安微農(nóng)業(yè)科學, Joumal of Anhui Agri.Si.2011,39(24):14972-14974責任編輯張楊林貴任校對盧瑤生物質致密成型裝備的研究朱建安,梅艷陽,郭培紅·(河南理工大學機槭與動力工程學院,河南焦作400摘要介紹了目前使用的成型機類型及其缺點,設計了一種新型成型機,并介紹了其工藝流程和成型原理以及動力液壓回路的設計,生產(chǎn)試驗和誠運行結罘表明,該成型杋具有結構簡單、成本低廉、威型質量好、成型管壽命顯著提高等優(yōu)點,具有很好的推廣前景。關鍵詞生物質;成型裝備;液壓中圖分類號T64文獻標識碼A文章編號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日益增長的煤炭、石油、天然氣等化石燃料的消費給世擠壓式(包括環(huán)模式和平模式)。各種成型機的工作原理見界帶來了能源安全與環(huán)境問題,這些問題成為當今世界共同圖1、2、3。其成型原理是依靠傳動部件與生物質原料間的相關注的焦點之一回,因此作為世界第四大能源的生物質能對運動實現(xiàn)生物質壓縮壓縮過程中摩擦產(chǎn)生的熱或外部的的利用引起了世界各國的廣泛關注2。生物質能相對于加熱熱源產(chǎn)生的熱將生物質中的纖維木質素軟化的同時,在風能、太陽能等其他能源具有應用地域廣、投資規(guī)模小、使用活塞或旋轉設備的擠壓下進入型模并被擠出,成為既定更方便、經(jīng)濟等優(yōu)點,并且生物質能是能夠真正穩(wěn)定、持續(xù)提形狀。供能量的綠色能源。目前生物質能源轉換方式有生物質氣化、生物質固化、生物質液化和直接燃燒等方式。生物質固化就是利用生物質致密成型技術降低密度的生物質轉化為高密度的生物質燃料。筆者對生物質致密成型裝備進行研究,旨在為更好地利用生物質能源提供參考。1生物質致密成型技術的研究意義生物質致密成型技術是指應用機械加壓的方法將各類原來分散沒有一定形狀、密度低的生物質原料壓制成一定形狀、密度較高的各種固體成型燃料的過程致密成型加工后的生物質固體燃料力度均勻,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?？s小,密度可達08~1.4g/cm3,更易輸送和儲存,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,能量與中質煤相當,且燃燒性能明顯改善,熱效率可達80%~圖1環(huán)模生物質成型機原理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用于民用炊事爐、取暖爐、生物質氣化爐、高效燃燒爐和小型鍋爐,是易于進行商品化生產(chǎn)和銷售的可再生能源根據(jù)國家發(fā)改委《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》,至020年,我國生物質固體成型燃料年利用率將達5000萬t。生物質致密成型技術中成型是核心,故成型設備的性能是決定產(chǎn)品質量和控制生產(chǎn)成本的關鍵。2傳統(tǒng)生物質固體燃料成型設備根據(jù)成型原理的不同,生物質致密成型設備主要分為3注:1為原料;2為成型燃料;3為成型套筒;4為活塞;5為機械類螺旋擠壓式活塞沖壓式(包括機械式和液壓式)和輥?；蛞簤候寗??；痦椖繜崮芘c動力工程河南省特色專業(yè)項目(508057);熱能工程Note: 1. Material; 2. Briquette; 3. Forming sleeve; 4. Piston: 5.Me-河南理工大學校級重點學科項目(509927)。作者簡介朱建安(1955-),男,湖南衡陽人,教授,碩士生導師,從事圖2活塞油壓煤礦機電液一體化應用技術及生物質發(fā)電系統(tǒng)與設備等研中國煤化工究,E-mlil:1987my525@163.com。*通訊作者,教授,碩士生導師,從事煤礦設備虛擬樣機設計與流場數(shù)值模叔研究,3成型設備存在的問CNMHGE-mail:guopeihong@126.como生物質成型機目前雖初具規(guī)模但大部分機組可靠性收稿日期20114050339褻24期朱建安等生物質致密成型裝備的研究14973差,運轉不平衡輥輪和成型孔磨損快維修費用高,更換不此過程往復,物料逐漸向成型管中推進,待泵站所示壓力達方便。技術較成熟的螺旋擠壓式成型機螺桿是在較高溫度到25MPa時打開熱電偶1開關,加熱,由于摩擦力的存在并和壓力下工作,并且與生物質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,擇時打開熱壽命極其有限,平均壽命不超過200h,這就導致生物質致密電偶2開關加熱,成型燃料出模成型燃料的成本偏高,嚴重影響生物質致密成型技術及致密4.2成型原理該成型機是在不加任何黏結劑下冷壓成型成型燃料的發(fā)展和推廣。因此,開發(fā)一種運行穩(wěn)定、安全可的其主要是利用機械加壓的方法使生物質顆粒重新排列位靠、成本低廉且維修方便的新型成型機勢在必行置關系,并造成物理變形使生物質粒子靠緊、嚙合種新型生物質固體燃料成型設備物料由圖4中ab段運行到b段時,由于摩擦阻力很小,針對上述存在的問題,筆者設計了一種新型成型機(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裂,并且使生物質中的木質素軟產(chǎn)品密度為06~1.1g/cm3的實心燃料棒化,為后面的壓縮成型提供一定的黏結力;de段是壓縮段,物料在干餾管中向前運動受到料活塞的推力P以及管壁對其的摩擦阻力E的作用,其關系為Er=uFr計亞+Pa=k(2)式中k側壓力系數(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準值;P相應計算截面處的橫向推力標注:1為原料2為熱電偶;3為成型燃料;4為成型套筒;5為螺準值(kN/m2)。隨著物料的前進摩擦阻力逐漸增大,而液桿:6為驅動軸壓系統(tǒng)中,壓力取決于負載所以阻力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。該段關鍵是保證管溫不超過70圖3螺旋擠壓式生物質成型機原理℃,因為試驗發(fā)現(xiàn),超過這個溫度后,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;進入ef段后,物料再次受到加熱,此時物料已基本成型,密度不會發(fā)生改變,加熱主要是使生物質內(nèi)部膠合、外部焦化,具有一定形狀和強度,使成型棒能順利出模。成型過程中,成型管內(nèi)各段壓力和溫度見圖5、6。管內(nèi)測點 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新型生物質成型機原理Fig 4 Structure of the new-type briquette machine4.1工藝流程當料活塞處于初始位置(圖4中所示位置)時,物料自料倉落入機身空腔中,此時啟動泵站液壓缸帶動料活塞向前運動將物料推入成型管中一段距離,此時液壓香V中國煤化工缸達到最大行程,換向閥工作,液壓缸帶動料活塞退回到初圖6CNMHG始位置伴隨著料倉中的物料下落,完成一次進料過程。如Fig6 Temperature variation in the forming pipe14974安徽農(nóng)業(yè)科學2011年就需要比串聯(lián)布置提高1倍,這樣勢必會提高生產(chǎn)成本。串聯(lián)布置有一個問題需要解決,就是由于液壓缸的內(nèi)泄漏造成2個液壓缸不同步現(xiàn)象,為此筆者采用圖7所示的補油回路,很好地解決了這個問題,節(jié)約了成本,創(chuàng)造了效益。5結語該新型成型機目前還處于試驗階段,很多問題需要研究如在何種溫度下出模最為順利,壓縮段最優(yōu)長度,進料速度對成型燃料密度的影響等但就目前的試驗結果來看,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構更為簡單,成本更為低廉維修更換更為方便,單位能耗顯著降低等。它的開發(fā)和使用,為更好地利用生物質能提供了有效途徑,能創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益,具有良好的推廣前景。參考文獻圖7同步液壓回路原理[1]張雷中國能源安全和資源國際化[.資源科學,200,24(1):-4Flg. 7 Principle of synchronous hydraulic circuit[2]陳德銘全面貫徹落實科學發(fā)展觀加快生物質能的開發(fā)利用[冂].科技4.3液壓回路的設計為了提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率,筆者采與經(jīng)濟畫報,2006(4):16-17用雙成型管式結構設備這樣能將生產(chǎn)效率提高1倍。但是3]石元春日漸蠅起的生物質能源[生命世界x64:6[4]盧凌霄周應恒借鑒國外經(jīng)驗,發(fā)展生物質能[]生態(tài)經(jīng)濟:學術版若2個成型管液壓缸的油路布置不當,會造成設備制造成本200(2)437-439的增加該設備若選用并聯(lián)布置所選用液壓泵的額定功率5]姚向軍田宜水生物質能資源清潔轉化利用技術M].北京化學工業(yè)出版社,2005:108-114.(上接第14901頁)combinant parvinus vaccines protects ferrets against symptomatic CDV in-參考文獻cton[J]. 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