A causa del menor contingut de substàncies nocives com ara cendres, nitrogen i sofre en la biomassa en comparació amb l'energia mineral, té les característiques de grans reserves, bona activitat de carboni, fàcil ignició i components altament volàtils. Per tant, la biomassa és un combustible energètic molt ideal i és molt adequada per a la conversió i utilització de la combustió. Les cendres residuals després de la combustió de la biomassa són riques en nutrients que necessiten les plantes com el fòsfor, el calci, el potassi i el magnesi, de manera que es poden utilitzar com a fertilitzant per tornar al camp. Ateses les enormes reserves de recursos i els avantatges únics de l'energia de la biomassa en termes de renovables, actualment es considera una opció important per al desenvolupament nacional de noves energies pels països de tot el món. La Comissió Nacional de Desenvolupament i Reforma de la Xina ha declarat clarament al "Pla d'implementació per a la utilització integral de la palla de cultius durant el 12è Pla Quinquennal" que la taxa d'utilització integral de la palla arribarà al 75% el 2013 i s'esforçarà per superar el 80% el 2015.
Com convertir l'energia de la biomassa en energia d'alta qualitat, neta i convenient s'ha convertit en un problema urgent que cal resoldre. La tecnologia de densificació de la biomassa és una de les maneres efectives de millorar l'eficiència de la incineració d'energia de la biomassa i facilitar el transport. Actualment, hi ha quatre tipus comuns d'equips de conformació densa als mercats nacionals i estrangers: màquina de partícules d'extrusió en espiral, màquina de partícules d'estampació de pistó, màquina de partícules de motlle pla i màquina de partícules de motlle d'anell. Entre elles, la màquina de pellets de motlle d'anell s'utilitza àmpliament a causa de les seves característiques, com ara la manca de necessitat d'escalfament durant el funcionament, els amplis requisits de contingut d'humitat de la matèria primera (del 10% al 30%), la gran producció d'una sola màquina, l'alta densitat de compressió i el bon efecte de conformació. Tanmateix, aquests tipus de màquines de pellets generalment tenen desavantatges com ara el fàcil desgast del motlle, la curta vida útil, els elevats costos de manteniment i la substitució inconvenient. En resposta a les deficiències anteriors de la màquina de pellets de motlle d'anell, l'autor ha fet un nou disseny de millora en l'estructura del motlle de conformació i ha dissenyat un motlle de conformació de tipus fix amb una llarga vida útil, un baix cost de manteniment i un manteniment convenient. Mentrestant, aquest article ha realitzat una anàlisi mecànica del motlle de conformació durant el seu procés de treball.
1. Disseny de millora de l'estructura del motlle de conformació per al granulador de motlles d'anell
1.1 Introducció al procés de conformació per extrusió:La màquina de pellets de matriu circular es pot dividir en dos tipus: vertical i horitzontal, depenent de la posició de la matriu circular; Segons la forma de moviment, es pot dividir en dues formes de moviment diferents: el corró de premsatge actiu amb un motlle circular fix i el corró de premsatge actiu amb un motlle circular accionat. Aquest disseny millorat està dirigit principalment a la màquina de partícules de motlle circular amb un corró de pressió actiu i un motlle circular fix com a forma de moviment. Consta principalment de dues parts: un mecanisme de transport i un mecanisme de partícules de motlle circular. El motlle circular i el corró de pressió són els dos components principals de la màquina de pellets de motlle circular, amb molts forats de motlle de formació distribuïts al voltant del motlle circular, i el corró de pressió està instal·lat dins del motlle circular. El corró de pressió està connectat al cargol de transmissió i el motlle circular està instal·lat en un suport fix. Quan el cargol gira, acciona el corró de pressió per girar. Principi de funcionament: En primer lloc, el mecanisme de transport transporta el material de biomassa triturat a una determinada mida de partícula (3-5 mm) a la cambra de compressió. A continuació, el motor acciona l'eix principal per fer girar el corró de pressió, i el corró de pressió es mou a una velocitat constant per dispersar uniformement el material entre el corró de pressió i el motlle circular, fent que el motlle circular es comprimeixi i fricti amb el material, el corró de pressió amb el material i el material amb el material. Durant el procés de fricció de compressió, la cel·lulosa i l'hemicel·lulosa del material es combinen entre si. Al mateix temps, la calor generada per la fricció de compressió estova la lignina i la converteix en un aglutinant natural, cosa que fa que la cel·lulosa, l'hemicel·lulosa i altres components estiguin més units. Amb l'ompliment continu de materials de biomassa, la quantitat de material sotmès a compressió i fricció als forats del motlle de formació continua augmentant. Al mateix temps, la força de compressió entre la biomassa continua augmentant i es densifica i es forma contínuament al forat de modelat. Quan la pressió d'extrusió és superior a la força de fricció, la biomassa s'extrudeix contínuament des dels forats de modelat al voltant del motlle circular, formant combustible de modelat de biomassa amb una densitat de modelat d'aproximadament 1 g/cm3.
1.2 Desgast dels motlles de conformació:La producció d'una sola màquina de pellets és gran, amb un grau d'automatització relativament alt i una forta adaptabilitat a les matèries primeres. Es pot utilitzar àmpliament per processar diverses matèries primeres de biomassa, adequada per a la producció a gran escala de combustibles densos de biomassa i per satisfer els requisits de desenvolupament de la industrialització de combustibles densos de biomassa en el futur. Per tant, la màquina de pellets amb motlle circular s'utilitza àmpliament. A causa de la possible presència de petites quantitats de sorra i altres impureses no derivades de la biomassa en el material de biomassa processat, és molt probable que es produeixi un desgast significatiu del motlle circular de la màquina de pellets. La vida útil del motlle circular es calcula en funció de la capacitat de producció. Actualment, la vida útil del motlle circular a la Xina és de només 100-1000 t.
La fallada del motlle circular es produeix principalment en els quatre fenòmens següents: ① Després que el motlle circular funcioni durant un període de temps, la paret interior del forat del motlle de conformació es desgasta i l'obertura augmenta, cosa que provoca una deformació significativa del combustible format produït; ② El pendent d'alimentació del forat de la matriu de conformació del motlle circular es desgasta, cosa que provoca una disminució de la quantitat de material de biomassa que s'introdueix al forat de la matriu, una disminució de la pressió d'extrusió i un fàcil bloqueig del forat de la matriu de conformació, cosa que provoca la fallada del motlle circular (Figura 2); ③ Després que els materials de la paret interior redueixin dràsticament la quantitat de descàrrega (Figura 3);
④ Després del desgast del forat interior del motlle de l'anell, el gruix de la paret entre les peces adjacents del motlle L es torna més prim, cosa que provoca una disminució de la resistència estructural del motlle de l'anell. És probable que es produeixin esquerdes a la secció més perillosa i, a mesura que les esquerdes continuen estenent-se, es produeix el fenomen de la fractura del motlle de l'anell. La raó principal del fàcil desgast i la curta vida útil del motlle de l'anell és l'estructura irracional del motlle de l'anell de conformació (el motlle de l'anell està integrat amb els forats del motlle de conformació). L'estructura integrada dels dos és propensa a aquests resultats: de vegades, quan només uns quants forats del motlle de conformació del motlle de l'anell estan desgastats i no poden funcionar, cal substituir tot el motlle de l'anell, cosa que no només comporta inconvenients per al treball de substitució, sinó que també provoca un gran malbaratament econòmic i augmenta els costos de manteniment.
1.3 Disseny de millora estructural del motlle de conformacióPer tal d'allargar la vida útil del motlle circular de la màquina de pellets, reduir el desgast, facilitar la substitució i reduir els costos de manteniment, cal dur a terme un nou disseny de millora en l'estructura del motlle circular. En el disseny es va utilitzar el motlle de modelat integrat, i l'estructura de la cambra de compressió millorada es mostra a la Figura 4. La Figura 5 mostra la vista en secció transversal del motlle de modelat millorat.
Aquest disseny millorat està dirigit principalment a la màquina de partícules de motlle d'anell amb una forma de moviment de corró de pressió actiu i motlle d'anell fix. El motlle d'anell inferior està fixat al cos i els dos corrons de pressió estan connectats a l'eix principal mitjançant una placa de connexió. El motlle de conformació està encastat al motlle d'anell inferior (mitjançant un ajust d'interferència), i el motlle d'anell superior està fixat al motlle d'anell inferior mitjançant cargols i subjectat al motlle de conformació. Al mateix temps, per evitar que el motlle de conformació reboti a causa de la força després que el corró de pressió rodoli i es mogui radialment al llarg del motlle d'anell, s'utilitzen cargols avellanats per fixar el motlle de conformació als motlles d'anell superior i inferior respectivament. Per tal de reduir la resistència del material que entra al forat i fer que sigui més convenient entrar al forat del motlle. L'angle cònic del forat d'alimentació del motlle de conformació dissenyat és de 60 ° a 120 °.
El disseny estructural millorat del motlle de conformació té les característiques de multicicle i llarga vida útil. Quan la màquina de partícules funciona durant un període de temps, la pèrdua de fricció fa que l'obertura del motlle de conformació s'engrandeixi i es passivi. Quan el motlle de conformació desgastat es retira i s'expandeix, es pot utilitzar per a la producció d'altres especificacions de partícules de conformació. Això pot aconseguir la reutilització de motlles i estalviar costos de manteniment i substitució.
Per tal d'allargar la vida útil del granulador i reduir els costos de producció, el corró de pressió utilitza acer d'alt contingut en carboni i manganès amb bona resistència al desgast, com ara 65Mn. El motlle de conformació ha de ser d'acer carburitzat d'aliatge o aliatge de níquel-crom baix en carboni, com ara Cr, Mn, Ti, etc. A causa de la millora de la cambra de compressió, la força de fricció experimentada pels motlles d'anell superior i inferior durant el funcionament és relativament petita en comparació amb el motlle de conformació. Per tant, l'acer al carboni ordinari, com ara l'acer 45, es pot utilitzar com a material per a la cambra de compressió. En comparació amb els motlles d'anell de conformació integrats tradicionals, es pot reduir l'ús d'acer d'aliatge car, reduint així els costos de producció.
2. Anàlisi mecànica del motlle de conformació de la màquina de pellets de motlle d'anell durant el procés de treball del motlle de conformació.
Durant el procés de modelat, la lignina del material s'estova completament a causa de l'ambient d'alta pressió i alta temperatura generat al motlle de modelat. Quan la pressió d'extrusió no augmenta, el material experimenta plastificació. El material flueix bé després de la plastificació, de manera que la longitud es pot establir a d. El motlle de conformació es considera un recipient a pressió i la tensió sobre el motlle de conformació es simplifica.
A través de l'anàlisi de càlcul mecànic anterior, es pot concloure que per obtenir la pressió en qualsevol punt dins del motlle de conformació, cal determinar la deformació circumferencial en aquest punt dins del motlle de conformació. Aleshores, es pot calcular la força de fricció i la pressió en aquesta ubicació.
3. Conclusió
Aquest article proposa un nou disseny de millora estructural per al motlle de conformació del pelletitzador de motlles d'anell. L'ús de motlles de conformació encastats pot reduir eficaçment el desgast del motlle, allargar la vida útil del cicle del motlle, facilitar la substitució i el manteniment i reduir els costos de producció. Al mateix temps, es va dur a terme una anàlisi mecànica del motlle de conformació durant el seu procés de treball, proporcionant una base teòrica per a futures investigacions.
Data de publicació: 22 de febrer de 2024