摘要：生物質(zhì)能是一種既清潔又可再生的能源，
生物質(zhì)固體成型顆粒燃料技術(shù)是生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化與利用的主要發(fā)展方向之一。在分析生物質(zhì)平模成型機(jī)的工作原理基礎(chǔ)上，進(jìn)行錐輥式秸稈生物質(zhì)平模
顆粒機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)錐輥、成型模孔等關(guān)鍵部件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。生物質(zhì)平模顆粒機(jī)的使用推廣，實(shí)現(xiàn)了對(duì)秸稈等生物質(zhì)能源有效利用，也有助于解決秸稈生物質(zhì)資源浪費(fèi)及污染問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：生物質(zhì)：平模成型顆粒機(jī)：成型顆粒燃料：關(guān)鍵部件
0、引言
近年來(lái)，隨著世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和交通工具數(shù)量的劇增，石油、煤、天然氣等能源急劇消耗，由此引發(fā)的能源緊缺及生態(tài)環(huán)境破壞，已成為世界關(guān)注的熱點(diǎn)：積極開(kāi)發(fā)和利用可循環(huán)的再生清潔能源，減少對(duì)石化能源的依賴和消耗，降低溫室氣體排放，已經(jīng)成為世界各國(guó)緩解能源危機(jī)和有效解決生態(tài)環(huán)境破壞問(wèn)題的共識(shí)。生物質(zhì)能是一種既清潔又可再生的能源，是繼石油、煤、天然氣之后的第4大能源，生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)和利用是全球緩解能源危機(jī)、減少溫室氣體排放、解決生態(tài)環(huán)境問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇，已經(jīng)日益引起世界各國(guó)的重視。
1、生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用具有廣闊前景
生物質(zhì)是直接或間接利用綠色植物光合作用形成的有機(jī)物質(zhì)，包括除化石燃料外的植物、動(dòng)物和微生物及其排泄與代謝物等。生物質(zhì)能是綠色植物通過(guò)葉綠素將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。生物質(zhì)具有儲(chǔ)量豐富和可再生性，陸地每年生產(chǎn)1000多億t生物質(zhì)，海洋每年生產(chǎn)500億t。生物質(zhì)來(lái)源具有普遍性，可分為林業(yè)廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物和動(dòng)物糞便等。生物質(zhì)作為可再生的清潔能源，具有低污染性，一方面生物質(zhì)的硫、氮含量低，在利用轉(zhuǎn)化過(guò)程中還可以減少硫化物、氮化物和粉塵等排放；此外，在生物質(zhì)植物再生過(guò)程中需要吸收C02氣體，可有效地減輕溫室效應(yīng)；由于光合作用能釋放出大量氧氣，還可改善生態(tài)環(huán)境。
目前，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了種類繁多的生物質(zhì)利用技術(shù)，通過(guò)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料加以高效利用，如固態(tài)燃料中直接燃燒技術(shù)（爐灶燃燒、鍋爐燃燒、生物質(zhì)與煤的混合燃燒等）；液態(tài)燃料中液化技術(shù)（提煉植物油、制取乙醇、甲醇等）；氣態(tài)燃料中生物轉(zhuǎn)化技術(shù)（小型戶用沼氣池、大中型厭氧消化等）；熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)（生物質(zhì)氣化、干餾、快速熱解液化等）。生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用技術(shù)，越來(lái)越引起廣大科研工作者的關(guān)注。
2、秸稈生物質(zhì)固體成型顆粒燃料在農(nóng)村具有現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)意義
秸稈生物質(zhì)屬于農(nóng)業(yè)廢棄物，是生物質(zhì)的重要組成部分。我國(guó)秸稈生物質(zhì)數(shù)量大，每年產(chǎn)量約為7億t，除一部分作為畜牧飼料、肥料還田、造紙?jiān)系龋蠹s有4億t秸稈可以作為生物質(zhì)能源使用。但由于秸稈生物質(zhì)分布廣，體積密度小(40～60kg/m3)、物理形態(tài)不規(guī)則等特征，使得收集、運(yùn)輸、貯藏等成本較高；每到秋收季節(jié)，大量秸稈被丟棄或在田間焚燒，不僅造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，而且對(duì)航空安全和路面交通安全等造成一定影響；此外，未經(jīng)加工處理的秸稈生物質(zhì)熱值低，進(jìn)行直接燃燒利用，一方面因秸稈燃燒能量不集中、不能充分燃燒而降低生物質(zhì)的燃燒效率，間接造成資源浪費(fèi)，同時(shí)會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，危害人們身心健康。
生物質(zhì)固體成型顆粒燃料技術(shù)是生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化與利用的主要發(fā)展方向之一，也是解決秸稈生物質(zhì)資源浪費(fèi)及污染問(wèn)題的重要技術(shù)手段。生物質(zhì)致密成型技術(shù)是利用機(jī)械力將生物質(zhì)壓縮或擠壓成為容積密度較大(>600kg/m3)、熱效率較高、便于運(yùn)輸和儲(chǔ)藏的固體成型顆粒燃料。由于處理后的生物質(zhì)成型顆粒燃料容積密度增大，燃燒熱值提高、形狀和尺寸統(tǒng)一，使用方便，易于燃燒，所以容易被用戶所接收，是煤和薪柴優(yōu)秀的替代燃料。生物質(zhì)秸稈固體成型顆粒燃料包括顆粒燃料、塊狀燃料和棒狀燃料，其中顆粒燃料因其自身特性，具有流動(dòng)性強(qiáng)、燃燒效率高等優(yōu)點(diǎn)，從而得到廣泛應(yīng)用。
3、秸稈生物質(zhì)平模成型機(jī)的工作原理及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
生物質(zhì)平模成型機(jī)是利用平模與壓輥之間的摩擦力與擠壓力，在常溫下將粉碎后的生物質(zhì)原料(直徑3~5 mm)輸送到壓縮室內(nèi)，壓模與物料、壓輥與物料、物料與物料相互之間進(jìn)行擠壓摩擦，使物料擠壓進(jìn)入成型模孔，擠壓成為形狀規(guī)則、密度較大、燃燒值較高的顆粒狀成型顆粒燃料（直徑6～12mm）。在擠壓成型過(guò)程中，生物質(zhì)顆粒中纖維素和半纖維素一方面因擠壓而相互結(jié)合在一起，同時(shí)擠壓摩擦產(chǎn)生熱量使木質(zhì)素軟化成為黏結(jié)劑，使得纖維素和半纖維素等組分更加牢固地結(jié)合在一起，形成致密穩(wěn)定的生物質(zhì)成型顆粒燃料。平模成型機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、體積小、移動(dòng)性好、易于操作；在常溫下即可進(jìn)行，轉(zhuǎn)速小，能耗低、成本低；可成型原料廣泛。
平模成型機(jī)按照其工作時(shí)平模和壓輥的運(yùn)動(dòng)方式可分為兩種：一種是平模靜止而壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為動(dòng)輥式；另一種為平模轉(zhuǎn)動(dòng)而壓輥靜止，稱為動(dòng)模式。平模成型機(jī)依據(jù)工作時(shí)平模和壓輥是否運(yùn)動(dòng)，分為動(dòng)輥式（平模靜止而壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)）、動(dòng)模式（平模轉(zhuǎn)動(dòng)而壓輥靜止）、模輥雙動(dòng)式（平模、壓輥均運(yùn)動(dòng)），其中動(dòng)輥式主要應(yīng)用于較大機(jī)型；依據(jù)壓輥部件的不同，分為直輥式和錐輥式。直輥在工作過(guò)程中內(nèi)側(cè)和外側(cè)存在線速度差，所碾壓距離不一樣，使得壓輥及平模磨損不均勻而降低使用壽命，影響成型品的品質(zhì)；而錐輥上各處線速度相等，減少了模輥之間因輥的差速運(yùn)動(dòng)造成的摩擦，降低了磨損度，提高了使用壽命。圖1所示是錐輥式成型機(jī)，工作中錐輥運(yùn)動(dòng)，平模靜止，屬于動(dòng)輥式成型機(jī)。工作時(shí)，電機(jī)l轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)聯(lián)軸器2、小錐齒輪3、大錐齒輪4等傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)主軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)連接轉(zhuǎn)盤(pán)6及固定轉(zhuǎn)盤(pán)7轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)大錐壓輥8繞著主軸軸線進(jìn)行公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；原料從料斗9加入，由于重力和控料刮板10的作用，原料被均勻地鋪在平模11上；同時(shí)大錐壓輥8由于生物質(zhì)物料摩擦力的作用產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，在自轉(zhuǎn)及公轉(zhuǎn)的壓輥及靜止壓模的共同作用下，原料被不斷擠入平模成型孔12內(nèi)固化成型；隨著生物質(zhì)顆粒物流不斷擠壓到成型孔，通過(guò)刮刀13作用，切割下來(lái)一定長(zhǎng)度的生物質(zhì)成型品，掉入收集斗14進(jìn)行收集。
4、秸稈生物質(zhì)平模機(jī)關(guān)鍵部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)
在生物質(zhì)平模成型機(jī)中，壓輥及成型模孔是其關(guān)鍵部件，一方面對(duì)產(chǎn)品成型質(zhì)量起著直接作用，同時(shí)，隨著工作進(jìn)程的磨損發(fā)生，對(duì)模具的壽命及成型產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。依據(jù)機(jī)器產(chǎn)品運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及參考文獻(xiàn)資料，對(duì)壓輥的形狀、數(shù)量及安裝形式，以及成型模型進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，河南省富通新能源生產(chǎn)銷售的
木屑顆粒機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)是用戶門(mén)不錯(cuò)的選擇，我們的加工車間與顆粒機(jī)設(shè)備如下：
4.1壓輥采取錐輥形式，進(jìn)行傾斜安裝
由于直式壓輥在工作過(guò)程中，壓輥內(nèi)端、外端與平模盤(pán)相對(duì)線速度不相等而產(chǎn)生額外的摩擦力，增加了壓模和壓輥磨損的不均勻性，影響了加工成品質(zhì)量的均勻性，作業(yè)時(shí)還會(huì)發(fā)出較大噪聲。將壓輥設(shè)計(jì)成錐輥，如圖2所示，壓模依然水平放置，壓輥設(shè)計(jì)為錐式，壓輥母線與軸心線的角度為30度，錐式壓輥通過(guò)固定軸進(jìn)行傾斜固定安裝，固定軸的安裝與水平線角度為30。。采取錐式壓輥，減少了模輥之間因差速運(yùn)動(dòng)造成的摩擦，降低了模輥的磨損度。此外，隨著壓輥的均勻磨損，可通過(guò)鎖緊螺母調(diào)整固定軸在固定轉(zhuǎn)盤(pán)中伸入的長(zhǎng)度，進(jìn)而調(diào)整壓輥與壓模之間的間隙，延長(zhǎng)成型機(jī)使用壽命。
4.2采取大、小雙對(duì)錐輥，提高加工效率
成型機(jī)一般只有一對(duì)成型壓輥，在本設(shè)計(jì)中采取大、小兩種錐壓輥，大、小錐壓輥均成對(duì)使用。錐壓輥安裝及布置如圖3～圖5所示，壓模上有內(nèi)外兩圈成型模孔大、小錐壓輥成十字交叉布置，大錐壓輥工作時(shí)對(duì)應(yīng)壓模外圈的成型孔，小錐壓輥對(duì)應(yīng)壓模內(nèi)圈成型孔。采取雙對(duì)壓輥，減小了壓輥與成型孔擠壓的間隔時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。生產(chǎn)中，可以根據(jù)需要再增加成型孔的圈數(shù)及壓輥數(shù)量，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)需要考慮增加電機(jī)功率，確保零部件工作承受強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)使用需求。
4.3設(shè)計(jì)獨(dú)立、可拆卸成型模孔
成型模型孔直接取在壓模上，成型模孔由于磨損或磨損不均勻，導(dǎo)致壓模使用壽命降低。在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)獨(dú)立、可拆卸的成型模孔，如圖6所示。成型模孔在壓模中進(jìn)行便利的安裝、拆卸，成型模孔在壓模中安裝如圖3及圖4所示。依據(jù)生產(chǎn)周期，定期對(duì)磨損壞的成型模孔進(jìn)行更換，可以延長(zhǎng)成型壓模使用壽命，同時(shí)也保證產(chǎn)品質(zhì)量。
5、結(jié)語(yǔ)
礦物質(zhì)能源危機(jī)問(wèn)題，以及溫室效應(yīng)、霧霾惡劣天氣等環(huán)境污染問(wèn)題，已經(jīng)對(duì)人類生存發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅，積極開(kāi)發(fā)綠色、環(huán)保、可再生的生物質(zhì)能源具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。優(yōu)化設(shè)計(jì)、改善生物質(zhì)平模成型機(jī)關(guān)鍵部件易磨損等問(wèn)題，降低磨損、能耗及成本，發(fā)揮生物質(zhì)成型機(jī)操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于有效利用秸稈生物質(zhì)能源、改善農(nóng)村環(huán)境，建設(shè)現(xiàn)代社會(huì)主義新農(nóng)村也具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。
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