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生物质颗粒机相关资料

  生物质颗粒机相关资料_能源/化工_工程科技_专业资料。生物质燃料成型机原理、工艺、流程、设备

  一.生物质颗粒机原理简述 ........................................................................................... 2 二.生物质颗粒燃料成型机发展现状 ........................................................................... 2 三.生物质燃料颗粒成型工艺 ....................................................................................... 2 四.生物质颗粒燃料成型机结构组成以及总体设计 ................................................... 3 五.小结........................................................................................................................... 4 一.生物质颗粒机原理简述 生物质颗粒机是生物质能源行业最常用的一种核心机械。 近年来生物质颗粒燃料的生产 已引起高度重视和广泛关注。 国家的可再生能源产业发展规划及相关政策更为生物质颗粒燃 料的推广应用起到了巨大的推动作用。 生物质压缩成型技术,是将各种生物质资源包括锯末、秸秆、稻壳等农林废弃物通过加 压、 加热由原来的松散原料压缩成具有一定形状和密度的成型燃料的技术。 生物质压缩成型 技术的应用与发展,是因为一般农作物秸秆都具有疏松、密度小、单位体积热值低等缺点, 作为燃料使用很不方便。 这是造成人们不愿用秸秆作为燃料的主要原因之一。 秸秆生物质成 型技术不仅能有效地解决这一问题,而且能有效地改变秸秆的燃烧特性。原料挤压成型后, 密度可达 0. 8 -1. 3 t/m3,能量密度与中质煤相当,燃烧特性明显改善,火力持久,黑烟少, 炉膛温度高,且储存、运输和使用方便,干净卫生,可代替矿物能源用于生产和生活领域。 因此,作为生物质转化的重要手段和方法,压缩成型技术越来越受到人们的重视。 生物质颗粒燃料成型机理: 生物质颗粒机系统是在不加任何粘结剂的条件下对生物质进行热 压成型的,成型主要是由于生物质中木质素的存在,木质素属非晶体,没有熔点,但有软化 点。经试验,当温度在 70-100℃时其粘合力开始增加,当温度在 200-300℃时可以熔融化。 热压成型的合适温度为 140-200℃。该成型机采用动辊式挤压成型结构,当粉碎后的物料在 重力作用下进入成型料室后,推料板均匀地将物料平铺在平模盘上,压辊在动力作用下,绕 主轴旋转的同时还绕压辊轴自转,物料不断受到挤压,在外力作用下,开始重新排列位置关 系,并发生机械变形和塑性形变,粒子主要以相互啮合的形式结合。随着外力的不断增大, 生物质体积不断缩小,容积密度不断增大,生物质内部胶合,外部焦化,在平模孔中成型, 并具有一定的形状和强度。 二.生物质颗粒燃料成型机发展现状 目前,国外生物质成型机的主要方式有四种即颗粒成型机、螺杆连续挤压成型机、机械驱动 活塞式成型机和液压驱动活塞式成型机。 螺旋挤压式成型机是最早研制生产的生物质热压成 型机。这类成型机以其运行平稳、生产连续、所产成型棒易燃(由于其空心结构以及表面的 炭化层)等特性,在成型机市场中尤其是在印度、泰国、马来西亚等东南亚国家和我国一直 占据着主导地位。 但制约螺旋式成型机商业化利用的主要技术问题一个是成型部件, 尤其是 螺杆磨损严重,使用寿命短;另一个是单位产品能耗高。 国内市场上各种结构的生物质制粒成型机其结构形式主要有平模式和环模式两种。 环模式配 套动力大,一般在 80-100 kW,在作业时需配置专用变压器,不利于大面积推广使用;平模机 由于结构简单、配套动力小,成本低,越来越被市场所青睐。但目前市场上的平模机大都存 在能耗高、产量低、易损件寿命短、性能不稳定和对生物质原料适应性差等技术问题。 三.生物质燃料颗粒成型工艺 生物质燃料颗粒成型工艺主要有湿压成型工艺、热压成型工艺和碳化成型工艺。 3.1 湿压成型工艺:纤维类原料经一定程度的腐化后,会损失一定能量,但是与一般 风干原料相比,其挤压、加压性能会有明显改善。通常情况下,将原料在常温下浸泡数日, 即可使其湿润皱裂并部分降解。 这种方法常用于纤维板的生产, 但也可以利用简单的杠杆和 木模将腐化后的农林废弃物中的水分挤出, 压缩成燃料块。 菲律宾一家研究机构的试验结果 表明,这类机组的生产率可以达到 l t/h,在 25%的含水率条件下,燃料的平均热值约为 23kJ/kg,该类燃料在当地被称为“绿色炭”或“绿色燃料”,在燃料市场上具有一定的竞 争能力。 3.2 热压成型工艺:热压成型是目前普遍采用的生物质压缩成型工艺。其工艺过程一 般可分为原料粉碎、干燥混合、挤压成型和冷却包装等几个环节。由于原料的种类、粒度、 含水率、成型压力、成型温度、成型方式、成型模具的形状和尺寸以及生产规模等因素对成 型工艺过程和产品的性能都有一定的影响, 所以具体的生产工艺流程以及成型机结构和原理 也有一定的差别,但是在各种成型方式中,挤压成型作业都是关键的作业步骤。 3.3 碳化成型工艺: 碳化成型工艺的基本特征是, 首先将生物质原料碳化或部分碳化, 然后再加入一定量的粘结剂挤压成型。 由于原料的纤维结构在碳化过程中受到破坏, 高分子 组份受热裂解转换成炭并释放出挥发份(包括可燃体、木醋液和焦油等),因而其挤压加工性 能得到改善,成型部件的机械磨损和挤压加工过程中的功率消耗明显降低【,”。但是,碳 化后的原料在挤压成型后维持既定形状的能力较差,贮存、运输和使用时容易破碎,所以采 用碳化成型工艺时,一般都要加入一定量的的粘结剂「,‘,。如果在成型过程中不使用粘 结剂,要保证成型块的贮存和使用性能,需要有较高的成型压力,这将明显提高成型机的造 价。从成型燃料的热值、环保性及总体造价方面考虑,目前较多地应用热压成型工艺。 四.生物质颗粒燃料成型机结构组成以及总体设计 4.1 生物质颗粒燃料成型机结构组成。 生物质颗粒燃料成型机主要由机架、 电动机、 减速器、主轴、成形料室、平模盘、压辊总成和电控柜等几部分组成。 4.2 生物质颗粒燃料成型机总体设计。其总体设计主要包括:生物质燃料颗粒成 型机技术指标的确定、电动机型号的选择、减速其的选择、皮带的选择、压辊的总体设计、 环境的结构设计和主机的结构设计。 4.3 案例。以下以山西省长治市农业机械研究所研制的 11 SZL-320 型生物质颗粒燃料 成型机为例简要分析。 (1)机架:机架承载整个机组,为保证安全、稳定,机架选用 80x 80 mm 方钢焊接而成, 机架卜方安装固定轮与万向轮各 2 个,便于移动,增加了机具的灵活性。 (2)电动机:该机配套动力按工作要求选用 Y 系列三相异步电动机,其型号是 Y160M2 -4 一 15,额定功率 15 kW,转速 1 440 r/min,电压 380V。 (3)减速器。为实现上述成型,必须设计相应的主轴传动机构以带动压辊轴低速转动。 由于生物质颗粒特殊的成型机理,为防局部载荷过高,出现“炯机”现象,选用 K 系列螺旋 圆锥齿轮减速器。 该减速器具有承载能力强, 运转平稳、 高效的特点, 减速器为恒转速输出, 经多次试验,减速比取 1:10。为装拆方便,输入、输出轴设计为同轴线,压轮轴得到工作转 速为 144r/min,满足设计要求。 (4)主轴。主轴的作用是将电动机的动力经减速器减速换向后,传递至压辊轴,使压辊 带动压轮转动。 (5)成型料室。当物料从加料斗进入成型料室后,物料在推料板的作用卜,均匀地平铺 在平模盘上,通过压辊的不断挤压,物料在平模孔中成型。成型后的燃料被安装在平模盘卜 方的切刀切成规定的长度。 (6)平模盘。平模盘的作用是将受到挤压的物料在其模孔中成型。平模的结构参数是否 合理直接决定了颗粒质量的优劣。 通过对生物质原料成型特性分析, 加工不同的物料要选用 不同压缩比的平模盘。模孔压缩比越小,产量越大,但是颗粒密度越小,质量也越差;压缩 比越大,产量越小、颗粒密度越大,压缩比过大,机具负荷增大,容易造成“炯机”。经过 多次试验分析,选用压缩比为 1:5,得到了好的效果。模孔直径设计成 cp 8 mm 的圆柱形, 圆周方向呈等腰梯形排列,根据粉碎物料成型特性,为模孔设计了预压段、成型段和保型段 3 个参数。通过以上设计,颗粒质量和产量有了明显提高。由于平模盘属易损件,设计成正 反两面都可以使用。采用 20C:材料,经淬火等热处理工艺处理后,可保持一定的硬度和耐 磨性。 (7)压辊总成。经粉碎的秸秆送入进料口后,主要通过挤压轮的挤压作用,将秸秆均匀 分散到挤压轮与平模盘之问的工作区。 为增加挤压轮的挤压效果, 在挤压轮的外圆上设计了 同步齿形带式矩形齿。改进后,由于矩形齿作用,以及挤压轮因反作用力水平分力产生的自 转运动, 更有利于将粉碎后的秸秆加速挤压进平模盘的模孔中。 因挤压轮表面与秸秆相对摩 擦较大,考虑零件的耐磨性和工作强度,挤压轮材料选用耐磨性较好的 aocr,采用渗碳淬火 热处理工艺,使其齿面具有较高硬度,提高零件的使用寿命。电控柜。电控柜主要用来保护 电机,还可以方便启动和停机。电控柜安装有电流表和电压表,可随时监测电流变化,调节 喂料速度,以达到最佳成型效果。 五.小结 能源是经济发展的血液, 它的供应能力和供应状况直接影响经济的发展。 但是基于能源 资源的条件,在我国以煤炭为主的能源供应格局将在相当长的时期内不会发生根本性的改 变,而且以煤的直接燃烧为主,为此带来了沉重的环境压力。这对以煤炭为主的能源消费、 能源发展及能源结构优化提出了严峻的挑战。为了保证能源安全供应,改善环境,促进经济 社会的可持续发展, 根据我国的能源资源情况, 在我国开发利用新能源和可再生能源具有其 必然性。从长期的能源发展战略角度来审视,新能源和可再生能源的开发与利用,是“零” 排放或“低”排放的技术,这是未来可持续发展型能源结构的基础。因此开发新能源和可再 生能源,特别是把它们转化为高品位能源,因地制宜,多能互补,对我国社会、经济和生态 环境协调发展具有重要意义。这些也就意味着生物质颗粒燃料成型机必然会有非常好的前 景,生物质颗粒燃料成型机的研究也凸显出其重要性。

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