關系到農村家庭生活水平的提高、能源公平和中國能源發展的全局。用“易貨合同模式”發展秸稈生物質能，將為我國部分地區農村生物質能源規?；⒐I化發展，提供了一條經濟適用的途徑，也是傳統農業縣鄉發展新能源、實現農村用能革命的重要手段。

1 秸稈顆粒燃料發展的易貨合同模式

秸稈顆粒燃料發展的易貨合同模式是農村秸稈能源化利用的一種新模式，它是指以秸稈顆粒燃料加工企業為主導，通過農民用秸稈換取秸稈成型顆粒燃料，實現秸稈收集、顆粒燃料加工生產的一種顆粒生物質能的發展模式。

該模式將解決農民用能問題與新能源產業穩定發展結合起來、禁燒秸稈與秸稈能源化利用結合起來、秸稈收集與秸稈成型顆粒燃料市場開拓結合起來，解決了農民炊事、取暖的能源需求，實現了禁燒秸稈和秸稈能源化利用的目標。具體做法就是：秸稈顆粒加工企業與農戶簽訂“能源易貨合同”。合同核心內容主要包括：第一，農戶每年用15 t-20 t秸稈跟企業換5 t秸稈成型顆粒燃料，同時要求農戶與當地政府簽訂秸稈禁燒責任書。第二，企業為簽約戶無償提供秸稈成型顆粒燃料爐具和技術服務，用易貨貿易的方式向簽約農戶每年提供5 t的顆粒生物質能。

該模式的核心是農民不花錢用自家地里的秸稈，換回清潔的顆粒生物質能替代煤炭取暖做飯；企業在少花錢實現秸稈資源收集的同時，鎖定了顆粒生物質能用戶，降低了經營風險。秸稈顆粒燃料發展的易貨合同模式的魅力在于：自己不花一分錢、不要國家一分錢，農民就能用上清潔的顆粒生物質能，較好地解決了企業發展生物質能時的秸稈收集瓶頸和市場開拓問題，是低成本秸稈能源化利用的有效途徑之一。

在易貨合同模式顆粒生物質能產業鏈條上，各利益關系見圖1。

2 “易貨合同模式”發展成型顆粒燃料新能源的優勢分析

我們從產業鏈條下的利益主體，即農戶、企業、政府，分析“易貨合同模式”發展成型顆粒燃料新能源的優勢。

2.1 農戶利益分析

調查發現，用秸稈顆粒燃料取暖炊事對農戶來說有三大好處。

2.1.1 變廢為寶，農戶不花錢用上了清潔的新能源

過去用秸稈燒火做飯，一家人需要2-3車秸稈，剩余的大部分沒什么用；6個月的冬季，平均每戶燒炕取暖得用2-3 t散煤，要花1 000元；現如今不花一分錢，農戶用自家地里產的顆粒燃料，15 t秸稈換5 t成型顆粒，就夠自家一年取暖做飯用能了。東白_村之所以寫入我們的報告，是因為東白_村第10小組，一個自然屯的村民們基本都用上了顆粒燃料取暖做飯。東白_村位于吉林長春農安縣城北偏西約40 km處，屬楊樹林鄉。白_村下轄17個村民小組，1 265戶，分布在16個自然屯。東白_村第10小組約有土地100 hm2，每公頃玉米地可產8-9 t玉米秸稈，地里產的秸稈足夠全屯60戶人家取暖做飯了。每年少燒散煤150 t，少花錢6萬多元。

目前這種“易貨合同模式”使用顆粒燃料取暖做飯，已在吉林長春楊樹林鄉2 000農戶中推廣，楊樹林鄉政府、醫院、學校、敬老院和10個商業用戶全部采用顆粒燃料供熱[2]。由于秸稈收集、加工和農民用能相結合，農民既是秸稈的提供者，也是顆粒燃料受益者。正是因為不花錢可以用上清潔能源，讓農戶有了收集秸稈的積極性、禁焚秸稈的自覺性。

2.1.2 實現農田秸稈清理目的

農民大規模焚燒玉米秸稈主要是農業生產做好土地清理準備工作。目前主要是焚燒和秸稈粉碎還田，但是大規模秸稈焚燒和秸稈還田對農業生產可能產生一定的不利影響：一是焚燒秸稈會破壞土壤結構，形成板結，造成農田質量下降；還會直接燒死、燙死土壤中的有益微生物，影響作物對土壤養分的充分吸收，直接影響農田作物的產量和質量，影響農業收成。二是秸稈焚燒后留下的鉀素和磷素，多呈不溶解狀，很難被農作物吸收。三是秸稈粉碎還田，一方面還田后的秸稈不易腐爛，影響下茬播種質量，另一方面，秸稈粉碎還田須要深埋，這樣就會把生土翻出，也會影響作物產量與質量。通過“易貨合同模式”發展秸稈成型顆粒燃料，可以達到了農田清理準備的目的。

2.1.3 改善了農民自家的生活衛生環境

以往用秸稈直接做飯，燃燒效率低（20%）、灰塵多，用農民的話來說，就是特別“埋汰”，到了春季秸稈生蟲，家里環境衛生更差。如今用加工好的顆粒燃料做飯取暖，燃燒效率高（85%），火焰穩定接近天然氣，幾乎無灰塵，存放取用方便，干凈衛生。

2.2 社會經濟與環保效益分析

通過調研發現，農村發展成型顆粒燃料新能源，對當地經濟發展、秸稈資源商品化利用起著積極的作用，具有較好的經濟社會效益與環境效益。

2.2.1 帶動當地農村勞動力就業，經濟效益顯著

秸稈轉化為成型燃料，涉及資源收集、加工、儲運、鍋爐燃具制造和服務五大領域，產業鏈條長，輻射范圍廣，可以促進農民就業。我們調研的吉林農安縣楊樹林鄉年產5萬t秸稈成型燃料示范項目，該項目直接吸納就業180人，年創造工業產值3 700萬元，拉動社會投資3 000萬元。吉林是產糧大省，年產秸稈產量4 000萬t左右，按照吉林省規劃，到2020年前開發秸稈成型燃料300萬t（折標煤150萬t），按我們調研的示范項目數據推算，吉林秸稈成型顆粒燃料產業的潛在吸納就業1多萬人，直接帶動社會投資18億元，年創造工業產值22.5億元。如果按我們調研的林農安縣楊樹林鄉年產5萬t秸稈成型燃料示范項目數據，即那么吉林400萬t需要投資24億元，每年將創造工業產值30億元，為企業帶來收入3.6億元。

2.2.2 環境效益和節能減排效果顯著

替代農村散煤，環境貢獻大。調研的年產5萬t顆粒燃料項目，如果其中3萬t為易貨模式，那么每年直接可為2 300戶農民提供1.17萬t的易貨生物質能源，為農民節省了285萬元取暖支出（假如散煤價格為350元/t），直接少用散煤5 800 t。替代2.5萬t標煤的煤炭，減少CO2排放6.55萬t、SO2排放600 t和NOX排放185 t。

如果吉林易貨合同模式的成型顆粒燃料產業規模達到300萬t，那每年可為減少煤炭200萬t標煤，減少CO2排放390萬t、SO2排放3.6萬t和NOX排放1.11萬t。為農村通過易貨模式提供生物質能源70萬t，為城市提供商品生物質能230萬t，可供熱6 000萬m2，同時可以解決30萬農戶炊事和取暖用。

2.2.3 解決了秸稈野外焚燒問題

在調查中農戶們反映，過去總為處理多余的秸稈傷腦筋，晚上偷偷摸摸到地里燒秸稈還怕被罰。如今因為秸稈可以免費換秸稈顆粒新能源，還免費給裝爐子，所以大伙都愿意把秸稈收集起來送到站上（企業設立的秸稈代換便民服務站）換顆粒。如今全屯沒有一戶在野外焚燒秸稈，改善了空氣質量，家里也干凈了。

2.3 企業利益分析

在吉林長春我們還調研了生物質發電企業和傳統模式的生物質顆粒燃料企業，通過比較分析發現秸稈顆粒企業有以下幾個特點：

2.3.1 降低了企業的運行風險

“易貨合同模式”降低了企業的資金成本，鎖定了部分市場需求，極大地降低了企業的運行風險。在傳統經營模式下，顆粒生產企業的資金占用量較大，是影響企業經營效益的重要因素。例如，一個年產5萬t顆粒的企業，一個月收秸稈約5 000 t，每噸270元-300元，需要占用資金至少135萬元。由于供暖的季節性及秸稈收集的季節性，必然帶來顆粒的消費具有季節性特征，而工業生產是全年連續性的，若以存貨2個月秸稈，那么資金占壓將超過700萬元，由此產生的貨款利息對企業來說也是不小的成本增加，勢必將直接影響顆粒燃料生產企業的經營效益。“易貨合同模式”使顆粒燃料生產企業大大降低了秸稈收集和存貨的資金占用及財務費用。

2.3.2 市場競爭能力更強

與生物質發電企業及傳統模式生物質顆粒燃料企業相比，易貨合同模式的顆粒燃料企業的市場競爭能力更強。同樣規模秸稈能源化利用量的電廠和顆粒燃料廠，在電廠上網電價0.75每度電補貼0.346元的前提下，在同等秸稈收購價格的前提下，電廠毛利潤是40萬元，傳統模式顆粒燃料廠的毛利潤是1 560萬元，易貨貿易模式顆粒燃料廠的毛利潤是1 850萬元，這里生物質顆粒市場價格為750元/t。“易貨合同模式”顆粒燃料生產企業的顆粒燃料市場價格盈虧平衡點是655元/t，傳統模式的顆粒燃料市場價格盈虧平衡點是710元/t左右。

2.3.3 投資更低，就業和環境效益更顯著

與生物質發電企業相比，易貨合同模式的顆粒燃料企業，其投資成本更低、吸納就業和化石能源替代能力更強。同樣規模秸稈能源化利用量的電廠和顆粒燃料廠，投資比是1∶0.63。目前具有經濟規模的生物質電廠，裝機規模3萬千瓦，秸稈能源化利用量為25.6萬t/a，初始投資在2.1億元。具有規模經濟效益與經濟收集半徑的生物顆粒企業年產5萬t，初始投資3 000萬元，與秸稈發電廠秸稈能源化利用量相當的顆粒廠，初始投資1.5億元只有電廠的 63%。同樣規模秸稈能源化利用量的電廠和顆粒燃料廠，就業比是1∶5，化石能源替代率比是1∶4.9。

與生物質發電相比，生物質顆粒燃料的產業鏈更長。顆粒燃料生產是秸稈利用的中間加工環節，不是最終環節。要實現秸稈的最終利用，還需要有城市供熱、發電及農戶等最終用戶完成，其產業鏈條包括秸稈收集粉碎、成型加工、爐具和鍋爐推廣等。而生物質發電廠是通過燃燒直接將秸稈轉換為電力送到電網。

3 問題及建議

3.1 秸稈成型顆粒燃料發展中的問題

第一，調研中我們發現，在我國農村能源貧困問題依然存在的大背景下，我國秸稈能源化利用政策較少考慮農民用能問題。從上世紀90年代開始，中國規劃了一系列的政策來促進農村能源發展，特別是近年來，國家加大了對農村能源建設的投入，如農村電網改造、農村水電站、小型光伏發電、小型風電發電、農村戶用沼氣、節能炕、節能爐等的建設，使農村能源利用條件得到了明顯改善。但是，我國大多數農村地區，特別是中西部地區農村的能源基礎設施落后，能源服務體系不健全，農村能源消費的商品化程度還比較低，能源貧困問題依然突出[3]。所謂能源貧困是指人們缺乏獲得足夠的便捷的現代能源服務的方法和途徑，而長期使用傳統生物質燃料（稻稈、薪柴等）的現象。當前，我國農村生活能源中非商品性用能仍然占主導地位，秸稈、薪柴依然是大多數農戶炊事取暖的主要燃料。據《中國農村監測報告》數據顯示，我國農村60.2%、

約1.61億戶農戶仍以柴草為炊事和取暖的燃料。秸稈是重要的生物能源資源，但是在目前無論是生物質發電、還是秸稈顆粒燃料這些商品化能源的發展模式設計，都較少優先考慮解決農民用能問題，這也許是我國長期能源發展戰略向城市和工業傾斜的一個折射。據2012年《中國農業統計資料》顯示，我國秸稈能源化利用形式主要有秸稈固化成型、秸稈炭化、秸稈沼氣集中供氣、熱解氣化集中供氣等，其中秸稈熱解氣化集中供氣和秸稈沼氣集中供氣的用戶為29.08萬戶，占全國農戶總數的0.11%；秸稈固化成型和秸稈炭化量382.05萬t，占全國非商品化能源生活消費秸稈總量3.4億t的1%左右。造成這種情況的原因是多方面的，但是如果在秸稈能源發展中，能夠結合農村易貨貿易習慣、并把生物質能源發展重點放在農村用能上，或許可以探索一條從根本上改善中國農村能源現狀的途徑。

第二，農民生活能源消費支出習慣不利于秸稈能源化利用。我國農村生活用能支出較低，根據2010年《中國農村住戶調查年鑒》的數據顯示，戶均生活用能支出316.5元/a。特別是吉林省戶均生活用能支出只有87元/a，戶用煤不足100 kg/a。這些數據從另一個側面說明，像吉林冬天取暖長達半年的北方省，農村商品能源的缺乏程度。究其原因既有收入水平和能源服務缺失的原因[4]，也有用能習慣的原因。從吉林農村戶均生活用能源的統計數據中可以看出，吉林農村多數農戶是很少花錢取暖過冬。我們調研的東白_村，有些農民是有能力花錢買煤，取暖過冬。

第三，“易貨”秸稈顆粒燃料發展模式尚處初期探索階段，還存在不少需要解決的問題。一是政府在相關領域缺乏頂層設計，缺少行業標準；扶持政策不到位，用當地能源部門相當負責人的話就是“沒有扶在點子上”。二是生產企業裝備的技術含量不高，生產工藝、生產流程，以及生物質高效爐具等都有待改善，秸稈顆粒燃料生產過程耗能較高的問題也需要解決；多數生產企業規模小，產業鏈條不完整，可持續發展能力弱。三是秸稈顆粒燃料新能源“易貨合同”模式還不成熟，需要更多企業和農戶進行探索實踐，也需要得到社會的支持和認同。四是秸稈分散收集成本高，替代大集中燃煤供熱的成本高，但在替代小型燃煤鍋爐和居民用煤上有價格優勢。

3.2 對策建議

由于農林廢棄物的采收成本較高，農林廢棄物能源化利用的發展潛力受資源條件和經濟性的限制，考慮到生物質成型顆粒的能源利用效率明顯高于秸稈發電、生物質成型顆粒的易貨合同發展模式明顯好于傳統模式，建議在作物秸稈富集的地區和林業“三剩物”較為集中的地區重點發展生物質成型顆粒燃料，探索我國生物質能源的持續發展模式。

第一，在重點地區開展“易貨合同模式”發展生物質顆粒燃料的試點工作，探索一條將農民用能、秸稈能源化利用與秸稈禁燒有機結合起來的新能源發展之路。我國秸稈資源豐富，每年僅玉米秸稈就超過3億t，其中約1.5億t的玉米秸稈集中在黑龍江、吉林、河南、河北、山東等五省，這些省份都有發展“易貨”秸稈顆粒燃料的資源基礎和氣候條件。建議在秸稈富裕、冬季時間長的北方省份設立示范項目，探索總結不同地區的“易貨”生物質顆粒燃料發展模式。

第二，建議農業部設立國家“農村能源貧困扶助基金”和“農村秸稈能源化利用基金”，重點支持農業省區和農村能源貧困地區發展秸稈顆粒燃料。建議國家相關部門在制定新能源發展政策和節能政策時，適當向秸稈能源化利用傾斜，適當支持農民用秸稈顆粒燃料代替煤炭和薪柴。建議科技部門加大對秸稈收儲設備的研發支持力度，加大對生物質成型顆粒燃料生產設備的研發投入，加大對生物持爐具的研發投入。

第三，積極鼓勵探索適合農林廢棄物能源化利用的各種發展模式。例如，我國農村戶用沼氣發展中存在許多問題，是否可以通過“易貨合同”模式，建立分布式大型沼氣發電-有機肥綜合利用項目，解決農村用能、用肥問題。

通過調查，我們深切感受到，用“易貨合同模式”發展秸稈成型顆粒燃料新能源，可以調動政府、企業和農民三方的積極性，改變農民以柴草為主要炊事取暖能源的現狀，讓農民用上清潔、高效的生物質能源，是農村能源生產、農村能源消費革命的抓手，它也是解決秸稈野外焚燒的有效手段。

參考文獻（References）

[1]趙赫男，陳沫.秸稈：變廢為寶須扶持[N].吉林日報，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]佟繼良.從禁燒秸稈談治理霧霾[N].吉林日報，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）.]

生物質顆粒技術范文第5篇

關鍵詞：生物質燃料；環模；輾環成形；毛坯設計；數值模擬

中圖分類號：S216.2；TH122 文獻標識碼：A 文章編號：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

近年來，各國對能源的需求量逐步增加，致使現有化石能源迅速消耗，能源危機愈發嚴峻[1]。生物質能源作為可再生清潔能源，逐漸引起人們的重視，具有良好的發展前景。其中，利用生物質原料固體成型技術制造生物質顆粒燃料是生物質能源轉化與利用的主要方式。生物質顆粒固體成型燃料是將農作物秸稈、木料加工剩余物等生物質原料粉碎到一定的粒度，通過一定壓力和溫度處理，由生物質顆粒固體成型機加工成具有一定密實度的粒狀成型物。環模式固體成型機作為生物質燃料顆粒成型最常用的裝置，其核心部件環模的壽命低、質量差成為了推廣生物質燃料道路上的一道亟須解決的技術瓶頸[2]。

環模是生物質顆粒固體成型機的關鍵部件[3]，形狀為中間凹的環形件，中間表面布滿制?？祝鐖D1所示。環模不但要求表面硬度高，還要求芯部擁有較好的質量與強度，其質量好壞直接影響顆粒成型機的使用壽命。環模傳統制造工藝首先通過鍛造獲得毛坯，然后通^機械切削的手段加工成外溝形截面的環形件。這種加工方法材料利用率較低，并且原始金屬流線被破壞，嚴重影響了環模最后的機械性能。若采用輾環工藝制造，只需對軋制后的環件進行少量的切削加工，很大程度上提高了材料的利用率，減少了零件的加工工時，同時獲得的環模內部材料致密，在后期模孔的加工中能很好地提高孔壁的強度和硬度，從而提高環模的使用壽命。本研究對新工藝中輾環部分進行研究，提出了一種生物質燃料顆粒成型機用環模成型新工藝，以期為環模鍛件的精確輾環成形提供指導。

1 初始方案設計與數值模擬

1.1 鍛件毛坯設計

根據某一型號環模零件留出適當的加工余量設計鍛件，如圖2所示。毛坯的設計是依據環模鍛件來進行的，遵守體積不變原則計算得到毛坯的重量，設定毛坯與最終鍛件的軸向長度相等，環模內外徑的尺寸依據預定軋制比，初始毛坯如圖3所示。

1.2 工藝參數的設計

為了解決生物質燃料制粒環模易磨損、壽命低的問題，本研究環模材料采用的是高合金不銹鋼材料4Cr13[4]。依據鍛件尺寸和實際可用生產設備使用情況，設計驅動輥大徑750 mm，驅動輥小徑696 mm，芯輥170 mm，摩擦因數0.70。為了保證軋制過程的順利進行，驅動輥線速度一般保持在0.4～1.6 m/s[5]，驅動輥轉速范圍：

式中，R1為驅動輥半徑，預設驅動輥外徑為750 mm，代入式（1）得驅動輥轉速n取值范圍0.17 r/s

矩形截面環件軋制直線進給速度的極限范圍[6]：