使用高水分玉米秸秆和玉米淀粉粘结剂在平模颗粒机中以较低能耗生产耐久颗粒的方法

本实验的总体目标是建立一种利用平模制粒机并添加黏结剂进行高水分生物质制粒的方法。该方法有助于解决生物能源领域中的关键问题，例如如何在降低制粒成本的同时，生产出满足不同运输条件下所需质量标准的颗粒燃料。该技术的主要优势在于可根据每位终端用户的具体需求进行定制化调整。

所获得的信息可作为开发放大模型的基础，并用于在中试规模和商业规模的制粒机上测试该工艺。使用配备10马力电机的实验室规模平模制粒机进行制粒试验。在进料斗下部的四个侧面均缠绕加热带。

然后拧紧进料器，并用玻璃棉对料斗和进料器进行保温，以防止热量散失。接着，将加热带连接到温度控制器，以便对生物质进行预热。然后，将变频驱动器（VFD）连接至制粒机电机。

通过电位器控制进料电机，因此使用直流电来调节颗粒机的进料速度。接下来，将功率计连接到颗粒机电机上，以记录电机的功耗。然后，选择一个孔径为8毫米、长径比为2.6的颗粒模具。

将轧辊与模具之间的间距调整为0.18至0.20毫米。最后，添加一个水平颗粒冷却器，以冷却从模具中出来的热颗粒。将冷却器连接到排气系统，以循环新鲜空气。

准备三至四公斤玉米秸秆，使用配备4.8毫米筛网的锤式粉碎机进行粉碎。同时从当地市场获取100%纯玉米淀粉粘合剂。测定两种物质的含水量。

例如，称取三份玉米秸秆样品，每份25至50克，置于105摄氏度的烘箱中干燥24小时。第二天，称量干燥后的样品并计算其含水量。接着，测定两种物质的容重。

将有机玻璃圆筒装满材料直至溢出，用直边工具将表面刮平。然后称量装有材料的圆筒重量，将重量除以圆筒的体积。

重复测量三次，并取平均值。现在，根据文本方案中的表二，向粉碎的玉米秸秆中加入玉米淀粉粘合剂。根据粉碎后玉米秸秆的含水量调整所需加水的量。

使用带状混合器将水与玉米秸秆淀粉混合物混合，制备含水量分别为33%、36%和39%的混合物。每份混合物约为3至4千克。将混合物储存于密封容器中，并置于4至5摄氏度下保存。

大约24小时后，其水分将达到平衡，即可进行测试。将玉米秸秆淀粉混合物升温至室温。将物料装入颗粒机的进料斗中。

将研磨机设置为以60赫兹或380转/分钟运行。启动研磨机后，通过调节进料速率均匀进料，以稳定状态制备颗粒。在水平颗粒冷却器中冷却颗粒。

然后，使用6.3毫米筛网将细粉与颗粒分离。称量通过筛网的物料，以确定物料中细粉的百分比。留出2千克颗粒用于测定其水分含量和耐久性，将剩余的颗粒在70°C下干燥3至4小时，使颗粒的最终水分含量降至9%以下。

采用先前描述的方法，测定湿颗粒和干颗粒的水分含量和容重，湿颗粒和干颗粒也分别称为生颗粒或熟化颗粒。接下来，测定颗粒的耐久性。将约500克不含细粉的颗粒放入颗粒耐久性测试仪的每个隔室中，并以每分钟50转的速度翻滚10分钟。

然后，使用6.3毫米筛网对翻滚后的材料进行筛分，并称量颗粒以计算其耐久性。为计算膨胀比，取一颗颗粒并用砂布将两端磨平。接着，使用游标卡尺测量颗粒的直径。

用10个颗粒进行此操作。膨胀比为挤出颗粒直径的平方除以模孔直径的平方。最后，测定颗粒机的功率消耗。

首先，记录颗粒机在60赫兹空载运行时的功率消耗。然后使用物料运行颗粒机，测量其功率消耗并进行相应的计算。比较了不同黏结剂和含水量的颗粒。

不添加粘结剂进行制粒后，生物质的含水量降低了约7%至8%。添加4%的粘结剂可使原料的水分损失减少至3%至5%。颗粒直径随含水量的增加而增大。

在不含粘结剂的情况下，水分含量介于33%至39%之间时，膨胀比的增加具有统计学显著性。干燥的颗粒膨胀比较低。增加水分含量可提高膨胀比，但添加淀粉粘结剂对膨胀比无显著影响。

堆密度随着起始原料水分含量的增加而降低。此外，有迹象表明堆密度随着淀粉含量的增加而降低。颗粒的绿色强度和固化后耐久性随粘结剂含量的增加而提高。

当含水量为33%且淀粉粘结剂为4%时，测得的绿色强度耐久性达到峰值。固化后的耐久性显著更高，当颗粒由含水量33%和粘结剂4%的原料制成时，耐久性峰值达到98%。产生的细粉百分比随含水量增加而上升。

添加粘结剂后，所有含水量条件下的细粉百分比均有所降低。在所有含水量条件下，加入粘结剂均降低了比能耗。添加2%至4%的粘结剂可使比能耗降低约20%至40%。

一旦掌握，若操作得当，该技术可在两小时内完成。在进行此操作时，必须牢记使用平板模具制粒机时应遵守的安全规程。由于存在高温和夹伤风险，需配备适当的个人防护装备。

通过该方法，您可以调整多种参数，例如原料类型、生物质颗粒尺寸、原料含水率、黏结剂类型、预热温度、模具转速、LBD 比、模具的长径比等。该技术的建立为研究人员在实验室中开发低成本颗粒燃料用于生物能源应用铺平了道路。我们计划利用这些信息，将该工艺扩展至中试规模和商业化规模的生产厂。