木质类生物质粉碎机设计

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木质类生物质粉碎机设计木质类生物质粉碎机设计
姚宗路，田宜水，孟海波※，赵立欣
（农业部规划设计研究院，北京 100125）

摘 要：针对木质类生物质原料粉碎时功耗大、生产率低，以及粉碎后的碎料影响成型等问题，该文采用先切削后粉碎
的原理，研究设计了木质类生物质原料粉碎机，并以不同直径的果树剪枝进行切削粉碎性能试验，试验结果表明：直径
低于10 cm的树枝，本机器运行平稳，生产率达到2.1 m3
/h，粉碎后的原料粒度质量较好，能够满足成型要求；粉碎机的
功耗随着树枝直径的增加而明显增加，当树枝直径为 10～15 cm 时，功耗达到 15.7 kWh/m-3
，机器基本能够正常运行，
但当树枝直径超过15 cm时，功耗增加了55.8%，机器不能正常运行。
关键词：生物质，原料，粉碎，设计
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.z1.051
中图分类号：S220.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2011)-Supp.1-0267-05
姚宗路，田宜水，孟海波，等. 木质类生物质粉碎机设计[J]. 农业工程学报，2011，27(增刊1)：267－271.
Yao Zonglu， Tian Yishui， Meng Haibo， et al. Design of wood-biomass grinder[J]. Transactions of the CSAE， 2011， 27(Supp.1): 267
－271. (in Chinese with English abstract)

0 引 言

中国具有丰富的农作物秸秆资源和森林资源，据统
计农作物年产量每年6亿 t左右，约折合3 亿 t标准煤，
林业剩余物约1.5 亿t
[1-2]
。 如何高效综合利用农作物秸秆、
林业剩余物等生物质能已成为各国研究的重要课题[3-4]
， 生
物质固体成型燃料具有易运输、易点火、燃烧效率高、
灰分少、CO2零排放等优点，近年来越来越受到人们的广
泛关注[5-6]
。
生物质固体成型燃料在挤压成型前，需要对农作物
秸秆、林业剩余物原料进行粉碎、混合、烘干或加水等
预处理工序，使原料的粒度、湿度达到成型要求，其中
粉碎是关键的工序之-[7]
。玉米秸秆、麦秆等农作物秸秆
硬度孝易破碎，目前适于农作物秸秆粉碎的铡草机、
粉碎机种类较多，技术成熟，通过选型能够满足生物质
固体成型燃料预处理的要求[8-9]
。
棉杆、葵花秆以及果树剪枝等生物质原料，具有
高蜡质、长纤维、木质化程度较高等特点，因此韧性
好、抗破碎能力强[10]
。国内部分厂家及-些科研机构
对树枝粉碎设备进行研究和开发[11-13]
，但总体来讲，
这些设备主要是将废弃的树枝粉碎后进行堆肥，作为
城市园林或者农林生产的有机肥料，不是用于生物质
固体燃料成型技术的，其产量、粉碎粒度均不能满足

收稿日期：2010-12-31 修订日期：2011-02-17
基金项目：农业科技成果转化资金项目：生物质固体颗粒成型燃料自动高效
燃烧系统转化（2010GB23260580）
作者简介：姚宗路（1980－） ，男，山东临沂人，工学博士，主要从事生物
质资源开发利用方面研究。北京 农业部规划设计研究院，100125。
Email: yaozonglu###163.com
※通信作者：孟海波（1972－） ，男，副研究员，工学博士，主要从事生物
质资源开发利用方面研究。北京 农业部规划设计研究院，100125。
Email: newmhb7209###163.com
成型要求，同时存在功耗大、生产率低、刀片磨损严
重等问题。
针对以上问题，本文采用先切削后粉碎的原理，设
计了木质类生物质原料切削粉碎机，以解决高蜡质、长
纤维、木质化程度高的棉杆、葵花秆以及树枝等生物质
原料的粉碎问题，满足生物质固体燃料成型要求，促进
我国生物质固体成型燃料的产业化发展。
1 工作原理与整机结构
1.1 工作原理
木质类生物质原料粉碎机粉碎装置结构如图 1， 壳体
中依次安装刀盘、粉碎装置和叶片。棉杆、葵花秆、树
枝等木质生物质原料从刀盘-侧进入壳体， 刀盘上安装5
组锋利切削刀，且与刀盘平面有-个切削角。同时在壳
体侧面装有旁刀、底面装有底刀，旁刀和底刀有-定的
夹角，与切削刀构成-个密闭的切削室，能够将生物质
原料切削成细片状。然后通过切削刀与刀盘的缝隙进入
粉碎装置，在粉碎装置中装有 4 组锤片，锤片有锋利的
刃口，且两两呈对称安装，在锤片的反复锤打作用下，
细片状物料被粉碎成5～15 mm的碎料， 然后在叶片的作
用下由壳体上筛板排出。
在喂料过程中，物料在切削时受到切削刀的拉力，
不需进料装置即可自动进料，同时叶片回转半径低于锤
片回转半径，在壳体中旋转时产生离心力，有利于物料
从进料口向粉碎装置移动。
1.2 整机结构与技术参数
根据生物质固体成型燃料预处理要求，以及研究提
出的切削粉碎原理，并经过对主要工作部件的设计和大
量的粉碎试验，确定了木质类生物质原料粉碎机，整机
结构如图2 所示。