ykc500a型生物質顆粒快速液壓成型機初步
設計方案
德慶炬林生物質能源****
編制：劉展鴻
審核：批准：
2011/1/1
目錄1 概述
2 各種可供選擇的生物質成型方式比較評價
2.1 環模成型
2.2平模成型
2.3 螺旋成型
2.4 沖壓成型
2.5 輥壓成型
2.6 液壓成型
3生物質顆粒液壓快速成型機設計思路
4生物質顆粒液壓快速成型機技術效能指標
5生物質顆粒液壓快速成型機設計方案
5.1生物質顆粒液壓快速成型機設計所依據的工藝引數
5.2 生物質顆粒液壓成型機主要結構描述
6 試製樣機製造成本
7 試製樣機放大到標準樣機技術經濟分析
8 結論
生物質顆粒液壓快速成型機初步設計方案
1 概述
生物質是指利用秸稈成型技術，將鬆散細碎的無定型的秸稈擠壓成質地緻密、形狀規則的成型燃料。原料擠壓成型後，密度可達0.8～1.
3kg/m3，能量密度與中值煤相當，成型後的秸稈成型燃料燃燒特性較成型前有明顯改善，火力持久、黑煙小、爐膛溫度高，且儲存、運輸、使用方便、乾淨衛生，可代替礦物能源用於生產和生活領域。
生物質成型裝置是生物質批量生產的關鍵。首先，生物質成型裝置的效率決定生物質的產量。其次，生物質成型裝置的技術指標很大程度上決定生物質的質量。
再次，生物質成型裝置的能耗物耗佔據生物質生產成本的大頭。因此，新型的生物質成型技術和裝置的研究開發是生物質行業發展的首要課題。
2 各種可供選擇的生物質成型方式比較評價
生物質秸稈壓縮成型工藝可以分為加粘結劑和不加粘結劑的成型工藝,根據對物料加溫形式不同，不加粘結劑的成型工藝又可劃分為常溫成型(不加溫)、熱壓成型(成型過程中原料在擠壓部位被加熱)、預熱成型(擠壓之前加溫)和成型碳化(擠壓後熱解碳化)4種主要形式生物質成型裝置可分為環模成型、沖壓成型、螺旋成型、平模成型、輥壓成型、液壓成型多種形式。
各種成型裝置的優缺點簡述如下：
2.1 環模成型
環模成型機根據其結構布置方式又可分為立式和臥式兩種形式。由於立式環模成型機具有壓模易更換、保養方便、易進行系列化設計等優點而成為現有顆粒成型機的主流機型，其生產率可達1～3t/h。臥式環模成型機的壓模和壓輥的軸線都為垂直設定，生產率可達500～800kg/h。
該機缺點是⑴工作部件容易磨損。⑵潤滑冷卻劑損耗大。生產每噸生物質耗費壓輥、軸承、潤滑油等費用達數十元人民幣。
2.2平模成型
平板模顆粒機的工作原理是平板上4～6個輥子，輥子隨軸作圓周運動，並與平模板間有相對運動，原料在輥子和模板間受擠壓，多數原料被擠入模板孔中，切割機將擠出的成型條按一定的長度切割成粒。該機缺點是⑴工作部件容易磨損。⑵單位產品能源損耗大。
⑶對原料的種類、粒度、水分要求高。
2.3 螺旋成型
雖然這種成型機造價低，成型時的力度要求小，但是它對粉碎程度要求比較高。另外它的生產率比較低，約為130kg/h。它最大的不足在於其螺桿容易磨損，即使是耐熱材料使用時間60小時。
而更換新的造價又非常高為1000元/個。
2.4 沖壓成型
優點是連續工作時間長，生產率比螺桿式高。缺點是⑴其造價高為10萬/臺。⑵如果壓力過大，危險性大且易出現「放炮」現象。⑶另外這種成型機對物料含水率要求比較高,要求在16%以下。
2.5 輥壓成型
優點是產量較大。缺點是產品密度低，易破碎。
2.6 液壓成型
hpb-iii型液壓活塞式雙向成型機是目前液壓成型機的代表，其主要工作部件有活塞衝杆、保型筒、錐形筒、夾緊套、活塞套筒、加熱圈、液壓裝置、電控櫃等。它的工作原理是油幫浦在電機帶動下，將油通過換向閥幫浦入油缸的一腔，把電能轉化成液體的壓力能，驅動活塞、活塞桿、衝杆向一端運動，衝杆將進料斗加入的生物質壓入成型套內的錐形套中，秸稈在機械壓力和溫度的作用下發生塑性變形，秸稈被擠壓成成型棒後，經保型筒穩型後擠出。在換向閥的作用下，油被幫浦入油缸的另一腔，則活塞、活塞桿、衝杆向另一端運動，完成另一端成型。
其工作路線如圖1所示。
該套裝置採用液壓擠壓成型，避免了生物質原料與成型部件連續的相對運動摩擦，解決了螺旋推進成型機螺旋杆頭部磨損嚴重的問題，並且該系統是在不加任何粘結劑的條件下對生物質進行熱壓成型的。具有以下優點：⑴能耗低。
主幫浦電機18.5千瓦，加熱10千瓦，產量0.5噸/時。
⑵適應原料能力強。直徑1厘公尺，長度25厘公尺以下秸稈不經破碎可直接擠壓。⑶易損件費用較低。
所以可以節約成本。
但該成型機也存在一些缺陷，⑴模具壽命不長，維修週期200-300小時。⑵採用電熱絲加熱效率較低。⑶進料斗在進料時攪拌機攪拌易出現死角，發生進料堵塞，如圖2所示，經常導致攪拌電機線路燒壞，還直接影響進料量，進而影響整個裝置產品的產量。
1一方錐形進料斗 2一攪拌器 3一易堵塞位置 4一預壓筒 5一預壓缸衝頭
圖2 進料系統示意圖
⑷擠壓缸工作不可靠。成型套筒和活塞桿衝杆不同心。主要有三個方面的原因造成的：
一是衝杆和活塞桿的選材和熱處理程度沒有達到設計要求；二是裝置在強壓力的推動下振動厲害導致衝杆偏離軸心；三是套筒與衝杆的間隙配合不合要求，以及結構上的轉角位，由於長時間的工作，大量的粉塵進入間隙，在加熱狀態下粉塵發生炭化，極其堅硬(如圖3的指示2部分)，使得衝杆偏離軸心，卡死，還容易對沖杆表面擦出很多溝壑。
1—主缸衝頭 2—灰塵堅硬層 3—物料 4—預壓缸衝頭
5—易堵塞位置 6—成型筒
圖3 主缸衝頭與預壓油缸衝頭進料堵塞示意圖
3生物質顆粒液壓快速成型機設計思路
我經過近2個月的理論鑽研和調查研究，參考了全國各種秸稈成型機的專利技術，做了2次木糠液壓成型試驗，1次木糠碳化試驗，結合自己多年液壓壓制經驗，提出生物質顆粒液壓快速成型機設計思路：
3.1 以振頻加熱技術代替原液壓成型機電熱絲加熱技術。
3.2 模具採用新型材料代替原液壓成型機的鑄鐵材料。
3.3 以一次分段快速成型+排氣技術代替原液壓成型機3次擠壓成型技術。
3.4 以預熱送料系統代替原液壓成型機常溫送料系統。
3.5 以旋轉工作台代替原液壓成型機固定工作台。
4生物質顆粒液壓快速成型機技術效能指標
根據以上述設計思路，確定生物質顆粒液壓快速成型機技術效能指標如下。
型號：ykc500a
生產率：400～500㎏/h
能耗：60-70kwh/t
成型棒的直徑：2根70mm
成型溫度：160～230c
成型工作壓力：20mpa，預壓工作壓力：3～4mpa
加熱功率：2×5kw
主電機功率：22kw
送料功率：3kw
成型密度：1000～1300kg /m3
成型週期：15ｓ
秸稈粒度：30mm左右
5生物質顆粒液壓快速成型機設計方案
5.1生物質顆粒液壓快速成型機設計所依據的工藝引數
5.1.1 成型水分：
秸稈成型水分太低，能耗大，出料困難，產量低。秸稈成型水分太高，易放炮，成型困難或不能成型。水分應控制在10%-17%之間，對液壓成型來說，最佳14%。
5.1.2 成型溫度：
通常隨著成型溫度的增加，秸稈成型壓力隨著降低。秸稈成型溫度太低，成型所需壓力大能耗大，出料困難，產量低。秸稈成型溫度太高，加熱所需能耗大，成型顆粒密度降低，表面易破裂。
溫度應控制在160～230c之間，對液壓成型來說，根據我的測試經驗最佳230c。
5.1.3 成型模具：（略）。
5.1.4 成型壓力：（略）。
5.2 生物質顆粒液壓成型機主要結構描述
5.2.1 模具。預壓模，2套，壓制模，2套。
5.2.2 旋轉工作台，1套。
5.2.3 壓制缸，2個。
5.2.4 預壓攪龍，2條。
5.2.5 送料器，2個。
5.2.6 機架，1個。
5.2.7 液壓站，1個。
5.2.8 加熱系統。模具加熱系統，2套。木屑預熱系統，2套。
5.2.9 電控系統，1套。
5.2.10 其他。
6 試製樣機製造成本
6.1 模具：12000.00。
6.2 旋轉工作台：6000.00。
6.3 壓制缸：2000.00x2=4000.00。
6.4預壓攪龍：1200.00x2=2400.00。
6.5 送料器：1500.00x2=3000.00。
6.6 機架：3000.00。
6.7 液壓站：13000.00。
6.8 加熱系統：12000.00。
6.9 電控系統：4600.00。
6.10 其他：6000.00。
6.11 合計：66000.00元。
7 試製樣機放大到標準樣機技術經濟分析
7.1 技術分析
將試製樣機放大到標準樣機只需要把試製樣機的規格放大，附加一些機構即可。標準樣機的產量是1.5噸/小時，功率預計80千瓦，壓力預計200噸。
7.2 經濟分析
標準樣機的製造成本預計96000.00元。
8 結論
8.1查閱了多篇相關資料，經過壓制試驗，對目前的生物質成型工藝型別，現有生物質成型技術及現狀進行了比較，認為生物質顆粒液壓快速成型機無論從技術上還是綜合投資比上都是優於其他成型技術的，說明這個設計思路是可取的，有必要進行樣機試製。
8.2生物質顆粒液壓快速成型機產量較高。根據需要，可設計時產1.
5噸、2噸、4噸、8噸、12噸和12噸以上的液壓快速成型機系列產品，液壓機的噸位分別為200噸、250噸、500噸、1000噸、1500噸和1500噸以上。
8.3生物質顆粒液壓快速成型機能耗較低。壓制方式的變更和振頻加熱的介入，使每噸生物質顆粒燃料的成型能耗可降到60kwh以下，較傳統的成型方式節能10-30%，甚至30%以上。
8.4生物質顆粒液壓快速成型機物耗較低。較之傳統的成型方式，新材料、新結構、新工藝的採用導致生物質顆粒液壓快速成型機物耗降低30%-80%。
8.5生物質顆粒液壓快速成型機工作可靠性高，能長時間連續執行。
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