生物质固化成型设备的研究

利与亦工设研究设计线粉崮我塑帝嘟饼龛(中南林学院工业学院,湖南株洲412006)摘要:通过对生物质固化成型技术的成型原理和工艺过程的分析,介绍了目前生物质固化成型装备的现状及其优缺点。在实验的基础上对现有设备的关键零件进行了分析,提出了改进方案,并结合我国的具体情况对该设备的应用前景进行了探讨。关键词:生物质资源;成型原理;螺旋挤压杋中图分类号:S216文献标识码:A文章编号:1001-4462(2003)12-001903人类赖以生存的地球上可利用的资源大致有两由苯基丙烷单元构成的三维空间聚合物。在阔叶木、针类:一是不可再生资源包括煤、石油、天然气等;二是叶木中木素含量为27%-32%(干基),禾草类中木素含可再生的资源像木质材料以及农业生产上的剩余物。量为14%-2%虽然在各种植物中都含有木素但木素随着生产力的高速发展,人们对资源的消耗也越来越的结构非常复杂,各种植物的木素结构均不相同,即使大。我国的工业生产和人民生活用的资源大多采用不在同一植物中,木素的结构因存在的部位不同而大不可再生的资源,造成这种资源越来越少,能源紧缺的现相同。木素属非晶体,没有熔点但有软化点。木素在适象也越来越严重。生物质是一种可再生的物质资源在当温度下(130-200℃)会软化此时加以一定的压力使我国,它作为能源物质利用基本上还是直接燃烧来获其与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相胶接,冷却后取热能。随着我国农村生活水平的日益提高煤、电气即可固化成型。因此采用加热挤压法成型木屑或农作的使用代替了传统的直接燃烧生物质,这一方面加快物秸秆燃料可不用任何添加剂和粘接剂,大大降低了了不可再生能源的消耗,另一方面造成大量的生物质加工成本也符合环保的要求,而且利用木素加热软化未能得到有效充分的利用。另外,我国的林产区、木材的特点,适当提高热压成型时的温度有利于减小挤压加工企业每年因制材、林产品加工产生的木材加工剩动力。生物质成型燃料就是利用这一原理挤压制成的。余物数量也十分巨大,其中绝大部分被废弃。如能将这些宝贵的生物质能资源转化为方便清洁的能源形式1.2成型设备及特点则其经济、社会效益将是十分显著的。作为生物质能转根据成型的基本原理,生物质在成型过程中对原化途径之一的固化成型技术已引起人们的兴趣和政府料的种类粒度和含水率都有一定的要求。不同的挤压的关注。目前,我国的生物质固化成型装备在设备的实方式对原料的要求也不同,挤压成型是生物质固化技用性、系列化上还有很多不足之处,有待于在实践的基术的核心成型有间歇式挤压和连续式挤压等方式。但础上对其进行结构改进和工艺参数的优化在生物质固化成型过程中使用最多的还是单螺旋挤压式挤压机,其特点是成型燃料的密度大表面质量好效1生物质固化成型的过程率高。用这种成型方式,原料的含水率对成型有着重要1.成型原理的影响含水率过低,木素软化温度高温度太高,原料在挤压过程中容易起火燃烧;随含水率的增加软化温植物细胞中除含有纤维素、半纤维素外,还含有木度降低,但含水率过高挤压过程中水分汽化后会质素(木素)。木素是具有芳香族特性的结构单体,是成型,轻则使棒状料表面产生裂纹,重则产生俗称“放收稿日期:2003-09-11中国煤化工19第31卷CNMHG期研究设计机邮与永设蜀炮”的现線破坏正常的成型。另外,生物质的组成部分重,只要解决∫这部分的磨损,整个螺旋轴的磨损也就木素需加热达到其软化点才能和纤维素等物质互相胶解决了。因此,头部最后的一圈螺旋叶片应向轴根部逐结。因此,在挤压成型的过程中必须对其进行加热。生渐收缩以使这种压力由后部的叶片承担一些。另外,物质固化成型的工艺过程如下:原料→预处理(削片或后部的螺旋槽内应堆焊耐磨材料,使叶片与螺旋轴间粉碎)→干燥→加热→成呈较大圆角过渡,以增强这部分叶片的强度和耐磨性下面就成型的主要设备螺旋挤压机的结构和特点减少磨损。螺旋轴对于挤压机来说,是一个重要且难以做一简要介绍。螺旋挤压机的结构简图如图1所示,其加工的价格较高的易损件,直接关系到成型产品的质主要由调速电动机9经三角皮带减速将动力传至大带量和成本。现在有的厂家将压缩区的螺旋头部与轴体轮8大带轮具有飞轮作用,以使螺旋轴工作时转速均分开,设计了一种带活动螺旋头的螺旋轴螺旋头用价匀,大带轮再带动螺旋轴6旋转,旋转的螺旋轴将物料格较高的耐磨材料制作,使螺旋轴的使用寿命大幅度压进内部具有一定锥度的螺旋管3。为防止物料随螺旋提高。螺旋轴长度不必太长,但也不能太短,一般以轴一同旋转,工作过程中应尽量减少物料的轴向摩擦阻350mm左右为宜(直径为76mm)。进料螺旋头部没有力,而增加切向摩擦阻力,使得物料得以顺利向前输送。螺旋的圆头光轴的长度应根据原料的种类来确定,通为此,除了保持螺旋叶片和螺旋管间适当的间隙外,在常木质原料选短些,植物秸秆等选长些螺旋管的内壁还应开几条纵向沟槽。为了加热木素,使②螺旋管。螺旋管与进料螺旋间应有很好的尺寸配其达到软化点,在螺旋管外壁套上设加热电阻丝2。另合由于进料螺旋的安装是采用悬臂轴的形式因此这外,为了适应不同原料的要求在螺旋管的前部接有外种尺寸配合应保证螺旋在旋转时不和螺旋管内壁相碰塞管1,以改变螺旋管的长径比。长径比大适应于原料为宜。固体物料在挤压机中挤压时,存在着料塞和进料较疏松的草本植物;而长径比小,则适应于木质材料。螺旋间以及料塞和螺旋管内壁的摩擦,这两种摩擦所产生的摩擦力都可以分解为轴向摩擦力和切向摩擦力。为防止料塞在螺旋管内随螺旋转动而不进料,要增加物料与螺旋管内壁的切向摩擦阻力和减少轴向摩擦阻力,因此,应在螺旋管内壁开若干纵向沟槽。纵向沟槽的数量与宽度影响进料量,实验中我们采用如图2所示的沟槽形式和尺寸,但最佳的沟槽形式数量以及尺寸由于实验条件的关系目前尚难确定。图1螺旋挤压机结构简图1外塞管;2加热电阻丝;3螺旋管;4机体;5耐磨衬套;6螺旋轴;7轴承;8.飞轮;9电动机螺旋挤压机的结构虽然不是很复杂,但有几个关键部件对成型质量有较大影响现归纳如下①进料螺旋。物料的输送和压缩是由进料螺旋和螺旋管配合完成的,进料螺旋的形式与几何尺寸对物料的成型,以及形成较大密度的成型燃料有很大的影响。螺旋在整个长度方向上分为进料区和压缩区,进料区通常采用圆柱形等螺距螺旋;压缩区采用具有一定锥图2螺旋管断面形式度的等螺距或变螺距的螺旋。螺旋轴的压缩区是在较③外塞管。外塞管紧接于螺旋管的末端(见图1)高温度和压力下工作的,螺旋轴与物料始终处于干摩用于控制成型产品的紧密度,其管孔的形状不仅与产擦状态,导致螺旋轴的磨损非常快。当螺旋轴磨损到一品的紧密度关系密切,而且关系到设备的动力消耗。可定程度时蝶旋轴与螺旋管失去尺寸配合,成型效果变做几个长短不一的外塞管,相互间通过螺纹联接,视不差,有时物料还会从进料口反喷出来。压缩区螺旋轴头同的原料以及成型产品的紧密度来增减。外塞管过短部最后一圈螺旋叶片承受了较大的压力,磨损也最严产品的紧密度不足,容易松散;过长,则会出现过大的中国煤化工<202003年第12期CNMHG凹与永工设研究设计摩擦阻力进而增加动力消耗,有时甚至卡死能使这一技术迅速发展和推广的原因,这就要求我们1.3设备的缺陷及改进措施研究在原理上更趋合理,结构简单实用,性价比较高易维修、易操作的设备。就我国的国情而言,设备应以生物质棒状物成型不仅与成型设备有关,而且与中小型为主,自动化程度不必太高使用费用要低原料成型工艺具有密切的关系。实验过程中,我们以松木就地取材降低原材料成本。相信随着人们观念的改变屑、棉秆、麻秆、碎竹屑以及稻草等为原料进行成型实和该设备技术的改进与成熟,市场前景将十分广阔验基本确定了正常成型所需的原料含水率、加热温度和螺旋轴的转速。但这些工艺因素稍有不妥就会出现如业业不能正常成型甚至卡死的现象。究其原因,可能是:①螺旋的挤压力不够。此时,在飞轮和螺旋轴之间增加齿轮信息短波减速机构可以在相同功率条件下增大螺旋轴的扭矩,挤压相中乙支的图过大物的合以辉上海板机国肉首创MDF反哦出案近成成止使料在管中化生产线现场总线和监控糸统配合,应在此处套装一耐磨套,如图1所示,以避免磨损,即使磨损,也可以随时更换,以保证设备所必需的目前,现场总线技术在国内人造板设备制造业中尚属起配合尺寸。步阶段。上海板机首先在MDF生产线上应用了现场总线控制式、再配上功能超越的上位机监控系统,使整条生产线设备2成型设备的前景更具可靠性和可调整性。任何一种先进设备要使其得到推广应用,必须以上海板杋开发的MDF设备现场总线和监控系统硬件由上其技术的先进性和良好的经济性作为依托。随着我国位机、 Profibus主站、从站及外国设备红成不可再生资源的减少,人们对保护自然环境意识的日其开发的人机界面有以下几种:①信息显示画面:信息显示当前运行状态信息值,如料仓的料位、成型线的速度、板坯益增强,可再生资源的利用越来越受到人们的重视,政重量、压机压力、时间、位重等;②教据设置画面:对压机的时府也必定会在政策上予以扶持。在我国,生物质成型技间、压力、位置等参数进行设置和修改,使该参数符合生产工术的发展有其广阔的原料基础,其主要来自以下几个艺的要求;③实时和历史曲线显示:监视各重要参数(如铺装方面:①林区采伐剩余物(如小径木枝桠等),占林区重量、含水率、压机压力、位置等)的变化趋势曲线,从而可以总釆伐量的20%左右,这些大量剩余物或粗放使用或了解设备在过去和现在的运行状态;④实时报警画面:对系统丢弃。②木材加工剩余物,木制品加工厂、家具厂、人造实时采集教据(如皮带跑偏、转阀堵转、电裰跳闸、压力超高板厂等厂家在加工过程中所产生的木粉、刨花等放之等)进行判断并发出报警信号无用,弃之可惜。如我校家具厂这种废弃物长期以来就海板机开发的现场总线和上位机监控系统的工业化运堆积如山,花钱请人清理,由于木粉装卸时粉尘飞扬用,总体上减少了控制电缆数量,使设备的电气故障概率大幅无人愿意干,后投资在厂内建一焚烧炉就地焚烧而如降低,进一步提高了设各的自动化程度,设备维修更加客易果用一台小型的成型设备就可以做成很好的成型燃设备鯛整更加方便,更有利于用户设置、修改和分析工艺参料,变废为宝。③我国是农业大国各种植物秸秆十分丰数,使设备的监视与控制更加直晛。该系統已在上海板机制造的十余条MDF生产线上得到成功应用富随着人们生活水平的提高,取暖和做饭都用较为方便的燃料,因此大量的秸秆就废弃在田间、地头,春季就地焚烧,严重污染了环境,升起的烟雾甚至影响民航飞机的正常起降挤压成型产品的用途也相当广泛,除作为一般的燃料外,还可将以木材为原料的挤压成型产品进一步加丁成活性炭,用于污水处理等工业方面。目前,成型燃料的生产成本和使用成本仍比煤高,这也是我国不2YH中国煤化工CNMHG第31卷003年第12期