压缩成型.ppt
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第七章第七章生物质压缩成型生物质压缩成型7.17.1生物质压缩成型一般概念生物质压缩成型一般概念一定粒度的农林废弃物在压力作用下制成各种成型燃料的工艺,一定粒度的农林废弃物在压力作用下制成各种成型燃料的工艺,有些工艺需要加入一定的添加剂或加热处理。
有些工艺需要加入一定的添加剂或加热处理。
基本原理基本原理生物质成型主要是利用木质素的胶黏作用。
生物质成型主要是利用木质素的胶黏作用。
木质素为天然高分子聚合体,木质素为天然高分子聚合体,具有复杂的三维结构,植物中含具有复杂的三维结构,植物中含量约为量约为15%30%。
主成分主成分纤维素纤维素木质素木质素70100软化、黏度软化、黏度,200300呈熔融状呈熔融状基本技术基本技术目前国内外使用的主要成型技术有三大类,目前国内外使用的主要成型技术有三大类,螺旋挤压技术螺旋挤压技术活塞冲压技术活塞冲压技术压辊式成型技术压辊式成型技术主要成型技术主要成型技术在生物质作为能源的应用中,前两类发展较快。
在生物质作为能源的应用中,前两类发展较快。
1993年前后,从日本、台湾、比利时、美国引进了近年前后,从日本、台湾、比利时、美国引进了近20条生物质压条生物质压缩成型生产线,基本上都采用螺旋挤压式,以锯木屑为原料,生产缩成型生产线,基本上都采用螺旋挤压式,以锯木屑为原料,生产“炭化炭化”燃料。
燃料。
9SYX生物质压缩成型生物质压缩成型成套设备。
成套设备。
设备包括铡切系统、上料设备包括铡切系统、上料系统、搅拌系统、主机系统、系统、搅拌系统、主机系统、冷却输出系统五部分。
主机冷却输出系统五部分。
主机采用双电机驱动,利于压缩采用双电机驱动,利于压缩设备平稳运行。
带控温装置设备平稳运行。
带控温装置主机功率:
主机功率:
37KW2;加工能力:
;加工能力:
1.82.5T/小时;小时;加工范围:
苜蓿草、玉米秸、豆秸、麦秸、油菜秸、加工范围:
苜蓿草、玉米秸、豆秸、麦秸、油菜秸、甘蔗梢、谷草、羊草、花生秧、棉籽皮等甘蔗梢、谷草、羊草、花生秧、棉籽皮等流程:
流程:
预处理预处理切碎切碎贮存回性贮存回性输送上料输送上料添加添加辅料辅料搅拌、混合搅拌、混合除铁除铁压制成型压制成型冷却冷却除湿、风干除湿、风干计量包装计量包装。
规模灵活便于收集规模灵活便于收集适于设计成农户单元的小型生物质固体成型设备适于设计成农户单元的小型生物质固体成型设备(0.5-1吨吨/小时小时)。
秸秆可。
秸秆可就地将加工成型,避免了收集运输难题。
就地将加工成型,避免了收集运输难题。
生物质固体成型主要优点生物质固体成型主要优点解决了储存困难问题解决了储存困难问题分储于农户之中,分散的储存方分储于农户之中,分散的储存方法使储存不再难。
法使储存不再难。
有效降低运输成本有效降低运输成本成型后,燃料的密度大幅提高成型后,燃料的密度大幅提高(1t/m3左右),和煤相近。
左右),和煤相近。
解决了防火问题解决了防火问题秸秆点火温度低,易发酵自燃。
而压缩成型后燃点提高,防火难度秸秆点火温度低,易发酵自燃。
而压缩成型后燃点提高,防火难度大幅降低。
大幅降低。
使用方便使用方便秸秆压缩成型后,体积大幅度缩小,密度大幅度增加,不再象秸秆秸秆压缩成型后,体积大幅度缩小,密度大幅度增加,不再象秸秆那样输送入炉时容易卡住,使生物质燃料入炉不再难。
那样输送入炉时容易卡住,使生物质燃料入炉不再难。
成型燃料密度大,热容量高,拓宽了秸秆燃料的应用范围。
成型燃料密度大,热容量高,拓宽了秸秆燃料的应用范围。
缺点:
缺点:
耗费动力,将使生物质燃料成本增大。
耗费动力,将使生物质燃料成本增大。
11)粉碎)粉碎原料粒径原料粒径10mm10mm左右左右(高压设备高压设备)压力越低适宜粒径越小压力越低适宜粒径越小螺旋式挤压机原料粒径不应小螺旋式挤压机原料粒径不应小于于2mm2mm22)脱水)脱水压缩成型需要一定的含水量,压缩成型需要一定的含水量,否则很难成型。
一般水分在否则很难成型。
一般水分在10%-15%10%-15%为好。
水分过高,压为好。
水分过高,压缩升温很快,可引起体积突然缩升温很快,可引起体积突然膨胀,发生爆炸。
膨胀,发生爆炸。
生物质收集生物质收集粉碎粉碎输送输送预压预压压缩压缩脱水脱水加热或粉结剂加热或粉结剂保型保型切割切割包装包装储存、运输储存、运输生物质压缩成型流程图生物质压缩成型流程图7.27.2生物质压缩成型基本方法生物质压缩成型基本方法3)预压多采用螺旋推进器或液压推进器把松散的原料预压处理,并同时推进喂料。
4)压缩成形模是关键部件,一般内壁是前大后小的锥形,其夹角越大,成形密度越大,但动力也要增大。
压缩推力大小与、摩擦力、温度、水分等因素有关。
5)加热可使原料软化,易压缩,减少动力,还可使木质素起到黏结剂的作用。
也有不加热,只依靠压缩过程热形成一定的温度。
此时需要较大的角和足够的动力。
成品模具原料原料驱动轴6)黏结剂)黏结剂两个目的:
增加热值和增加粘结力。
一般要求较小的原料粒度。
两个目的:
增加热值和增加粘结力。
一般要求较小的原料粒度。
7)保型)保型保型是在生物质成型后的一段套筒内进行的。
此段套筒的内经略保型是在生物质成型后的一段套筒内进行的。
此段套筒的内经略大于压缩成型部位最小直径,以使成型物消除内应力,并随着温度大于压缩成型部位最小直径,以使成型物消除内应力,并随着温度的降低,使形状固定下来。
一般可通过直径的调节调整保型能力。
的降低,使形状固定下来。
一般可通过直径的调节调整保型能力。
直径放大过多时,生物质会迅速膨胀、开裂,过小时,应力得不到直径放大过多时,生物质会迅速膨胀、开裂,过小时,应力得不到消除,出口后温度突降,易发生崩裂或粉碎。
消除,出口后温度突降,易发生崩裂或粉碎。
7.37.3压缩成型主要工艺与设备压缩成型主要工艺与设备生物质压缩成型设备三种主要形式:
生物质压缩成型设备三种主要形式:
湿压成型湿压成型热压成型热压成型炭化成型炭化成型其中,热压成型是目前普遍采用的生物质压缩成型工艺。
其中,热压成型是目前普遍采用的生物质压缩成型工艺。
三种主要形式三种主要形式纤维类原料经一定程度的腐化后,进行压缩成型的工艺。
腐化会损失一定能量,但是与一次风干原料相比,其挤压、加压性能会明显改善。
通常,将原料常温浸泡数日,可使其部分降解。
这种方法常用于纤维板的生产,但也可以将腐化后的农林废弃物中的水分挤出,压缩成燃料块。
这类机组的生产率可达到1吨/小时,在25%的含水率条件下,燃料的平均热值约为23kJ/kg。
燃料在市场上具有一定的竞争力。
一、湿压成型工艺二、热压成型工艺二、热压成型工艺这种工艺是在一定的温度条件下,直接将一定粒度的生物质压缩成型,根据原料被加热的部位的不同,可划分为:
非预热热压非预热热压只在成型部位加热只在成型部位加热预热热压预热热压在压缩之前和成型部位分别加热在压缩之前和成型部位分别加热二类工艺二类工艺这种工艺的应用目前处于主导地位。
其成型设备如下:
这种工艺的应用目前处于主导地位。
其成型设备如下:
螺旋挤压式成型机螺旋挤压式成型机活塞冲压式成型机活塞冲压式成型机压辊式颗粒成型机压辊式颗粒成型机主要成型设备主要成型设备螺旋挤压式成型机螺旋挤压式成型机(最早的生物质热压成型机)最早的生物质热压成型机)连续挤压方式连续挤压方式成型温度:
成型温度:
150300原料含水率:
原料含水率:
8%12%之间之间;产品形态:
空心燃料棒产品形态:
空心燃料棒产品密度:
在产品密度:
在1.01.4之间之间11)非预热热压成型工艺)非预热热压成型工艺启动时对成型部位进行加热,在稳定运行后,成型过程发热如果不能满启动时对成型部位进行加热,在稳定运行后,成型过程发热如果不能满足成型温度要求,仍然需要补充加热。
足成型温度要求,仍然需要补充加热。
螺旋挤压成型机螺旋挤压成型机优点:
优点:
运行平稳运行平稳生产连续生产连续所产成型棒易燃所产成型棒易燃(由于由于其空心结构以及表面的其空心结构以及表面的炭化层炭化层)双螺杆式成型机采用的是双螺杆式成型机采用的是2个相互啮合的变螺距螺杆,成型套为个相互啮合的变螺距螺杆,成型套为“8”字型结构,这种成型机对原料的预处理要求不高,原料粒度可在字型结构,这种成型机对原料的预处理要求不高,原料粒度可在3080mm之间变化,水分含量可高达之间变化,水分含量可高达25.96%,可省去干燥装置,根据原,可省去干燥装置,根据原料的种类不同,生产率可达料的种类不同,生产率可达28003600t/h。
螺旋挤压式成型螺旋挤压式成型单螺杆式(最常用)单螺杆式(最常用)双螺杆式双螺杆式成品成品模具模具原料原料锥形螺旋锥形螺旋原料原料驱驱动动轴轴螺旋式成型机商业化的主要技术问题:
解决螺杆首端承磨面磨损严重的方法:
大多采川表面硬化处理。
活塞式成型机在较大程度上解决了该成型方式存在的成型件磨损严重、能耗高的问题。
螺杆磨损严重能耗高。
活塞冲压式成型机原料驱动轴驱动活塞模具挤出口成品与螺旋挤压式成型机相比:
改善了成型部件磨损现象大幅度提高部件使用寿命显著降低了单位产品能耗活塞冲杆喂料斗锥形模套保形筒燃料棒燃料棒03.5710.514161284压力Mpa时间S活塞式成型机常用于生产实心燃料棒或燃料块,其密度在0.81.1之间。
液压驱动活塞式成型机对原料的含水率要求不高,允许原料含水率高达20%左右。
液压活塞成型的压力变化图驱动方式:
曲柄连杆机构震动噪音大稳定性差润滑油污染问题运行稳定无噪音产量较低机械驱动液压驱动能耗降低能耗降低压辊式成型机压辊式成型机原原料料滚筒滚筒模具模具刀刀成品成品驱动轴驱动轴成型燃料为颗粒状,一般不需成型燃料为颗粒状,一般不需要外部加热,但要在原料中加要外部加热,但要在原料中加入粘结剂。
入粘结剂。
根据压模形状的不同,压辊式根据压模形状的不同,压辊式成型机可分类如下:
成型机可分类如下:
平模成型机平模成型机环模成型机环模成型机立式立式卧式卧式目前的主流机型目前的主流机型压辊式压辊式成型机成型机成型原理示意图成型原理示意图
(1)环模环模
(2)压辊压辊(3)进料刮板进料刮板(4)切刀切刀(5)模孔模孔KYW32型成型机基本结构型成型机基本结构
(1)成型室成型室
(2)下料槽下料槽;(3)调速电机调速电机(4)料斗料斗(5)进料器进料器(6)蒸汽进口蒸汽进口(7)搅拌器搅拌器(8)电机电机(9)主电机主电机(10)主传动箱主传动箱蒋剑春蒋剑春1,刘石彩等刘石彩等.林业剩余物制造颗粒成型燃料技术研究,林业剩余物制造颗粒成型燃料技术研究,林产化学与工业,Vol.19No.3(1999),25-301.环模能运行环模能运行2000h以上以上,这样预计木屑、刨光粉原料成型这样预计木屑、刨光粉原料成型时时,环模约在环模约在2000h需进行更换。
需进行更换。
2.生产能力达到生产能力达到200250kg/h。
3.对木屑和刨光粉原料对木屑和刨光粉原料,成型时原料含水率控制在成型时原料含水率控制在16%22%。
4.当增湿后的原料含水率当增湿后的原料含水率26%时时,成型条件变坏成型条件变坏,颗粒有爆颗粒有爆开现象开现象,强度大为下降。
强度大为下降。
5.一般要求粒度一般要求粒度2mm稻壳等原料稻壳等原料,必须粉碎。
必须粉碎。
6.在在100左右左右,成型压力为成型压力为4998MPa蒋剑春蒋剑春,刘石彩等刘石彩等.(1999):
KYW32型成型机的研究事例型成型机的研究事例原料进人成型机以前将原料加热到一定的温度(100左右),使木质素软化,起到内部粘结剂的作用,利于减少成型部件与原料间的摩擦作用,降低成型所需压力。
目前,该技术的研究应用尚处在起步阶段,印度在这方面开展了较多的研究,我国目前还没见有关此类工艺的研究报道。
2)2)预热热压成型工艺预热热压成型工艺三、碳化成型工艺三、碳化成型工艺该工艺的基本方法是先将原料碳化或部分碳化,然后加入粘结剂挤压成型。
碳化过程中高分子组份热解释放出挥发份(包括可燃体、木醋液和焦油等)、并形成碳。
碳化成型的机械磨损和功率消耗明显降低。
但碳化原料挤压成型后的形状维持能力较差,储运和使用过程
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