压力试验机碎料挤压成型自动控制系统的研究
1 国内外生物质散装碎料成型加工的现状
1.1 国内生物质散装碎料成型加工的现状
直到20世纪末，生物质才作为一个专门概念提出，并开始进行系统的产业化开发，但在提出的角度、概念和内涵上不尽一致。在我国，生物质成型技术的发展有其广阔的原料基础，其主要来自以下几个方面：①林区采伐剩余物（如小径木、枝桠等），占林区总采伐量的20%左右，这些大量剩余物或粗放使用或丢弃。②木材加工剩余物，木制品加工厂、家具厂、人造板厂等厂家在加工过程中所产生的木粉、刨花等，放之无用，弃之可惜。如有的家具厂等加工企业这种废弃物长期以来就堆积如山，花钱请人清理，由于木粉装卸时粉尘飞扬，无人愿意干，后投资在厂内建一焚烧炉就地焚烧，而如果用一台小型的成型设备就可以做成很好的成型燃料，变废为宝。③我国是农业大国，各种植物秸秆十分丰富，随着人们生活水平的提高，取暖和做饭都用较为方便的燃料，因此大量的秸秆就废弃在田间、地头，春季就地焚烧，严重污染了环境，升起的烟雾甚至影响民航飞机的正常起降[1]。我国生物质能资源丰富，理论生物质能资源约有50亿t标准煤，是我国目前总能耗的4倍左右。
生物质固化成型技术是将各类生物质原料经粉碎、干燥、高压成型等环节使原来分散的、没有一定形状的原料压缩成具有一定几何形状、密度较大的成型燃料，是目前国内外利用生物质能比较普遍且效果显著的技术之一。与普通薪材燃料相比，生物质固化成型燃料具有密度高、强度大、便于运输和装卸、形状和性质均一、燃烧性能好、热值高、适应性强、燃料操作控制方便等优点，可用于锅炉和煤气发生炉，也可用于工业、家庭和农业、园林暖房的取暖。对生物质资源丰富，贫油、贫煤的国家来说，生物质固化成型燃料将成为一种极具竞争力和发展前景非常可观的替代能源。
我国的生物质固化技术开始于“七五”期间，目前已研制成功的成型设备主要有螺旋挤压式成型机、活塞冲压式成型机和辊模挤压式颗粒成型机。由于辊模挤压式颗粒成型机具有效率高等特点，所以应用较普遍。目前，辊模挤压式颗粒成型机的生产有环模和平模2种工艺方式。国际上许多国家均生产大功率环模制粒机，但仅德国、日本等少数国家生产大功率平模制粒机。德国卡尔公司对平模制粒机进行了近百年的研究，并生产各种系列的平模制粒机，广泛用于饲料生产和其他领域。
1.2 国外生物质散装碎料成型加工的现状
上世纪30年代，美国就开始研究压缩燃料成型技术，并研制了螺旋式成型机。在温度为80～350℃和压力l0MPa条件下，能把木屑和刨花压缩成固体成型燃料。日本于50年代从国外引进成型技术并进行了改进，研制出棒状燃料成型机及相关的燃烧设备，并发展成日本压缩成型燃料的工业体系。从80年代开始，日本对生物质压缩成型燃料进行了探讨，对压缩过程中的动力消耗、压模的结构与尺寸、压缩燃料的含水率、压缩时的温度、压力以及原料的颗粒大小等进行了实验研究，进一步改进了压缩成型燃料设备，使成型燃料更为实用化。1984年日本的生产厂家达172家，生产总量达2.6万t。70年代后期，由于出现世界能源危机，石油价格上涨。西欧许多国家如芬兰、比利时、法国、德国、意大利等也开始重视压缩成型燃料设备的研究。法国开始时使用秸杆压缩粒作为奶牛饲料，近年来也开始研究压缩块燃料，而且由多种林业废弃物生产的压缩料已达到了实用阶段。由比利时研制成功的T117型螺旋压块机，其设备的主要性能为:压块燃料的出模温度为180℃，轴向压缩力大于686kN，压块的移动速度1700～2500mm/min，耗能量45～55kWh/t，压块燃料的低位热值18～19.7MJ/kg，燃料外表面有一层自然纤维保护膜。在芬兰，许多科研和生产单位的专家认为，经压缩成型后，压缩粒的热效率可达70%。压缩粒既可在固定的生产厂生产，也可在移动式的生产设备中生产，移动式生产可以在生产秸杆等生物质的产地进行，使生产成本大大降低。德国研制的KAHI系列压粒机可生产直径为3～40mm的压缩颗粒，所用电机的功率为20～400kW，能耗为15～40kWh/t。亚洲除日本外，泰国、印度、菲律宾等国从80年代开始也先后研制成了加粘结剂的生物质压缩成型机，到1995年印度已有大约70套成型机投入了使用[2]。
2 压力试验机碎料挤压成型自动控制系统的研究目的和意义
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