生物质成型燃料技术及设备

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• 环模压块成型机的主要工作原理不同于 环模颗粒成型机,它的主要工作部件是 由固定的单列方模孔的环模和转动的单 一偏心压轮组成。粉碎后的秸秆物料经 喂料口进入带有不等螺距的内外螺带的 机体腔仓中,随着主轴体的转动,将物 料推至环模腔中,并布满环模沟槽,由 沿着环模沟槽内切公转和摩擦自转的偏 心压轮将物料挤压进环模孔中。
• 针对环模表面的磨损研究得出了环模 内径表面不规则的磨损是由于物料沿 环模轴向的分布不均勻造成的;针对 环模结构强度的研究中表明交替排列 模孔可以增强环模的结构强度,而且 模孔长径比选5:1,模孔受力状况好, 应力最小;针对环模结构破坏最终导 致失效的研究认为其主要失效形式为 接触疲劳失效这些研究成果都为环模 寿命的延长提供了重要的理论参考依 据。
环模秸秆压块机
• 环模压块机是秸秆块状饲料生产机组 的核心设备,它主要由喂料斗、永磁 除铁器、机体外壳筒、主轴体、主轴 偏心体、偏心压轮、环模、主轴端盖 体和集料外罩、出料口、底座等组成 。环模压块系统工艺流程主要包括原 料干燥、粉碎(除尘)、输送、成型 、冷却、包装等工序。
一、环模秸秆压块机工作原理
• 最后被挤出成型模具,由切刀切断。在压缩过程中,压 辊与平模之间发生相对滑动,可以起到粉碎原料的作用 ,因此在平模颗粒成型时,允许使用粒度稍大的成型原 料。

平模成型结构示意图
平模颗粒成型机的工作原
理示意图

平模成型机结构图
1. 电动机 2. 传动箱 3.主轴 4. 喂料室 5. 压辊 6. 均料板 7. 平模 ห้องสมุดไป่ตู้.切刀 9.扫料板 10.出料口
炭化成型工艺
• 炭化成型工艺的基本特征是,首先将生物质 原料炭化或部分炭化,然后再加入一定量的 黏结剂挤压成型。由于原料纤维素结构在炭 化过程中受到破坏,高分子组分受热裂解转 换成炭,并放出挥发分,使成型部件的磨损 和能耗都明显降低。但炭化后的原料维持既 定形状的能力较差,所以一般要加入黏结剂 。炭化致密成型设备比较简单,类似于型煤 成型设备。
生物质致密成型燃料定义
• 生物质燃料是利用农作物的玉米杆、麦草、稻草、 花生壳、玉米芯、棉花杆、大豆杆、杂草、树枝、 树叶、锯末、树皮等固体废弃物为原料,经过粉碎 、加压、增密、成型,成为棒状或固体颗粒燃料。 图1为生物质棒状和颗粒装燃料的形状图。
生物质致密成型燃料的用途
• 秸杆成型后的颗粒燃料是一种新型的生 物能源,它可代替木柴、原煤、燃油、 液化气等,广泛用于取暖、生活炉灶、 热水锅炉、工业锅炉、生物质发电厂等 。
二、平模致密成型机生产燃料
• 一般平模成型机只能生产颗粒状成型 燃料。 • 在平模成型设备中又可以分为动辑式 、动模式、模棍双动式三种不同运动 方式的设备。 • 动辑式适合于较大型的设备,因为其 将平模固定可避免由于平模的自传而 将成型颗粒燃料尼出造成成型率低的 可能性。
三、平模成型设备工作部件的研究
• 国内学者对平模成型设备工作部件的 研究集中在模辊运动、挤压过程受力 及主要技术和结构参数的分析上,理 论及实验的分析研究较多,也进行了 少量的软件模拟分析。其主要成果有 郑建龙改进了模银结构,改善了磨损 情况
• 陈义厚主要分析了平模技术参数 模辊间隙对制粒质量的影响; • 黎粤华对直辑改进为模辊并通过 磨损分析实验证明了其实用性, 还从理论分析上得到了模辊挤压 力、主轴功率等的计算公式;
生物质致密成型技术及工艺
• 1、生物质致密成型燃料技术
• 生物质致密成型技术是指具有一定粒度的 农林废弃物(锯屑、稻壳、树枝、秸秆) 干燥后在一定的压力作用下(加热或不加 热), 可连续挤压制成棒状、粒状、块 状等各种成型燃料的加工工艺,有些致密 成型技术还需要加入一定的添加剂或黏结 剂。
• 一般生物质致密成型主要是利用木质素的胶 黏作用。农林废弃物主要由纤维素、半纤维 素和木质素组成,木质素为光合作用形成的 天然聚合体, 具有复杂的三维结构,是高 分子物质,在植物中含量约为15%-30%。当 温度达到70-100℃,木质素开始软化,并有 一定的黏度。当达到200-300℃时,呈熔融 状,黏度变高。此时若施加一定的外力,可 使它与纤维素紧密粘结,使植物体积大量减 少,密度显著增加,取消外力后,由于非弹 性的纤维分子间的相互缠绕,其仍能保持给 定形状,冷却后强度进一步增加,成为成型 燃料。
生物质致密成型工艺
• 生物质致密成型燃料制作工艺有多种,根据工艺 特性的差别,可划分为冷压致密成型、热压致密 成型和碳化致密成型。不同的生物质致密成型工 艺流程大体相差不大。
• 基本流程为:原料收集→原料粉碎→ 机械制粒成型→装袋销售根据农作物 的收获期不同,要及时大量储存原料 ,随后粉碎、成型。成型时注意不要 随即装袋,因热脹冷缩的原理待冷却 40分钟后,再装袋运输。
热压成型工艺
• 热压致密成型有螺杆致密成型、 活塞致密成型 和冲压致密成型。热压致密成型工艺过程一般 分为原料粉碎、干燥、挤压、加热、保型等几 个环节。螺杆致密成型机是开发应用较早的生 物质热压成型设备,主要包括驱动机、传动部 件、进料机构、压缩螺杆、成型套筒和电加热 等几部分。工作过程是将粉碎后的生物质经干 燥后,从料斗中加入,螺旋推挤进入成型套筒 中,并经螺杆压成带孔的棒状成品,连续从成 型套筒中挤出。制约螺杆成型机发展的主要技 术问题是螺杆和成型套筒磨损严重,使用寿命 短。
生物质致密成型燃料技术
农业工程 赵林 2013年6月
生物质致密成型燃料技术
• 一、生物质致密成型燃料 • 二、生物质成型燃料的技术及工艺
• 三、平模颗粒成型机
• 四、环模成型机 • 五、我国环模成型机与平模成型机涉笔比较 及目前存在的主要问题
• 我国关于生物质固化成型技术的研究 始于20世纪70年代,晚于国外大约50 年。国外着眼于对闭式成型机的研究 ,而我国的主视角则在于开式成型机 的研究。生物质技术研究起步虽然早 ,但各国对生物质成型技术研究的真 正重视则是在中东战争引发的世界能 源危机之后。经过40多年的研究,我 国在此技术的研究取得一定的成绩。 技术某些方面的研究已达到了国际先 进水平,但在某些方面还存在很大差 距。
• 而立式环模成型机的压辊和压模的轴 线为垂直设置,结构简单、紧凑,使 用方便。
一、环模成型机的工作原理
• 原料在配料仓经专门配置的抄板 搅拌混合,调质处理,随后螺旋 供料器将物料喂入压粒器制粒。 在压粒器内,匀料板将调质好 的物料均匀地分配到模、辊之间 。环模由电机带动回转, 安装 于环模内的 2 只压辊在模辊间 的物料及其间的摩擦力作用下只 自转不公转。
冷压成型工艺
• 冷压致密成型一般是辊压成型, 有水平轴式环模 挤压成型、垂直轴式环模挤压成型和平面辊压成 型。冷压致密成型工艺常用于含水量较高的原料 。原料进入成型室后,在压辊或压模的转动作用 下,进入压模与压辊之间,然后挤入成型孔,从 成型孔挤出的原料被挤压成型,再用切刀切割成 一定长度的颗粒状或块状燃料。该机型主要用于 木材加工厂的木屑和秸秆碎料。成型设备一般比 较简单,价格较低,但由于死角较大,引起无用 能耗大,成型部件磨损较快。工作中易出现辊轮 和成型孔堵塞现象。且由于燃料湿度较大,不含 黏结剂,易吸湿变形,不利于长期保存、运输和 使用。
二、环模压块成型机生产的燃料
• 生物质环模压块成型机生产的压块 燃料,通常为棱柱形或圆柱形, 其直径或横截面的对角线一般大于 25 mm,长度不等。由于模孔横截 面尺寸为30 mm×32 mm,模孔压缩 比较小,对原料含水率要求宽松一 些,一般为10%~20%。
三、环模成型设备工作部件的研 究
• 国内许多学者从环模与压棍的受力、结构强 度及寿命分析等方面对其尺寸及结构进行了 研究,通过对工作部件环模和压棍的力学特 性研究分析其主要技术和结构参数,从其尺 寸关系的选取来改进设备;并且结合先进的 软件模拟仿真分析得到了环模内部结构的温 度场及应力、应变规律,针对模孔孔型、长 径比、排列方式等方面的改进来改善其内部 应力状况从而增强结构强度以及进行环模疲 劳寿命的分析;还对环模的失效形式和机理 进行了深入的分析。
生物质原料
• 粉碎环节
• 干燥环节
• 制粒环节
粉碎
干燥
制粒
冷却
包装
三、环模颗粒成型机生产的燃料
• 生物质环模颗粒成型机生产的颗粒燃 料,通常为圆柱形,直径一般不大于 25 mm,长度不大于其直径的 4 倍; 常见的直径尺寸有 6 ,8 ,10 mm。 颗粒燃料的密度大于压块燃料,达 1.2-1.4 t/m3[28]。由于颗粒燃料直 径较小,模孔压缩比较大,对原料含 水率要求较高,一般在含水率为 12%-15%、原料粒径为 1-5 mm 时适 合成型。
热压成型工艺
• 活塞和冲压式致密成型机改变了成型部件与 原料之间的作用方式,在大幅提高成型部件 使用寿命的同时,也降低了单位产品的能耗 。原料经粉碎后,通过机械或风力形式送入 压缩间。活塞或冲头前进时,把原材料压紧 成型,并送入保型筒。活塞和冲压成型机一 般造价较高,且振动噪声大, 由于间断挤 压,成型块质量有时有高低反差。特别是要 求原料含水率较小,否则会使成型燃料膨胀 、松散、甚至出现危险的“放炮”现象。
• 由于模、辊的旋转,将模、辊间 的物料钳入、挤压,最后成条柱 状从模孔中被连续挤出来,再由 安装在压模外面的固定切刀切成 一定长度的颗粒燃料。
二、环模制粒系统工艺流程
环模制粒系统工艺流程主要包括 原料干燥、粉碎(除尘)、气流输 送、收集、原料混合搅拌 、螺旋输 送、制粒成型、切断、冷却、包装 、入库等工序。
• 景果仙利用软件对平模模孔的应 力、应变进行仿真分析;
• 赵明杰研究了环辊与平模之间的 滑动对物料挤压的积极作用,同 时比较了生产相同质量与规格的 颗粒燃料时平模与环模的厚度并 给出了原因,还对平模径向生产 颗粒质量的不均匀现象做出了分 析。
环模成型机
• 生物质环模成型机最初由饲料成型设 备改进而得。
• 生物质环模成型机可按生产的产品尺 寸规格进行分类, 主要分为生物质 环模颗粒成型机和生物质环模压块成 型机。
环模成型机
环模颗粒成型机
环模压块机
生物质环模成型机性能特点
一、环模颗粒成型机 • 环模颗粒成型机依靠挤压成型时 产生的摩擦热可以使秸秆软化和 粘合,因此一般不需要加热。与 活塞冲压成型将比,其压辊速度 比较低,原料中的水分和空气有 足够时间逸出,因此压辊式成型 机对秸秆原料的含水率要求不高 。
• 环模压块成型机主轴体与偏心压轮有 一定的偏心距形成主轴体的旋转扭力 臂,偏心压轮的半径形成了传动扭力 臂,主轴体的动力作用点在偏心压轮 的轴心上形成主轴圆周力。偏心压轮 每完成一次公转周期就将布满环模沟 槽内的物料挤压入模孔内,从而形成 了燃料块的一个压层。随着物料的不 断喂入和偏心压轮的公转、自转,便 接连不断地形成无数个物料压层,相 继地挤入模孔中,通过模孔中不断呈 柱状挤出,然后与出料罩斜面接触, 被撅成一定长度的方形柱状物。
生物质致密成型设备
• 我国对生物质的研究开始较于国外晚 ,对生物质致密成型设备的研究也落 后于外国。但是经过半个多世纪的研 究和实践,在引用国外设备系统的基 础上结合我国在生物质原料的特点, 开发出了适合我国生物质致密成型设 备。目前,生物质固体成型燃料的成 型设备主要 有螺旋挤压式成型机、活塞冲压式成 型机和压辊式成型机等3种形式。
我国环模成型机与平模成型设备比 较及目前存在的主要问题
• 国内学者在对生物质成型技术的研究 认为我国今后将主要以冷压成型为主 ,虽然平模颗粒燃料成型机相对于环 模颗粒燃料成型机来说产量小、耗能 也多,但是平模机由于其高效和低成 本将在今后得到较好的发展和推广应 用。
其中,压辊式成型机分为环模成型机和平 模成型机。环模成型机采用环状压模,成 型模孔环状径向辐射均布,工作区接触面 积大、模孔多,环模与压辊接触线上各点 等速,具有生产率高、能耗较低等优点, 已经逐渐成为当前欧美等发达国家的主流 技术
平模颗粒成型机
• 一、平模颗粒成型机的主要工作 原理:
• 秸秆原料从料斗进入到成型机内,压 辊在电机的驱动下在压模上绕主轴滚 动,压辊外圈教工的齿或槽可以用于 压紧秸秆,防止打滑。在压辊作用下 秸秆原料在被粉碎的同时,被压入成 型模具内,进行主压缩过程,
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