生物质颗粒液压成型机设计方案

YKC500A型生物质颗粒快速液压成型机初步设计方案德庆炬林生物质能源有限公司编制：刘展鸿审核：批准：2011/1/1 目录1概述2各种可供选择的生物质成型方式比较评价2.1环模成型2.2平模成型2.3螺旋成型2.4冲压成型2.5辊压成型2.6液压成型3生物质颗粒液压快速成型机设计思路4生物质颗粒液压快速成型机技术性能指标5生物质颗粒液压快速成型机设计方案5.1生物质颗粒液压快速成型机设计所依据的工艺参数5.2生物质颗粒液压成型机主要结构描述6试制样机制造成本7试制样机放大到标准样机技术经济分析8结论 生物质颗粒液压快速成型机初步设计方案1概述生物质是指利用秸秆成型技术，将松散细碎的无定型的秸秆挤压成质地致密、形状规则的成型燃料。原料挤压成型后，密度可达0.8～1.3kg/m3，能量密度与中值煤相当，成型后的秸秆成型燃料燃烧特性较成型前有明显改善，火力持久、黑烟小、炉膛温度高，且储存、运输、使用方便、干净卫生，可代替矿物能源用于生产和生活领域。生物质成型设备是生物质批量生产的关键。首先，生物质成型设备的效率决定生物质的产量。其次，生物质成型设备的技术指标很大程度上决定生物质的质量。再次，生物质成型设备的能耗物耗占据生物质生产成本的大头。因此，新型的生物质成型技术和设备的研究开发是生物质行业发展的首要课题。2各种可供选择的生物质成型方式比较评价生物质秸秆压缩成型工艺可以分为加粘结剂和不加粘结剂的成型工艺,根据对物料加温形式不同，不加粘结剂的成型工艺又可划分为常温成型(不加温)、热压成型(成型过程中原料在挤压部位被加热)、预热成型(挤压之前加温)和成型碳化(挤压后热解碳化)4种主要形式。生物质成型设备可分为环模成型、冲压成型、螺旋成型、平模成型、辊压成型、液压成型多种形式。各种成型设备的优缺点简述如下： 2.1环模成型环模成型机根据其结构布置方式又可分为立式和卧式两种形式。由于立式环模成型机具有压模易更换、保养方便、易进行系列化设计等优点而成为现有颗粒成型机的主流机型，其生产率可达1～3t/h。卧式环模成型机的压模和压辊的轴线都为垂直设置，生产率可达500～800kg/h。该机缺点是⑴工作部件容易磨损。⑵润滑冷却剂损耗大。生产每吨生物质耗费压辊、轴承、润滑油等费用达数十元人民币。2.2平模成型平板模颗粒机的工作原理是平板上4～6个辊子，辊子随轴作圆周运动，并与平模板间有相对运动，原料在辊子和模板间受挤压，多数原料被挤入模板孔中，切割机将挤出的成型条按一定的长度切割成粒。该机缺点是⑴工作部件容易磨损。⑵单位产品能源损耗大。⑶对原料的种类、粒度、水分要求高。2.3螺旋成型虽然这种成型机造价低，成型时的力度要求小，但是它对粉碎程度要求比较高。另外它的生产率比较低，约为130kg/h。它最大的不足在于其螺杆容易磨损，即使是耐热材料使用时间60小时。而更换新的造价又非常高为1000元/个。2.4冲压成型优点是连续工作时间长，生产率比螺杆式高。缺点是⑴其造价高为10万/台。⑵如果压力过大，危险性大且易出现“放炮”现象。⑶另外这种成型机对物料含水率要求比较高,要求在16%以下。 2.5辊压成型优点是产量较大。缺点是产品密度低，易破碎。2.6液压成型HPB-III型液压活塞式双向成型机是目前液压成型机的代表，其主要工作部件有活塞冲杆、保型筒、锥形筒、夹紧套、活塞套筒、加热圈、液压装置、电控柜等。它的工作原理是油泵在电机带动下，将油通过换向阀泵入油缸的一腔，把电能转化成液体的压力能，驱动活塞、活塞杆、冲杆向一端运动，冲杆将进料斗加入的生物质压入成型套内的锥形套中，秸秆在机械压力和温度的作用下发生塑性变形，秸秆被挤压成成型棒后，经保型筒稳型后挤出。在换向阀的作用下，油被泵入油缸的另一腔，则活塞、活塞杆、冲杆向另一端运动，完成另一端成型。其工作路线如图1所示。图1成型机工作路线与控制系统方框图该套设备采用液压挤压成型，避免了生物质原料与成型部件连续的相对运动摩擦，解决了螺旋推进成型机螺旋杆头部磨损严重的问 题，并且该系统是在不加任何粘结剂的条件下对生物质进行热压成型的。具有以下优点：⑴能耗低。主泵电机18.5千瓦，加热10千瓦，产量0.5吨/时。⑵适应原料能力强。直径1厘米，长度25厘米以下秸秆不经破碎可直接挤压。⑶易损件费用较低。所以可以节约成本。但该成型机也存在一些缺陷，⑴模具寿命不长，维修周期200-300小时。⑵采用电热丝加热效率较低。⑶进料斗在进料时搅拌机搅拌易出现死角，发生进料堵塞，如图2所示，经常导致搅拌电机线路烧坏，还直接影响进料量，进而影响整个设备产品的产量。1一方锥形进料斗2一搅拌器3一易堵塞位置4一预压筒5一预压缸冲头图2进料系统示意图⑷挤压缸工作不可靠。成型套筒和活塞杆冲杆不同心。主要有三个方面的原因造成的：一是冲杆和活塞杆的选材和热处理程度没有达到设计要求；二是设备在强压力的推动下振动厉害导致冲杆偏离轴心；三是套筒与冲杆的间隙配合不合要求，以及结构上的转角位，由于长时间的工作，大量的粉尘进入间隙，在加热状态下粉尘发生炭化，极其坚硬(如图3的指示2部分)，使得冲杆偏离轴心，卡死，还容易对冲杆表面擦出很多沟壑。 1—主缸冲头2—灰尘坚硬层3—物料4—预压缸冲头5—易堵塞位置6—成型筒图3主缸冲头与预压油缸冲头进料堵塞示意图3生物质颗粒液压快速成型机设计思路我经过近2个月的理论钻研和调查研究，参考了全国各种秸秆成型机的专利技术，做了2次木糠液压成型试验，1次木糠碳化试验，结合自己多年液压压制经验，提出生物质颗粒液压快速成型机设计思路：3.1以振频加热技术代替原液压成型机电热丝加热技术。3.2模具采用新型材料代替原液压成型机的铸铁材料。3.3以一次分段快速成型+排气技术代替原液压成型机3次挤压成型技术。3.4以预热送料系统代替原液压成型机常温送料系统。3.5以旋转工作台代替原液压成型机固定工作台。4生物质颗粒液压快速成型机技术性能指标根据以上述设计思路，确定生物质颗粒液压快速成型机技术性能指标如下。型号：YKC500A生产率：400～500㎏/h能耗：60-70kWh/t成型棒的直径：2根70mm成型温度：160～230C成型工作压力：20MPa，预压工作压力：3～4MPa加热功率：2×5kW主电机功率：22KW送料功率：3KW成型密度：1000～1300kg/m3成型周期：15ｓ秸秆粒度：30mm左右5生物质颗粒液压快速成型机设计方案5.1生物质颗粒液压快速成型机设计所依据的工艺参数 5.1.1成型水分：秸秆成型水分太低，能耗大，出料困难，产量低。秸秆成型水分太高，易放炮，成型困难或不能成型。水分应控制在10%-17%之间，对液压成型来说，最佳14%。5.1.2成型温度：通常随着成型温度的增加，秸秆成型压力随着降低。秸秆成型温度太低，成型所需压力大能耗大，出料困难，产量低。秸秆成型温度太高，加热所需能耗大，成型颗粒密度降低，表面易破裂。温度应控制在160～230C之间，对液压成型来说，根据我的测试经验最佳230C。5.1.3成型模具：（略）。5.1.4成型压力：（略）。5.2生物质颗粒液压成型机主要结构描述5.2.1模具。预压模，2套，压制模，2套。5.2.2旋转工作台，1套。5.2.3压制缸，2个。5.2.4预压搅龙，2条。5.2.5送料器，2个。5.2.6机架，1个。5.2.7液压站，1个。5.2.8加热系统。模具加热系统，2套。木屑预热系统，2套。5.2.9电控系统，1套。5.2.10其他。 6试制样机制造成本6.1模具：12000.00。6.2旋转工作台：6000.00。6.3压制缸：2000.00X2=4000.00。6.4预压搅龙：1200.00X2=2400.00。6.5送料器：1500.00X2=3000.00。6.6机架：3000.00。6.7液压站：13000.00。6.8加热系统：12000.00。6.9电控系统：4600.00。6.10其他：6000.00。6.11合计：66000.00元。7试制样机放大到标准样机技术经济分析7.1技术分析将试制样机放大到标准样机只需要把试制样机的规格放大，附加一些机构即可。标准样机的产量是1.5吨/小时，功率预计80千瓦，压力预计200吨。7.2经济分析标准样机的制造成本预计96000.00元。8结论 8.1查阅了多篇相关资料，经过压制试验，对目前的生物质成型工艺类型，现有生物质成型技术及现状进行了比较，认为生物质颗粒液压快速成型机无论从技术上还是综合投资比上都是优于其他成型技术的，说明这个设计思路是可取的，有必要进行样机试制。8.2生物质颗粒液压快速成型机产量较高。根据需要，可设计时产1.5吨、2吨、4吨、8吨、12吨和12吨以上的液压快速成型机系列产品，液压机的吨位分别为200吨、250吨、500吨、1000吨、1500吨和1500吨以上。8.3生物质颗粒液压快速成型机能耗较低。压制方式的变更和振频加热的介入，使每吨生物质颗粒燃料的成型能耗可降到60KWH以下，较传统的成型方式节能10-30%，甚至30%以上。8.4生物质颗粒液压快速成型机物耗较低。较之传统的成型方式，新材料、新结构、新工艺的采用导致生物质颗粒液压快速成型机物耗降低30%-80%。8.5生物质颗粒液压快速成型机工作可靠性高，能长时间连续运行。