畢業(yè)論文稻草秸稈成型機液壓傳動系統(tǒng)設計

1、 畢 業(yè) 論 文題 目： 稻草秸稈成型機液壓傳動系統(tǒng)設計 稻草秸稈成型機液壓傳動系統(tǒng)設計傳動系統(tǒng)設計計 學院： 機械工程學院 湖南工程學院專業(yè)： 機 設 班級： 0703 學號：200702010336學生姓名： 姜 明湖南工程學院機械工械36導師姓名： 胡為民 譚季秋學院機械工程學院6完成日期： 2011 年 6 月 2 日院機械工程學院 誠 信 聲 明本人聲明：1、本人所呈交的畢業(yè)設計（論文）是在老師指導下進行的研究工作及取得的研究成果；2、據(jù)查證，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，畢業(yè)設計（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構的學位而使用過的材料；3

2、、我承諾，本人提交的畢業(yè)設計（論文）中的所有內(nèi)容均真實、可信。作者簽名： 日期： 年 月 日湖南工程學院畢業(yè)設計（論文）任務書 設計（論文）題目： 稻草秸稈成型機液壓傳動系統(tǒng)設計 .姓名姜明 系別 機械工程學院 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 0703學號 36 .指導老師 胡為民、譚季秋 教研室主任 . 一、 基本任務及要求：. 全世界對能源的需求日益增加，能源緊缺，可再生資源的生物質(zhì)能源是對農(nóng)業(yè)資源進行深度開發(fā)和利用，將農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品、剩余物、廢棄物制粒，變廢為寶。 .基本任務： .1. 機床總體方案設計：明確設計任務，確定液壓傳動方案 。 .2. 稻草秸稈成型機液壓傳動系統(tǒng)設計：系統(tǒng)硬件

3、設計與計算 。 .3. 編寫設計說明書。 . .二、 進度安排及完成時間：1.2011年，布置設計課題，交代具體任務。 .2. 2月23日3月15日，查閱資料，撰寫開題報告和文獻綜述。 .3. 3月15日5月20日，畢業(yè)設計，約在4月中旬進行畢業(yè)實習，并撰寫實習報告.4. 5月21日6月7日，撰寫畢業(yè)設計論文，并交電子檔給老師評閱。 .5. 6月7日6月12日，畢業(yè)答辯。 . . .目 錄摘要abstract第1章 緒論1 1.1引言1 1.2生物質(zhì)能利用技術 2 1.3國外生物質(zhì)能開發(fā)利用概況 3 1.3.1 美國 4 1.3.2 巴西 4 1.3.3 歐洲 4 1.3.4 印度 5 1.4

4、 我國生物質(zhì)能開發(fā)利用現(xiàn)狀5第2章生物質(zhì)壓縮成型研究7 2.1概念與原理 7 2.2發(fā)展歷史 7 2.3固體生物質(zhì)結構特點 8 2.4生物質(zhì)壓縮成型原理 8 2.5壓縮成型工藝類型9 2.6生物質(zhì)壓縮成型工藝流程 11第3章成型機技術15 3.1螺旋擠壓成型技術15 3.2活塞壓力式成型技術18 3.3壓滾式成型機19第4章 稻草秸稈成型機液壓傳動系統(tǒng)設計204.1成型機類別選擇與組成20 4.1.1成型機類別選擇20 4.1.2成型機的組成20 4.1.3成型機結構204.2液壓傳動系統(tǒng)的選擇和設計 21 4.2.1液壓傳動系統(tǒng)的選擇24 4.2.2液壓傳動系統(tǒng)的設計254.3液壓系統(tǒng)參數(shù)計

5、算及元件選定27 4.3.1執(zhí)行元件的選定27 4.3.2動力元件的選定29 4.3.3電機的選定31 4.3.4油箱容量的確定32 4.3.5過濾器的選擇32 4.3.6油管和管接頭的確定33 4.3.7壓力表的選擇33 4.3.8閥的選擇33 4.3.9液壓工作介質(zhì)的選定33 4.3.10保護裝置的選定33 4.3.11離合器的選定344.4液壓系統(tǒng)主要性能驗算35 4.4.1液壓壓力損失驗算35 4.4.2液壓系統(tǒng)效率的估算35 4.4.3發(fā)熱溫升估算36結論37參考文獻38致謝39附錄40稻草秸稈成型機液壓傳動系統(tǒng)設計摘要：生物質(zhì)壓縮成型燃料可廣泛用于各種類型的家庭取暖爐（包括壁爐）、

6、小型熱水鍋爐、熱風爐，也可用于小型發(fā)電設施，是我國充分利用秸稈等生物質(zhì)資源替代煤炭的重要途徑，具有良好的發(fā)展前景。目前，國內(nèi)外最常見的成型機技術主要包括三大類：螺旋擠壓技術、活塞沖壓技術和壓滾式成型技術。根據(jù)主要工藝特征，成型工藝可分為濕壓成型、熱壓成型和炭化成型三種基本類型。本課題是針對壓滾式成型技術，將原有機電傳動改為機電液傳動，流量控制轉(zhuǎn)速，簡化了機械調(diào)速系統(tǒng)，并能實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩，提高了生產(chǎn)效率，消除成型機被物料堵住的卡機現(xiàn)象，實現(xiàn)了設備的自動保護的功能。關鍵詞：生物質(zhì)；壓縮成型；秸稈；液壓傳動。straw stalks cutter hydraulic transmission sy

7、stem designabstract：compression molding of biomass fuels can be widely used in various types of home heating stove (including fireplace), a small hot water boiler, stove, also for small power generation facilities, is full use of straw in china and other important ways to biomass instead of coal, ha

8、s good development prospects. at present, the most common machine technology at home and abroad include three main categories: spiral extrusion, stamping technology for the pistons and pressure roll-forming technology. under the main process characteristics, forming process can be divided into wet p

9、ressing and moulding, hot press molding and carbonization forming three basic types. this topic is for roll forming technology, the original electromechanical transmission to electro-hydraulic transmission, flow control speed, simplify mechanical speed control system, and to achieve low speed large

10、torque, improved production efficiency, eliminating molding machine is blocked by material card, phenomenon, enabling automatic protection function of the device.keywords: biomass; compresion molding; straw;hydraulic pressure第1章緒 論1.1 引言能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎。是社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)保障。我國是世界第二大能源生產(chǎn)國和消費國。2005年一次能源生產(chǎn)總量

11、為20.6億噸標準煤。初步測算消費總量為22.2億噸標準煤。雖然我國能源儲量十分豐富，但人均能源消費擁有量較低。水能資源和煤炭探明儲量分別居世界第一位和第三位，但人均卻僅占世界平均水平的50左右，石油、天然氣人均儲量更是遠低于世界平均水平。我國正處在社會經(jīng)濟發(fā)展的重要階段，隨著人口的增長，工業(yè)化、城市化進程的加快，社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，能源需求將大幅度上升，資源約束與需求增長過快的矛盾十分突出，能源資源短缺正成為制約我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素。我國85的煤炭是通過直接燃燒使用的，造成了嚴重的環(huán)境污染。我國二氧化硫的排放量居世界第一位，二氧化碳的排放量占世界第二位，酸雨面積

12、占國土面積的30，每年造成的經(jīng)濟損失達上億元。我國國內(nèi)石油資源不足，原油產(chǎn)量不能滿足需求，進口石油依存度不斷增大，國際石油價格波動對我國經(jīng)濟的影響亦越來越大，而世界石油資源爭奪日益激烈。我國對海上石油運輸通道的控制能力薄弱，過分依賴中東和非洲地區(qū)的石油和單一的海上運輸路線，使我國石油進口的脆弱性更加凸顯。因此，無論從能源資源的結構性短缺上，還是從經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求來考慮，我國都不能再延續(xù)過去資源耗竭性的發(fā)展模式了，在能源開發(fā)和利用方面必須堅持把節(jié)約放在首位，積極開發(fā)包括生物質(zhì)能在內(nèi)的新能源和可再生能源。生物質(zhì)能在歷史長河中與人類生活密切相關，一直是人類社會賴以生存的重要能源資源，是僅次于石油

13、、煤炭和天然氣而位居世界第四大能源。生物質(zhì)能是太陽能以化學能形式儲存在生物質(zhì)中的能量形式。以生物質(zhì)為載體的能量具有可再生和環(huán)境友好的雙重屬性。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)燃料、液態(tài)燃料和氣態(tài)燃料，永續(xù)利用。生物質(zhì)能的載體生物質(zhì)是以實物的形式存在的，相對于風能、水能、太陽能和潮汐能等能源，生物質(zhì)能是可存儲和運輸?shù)目稍偕茉?。生物質(zhì)的組織結構與常規(guī)的化石燃料相似，它的利用方式也與化石燃料類似。常規(guī)能源的利用技術無需做大的改動，就可用于生物質(zhì)能。在整個生命周期中，生物質(zhì)二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物的排放量遠低于化石能源，所以生物質(zhì)能是一種清潔能源。我國每年產(chǎn)生約6億噸農(nóng)

14、作物秸稈、2億噸林業(yè)廢棄物，還有6億噸畜禽糞便及大量有機廢棄物。我國可用于種植能源作物的荒山荒坡約1.1億公頃，其中荒草地資源4730萬公頃，鹽堿荒地1000萬公頃。這些廢棄物和荒土，無疑是一筆寶貴的能量資源和物質(zhì)財富。據(jù)估計，我國每年可利用的生物質(zhì)能源總量約折合5億噸標準煤。其中，農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量超過6億噸，可作為能源用途的秸稈約3.5億噸（折合1.5億噸標準煤），工業(yè)廢水和畜禽糞便理論上可以生產(chǎn)沼氣近800億立方米（相當于5700萬噸標準煤），薪炭林、林業(yè)及木材加工廢棄物的資源量相當于2億噸標準煤。開發(fā)利用生物質(zhì)能，不僅可以緩解我國能源短缺和環(huán)境污染等問題，而且可以促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，有利

15、于農(nóng)民收入的提高和農(nóng)村生活條件的改善。我國在生物質(zhì)能領域已經(jīng)廣泛開展了研究工作，但與發(fā)達國家相比，無論在技術上還是產(chǎn)業(yè)化方面，都存在著較大的差距。例如，歐盟在生物質(zhì)能的開發(fā)與利用方面有著先進的技術與豐富的經(jīng)驗，其中丹麥的農(nóng)作物秸稈燃燒發(fā)電技術世界領先。2006年1月1日生效的中華人民共和國可再生能源法為生物質(zhì)能的發(fā)展提供了新的契機。我國可以借鑒發(fā)達國家成功的經(jīng)驗，提出符合國情的發(fā)展戰(zhàn)略和措施，促進我國的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)健康、快速、持續(xù)發(fā)展。1.2 生物質(zhì)能利用技術人類對生物質(zhì)能的利用已有悠久的歷史，但是在漫長的時間里，總是以直接燃燒的方式利用它的熱量。直到20世紀，特別是近一二十年，人們普遍提高了

16、能源與環(huán)保意識，對地球固有的化石燃料日趨減少有一種危機感，在可再生能源方面尋求能源持續(xù)供給的今天，生物質(zhì)利用新技術的研究與應用，才有了快速的發(fā)展?？v觀國內(nèi)外已有的生物質(zhì)能利用技術，大體上如圖1.1所示。： 圖1.1 生物質(zhì)能利用技術圖中各項生物質(zhì)能利用技術都在逐步完善和向前發(fā)展之中，隨著研究的深入、技術的進步，其應用的層次在逐步提高。如生物質(zhì)經(jīng)氣化得到的可燃性氣體，既可用作燃料提供熱能；還可用作發(fā)電的燃料，從內(nèi)燃機到燃氣輪機；乃至為燃料電池，氨的合成提供原料。用生物質(zhì)制取的甲醇、乙醇，可代替部分石油作內(nèi)燃機的燃料，用于交通運輸行業(yè)中。生物質(zhì)經(jīng)干餾得到的木炭可用于有色金屬的冶煉及環(huán)保行業(yè)的吸附劑

17、，土壤的改良劑。生物質(zhì)在厭氧條件下，被沼氣微生物分解代謝，得到含有甲烷可燃性氣體（沼氣），是民用高熱值的氣體燃料，亦可與柴油混燒作內(nèi)燃機的燃料，沼渣、沼液是優(yōu)質(zhì)的有機肥料，沼液還可用來浸種。如此等等，說明生物質(zhì)能利用技術正在向縱深發(fā)展，生物質(zhì)能的應用范圍將會越來越廣闊。1.3 國外生物質(zhì)能開發(fā)利用概況自從1981年8月在內(nèi)羅畢召開聯(lián)合國新能源和可再生能源會議以來，許多國家對能源、環(huán)境和生態(tài)問題越來越重視，特別是利用現(xiàn)代新能源技術和新材料來開發(fā)包括生物質(zhì)能在內(nèi)的新能源，備受各國關注。目前，生物質(zhì)能的技術研究和開發(fā)利用已成為世界中大熱門課題之一，許多國家都制定了相應的開發(fā)研究計劃，如日本的陽光計劃

18、、印度的綠色能源工程、巴西的酒精能源計劃等，其中生物質(zhì)能源的開發(fā)利用都占有相當大的比重?，F(xiàn)在，國外有許多生物質(zhì)能利用技術與設備已達到了商業(yè)化應用的程度，實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)經(jīng)營。1.3.1 美國生物質(zhì)能利用占一次能源消耗總量的4左右。用生物質(zhì)能發(fā)電總裝機容量已超過10000mw， 單機容量達1025 mw。紐約的斯塔藤垃圾處理站投資20000萬美元，采用濕法處理垃圾，回收沼氣，用于發(fā)電，同時生產(chǎn)肥料；開發(fā)出利用纖維素廢料生產(chǎn)酒精技術，建立了1 mw的稻殼發(fā)電示范工程，年產(chǎn)酒精2500t。stm公司是美國通用汽車公司發(fā)展斯特林發(fā)動機技術的專業(yè)公司，研制出的stm4-120發(fā)動機被美國能源部評價為世界

19、上最先進的斯特林發(fā)動機，可與沼氣技術或生物質(zhì)氣化技術相結合，構成50kw左右的村級生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)。普林斯頓大學能源與環(huán)境中心，在研制以生物質(zhì)燃氣為燃料，發(fā)電功率為200kw的小型燃料電池/燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)。1.3.2 巴西生物質(zhì)能在巴西能源利用量中約占25左右，其中薪柴和甘蔗占生物質(zhì)能的5060，其余是農(nóng)業(yè)廢棄物。巴西是乙醇燃料開發(fā)應用最有特色的國家，實施了世界上規(guī)模最大的乙醇開發(fā)計劃（原料主要是甘蔗、木薯等），目前乙醇燃料已占該國汽車燃料消費量的50以上。巴西是個盛產(chǎn)甘蔗的國家，而在1965年制定了“國家森林法”開始大量營造薪炭林，在巴西的東北部有1/3的土地（5000萬公頃）適宜營造薪炭

20、林，在該地區(qū)的巴伊亞州，已用桉樹作原料興建了一座25mw生物發(fā)電站，并投入商業(yè)運營，以薪炭林木材作燃料的發(fā)電潛力將超過甘蔗。到2005年，巴西的生物質(zhì)發(fā)電量將可能達到600mw左右。1980年，巴西頒布了一項應用植物油燃料的國家計劃，目的在于加快植物油代替柴油的進程，重點利用包括蓖麻油、椰子油、可可油在內(nèi)的多種植物油，預計要替代1620的柴油用量。1.3.3 歐洲歐洲是生物質(zhì)能開發(fā)利用非?；钴S的地區(qū)，新技術不斷出現(xiàn)，并且在較多的國家得以應用。1991年，在瑞典瓦納茂興建了世界上第一座完成的生物質(zhì)氣化燃氣輪機/發(fā)電機-汽輪機/發(fā)電機聯(lián)合發(fā)電廠，凈發(fā)電量6mw，凈供熱量9mw，系統(tǒng)總效率達80以上

21、。該國用催化裂解法處理生物質(zhì)燃氣中的焦油水平處于世界領先地位。在芬蘭，使用上流式氣化爐生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣，用于區(qū)域集中供熱，已達到商業(yè)化水平。該國的生物質(zhì)氣化設備制造廠在1988年前生產(chǎn)的9套設備，分別安裝在芬蘭、瑞典各地運行。在芬蘭有世界上第一個以泥炭為原料用氣化合成氨的方法來生產(chǎn)化肥的廠家。近十多年來，歐盟開展了將木料氣化合成甲醇的研制工作，先后已有數(shù)個示范廠，德國已廣發(fā)應用含13甲醇的混合汽油供汽車使用，在法國、捷克、瑞典。西班牙、俄羅斯等國，都在開發(fā)應用甲醇和乙醇的液體燃料。在荷蘭、英國、比利時、希臘、葡萄牙等國，開展了用生物質(zhì)熱解法制取生物油的研究，生物油經(jīng)改性后可作液體燃料。歐洲有的國

22、家，還利用植物油作燃料的開發(fā)和研究。英國在研究應用基因技術改良油菜品種，以期提高產(chǎn)量，并使菜籽中的脂肪酸碳鏈由18個碳原子縮短到8個左右，獲得優(yōu)質(zhì)菜籽燃油。瑞典在研究用適當配比菜籽油和甲醇的方法，獲得生物柴油。1.3.4 印度印度年產(chǎn)薪柴0.284億噸左右，工業(yè)廢棄物和農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物（秸稈等）年產(chǎn)2.46億噸。在發(fā)展中國家，印度的生物質(zhì)能開發(fā)利用搞得比較好，以前沼氣應用比較多，近期生物質(zhì)壓縮成型、氣化技術等進展顯著。生物質(zhì)氣化爐與柴油機/發(fā)電機組成的3.7kw、25 kw 、70 kw 及100 kw系統(tǒng)中，100 kw系統(tǒng)發(fā)電效率為35。發(fā)電用于水泵、磨谷機和其他小型電氣設備，其中3.7kw發(fā)電

23、系統(tǒng)已推廣應用數(shù)百臺。生物質(zhì)氣化爐產(chǎn)出的燃氣還用于煙草、茶葉、食品、木材加工等生產(chǎn)過程中。1.4 我國生物質(zhì)能開發(fā)利用現(xiàn)狀自古以來，農(nóng)牧民就直接燃燒生物質(zhì)用來做飯和取暖，直到現(xiàn)在，包括我國在內(nèi)的發(fā)展中國家廣大農(nóng)村，基本上還是沿用著這種傳統(tǒng)的用能方式。舊式爐灶熱效率很低，只有1015；經(jīng)過一些改革（如變?yōu)槭〔裨睿?，熱效率也沒超過25，資源浪費嚴重。直接燃用秸稈、薪柴、干糞、野草，勞動強度大，不衛(wèi)生，煙熏火燎，易感染呼吸道疾病。在一些燃料缺乏的地區(qū)，農(nóng)民極力向大自然索取，砍伐林木，割摟野草，致使森林及草原植被破壞、土壤退化、水土流失、洪澇成災，給生態(tài)環(huán)境造成了嚴重惡果。在生活燃料部缺乏的某些地區(qū)，

24、夏季忙于換茬復種倒地，在田地中焚燒大量秸稈，火焰四起，濃煙滾滾，影響了交通和人們的健康，也浪費了資源。改革開放以來，隨著農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展和農(nóng)民生活水平的提高，農(nóng)村對優(yōu)質(zhì)燃料的需要日益迫切，19911998年，農(nóng)村使用液化石油氣和電炊的農(nóng)戶由1578萬戶增至4937萬戶。生物質(zhì)能傳統(tǒng)利用方式與農(nóng)村逐步實現(xiàn)現(xiàn)代化的發(fā)展形勢很不適應，生物質(zhì)能優(yōu)質(zhì)化轉(zhuǎn)換利用勢在必行。城鎮(zhèn)的擴大，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的崛起，有機垃圾和有機廢水日漸增多，如不有效處理，不僅浪費能源，也會造成環(huán)境污染。面對上述情況，我國政府部門要求科研單位和有關組織，抓緊生物質(zhì)能新技術的研究與利用，制定了許多相關政策與規(guī)劃并付諸實施，在上下共同努力過程中

25、，經(jīng)過20年左右的時間，我國生物質(zhì)能開發(fā)利用取得了長足的進步：1. 沼氣 20世紀90年代以來，我國沼氣建設一直處于穩(wěn)定發(fā)展的勢態(tài)。到1998年底，全國戶用沼氣池發(fā)展到688萬個；以沼氣及沼氣發(fā)酵液、沼渣在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的直接利用為主的沼氣綜合利用技術得到迅速應用，已達到339萬戶，其中北方的“四位一體”能源生態(tài)模式21萬戶，南方的“豬-沼-果”能源生態(tài)模式81萬戶。2. 生物質(zhì)氣化 經(jīng)過十幾年的研究、試驗、示范，生物質(zhì)氣化技術已基本成熟，氣化設備已有系列產(chǎn)品，產(chǎn)氣量達2001000立方米每小時，氣化效率達70以上。到2000年底，全國已建成秸稈氣化集中供氣站388處，有79443個農(nóng)戶用生物質(zhì)燃

26、氣作生活燃料，有的還用作干燥熱源和發(fā)電。以前用固定床氣化爐，以稻殼為原料進行氣化發(fā)電，規(guī)模較小?，F(xiàn)在國內(nèi)已有數(shù)處用流化床氣化爐，可以用稻殼、鋸末乃至粉碎的秸稈為原料進行氣化發(fā)電，“九五”期間氣化發(fā)電站規(guī)模達1000kw，“十五”期間將建造4000kw左右的氣化發(fā)電站。全國生物質(zhì)氣化發(fā)電站數(shù)量有望增至30個左右。3. 薪炭林 自1981年起，我國開始有計劃地建設薪炭林，到1995年，全國累計營造薪炭林4948000平方公里；其中“六五”完成2050000平方公里；“七五”完成1833000平方公里；“八五”完成1035000平方公里。年增產(chǎn)薪柴量2000000025000000t，對緩解農(nóng)村能源

27、短缺起到了一定作用。4. 生物質(zhì)壓縮成型及其他技術 我國已研制出螺旋擠壓式、活塞沖壓式和環(huán)磨滾壓式等幾種生物質(zhì)壓縮成型設備，其中螺旋擠壓式壓縮成型機推廣應用較多，有關單位對擠壓螺桿的耐磨性作了較深入的研究，延長了它的使用壽命。全國現(xiàn)有生物質(zhì)壓縮成型廠35個。生物質(zhì)經(jīng)壓縮成型后可直接用作燃料，也可經(jīng)過炭化爐炭化，獲得生物炭，用于燒烤和冶金工業(yè)；還可生產(chǎn)塊狀飼料。第2章生物質(zhì)壓縮成型燃料技術2.1 概念與原理生物質(zhì)壓縮成型燃料可廣泛用于各種類型的家庭取暖爐（包括壁爐）、小型熱水鍋爐、熱風爐，也可用于小型發(fā)電設施，是我國充分利用秸稈等生物質(zhì)資源替代煤炭的重要途徑，具有良好的發(fā)展前景。將分布散、形體輕

28、、儲運困難、使用不便的纖維素生物質(zhì)，經(jīng)壓縮成型和炭化工藝，加工成燃料，能提高容量和熱值，改善燃料性能，成為商品能源。這種轉(zhuǎn)換技術越來越被人們所重視。這種技術也稱作“壓縮致密成型”或“致密固化成型”。2.2 發(fā)展歷史成型燃料最早是英國一家機械工程研究所以泥煤作原料研制成的，后用于加工褐煤和精煤，逐步發(fā)展到加工造紙廠的廢棄物。20世紀30年代，“螺旋式”在美國開始設計，同時，現(xiàn)代化的活塞成型機在瑞典、德國得到推廣，以鋸木為原料的燃料塊在市場上有了競爭力，50年代日本人研制出了螺旋式生物質(zhì)成型機，并逐步推廣到了中國臺灣省、泰國乃至歐洲國家和美國。50年代后又相繼產(chǎn)生了以油壓、水壓為動力的生物質(zhì)壓縮成

29、型設備，以及以機械為動力滾筒或小顆粒成型設備。 圖2.1 含水率為28的玉米秸成型塊 圖2.2 含水率為24的稻秸成型塊在20世紀80年代，得到較大規(guī)模的發(fā)展，當時由于出現(xiàn)能源危機，石油價格上漲，西歐國家、美國的木材加工廠提出用木材實現(xiàn)能源自給。因此，生物質(zhì)壓縮燃料發(fā)展很快，西歐國家和日本等國已成為一種產(chǎn)業(yè)，印度和東南亞一些國家對這項技術的研究與應用也相當重視。1984年，日本已有172家工廠生產(chǎn)生物質(zhì)壓縮燃料，總產(chǎn)量達26萬噸/年。在我國，這項研究也得到了政府的關注和支持，在國家科技部、經(jīng)貿(mào)委、計委共同編寫的“中國新能源和可再生能源發(fā)展綱要（19962010）”中提出要“發(fā)展高效的直接燃燒技

30、術、致密 成型技術、氣化液化技術”，作為今后能源工作的一個重要方面來抓。1993年前后，中國大陸的一部分企業(yè)和省農(nóng)村能源辦公室從日本、中國臺灣省、比利時、美國引進了近20條生物質(zhì)壓縮成型生產(chǎn)線，基本上都采用螺旋擠壓式，以鋸木屑為原料，生產(chǎn)“炭化”燃料。近年來，一些國家還在這方面開展了國際合作，如由荷蘭政府資助的“生物質(zhì)致密化項目”便是有荷蘭、印度、泰國、菲律賓、馬來西亞、尼泊爾、斯里蘭卡7個國家共同參與的一個國際合作項目，該項目已經(jīng)完成了第一和第二階段的研究工作，第三階段將著重進行工程示范和技術推廣工作。2.3 固體生物質(zhì)結構特點生物質(zhì)壓縮成型所用的原料主要有；鋸木、木屑、稻殼、秸稈等。這些纖

31、維素生物質(zhì)細胞中含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素（或稱木素），占植物體成分2/3以上。純纖維素呈白色，密度為1.501.56克每立方厘米，比熱容為0.320.33kj/（kgk）。半纖維素穿插于纖維素和木質(zhì)素之間，結構比較復雜，在酸性水溶液中加熱時，能發(fā)生水解反應，而且比纖維素水解容易，水解速度也快得多，水解產(chǎn)物主要是單趟。其水解特性，對將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成液體燃料有一定價值。木質(zhì)素是一類以苯基丙烷單體為骨架，具有網(wǎng)狀結構的無定形高分子化合物，木質(zhì)素為白色或接近紅色。不同植物的木質(zhì)素含量、組成和結構不盡相同，在常溫下木質(zhì)素主要部分不溶于任何有機溶劑，它是非晶體，沒有熔點，但有軟化點。當溫度達70110左

32、右時，木質(zhì)素發(fā)生軟化，黏合力增加；在200300時，軟化程度加劇，進而液化，此刻施加一定壓力，可使其與纖維素緊密黏結。在熱壓縮過程中，無需黏結劑，即可得到與擠壓模具相同形狀的成型棒狀或顆粒燃料。大部分纖維素生物質(zhì)都具有被壓縮成型的基本條件，但在壓縮成型之前，一般需要進行預處理，如粉碎、干燥（或浸泡）等，而鋸末、稻殼無需再粉碎，但要清除尺寸較大的異物。2.4 生物質(zhì)壓縮成型原理由于植物生理方面的原因，生物質(zhì)原料的結構通常都比較疏松，密度較小。這些質(zhì)地松散的生物質(zhì)原料在受到一定的外部壓力后，原料顆粒先后經(jīng)歷重新排列位置關系、顆粒機械變形和塑性流變等階段，體積大幅度減小，密度顯著增大。在水分存在時，

33、用較小的作用力即可使纖維素形成一定的形狀；當含水率在10左右時，需施較大的壓力才能使其成型，但成型后結構牢固。由于非彈性或黏彈性的纖維分子之間相互纏繞和絞合，在去除外部壓力后，一般不能再恢復原來的結構形狀。對于木質(zhì)素等黏彈性組分含量較高的原料，如果成型溫度達到木質(zhì)素的軟化點，則木質(zhì)素就會發(fā)生塑性變形，從而將原料纖維緊密地黏結在一起，并維持既定的形狀。成型燃料塊經(jīng)冷卻降溫后，強度增大，即可得到燃燒性能類似于木材的生物質(zhì)成型燃燒塊。對于木質(zhì)素含量較低的原料，在壓縮成型過程中，加入少量的諸如粘土、淀粉、廢紙漿等無機、有機和纖維類黏結劑，也可以使壓縮后成型塊維持致密的結構和既定的形狀。因為這些黏結劑加

34、入后，生物質(zhì)粒子表面會形成一種吸附層，使顆粒之間產(chǎn)生一種引力（即范德華力），同時在較小外力作用下粒子之間也可產(chǎn)生靜電引力，致使生物質(zhì)粒子間形成連鎖結構。被粉碎了生物質(zhì)粒子在外壓力和黏結劑作用下，重新組合成具有一定形狀的生物質(zhì)成型塊，這種成型方法需要的壓力比較小。對于某些容易成型的材料則不必加熱，也不必加黏結劑，但在粉碎顆粒需要細小，成型壓力需要大，滾筒擠壓式小顆粒成型實際就是這種類型。2.5 壓縮成型工藝類型生物質(zhì)壓縮成型工藝形成有多種，根據(jù)主要工藝特征的區(qū)別，可劃分為濕壓成型、熱壓成型和炭化成型三種基本類型。圖2.3 生物質(zhì)壓縮成型及炭化工藝類型1. 濕壓成型濕壓成型工藝常用含水量較高的原料

35、，可將原料水浸數(shù)日后將水擠走，或?qū)⒃蠂娝?，加黏結劑攪拌均勻。一般是原料從濕壓成型機進料口進入成型室，在成型室內(nèi)，原料在壓輥或壓模的轉(zhuǎn)動作用下，進入壓輥與壓模之間，然后被擠入成型孔，從成型孔擠出的原料已被擠壓成型，用切斷刀切割成一定長度的顆粒從機內(nèi)排出，再進行烘干處理。濕壓成型燃料塊密度通常較低。濕壓成型一般設備比較簡單，容易操作，但是成型部件磨損較快，烘干費用高，多數(shù)產(chǎn)品燃燒性能較差。盡管濕壓成型有環(huán)模成型、平模成型，對輥成型、刮板成型、齒輪成型等多種機具類型，但目前應用范圍不廣，在東南亞國家和日本等地有些小規(guī)模的生產(chǎn)廠家。2. 熱壓成型熱壓成型是目前普遍采用的生物質(zhì)壓縮成型工藝。其工藝過程

36、一般為：原料粉碎干燥混合擠壓成型冷卻包裝等幾個環(huán)節(jié)。由于原料的種類、粒度、含水率、成型壓力、成型溫度、成型方式、成型模具的形狀和尺寸等因素對成型工藝過程和產(chǎn)品的性能都有一定的影響，所以具體的生產(chǎn)工藝流程以及成型機結構和原理也有一定的差別。但是在各種熱壓成型方式中，擠壓成型環(huán)節(jié)都是關鍵的作業(yè)步驟。目前，熱壓成型工藝中采用的成型機主要有螺旋擠壓式成型機、機械驅(qū)動活塞式成型機、液壓驅(qū)動活塞式成型機等幾種形式。其中螺旋擠壓式成型機采用連續(xù)擠壓，成型溫度通常調(diào)整在220280之間。為了避免成型過程中原料水分的快速汽化造成成型塊的開裂和“放炮”現(xiàn)象發(fā)生，一般要將原料含水率控制在812之間。在擠壓過程中，原

37、料與成型部的摩擦雖能生熱，但滿足不了成型溫度的要求，因而需采用電熱元件等對成型部位進行加熱?，F(xiàn)在，有關研制單位試用原料在進入成型機之前，對其進行預加熱（到100左右），以減輕成型部件的磨損。螺旋擠壓機產(chǎn)出的成型塊通常為空心燃料棒（有利汽化氣的排出），其密度一般在1.01.4噸每立方米之間。液壓或機械驅(qū)動的活塞式成型機通常用于生產(chǎn)實心燃料棒或燃料塊，其密度通常介于0.81.1噸每立方米之間，其中液壓驅(qū)動的活塞式成型機對原料的含水率的要去不高，允許原料含水率高達20左右。3. 炭化成型工藝炭化成型工藝的基本特征是，首先將生物質(zhì)原料炭化或部分炭化，然后再加入一定量的黏結劑擠壓成型。由于原料纖維結構的

38、炭化過程中受到破壞，高分子組分受熱裂解轉(zhuǎn)換成炭，并釋放出揮發(fā)分（包括可燃氣體、木醋液和焦油等），因而其擠壓加工性能得到改善，成型部件的機械磨損和擠壓加工過程中的功率消耗明顯降低。但是，炭化后的原料在擠壓成型后維持既定形狀的能力較差，儲存、運輸和使用時容易開裂或破碎，所以采用炭化成型工藝時，一般都要加入一定量的黏結劑。如果成型過程中不使用黏結劑，要保護成型塊的儲存和使用性能，則需要較高的成型壓力，這將明顯提高成型機的造價。4. 黏結劑為了使成型塊在運輸儲存和使用時不致破損、裂開，并具有良好的燃燒性能，理想的黏結劑必須能夠保證成型炭塊具有足夠的強度和抗潮解性，而且在燃燒時不產(chǎn)生煙塵和異味，最后黏結

39、劑本身也可以燃燒。常用的黏結劑可分為無機黏結劑、有機黏結劑和纖維類黏結劑三類。其中無機黏結劑（如水泥、粘土和水玻璃等）雖然具有一定的黏結能力，但這類黏結劑會增大燃料的灰分含量，降低燃料的熱值，而且在炭塊燃燒時會產(chǎn)生開裂的現(xiàn)象，所以使用效果較差。有機黏結劑（如焦油、瀝青、樹脂和淀粉等）也具有較強的黏結能力，淀粉黏結劑使用量一般為4左右，雖然在燃燒時不產(chǎn)生煙氣，但其抗潮解能力較差。以焦油、瀝青和糖漿肥料作為黏結劑使用時，用量大約為30，這類黏結劑的抗潮解能力較強，但在燃燒時會產(chǎn)生一定的煙氣和異味。纖維類黏結劑（如廢紙漿和水解木纖維等工業(yè)廢棄物）價格低廉，而且具有較好的黏結能力，使用這一類黏結劑生產(chǎn)

40、的成型炭可以采用自然干燥，而不必進行人工干燥。2.6 生物質(zhì)壓縮成型工藝流程圖2.4 生物質(zhì)壓縮成型工藝流程1. 生物質(zhì)收集生物質(zhì)收集是十分重要的工作。在工廠化加工的條件下要考慮三個問題：一是加工廠的服務半徑；二是農(nóng)戶供給加工廠原料的形式，是整體式還是初加工包裝式；三是原料的枯萎度，也就是原料在田間經(jīng)風吹、日曬、自然狀態(tài)脫水程度。如果不是機械收割、打捆、枯萎度大點好。另外要特別注意收集過程中盡可能少夾帶泥土，泥土多了，容易造成燃燒時結渣。機械化收集可解決這一問題。2. 物料粉碎粉碎時壓縮成型前對物料的基本處理，粉碎質(zhì)量好壞直接影響成型機的性能及產(chǎn)品質(zhì)量。例如在顆粒成型過程中，如果原料的麗都過大

41、，則原料必須再成型及內(nèi)碾碎以后才能進入成型孔，這樣成型時就要消耗大量功率。在顆粒成型過程中，成型機也能進行一定的粉碎作業(yè)，但不會像粉碎機那樣高效率進行，因此要求粉碎作業(yè)盡可能在粉碎機上完成。不是對所有供給壓縮成型的物料都需進行粉碎作業(yè)，如利用鋸末、稻殼等為原料進行熱壓成型時，往往只從原料中清除尺寸較大的異物，不進行粉碎即可壓縮成型。但是對于一般木屑、樹皮及植物秸稈等尺寸較大的農(nóng)林廢棄物，都要進行粉碎作業(yè)，而且常常進行兩次以上粉碎，并在粉碎工序中間插入干燥工序，以增加粉碎效果。對于種類較為繁雜，尺寸較大的原料往往進行三次粉碎作業(yè)。第一次粉碎只能起到將原料尺寸勻整的作用，經(jīng)過二次粉碎、干燥及三次粉

42、碎以后才能滿足成型機對原料粒度的要求。對于顆粒成型燃料，一般需要將90左右的原料粉碎至2mm以下，經(jīng)過二次粉碎才能將原料粉碎到5mm以下，有時不得不進行三次粉碎。粉碎作業(yè)用得最多的是錘片式粉碎機。對于樹皮、碎木屑、植物秸稈等，錘片式粉碎機能夠較為理想地完成粉碎作業(yè)。粉碎物的粒度大小可用改換不同開機大小凹版來實現(xiàn)。但是對于較粗大的木材廢料，一般先用木材切片機切成小片，再用錘片式粉碎機將其粉碎。3. 干燥成型（燃料及飼料）中水分含量很重要，國內(nèi)外使用的都是經(jīng)驗數(shù)據(jù)，不是理論計算數(shù)據(jù)。水分含量超過經(jīng)驗上限值時，加工過程中，溫度升高，體積突然膨脹，易產(chǎn)生爆炸，造成事故；若水分含量過低，會使范德華力降低

43、，以致成型成問題。因此生物質(zhì)原料粉碎后，要有一個脫水程序。最佳濕度在1015，但活塞式成型機因其加工過程是間斷式的，因此可以適當高些（1620）。通過干燥作業(yè)，使原料的含水率減少到成型所要求的范圍內(nèi)。與熱壓成型機配套使用的干燥機主要有回轉(zhuǎn)圓筒干燥機、立式氣流干燥機等。（1）回轉(zhuǎn)圓筒式干燥機回轉(zhuǎn)圓筒干燥機有熱風發(fā)生爐、干燥筒、進料裝置、出料裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動機構等組成。原料從進料口進入干燥筒，干燥筒在驅(qū)動機構作用下作低速回轉(zhuǎn)運動。干燥筒向出口方向下傾210，并在筒內(nèi)安裝有抄板。物料在隨干燥筒回轉(zhuǎn)時被抄起后落下，由熱風發(fā)生爐產(chǎn)生的熱風對物料進行加熱干燥，同時由于干燥筒的傾斜及回轉(zhuǎn)作用原料被移送到出料口

44、然后排出機外。回轉(zhuǎn)筒干燥機按干燥筒內(nèi)物料與氣流的流動方向可分為逆流操作和順流操作。根據(jù)被干燥物料的特性和最終要求的含水量，來選擇物料的流向和設備的組裝。逆流操作時，物料和加熱氣流相向流動，干燥器內(nèi)傳熱與傳質(zhì)推動力比較均勻，適用于不允許快速干燥的熱敏性物料，逆流操作被干燥物料的含水率較低。順流操作使用于原料含水量較高、允許干燥速度快、在干燥過程中不分解、能耐高溫的非熱敏性物料。對于壓縮成型的植物材料，一般采用順流操作?；剞D(zhuǎn)圓筒干燥機具有生產(chǎn)能力大，運行可靠，操作容易，適應性強，流體阻力小，動力消耗小等一系列優(yōu)點。其缺點是設備復雜，體積龐大，一次性投資多，占地面積大。（2）立式氣流干燥設備立式氣流

45、干燥設備由熱風發(fā)生爐、進料裝置、干燥輸送管道、離心分離器及風機等組成。由熱風發(fā)生爐產(chǎn)生的熱風在抽風機的作用下，被吸入干燥管道內(nèi)。同時，被干燥的原料也由加料口加入與熱風匯合，在干燥管內(nèi)，熱風和原料充分混合并向前運動。在熱風的作用下原料很快被加熱，原料的水分散發(fā)，最后完成干燥。干燥以后的原料被吸入離心分離器分離，濕空氣被風機抽出排放，原料經(jīng)出料口排出。氣流干燥機由于原料在氣流中的分散性好，干燥的有效面積大，干燥強度大，生產(chǎn)能力大，所以干燥時間可以大大減少。在干燥過程中，采用順流操作，入口處氣溫高，但原料的濕度大，能充分利用氣體的熱能，所以熱效率高。另外，氣流干燥還具有設備簡單、占地面積小、一次性投

46、資少等優(yōu)點，并且可以同時完成輸送作業(yè)，能夠簡化工藝流程，便于實現(xiàn)自動作業(yè)。4. 預壓縮是為了提高生產(chǎn)率，即在推進器“進刀”前先把松散的物質(zhì)預壓一下，然后推到成型模前，被主推進器推到“模子”中壓縮成型。預壓多采用螺旋推進器、液壓推進器，也有用手工預壓的，這與要求的產(chǎn)量有關，生產(chǎn)單位可以自主選擇。5. 壓縮“成型?！笔巧镔|(zhì)成型的關鍵部件，它的內(nèi)壁是前大后小的錐形，物料進入模具后要受三種力，即機器主推力、摩擦力、模具壁的向心反作用壓力。影響大小的是和密度、直徑等。影響大小的是夾角和模具溫度。夾角越大，越大，密度也要加大，動力也要加大，因而夾角設計是關鍵因素，它隨著直徑和密度、材料種類有不同的要求。

47、為了便于調(diào)整“模子”，設計有內(nèi)模和外模，外模是不變的，內(nèi)模是可以調(diào)換的。的確定需經(jīng)過試驗，一般從3開始，用插入辦法調(diào)試。6. 加熱生物質(zhì)原料壓縮成型過程中的加熱，一方面可使原料中含有的木質(zhì)素軟化，起到黏結劑的作用；另一方面還可使原料本身變軟，容易壓縮。除此之外，加熱溫度對成型機的工作效率也產(chǎn)生影響。對于棒狀燃料成型機，當機器的結構尺寸確定后，加熱溫度就應該調(diào)整到一個合理的范圍。溫度過低，不但原料不能成型，而且功耗增加；溫度增高，電機功耗減小，但成型壓力減小，成型物擠壓不實，密度變小，容易斷裂破損。該機型的加熱溫度一般調(diào)整在150300之間，使用者需根據(jù)原料的形態(tài)進行調(diào)整。顆粒燃料成型雖然沒有外

48、熱源加熱，但在成型過程中，原料和機器工作部件之間的摩擦作用也可以將原料加熱到100左右，同樣可使原料所含木質(zhì)素軟化，起到黏結作用。模具溫度采用電阻絲來控制，應先預熱后開機。也有不加熱的。例如用螺旋擠壓式時，只要動力設計的足夠大，錐角比較大，就可以產(chǎn)生較大的摩擦力，產(chǎn)生的摩擦熱完全可以供成型使用。但這種方法會增大動力消耗，增大螺旋頭和模具磨損，一般3050h就要更換螺旋頭。如果使用這種高壓方式，宜先進行經(jīng)濟核算，然后再設計。7. 加黏結劑加入添加劑有兩種目的：一是增加壓塊的熱值，同時增加黏結力，例如加入1020的煤炭或炭粉，就可以達到目的，但加入時一定注意均勻度，防止因相對密度不同造成不均勻聚結

49、；二是純增加黏結力，減少動力輸入，這要求生物質(zhì)顆粒要小，便于黏結劑均勻接觸。一般都在預壓前輸送過程中加入，便于攪拌。8. 保型保型是在生物質(zhì)成型以后的一段套筒內(nèi)進行的，其內(nèi)徑略大于壓縮成型的最小部位直徑，以便使已成型的生物質(zhì)消除部分應力，隨著溫度的降低，使形狀固定下來。保型套筒的端部有開口，用以調(diào)整保型筒的保型能力。如果保型筒大于成型筒直徑過多，生物質(zhì)會迅速膨脹，容易裂紋；過小了，應力得不到消除，出口后還會因溫度突然下降，發(fā)生崩裂或粉碎。第3章成型機技術目前，國內(nèi)外最常見的成型機技術主要包括有三大類：螺旋擠壓技術、活塞沖壓技術和壓滾式成型技術，但多處于研究開發(fā)階段。3.1 螺旋擠壓成型機螺旋擠

50、壓成型技術是目前生產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料最常用的技術，尤其是以機制炭為最終產(chǎn)品的廠家，大都選用螺旋擠壓成型機。1. 螺旋擠壓成型機工作過程這種成型機主要組成包括驅(qū)動機、傳動部件、進料機構、壓縮螺桿、成型套筒、電加熱和控制等幾部分。其工作過程是：將粉碎的物料（鋸末、稻殼不用粉碎）經(jīng)干燥后，從料斗連續(xù)加入，由螺旋推擠如成型套筒中，并經(jīng)螺桿壓成帶孔的棒，成品連續(xù)從成型套筒中擠出，按50cm左右長短切斷（或用手撅下來堆好。這種擠出方式必須給物料加熱，一般在成型套筒外繞有電熱圈，使筒溫保持在220280，依不同原料而定），溫度由控制器控制，達到設定溫度是可自動斷電。2. 成型棒料的物理特性及燃燒性能生物質(zhì)在壓縮成型后，其密度、強度和燃燒性能都有了本質(zhì)的改善，大大提高了生物質(zhì)的燃料品味，下面介紹成型燃料的物料特性和燃料性能。（1