木顆粒燃料的應(yīng)用與發(fā)展

木顆粒燃料的應(yīng)用與發(fā)展

1新型替代能源能源的稀有性已成為世界的焦點(diǎn)。能源價(jià)格的上漲導(dǎo)致了世界經(jīng)濟(jì)的巨大變化。綠色能源的提出表明了人類文明進(jìn)步的跡象。當(dāng)今的新型替代能源,如風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿燃娂娪楷F(xiàn),各具優(yōu)勢(shì)。其中生物質(zhì)能在實(shí)用性、可行性、廣泛性等方面,顯出獨(dú)有的優(yōu)勢(shì),隨著其利用技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展,被認(rèn)為是未來(lái)30~50年里,最具大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)前景的新型能源。2固化型brwelledge燃料木顆粒燃料作為生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要領(lǐng)域,是指在一定溫度和壓力作用下,利用木質(zhì)素充當(dāng)粘合劑將松散的秸稈、樹(shù)枝和木屑等農(nóng)林生物質(zhì)壓縮成塊狀(Briquettes)、棒狀或顆粒狀(Pellets)等成型燃料(見(jiàn)圖1),工業(yè)上又稱木煤。木煤質(zhì)地堅(jiān)硬,屬能量高效聚集的固化型燃料,具比重大、熱值可達(dá)4800大卡、燃燒充分、成本低、使用方便、清潔衛(wèi)生、便于貯存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn),可作為能源工廠、發(fā)電廠、燃燒爐、氣化爐、取暖爐、氣化站、鍋爐等的燃料,用于供熱的燃燒效率可達(dá)83%;同時(shí)還可作為生產(chǎn)沼氣、制作肥料、飼料、造紙、人造板、餐炊具、育苗缽等的原料。3選冷卻包裝儲(chǔ)存運(yùn)輸木質(zhì)顆粒燃料的典型制造工藝為:原料粉碎清潔處理干燥混合高溫壓縮篩選冷卻包裝儲(chǔ)存運(yùn)輸在整個(gè)生產(chǎn)線上,原料的粉碎、不合格物料的篩分與清潔、物料的成型是三個(gè)比較重要的工序,直接關(guān)系到整個(gè)工藝效果的好壞、生產(chǎn)效率的高低和能源節(jié)省的程度,從而直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。3.1粉碎設(shè)備研究木質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)過(guò)程中原料粉碎效果的好壞、粉碎機(jī)的產(chǎn)能和能耗直接影響木煤的生產(chǎn)效率和成本。目前國(guó)內(nèi)的生物質(zhì)粉碎設(shè)備比較缺乏,存在著粉碎粒度大(一般大于10mm),刀具磨損快(8-10小時(shí)連續(xù)作業(yè)后就需更換)、能耗高和產(chǎn)量低的問(wèn)題,特別是不能兼顧細(xì)粉碎粒度和高生產(chǎn)率的要求,難以滿足生物質(zhì)能源規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的需求。國(guó)內(nèi)外對(duì)粉碎的理論研究多集中在礦石、飼料和藥科,設(shè)備主要是采用單轉(zhuǎn)子錘式粉碎機(jī),無(wú)法滿足木煤原料粉碎需求。南京林業(yè)大學(xué)木煤研究所與北京泛歐瑞得科技有限公司合作開(kāi)發(fā)雙轉(zhuǎn)子錘式粉碎機(jī),用于木本生物質(zhì)原料粉碎,其粉碎原理如圖2所示:1-篩片2-弧形齒板3-錘片4-第一粉碎室5-進(jìn)料斗6-第一轉(zhuǎn)子7-射入第一粉碎室物料流8-射入第二粉碎室物料流9-雙轉(zhuǎn)子粉碎機(jī)工作時(shí),由料斗進(jìn)入第一粉碎室的物料受到第一轉(zhuǎn)子錘片撞擊,破碎后一部分射入第二粉碎室,一部分仍在第一粉碎室。射入第二粉碎室的物料受到第二轉(zhuǎn)子錘片的第二次撞擊和破碎,粉碎機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),兩粉碎室形成物料對(duì)射和多次撞擊,從而完成對(duì)物料的粉碎過(guò)程。與單轉(zhuǎn)子錘片式粉碎機(jī)相比較,雙轉(zhuǎn)子粉碎機(jī)具有更大篩網(wǎng)面積、粉碎效果更好、更低的能耗,更適合于高速細(xì)粉碎。3.2動(dòng)力輥篩的特點(diǎn)在傳統(tǒng)的木煤生產(chǎn)線上,對(duì)原料的篩選用振動(dòng)篩或分級(jí)篩作為主要設(shè)備。通常的振動(dòng)篩是在一個(gè)振動(dòng)架上設(shè)置適當(dāng)網(wǎng)目的篩網(wǎng),一般均以一定的下滑角度放置,需要篩選的物料通過(guò)一加料裝置加于篩網(wǎng)的上段,在振動(dòng)架的連續(xù)振動(dòng)中,物料逐漸下滑,在下滑過(guò)程中,小于網(wǎng)目的物料通過(guò)篩網(wǎng)下落被選出,大于網(wǎng)目的物料從振動(dòng)篩的下端滑出回收重新利用(見(jiàn)圖3)。但振動(dòng)篩不適合于篩選含水率較高的物料,當(dāng)使用振動(dòng)篩篩選濕物料時(shí),濕物料就很容易把篩網(wǎng)的網(wǎng)眼堵上,減少了篩網(wǎng)網(wǎng)目的數(shù)量級(jí),達(dá)不到預(yù)期的篩選效果,使產(chǎn)量降低。1-進(jìn)料口2-篩箱3-驅(qū)動(dòng)裝置4-支架分級(jí)篩利用輥軸之間的間隙、輥的轉(zhuǎn)速以及輥表面的花紋的形狀和深淺度共同控制物料的篩選。旋轉(zhuǎn)的輥軸利用圓柱面上的花紋推動(dòng)物料向前運(yùn)動(dòng),當(dāng)物料經(jīng)過(guò)輥軸排列的一級(jí)篩分區(qū)時(shí),輥的表面花紋規(guī)格較細(xì),輥面的間隙也較細(xì),只有細(xì)料才能隨輥的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)花紋溝槽和輥之間的間隙被分選出來(lái)。當(dāng)物料經(jīng)過(guò)輥軸排列的二級(jí)篩分區(qū)時(shí),輥的表面花紋規(guī)格中等,輥面的間隙也中等,只有中等物料才能隨輥的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)花紋溝槽和輥之間的間隙被分選出來(lái)。以此類推,當(dāng)物料進(jìn)過(guò)輥軸排列的三級(jí)篩分區(qū)時(shí),大的物料就被篩選出來(lái)。最后剩下的超大物料直接在輥的邊緣落下。但分級(jí)篩只能在厚度方向?qū)υ线M(jìn)行篩分,無(wú)法滿足超長(zhǎng)物料的篩分。為了彌補(bǔ)振動(dòng)篩以及分級(jí)篩的不足,南京林業(yè)大學(xué)木煤研究所與北京寶利特木煤機(jī)械制造所、北京泛歐瑞得科技有限公司合作,設(shè)計(jì)一種新型的動(dòng)力輥篩(見(jiàn)圖4),使其既能篩分含水率較高的物料,也能同時(shí)對(duì)物料進(jìn)行長(zhǎng)度和厚度方向篩分。輥篩有三個(gè)篩分值,兩個(gè)篩分區(qū),篩床的一級(jí)篩分區(qū)放置鉆石輥軸,鉆石輥軸的圓柱表面帶有菱形花紋,用于篩除原料中的雜質(zhì)。篩床的二級(jí)篩分區(qū)放置花鍵軸上套鏈輪的輥軸,用于篩分出合格的物料,最后超大的物料從最后一根輥軸的邊緣落下,回收再碎。1、2-調(diào)節(jié)頂絲3-鉆石輥軸4-鏈輪輥軸5-擋板6-鏈輪7-減速箱8-驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.3其他成型設(shè)備木質(zhì)顆粒燃料成型工藝可分為:濕壓成型、炭化成型和熱壓成型。濕壓成型是將原料在常溫下浸泡使其濕潤(rùn)皺裂并部分降解,改善其擠壓、加壓性能,利用簡(jiǎn)單的杠桿和木模將腐化后的農(nóng)林廢棄物的水分?jǐn)D出,壓縮成顆粒;炭化成型是將原料炭化或部分炭化,破壞其纖維結(jié)構(gòu),提高擠壓加工性能,但成型后易破碎,需加入一定量的粘結(jié)劑擠壓成型;熱壓成型是采用高溫?cái)D壓成型原理。從成型燃料的熱值、環(huán)保性及總體總價(jià)方面考慮,目前較多地應(yīng)用熱壓成型工藝。已研制成功的成型設(shè)備主要有螺旋擠壓式成型機(jī)、活塞沖壓式成型機(jī)和壓輥式顆粒成型機(jī)。螺旋擠壓式成型機(jī)是利用螺桿擠壓生物質(zhì),靠外部加熱維持成型溫度為150~300℃,使木質(zhì)素、纖維素等軟化,擠壓成生物質(zhì)壓塊,啟動(dòng)時(shí)成型部件和物料溫度低于成型溫度,因此需要用電熱元件加熱成型部件。具有運(yùn)行平穩(wěn),生產(chǎn)連續(xù)性好等優(yōu)點(diǎn),但存在螺桿磨損嚴(yán)重,使用壽命短等缺陷,而且單位產(chǎn)品能耗高等因素限制了其發(fā)展?；钊麤_壓式成型機(jī)利用沖桿或活塞高速運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生的沖壓力將生物質(zhì)壓縮成型,工作時(shí)不需要外加熱,但成型密度低,容易松散。根據(jù)驅(qū)動(dòng)力不同,分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)式活塞成型機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)式成型機(jī)。機(jī)械驅(qū)動(dòng)式是采用發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)沖桿做高速往返運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生沖壓力將生物質(zhì)壓縮成型;與螺旋擠壓式成型機(jī)相比,活塞沖壓式成型機(jī)明顯改善了成型部件磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象,其使用壽命有了很大的提高,而且單位產(chǎn)品能耗也有較大幅度的下降。但存在較大的振動(dòng)負(fù)荷,造成機(jī)器運(yùn)行穩(wěn)定性差、噪音較大及潤(rùn)滑油污染較嚴(yán)重等問(wèn)題。液壓驅(qū)動(dòng)式成型機(jī)采用液壓缸驅(qū)動(dòng)活塞代替曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)沖桿,其運(yùn)行穩(wěn)定性有了極大的改善,產(chǎn)生噪音相應(yīng)降低了很多。但由于液壓驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)速度較低,其產(chǎn)量受到了一定的限制。壓輥式成型機(jī)的基本工作部件由壓輥和壓模組成,其中壓輥可以繞自己的軸轉(zhuǎn)動(dòng),壓輥的外周加工有齒或槽,用于壓緊原料而不致打滑。根據(jù)壓模形狀的不同分為環(huán)模式成型機(jī)(見(jiàn)圖5)和平模式成型機(jī)(見(jiàn)圖6),具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便等特點(diǎn)。4粉碎加工技術(shù)的必要性我國(guó)木質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)線已經(jīng)在河北、廣東等地區(qū)相繼投產(chǎn)建成,已達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。但應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化制造工藝,在主要工段引進(jìn)和開(kāi)發(fā)先進(jìn)設(shè)備,主要包括:(1)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)用于木煤生產(chǎn)線的高產(chǎn)量、高效率、高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、低能耗的粉碎機(jī)。只有粉碎加工技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善,才能有效地推動(dòng)我國(guó)生物質(zhì)能廣泛、高效與持續(xù)化的利用。(2)篩分效果不僅影響最終產(chǎn)品的灰分含量,而且直接影響下一步作業(yè)的效率。應(yīng)從篩分物料的性質(zhì)出發(fā),分析動(dòng)力輥篩篩分效果及其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,提高動(dòng)力輥篩工作效率。(3)成型機(jī)是生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)的核心設(shè)備,其成型效果直接決定產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。目前生產(chǎn)上采用的木煤制粒機(jī)是由飼料行業(yè)演變而來(lái),由于做飼料的原料均屬精料,粘合性好,而木煤原料像秸稈、木屑等粗纖維,本身粘合率低、難以成型。使用飼料制粒機(jī)生產(chǎn)木煤,難以達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量,而且能耗大,磨損嚴(yán)重。應(yīng)針對(duì)木質(zhì)原料進(jìn)行制粒工藝?yán)碚撗芯?設(shè)計(jì)出適用于木質(zhì)原料、低能耗、高性能的成型機(jī)。5加強(qiáng)研究,完