安微農(nóng)業(yè)科學(xué), Joumal of Anhui Agri.Si.2011,39(24):14972-14974責(zé)任編輯張楊林貴任校對(duì)盧瑤生物質(zhì)致密成型裝備的研究朱建安,梅艷陽(yáng),郭培紅·(河南理工大學(xué)機(jī)槭與動(dòng)力工程學(xué)院,河南焦作400摘要介紹了目前使用的成型機(jī)類型及其缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種新型成型機(jī),并介紹了其工藝流程和成型原理以及動(dòng)力液壓回路的設(shè)計(jì),生產(chǎn)試驗(yàn)和誠(chéng)運(yùn)行結(jié)罘表明,該成型杋具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、威型質(zhì)量好、成型管壽命顯著提高等優(yōu)點(diǎn),具有很好的推廣前景。關(guān)鍵詞生物質(zhì);成型裝備;液壓中圖分類號(hào)T64文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-66112011)24-14972-03Research on Biomass Densification and Molding EquipmentZHU Jian-an et al School of Mechanics and Power Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000tion, the briquette machine is simple and cheap with good molding quality, prolonged life of pipe and broad promotion prospectKey words Biomass; Molding equipment; Hydraulic日益增長(zhǎng)的煤炭、石油、天然氣等化石燃料的消費(fèi)給世擠壓式(包括環(huán)模式和平模式)。各種成型機(jī)的工作原理見(jiàn)界帶來(lái)了能源安全與環(huán)境問(wèn)題,這些問(wèn)題成為當(dāng)今世界共同圖1、2、3。其成型原理是依靠傳動(dòng)部件與生物質(zhì)原料間的相關(guān)注的焦點(diǎn)之一回,因此作為世界第四大能源的生物質(zhì)能對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)壓縮壓縮過(guò)程中摩擦產(chǎn)生的熱或外部的的利用引起了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注2。生物質(zhì)能相對(duì)于加熱熱源產(chǎn)生的熱將生物質(zhì)中的纖維木質(zhì)素軟化的同時(shí),在風(fēng)能、太陽(yáng)能等其他能源具有應(yīng)用地域廣、投資規(guī)模小、使用活塞或旋轉(zhuǎn)設(shè)備的擠壓下進(jìn)入型模并被擠出,成為既定更方便、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn),并且生物質(zhì)能是能夠真正穩(wěn)定、持續(xù)提形狀。供能量的綠色能源。目前生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換方式有生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)固化、生物質(zhì)液化和直接燃燒等方式。生物質(zhì)固化就是利用生物質(zhì)致密成型技術(shù)降低密度的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高密度的生物質(zhì)燃料。筆者對(duì)生物質(zhì)致密成型裝備進(jìn)行研究,旨在為更好地利用生物質(zhì)能源提供參考。1生物質(zhì)致密成型技術(shù)的研究意義生物質(zhì)致密成型技術(shù)是指應(yīng)用機(jī)械加壓的方法將各類原來(lái)分散沒(méi)有一定形狀、密度低的生物質(zhì)原料壓制成一定形狀、密度較高的各種固體成型燃料的過(guò)程致密成型加工后的生物質(zhì)固體燃料力度均勻,體積大大注:1為壓輥;2為原料;3為壓模圈;4為切刀5為成型燃料。縮小,密度可達(dá)08~1.4g/cm3,更易輸送和儲(chǔ)存,含水率在Note: 1. Roller; 2. Material; 3. Die ring; 4. Cutting knife; 5. Bri-12%以下增加了單位體積熱值(為16-21MJ/kg)1,能量與中質(zhì)煤相當(dāng),且燃燒性能明顯改善,熱效率可達(dá)80%~圖1環(huán)模生物質(zhì)成型機(jī)原理9%,而未經(jīng)處理的粗放性燃燒熱利用率僅有10%~15%。因此該類燃料可廣泛應(yīng)用于民用炊事?tīng)t、取暖爐、生物質(zhì)氣化爐、高效燃燒爐和小型鍋爐,是易于進(jìn)行商品化生產(chǎn)和銷售的可再生能源根據(jù)國(guó)家發(fā)改委《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》,至020年,我國(guó)生物質(zhì)固體成型燃料年利用率將達(dá)5000萬(wàn)t。生物質(zhì)致密成型技術(shù)中成型是核心,故成型設(shè)備的性能是決定產(chǎn)品質(zhì)量和控制生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。2傳統(tǒng)生物質(zhì)固體燃料成型設(shè)備根據(jù)成型原理的不同,生物質(zhì)致密成型設(shè)備主要分為3注:1為原料;2為成型燃料;3為成型套筒;4為活塞;5為機(jī)械類螺旋擠壓式活塞沖壓式(包括機(jī)械式和液壓式)和輥模或液壓驅(qū)動(dòng)?；痦?xiàng)目熱能與動(dòng)力工程河南省特色專業(yè)項(xiàng)目(508057);熱能工程N(yùn)ote: 1. Material; 2. Briquette; 3. Forming sleeve; 4. Piston: 5.Me-河南理工大學(xué)校級(jí)重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目(509927)。作者簡(jiǎn)介朱建安(1955-),男,湖南衡陽(yáng)人,教授,碩士生導(dǎo)師,從事圖2活塞油壓煤礦機(jī)電液一體化應(yīng)用技術(shù)及生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)與設(shè)備等研中國(guó)煤化工究,E-mlil:1987my525@163.com。*通訊作者,教授,碩士生導(dǎo)師,從事煤礦設(shè)備虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)與流場(chǎng)數(shù)值模叔研究,3成型設(shè)備存在的問(wèn)CNMHGE-mail:guopeihong@126.como生物質(zhì)成型機(jī)目前雖初具規(guī)模但大部分機(jī)組可靠性收稿日期20114050339褻24期朱建安等生物質(zhì)致密成型裝備的研究14973差,運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡輥輪和成型孔磨損快維修費(fèi)用高,更換不此過(guò)程往復(fù),物料逐漸向成型管中推進(jìn),待泵站所示壓力達(dá)方便。技術(shù)較成熟的螺旋擠壓式成型機(jī)螺桿是在較高溫度到25MPa時(shí)打開(kāi)熱電偶1開(kāi)關(guān),加熱,由于摩擦力的存在并和壓力下工作,并且與生物質(zhì)始終處于干摩擦狀態(tài),故螺桿且逐漸增大物料受到擠壓,成為柱狀致密燃料,擇時(shí)打開(kāi)熱壽命極其有限,平均壽命不超過(guò)200h,這就導(dǎo)致生物質(zhì)致密電偶2開(kāi)關(guān)加熱,成型燃料出模成型燃料的成本偏高,嚴(yán)重影響生物質(zhì)致密成型技術(shù)及致密4.2成型原理該成型機(jī)是在不加任何黏結(jié)劑下冷壓成型成型燃料的發(fā)展和推廣。因此,開(kāi)發(fā)一種運(yùn)行穩(wěn)定、安全可的其主要是利用機(jī)械加壓的方法使生物質(zhì)顆粒重新排列位靠、成本低廉且維修方便的新型成型機(jī)勢(shì)在必行置關(guān)系,并造成物理變形使生物質(zhì)粒子靠緊、嚙合種新型生物質(zhì)固體燃料成型設(shè)備物料由圖4中ab段運(yùn)行到b段時(shí),由于摩擦阻力很小,針對(duì)上述存在的問(wèn)題,筆者設(shè)計(jì)了一種新型成型機(jī)(圖所以變形很小;cd段主要是干燥段,目的是使物料中的游離4)。該機(jī)所用物料為濕度10%~40%、粒徑14mm以下的木水分經(jīng)加熱由排氣孔排出,避免其在成型出模后由于壓力的屑或鋸末,生產(chǎn)率為120~200kg/h,能耗為50~80kWh/t,突然減小而造成成型棒的開(kāi)裂,并且使生物質(zhì)中的木質(zhì)素軟產(chǎn)品密度為06~1.1g/cm3的實(shí)心燃料棒化,為后面的壓縮成型提供一定的黏結(jié)力;de段是壓縮段,物料在干餾管中向前運(yùn)動(dòng)受到料活塞的推力P以及管壁對(duì)其的摩擦阻力E的作用,其關(guān)系為Er=uFr計(jì)亞+Pa=k(2)式中k側(cè)壓力系數(shù)k=(45°-甲/2);q—物料的內(nèi)摩擦角ψ——物料與管壁的摩擦系數(shù);P——管壁單位面積上的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值;P相應(yīng)計(jì)算截面處的橫向推力標(biāo)注:1為原料2為熱電偶;3為成型燃料;4為成型套筒;5為螺準(zhǔn)值(kN/m2)。隨著物料的前進(jìn)摩擦阻力逐漸增大,而液桿:6為驅(qū)動(dòng)軸壓系統(tǒng)中,壓力取決于負(fù)載所以阻力E越大,推力P越ote:1. Material 2. Thermocouple; 3. Briquette; 4. Fornming大。從上式可以看出,推力的增加又造成了摩擦力的增大,sleeve; 5. Screw: 6. Drive shaft.最終使物料壓縮致密成型。該段關(guān)鍵是保證管溫不超過(guò)70圖3螺旋擠壓式生物質(zhì)成型機(jī)原理℃,因?yàn)樵囼?yàn)發(fā)現(xiàn),超過(guò)這個(gè)溫度后,物料與管壁的摩擦系數(shù)Fig 3 Structure of the screw extruder減小,物料被松散地送出管外,不能完成擠壓;進(jìn)入ef段后,物料再次受到加熱,此時(shí)物料已基本成型,密度不會(huì)發(fā)生改變,加熱主要是使生物質(zhì)內(nèi)部膠合、外部焦化,具有一定形狀和強(qiáng)度,使成型棒能順利出模。成型過(guò)程中,成型管內(nèi)各段壓力和溫度見(jiàn)圖5、6。管內(nèi)測(cè)點(diǎn) Measured points inside the pipe注:1為液壓缸活塞桿;2為料活塞;3為原料;4為機(jī)身;5為熱圖5成型管中各段的壓力變化電偶1;6為排氣孔;7為成型管;8為熱電偶2。A為側(cè)視圖;Fig 5 Pressure variation in the forming pipeB為俯視圖。Note: 1. Hydraulic cylinder piston rod; 2. Piston; 3. Material; 4Machine body 5. Thermocouple 1; 6. Vent; 7. Forming tube8. Thermocouple 2. A Side view: B. Top vie圖4新型生物質(zhì)成型機(jī)原理Fig 4 Structure of the new-type briquette machine4.1工藝流程當(dāng)料活塞處于初始位置(圖4中所示位置)時(shí),物料自料倉(cāng)落入機(jī)身空腔中,此時(shí)啟動(dòng)泵站液壓缸帶動(dòng)料活塞向前運(yùn)動(dòng)將物料推入成型管中一段距離,此時(shí)液壓香V中國(guó)煤化工缸達(dá)到最大行程,換向閥工作,液壓缸帶動(dòng)料活塞退回到初圖6CNMHG始位置伴隨著料倉(cāng)中的物料下落,完成一次進(jìn)料過(guò)程。如Fig6 Temperature variation in the forming pipe14974安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2011年就需要比串聯(lián)布置提高1倍,這樣勢(shì)必會(huì)提高生產(chǎn)成本。串聯(lián)布置有一個(gè)問(wèn)題需要解決,就是由于液壓缸的內(nèi)泄漏造成2個(gè)液壓缸不同步現(xiàn)象,為此筆者采用圖7所示的補(bǔ)油回路,很好地解決了這個(gè)問(wèn)題,節(jié)約了成本,創(chuàng)造了效益。5結(jié)語(yǔ)該新型成型機(jī)目前還處于試驗(yàn)階段,很多問(wèn)題需要研究如在何種溫度下出模最為順利,壓縮段最優(yōu)長(zhǎng)度,進(jìn)料速度對(duì)成型燃料密度的影響等但就目前的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,其()6()已經(jīng)表現(xiàn)出很大的優(yōu)越性,如成型管使用壽命大大提高結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單,成本更為低廉維修更換更為方便,單位能耗顯著降低等。它的開(kāi)發(fā)和使用,為更好地利用生物質(zhì)能提供了有效途徑,能創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益,具有良好的推廣前景。參考文獻(xiàn)圖7同步液壓回路原理[1]張雷中國(guó)能源安全和資源國(guó)際化[.資源科學(xué),200,24(1):-4Flg. 7 Principle of synchronous hydraulic circuit[2]陳德銘全面貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀加快生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)利用[冂].科技4.3液壓回路的設(shè)計(jì)為了提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率,筆者采與經(jīng)濟(jì)畫報(bào),2006(4):16-17用雙成型管式結(jié)構(gòu)設(shè)備這樣能將生產(chǎn)效率提高1倍。但是3]石元春日漸蠅起的生物質(zhì)能源[生命世界x64:6[4]盧凌霄周應(yīng)恒借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn),發(fā)展生物質(zhì)能[]生態(tài)經(jīng)濟(jì):學(xué)術(shù)版若2個(gè)成型管液壓缸的油路布置不當(dāng),會(huì)造成設(shè)備制造成本200(2)437-439的增加該設(shè)備若選用并聯(lián)布置所選用液壓泵的額定功率5]姚向軍田宜水生物質(zhì)能資源清潔轉(zhuǎn)化利用技術(shù)M].北京化學(xué)工業(yè)出版社,2005:108-114.(上接第14901頁(yè))combinant parvinus vaccines protects ferrets against symptomatic CDV in-參考文獻(xiàn)cton[J]. 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