3379 生物質(zhì)燃料成型機(jī)設(shè)計(jì)

3379 生物質(zhì)燃料成型機(jī)設(shè)計(jì),生物,燃料,成型,設(shè)計(jì) 生物質(zhì)燃料成型機(jī)械開題報(bào)告一．課題研究的意義生物質(zhì)能是一種能量巨大而且可再生的能源，在地球上每年綠色生物能量的增加量為 1170 億噸。全球有近 25 億人口用生物質(zhì)作為燃料用于煮飯，取暖和照明等，但目前絕大數(shù)國家和地區(qū)在使用生物質(zhì)燃料過程中都存在熱能利用過低，耗費(fèi)量大的問題。從能源發(fā)展的長遠(yuǎn)角度來看尋求一條可持續(xù)發(fā)展的能源道路，對促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)都有重大意義， 用壓縮成型技術(shù),一方面解決環(huán)境保護(hù)問題,另一方面又能生產(chǎn)代用燃料,近年來越來越受到人們的廣泛重視。該技術(shù)以連續(xù)的工藝和工廠化的生產(chǎn)方式將低品位的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位的易儲存、易運(yùn)輸、能量密度高的生物質(zhì)棒 塊 燃料和碳化棒塊 狀燃料, 可以使成型燃料的燃燒性能得到 明顯改善,熱利用效率顯著提高,因此成為減少二氧化碳排放、支持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的有效措施。 。作物的重要副產(chǎn)品,我國目前年產(chǎn)秸稈量約在 7 億噸左右,如果能夠充分加工利用,可直接或間接大幅增加農(nóng)民收入。每年秸稈約有 30%用作生活燃料,25% 用作飼料,3%用于副業(yè)生產(chǎn),6% 直接還田,還有 36％的秸稈未得到任何利用。這些秸稈或堆放在農(nóng)民的房前屋后、地頭路邊, 造成環(huán)境污染和火災(zāi)隱患;或被農(nóng)民在田間一燒了之,造成大氣污染, 對人身體造成極大危害, 嚴(yán)重影響鐵路、公路、民航等正常的交通運(yùn)輸,給國民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失。天津市年產(chǎn)秸稈超過 300 萬噸 ,除少部分秸稈用于還田、青貯飼料、秸稈氣化、造紙等以外 ,其余仍被丟棄于田間或者焚燒, 不僅造成了資源浪費(fèi), 而且還帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。秸稈固化燃料機(jī)械化技術(shù)是根據(jù)農(nóng)作物秸稈的結(jié)構(gòu)特性,將粉碎的農(nóng)作物秸稈與其他輔料按照一定的比例混合, 應(yīng)用壓縮成型原理, 壓縮成體積小、密度大、熱值高的燃料。經(jīng)檢測,固化后的秸稈燃料的熱值要比直接燃燒秸稈高 20%,而且生產(chǎn)成本比燃煤低,因此可作為煤炭、石油等常規(guī)能源的替代品。二．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析1 國外現(xiàn)狀早在上世紀(jì) 70 年代,美國就開始研究壓縮成型燃料技術(shù),并研制了螺旋式成型機(jī),在溫度 80—350℃和壓力 100MPa,能把木屑和刨花壓縮成固體成型燃料。它的密度是 1-1.2g/m3,含水率為 10%-12%。日本于 年代從國外引進(jìn)技術(shù)后進(jìn)行了改進(jìn),并發(fā)展成了日本壓縮成型燃料的工業(yè)體系。70 年代后期,西歐許多國家如比利時(shí)、法 國、德國等也開始重視壓縮成型燃料技術(shù)的研究。法 國開始時(shí)用秸稈的壓縮粒作為奶牛飼料,近年來也開始研究壓縮塊燃料。德國研制的 KAHI 系列壓粒機(jī)和壓塊機(jī)。亞洲除 日本外,泰國、印度、菲律賓等國從 年代開始也都先后研制成 了加粘結(jié)劑的生物質(zhì)壓縮成型機(jī)。生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備按規(guī)模可分為：小型爐大型鍋爐和熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐；按用途與燃料品種可分為：木材爐、壁爐、顆粒燃料爐、薪柴鍋爐、木片鍋爐、顆粒燃料鍋爐、秸稈鍋爐、其它燃料鍋爐；按燃燒形式可分為：片燒爐、捆燒爐、顆粒層燃爐等。這些國家生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備具有加工工藝合理、專業(yè)化程度高、操作自動化程度高、熱效率高、排煙污染小等優(yōu)點(diǎn)。但相對于我國存在著價(jià)格高、使用燃料品種單一、易結(jié)渣、電耗高等缺點(diǎn)，不適合于引進(jìn)我國。東南亞一些國家生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備大多數(shù)為碳化爐與焦炭燃燒爐，直接燃用生物質(zhì)成型燃料的設(shè)備較少，同時(shí)這些燃燒設(shè)備存在著加工工藝差、專業(yè)化程度低、熱效率低、排煙污染嚴(yán)重、勞動強(qiáng)度大等缺點(diǎn)；燃燒設(shè)備還未定型，還需進(jìn)一步的研究、試驗(yàn)與開發(fā)，這些國家生物質(zhì)成型燃料鍋爐也不適合于引進(jìn)我國。隨著全球性大氣污染的進(jìn)一步加劇，減少二氧化碳等有害氣體凈排放量已成為世界各國解決能源與環(huán)境問題的焦點(diǎn)。由于生物質(zhì)成型燃料燃燒 CO2 的凈排放量基本為 0’NOX，排放量僅為燃煤的 1/5，SO2 的排放量僅為燃煤的 1/10，因此生物質(zhì)成型燃料直接燃用是世界范圍內(nèi)進(jìn)行生物質(zhì)高效、潔凈化利用的一個有效途徑。我國從 80 年代起開始致力于生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究。南京林化所在“七五”期間設(shè)立了對生物質(zhì)壓縮成型機(jī)及生物質(zhì)成型理論研究課題 湖南省衡陽市糧食機(jī)械廠于 1985 年研制了第一臺 ZT-63 型生物質(zhì)壓縮成型機(jī),江蘇省連云港東海糧食機(jī)械廠于 1986 年引進(jìn) 了一臺OBM-88 棒狀燃料成型機(jī) 1990 年前后, 陜西武功輕工機(jī)械廠,河南鞏 義包裝設(shè)備廠等單位先后研制和生產(chǎn)了幾種不同規(guī)格的生物質(zhì)成型機(jī)和碳化機(jī)組.1994 年湖南農(nóng)大, 中國農(nóng)機(jī)能源動力所分別研究出 PB-1 型、CYJ-35 型機(jī)械沖壓式成型機(jī) 1997 年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)又研制出HPB-1 型液壓驅(qū)動活塞式成型機(jī) 2002 年中南林學(xué)院也研制了相應(yīng)設(shè)備。目前我國成型機(jī)生產(chǎn)和應(yīng)用已形成了一定的的規(guī)模,熱點(diǎn)主要集中在螺旋擠壓成型機(jī)上,但存在著一些諸如成型筒及螺旋軸磨損嚴(yán)重、壽命較短、電耗大、成型工藝過于簡單等缺點(diǎn)。因此必須從技術(shù)上進(jìn)一步加大研究力度、攻克難題,以利生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。盡管生物質(zhì)成型設(shè)備還存在著一定的問題，但生物質(zhì)成型燃料有許多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：(1)便于儲存、運(yùn)輸；"使用方便、衛(wèi)生；燃燒效率高；(2)清潔能源，有利于環(huán)保。因此，生物質(zhì)成型燃料在我國一些地區(qū)已進(jìn)行批量生產(chǎn)，并形成研究、生產(chǎn)、開發(fā)的良好勢頭。在我國未來的能源消耗中，生物質(zhì)成型燃料將占有越來越大的份額。三．任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可行性分析開發(fā)生物質(zhì)是將“木材加工廢料、樹木殘枝、灌木、柴草、糧食經(jīng)濟(jì)作物的莖葉”進(jìn)一步加工成為（利用生物質(zhì)成型機(jī)）便于運(yùn)輸?shù)钠渌I(yè)的原料：統(tǒng)稱可再加工分類成型的“生物質(zhì)燃料棒”或“ 秸稈壓塊” 。 過將秸稈〖包括糧食經(jīng)濟(jì)作物的莖葉、木材加工廢料、樹木殘枝、灌木、柴草〗粉碎，送入“成型器”中，在外力作用下，壓縮成需要的形狀，便于儲存運(yùn)輸，供“家庭” 氣化爐、氣化站、取暖爐、鍋爐發(fā)電作燃料使用，同時(shí)還能夠用于生產(chǎn)制造肥料、飼料、纖維密度板、隔墻板、植物地膜、餐飲具、包裝材料、育苗缽、灑精、淀粉、栽培食用菌等。壓縮的密度根據(jù)用途、設(shè)備造價(jià)等情況進(jìn)行綜合選擇。 燃料壓塊的標(biāo)準(zhǔn)為（厘米）：φ1X10、φ2X10 、φ1X20、 φ2X20、φ5X20、φ5X40、φ5X80、5X15X21 通過對秸稈壓塊成型的主要技術(shù)、工藝設(shè)備、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的分析，確定了秸稈壓塊成型燃料在國內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)是可行的。秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)中的核心技術(shù) HPB-Ⅲ型液壓式生物質(zhì)成型機(jī)在工作原理的創(chuàng)新方面及配套技術(shù)和技術(shù)路線，顯示了秸稈壓塊成型燃料的生產(chǎn)在技術(shù)上是可行的；每套秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，不僅能節(jié)約大量的化石能源，又為 2 噸以下的燃煤鍋爐提供了燃料，有廣闊的應(yīng)用情景；秸稈燃料塊燃燒后煙氣中 CO、CO2、SO2、NOx 等成分的排放均低于目前燃煤鍋爐規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了國家的環(huán)保要求，生態(tài)環(huán)保效益明顯。因此秸稈壓塊成型燃料的生產(chǎn)的在國內(nèi)廣大農(nóng)村、城鎮(zhèn)實(shí)行產(chǎn)業(yè)化是可行的。四．重點(diǎn)研究的問題及解決思路4.1 秸稈成型燃料成型機(jī)的性能穩(wěn)定及關(guān)鍵部件快速磨損問題現(xiàn)在采用的螺桿式和壓輥式成型機(jī)都是依靠傳動部件與秸稈之間的高速相對運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)壓縮，壓縮過程中磨擦產(chǎn)生的熱將纖維、木質(zhì)素軟化的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生的擠壓力把秸稈推入成型模，從而完成成型。生物質(zhì)秸稈內(nèi) Si、Ca、Cr 等元素含量較高，秸稈收集過程中還會帶入許多泥沙(SiO 2)，這些物質(zhì)的存在會加劇加工機(jī)械的磨損。對于螺桿式成型機(jī)，由于螺桿與物料始終處于高速摩擦狀態(tài)，導(dǎo)致壓縮區(qū)(高溫、高壓)螺紋的磨損非常嚴(yán)重。目前國內(nèi)外的工藝技術(shù)條件尚不能從根本上解決螺桿磨損問題。螺桿的平均修復(fù)期為 60h 左右，因一次性投入較低，該技術(shù)目前還有不少國家在應(yīng)用。解決的方法是規(guī)模化生產(chǎn)，批量換件維修。環(huán)模成型設(shè)備同樣存在快速磨損問題。其壓輥在環(huán)模內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)過程中與喂入環(huán)模內(nèi)的秸稈摩擦生熱，溫度可達(dá) 200℃以上；同時(shí)壓輥運(yùn)動的分力擠壓秸稈進(jìn)入成型孔成型。在這樣的條件下，壓輥和成型孔磨損較快。目前解決快速磨損的措施有兩條：一是從環(huán)模金屬材料和熱處理入手，改變金屬材料的耐磨性能。二是從模具的結(jié)構(gòu)入手，改變成型孔與壓輥切線的角度，增加推入力，減少擠壓力。4.2 成型燃料形狀的大小和松弛密度問題成型燃料形狀的大小和松弛密度不僅是影響成型工藝和生產(chǎn)能耗的重要因素，而且對應(yīng)用推廣有著重要的影響。同一種秸稈原料生產(chǎn)的成型燃料，其形狀的大小和致密度的不同，在實(shí)際應(yīng)用中的效果會有不同。例如，秸稈成型燃料應(yīng)用在氣化發(fā)電中，當(dāng)成型燃料進(jìn)入流化床時(shí)，在成型燃料內(nèi)部快速形成了溫度梯度，成型燃料形狀的大小和致密度就決定了成型燃料內(nèi)達(dá)到生物質(zhì)熱解反應(yīng)條件的速率，這對氣化效果和焦油的產(chǎn)生都會產(chǎn)生影響。因此在秸稈成型燃料的生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)成型燃料的不同用途來確定其合理的形狀大小和松弛密度。4.3 秸稈成型燃料成型機(jī)的生產(chǎn)效率和能耗問題我國秸稈成型燃料成型機(jī)大多是在借鑒國外壓塊技術(shù)和飼料成型機(jī)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行變型設(shè)計(jì)而生產(chǎn)制造的，在成型機(jī)理方面的研究還幾乎是空白，這直接導(dǎo)致我國秸稈成型燃料成型機(jī)存在結(jié)構(gòu)不合理、生產(chǎn)效率偏低、能耗偏高等缺陷。成型機(jī)成型能耗在生產(chǎn)成本中占有一定的比重，生產(chǎn)效率偏低、能耗過高制約了企業(yè)的生產(chǎn)效益。因此，有必要根據(jù)農(nóng)作物秸稈的特點(diǎn)，通過理論分析與工藝試驗(yàn)來研究秸稈成型燃料成型機(jī)能耗影響因素，為提高生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗提供依據(jù)。四．工作進(jìn)度第一周：寫開題報(bào)告確定研究方向前二周：查找文獻(xiàn)資料，確定設(shè)計(jì)思路及初步方案。第三、四周：合理擬定輸送送裝置，確定設(shè)計(jì)內(nèi)容。第五周：確定傳送裝置的傳輸速度第六周---第七周：根據(jù)前期計(jì)算數(shù)值確定主要設(shè)備的選擇及其相關(guān)的輔助的選擇，完成相關(guān)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求結(jié)合前期的的設(shè)計(jì)內(nèi)容確定變速裝置及其保護(hù)裝置，完成設(shè)計(jì)圖紙。第八周---第九周：根據(jù)設(shè)計(jì)的前期綜合確定完成設(shè)計(jì)的主體部分既鏈板式輸送裝置，完成設(shè)計(jì)圖紙。第十周：整理設(shè)計(jì)材料，撰寫論文，答辯。六．參考文獻(xiàn)[1].袁振宏,吳創(chuàng)之,馬隆龍，等編著 . 生物質(zhì)能利用原理與技術(shù)[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社，2005.[2] 張百良，王許濤，楊世關(guān).秸稈成型燃料生產(chǎn)應(yīng)用的關(guān)鍵問題探[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008,24(7).[3] 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