Datorită conținutului redus de substanțe nocive, cum ar fi cenușa, azotul și sulful, biomasa are caracteristici precum rezerve mari, activitate bună a carbonului, aprindere ușoară și componente volatile ridicate. Prin urmare, biomasa este un combustibil energetic ideal și este foarte potrivită pentru conversia și utilizarea prin ardere. Cenușa reziduală după arderea biomasei este bogată în nutrienți necesari plantelor, cum ar fi fosfor, calciu, potasiu și magneziu, astfel încât poate fi utilizată ca îngrășământ pentru returnarea pe câmp. Având în vedere rezervele enorme de resurse și avantajele unice ale energiei din biomasă în materie de regenerare, aceasta este considerată în prezent o alegere importantă pentru dezvoltarea energiei naționale noi de către țările din întreaga lume. Comisia Națională pentru Dezvoltare și Reformă din China a afirmat clar în „Planul de implementare pentru utilizarea cuprinzătoare a paielor de culturi în timpul celui de-al 12-lea Plan cincinal” că rata de utilizare cuprinzătoare a paielor va ajunge la 75% până în 2013 și se străduiește să depășească 80% până în 2015.
Modul de a converti energia din biomasă în energie de înaltă calitate, curată și convenabilă a devenit o problemă urgentă care trebuie rezolvată. Tehnologia de densificare a biomasei este una dintre modalitățile eficiente de a îmbunătăți eficiența incinerării energiei din biomasă și de a facilita transportul. În prezent, există patru tipuri comune de echipamente de formare densă pe piețele interne și externe: mașina de extrudare spirală a particulelor, mașina de particule cu ștanțare cu piston, mașina de particule cu matriță plată și mașina de particule cu matriță inelară. Printre acestea, mașina de peleți cu matriță inelară este utilizată pe scară largă datorită caracteristicilor sale, cum ar fi lipsa necesității de încălzire în timpul funcționării, cerințele largi privind conținutul de umiditate al materiei prime (10% până la 30%), randamentul mare al unei singure mașini, densitatea mare de compresie și efectul bun de formare. Cu toate acestea, aceste tipuri de mașini de peleți au în general dezavantaje, cum ar fi uzura ușoară a matriței, durata de viață scurtă, costurile ridicate de întreținere și înlocuirea incomodă. Ca răspuns la deficiențele menționate mai sus ale mașinii de peleți cu matriță inelară, autorul a realizat un design îmbunătățit complet al structurii matriței de formare și a proiectat o matriță de formare de tip set cu durată de viață lungă, costuri reduse de întreținere și întreținere convenabilă. Între timp, acest articol a efectuat o analiză mecanică a matriței de formare în timpul procesului său de lucru.
1. Proiectare îmbunătățită a structurii matriței de formare pentru granulatorul cu matriță inelară
1.1 Introducere în procesul de extrudare:Mașina de peletat cu matriță inelară poate fi împărțită în două tipuri: verticală și orizontală, în funcție de poziția matriței inelare; Conform formei de mișcare, aceasta poate fi împărțită în două forme diferite de mișcare: rola de presare activă cu o matriță inelară fixă și rola de presare activă cu o matriță inelară acționată. Acest design îmbunătățit este destinat în principal mașinii de peletat cu matriță inelară cu o rolă de presiune activă și o matriță inelară fixă ca formă de mișcare. Aceasta constă în principal din două părți: un mecanism de transport și un mecanism de particule cu matriță inelară. Matrița inelară și rola de presiune sunt cele două componente principale ale mașinii de peletat cu matriță inelară, cu multe găuri de formare distribuite în jurul matriței inelare, iar rola de presiune este instalată în interiorul matriței inelare. Rola de presiune este conectată la axul de transmisie, iar matrița inelară este instalată pe un suport fix. Când axul se rotește, acesta acționează rola de presiune pentru a se roti. Principiul de funcționare: În primul rând, mecanismul de transport transportă materialul biomasă zdrobit cu o anumită dimensiune a particulelor (3-5 mm) în camera de compresie. Apoi, motorul acționează arborele principal pentru a acționa cilindrul de presiune în rotație, iar cilindrul de presiune se mișcă la o viteză constantă pentru a dispersa uniform materialul între cilindrul de presiune și matrița inelară, provocând comprimarea și frecarea matriței inelare cu materialul, a cilindrului de presiune cu materialul și a materialului cu materialul. În timpul procesului de comprimare prin frecare, celuloza și hemiceluloza din material se combină între ele. În același timp, căldura generată de frecarea prin comprimare înmoaie lignina într-un liant natural, ceea ce face ca celuloza, hemiceluloza și alte componente să fie legate mai ferm între ele. Odată cu umplerea continuă a materialelor din biomasă, cantitatea de material supusă compresiei și frecării în găurile matriței de formare continuă să crească. În același timp, forța de comprimare dintre biomasă continuă să crească, iar aceasta se densifică și se formează continuu în gaura de turnare. Când presiunea de extrudare este mai mare decât forța de frecare, biomasa este extrudată continuu din găurile de turnare din jurul matriței inelare, formând combustibil de turnare din biomasă cu o densitate de turnare de aproximativ 1g/cm3.
1.2 Uzura matrițelor de formare:Producția unei singure mașini a mașinii de peleți este mare, cu un grad relativ ridicat de automatizare și o adaptabilitate puternică la materiile prime. Poate fi utilizată pe scară largă pentru procesarea diferitelor materii prime din biomasă, fiind potrivită pentru producția la scară largă de combustibili denși din biomasă și îndeplinind cerințele de dezvoltare ale industrializării combustibililor denși din biomasă în viitor. Prin urmare, mașina de peleți cu matriță inelară este utilizată pe scară largă. Datorită posibilei prezențe a unor cantități mici de nisip și a altor impurități non-biomasă în materialul biomasă procesat, este foarte probabil ca aceasta să provoace o uzură semnificativă a matriței inelare a mașinii de peleți. Durata de viață a matriței inelare este calculată pe baza capacității de producție. În prezent, durata de viață a matriței inelare în China este de numai 100-1000t.
Defectarea matriței inelare apare în principal în următoarele patru fenomene: ① După ce matrița inelar funcționează o perioadă de timp, peretele interior al orificiului matriței de formare se uzează și deschiderea crește, rezultând o deformare semnificativă a combustibilului format; ② Panta de alimentare a orificiului matriței de formare a matriței inelare se uzează, rezultând o scădere a cantității de biomasă comprimată în orificiul matriței, o scădere a presiunii de extrudare și blocarea ușoară a orificiului matriței de formare, ducând la defectarea matriței inelare (Figura 2); ③ După ce materialele peretelui interior reduc brusc cantitatea de debit (Figura 3);
④ După uzura orificiului interior al matriței inelare, grosimea peretelui dintre piesele adiacente L ale matriței devine mai subțire, rezultând o scădere a rezistenței structurale a matriței inelare. Fisurile sunt predispuse să apară în secțiunea cea mai periculoasă, iar pe măsură ce fisurile continuă să se extindă, apare fenomenul de fracturare a matriței inelare. Principalul motiv pentru uzura ușoară și durata de viață scurtă a matriței inelare este structura nerezonabilă a matriței inelare de formare (matrița inelar este integrată cu orificiile matriței de formare). Structura integrată a celor două este predispusă la astfel de rezultate: uneori, când doar câteva orificii ale matriței inelare sunt uzate și nu pot funcționa, întreaga matriță inelar trebuie înlocuită, ceea ce nu numai că aduce inconveniente lucrărilor de înlocuire, dar provoacă și risipă economică semnificativă și crește costurile de întreținere.
1.3 Proiectarea îmbunătățirii structurale a matriței de formarePentru a prelungi durata de viață a matriței inelare a mașinii de peleți, a reduce uzura, a facilita înlocuirea și a reduce costurile de întreținere, este necesară realizarea unui design complet nou și îmbunătățit al structurii matriței inelare. Matrița de turnare încorporată a fost utilizată în proiectare, iar structura îmbunătățită a camerei de compresie este prezentată în Figura 4. Figura 5 prezintă vederea în secțiune transversală a matriței de turnare îmbunătățite.
Acest design îmbunătățit este destinat în principal mașinii de prelucrat particule cu matriță inelară, cu o formă de mișcare formată dintr-o rolă de presiune activă și o matriță inelară fixă. Matrița inelară inferioară este fixată pe corp, iar cele două role de presiune sunt conectate la arborele principal printr-o placă de conectare. Matrița de formare este încorporată în matrița inelară inferioară (folosind o potrivire cu interferență), iar matrița inelară superioară este fixată pe matrița inelară inferioară prin șuruburi și fixată pe matrița de formare. În același timp, pentru a preveni revenirea matriței de formare din cauza forței după ce rola de presiune se rostogolește și se mișcă radial de-a lungul matriței inelare, se utilizează șuruburi cu cap înecat pentru a fixa matrița de formare la matrițele inelare superioară și respectiv inferioară. Pentru a reduce rezistența materialului la intrarea în gaură și a facilita intrarea în gaura matriței, unghiul conic al găurii de alimentare a matriței de formare proiectate este de 60° până la 120°.
Designul structural îmbunătățit al matriței de formare are caracteristici de ciclu multiplu și durată lungă de viață. Atunci când mașina de particule funcționează o perioadă de timp, pierderea prin frecare face ca deschiderea matriței de formare să devină mai mare și pasivată. Atunci când matrița de formare uzată este îndepărtată și extinsă, aceasta poate fi utilizată pentru producerea de particule de formare cu alte specificații. Acest lucru poate realiza reutilizarea matrițelor și economisește costurile de întreținere și înlocuire.
Pentru a prelungi durata de viață a granulatorului și a reduce costurile de producție, rola de presiune folosește oțel cu conținut ridicat de carbon și mangan, cu o bună rezistență la uzură, cum ar fi 65Mn. Matrița de formare trebuie fabricată din oțel carburat aliat sau aliaj de nichel-crom cu conținut scăzut de carbon, cum ar fi Cr, Mn, Ti etc. Datorită îmbunătățirii camerei de compresie, forța de frecare resimțită de matrițele inelare superioare și inferioare în timpul funcționării este relativ mică în comparație cu matrița de formare. Prin urmare, oțelul carbon obișnuit, cum ar fi oțelul 45, poate fi utilizat ca material pentru camera de compresie. Comparativ cu matrițele inelare de formare integrate tradiționale, se poate reduce utilizarea oțelului aliat scump, reducând astfel costurile de producție.
2. Analiza mecanică a matriței de formare a mașinii de pelete cu matriță inelară în timpul procesului de lucru al matriței de formare.
În timpul procesului de turnare, lignina din material este complet înmuiată datorită mediului de presiune și temperatură ridicată generat în matrița de turnare. Când presiunea de extrudare nu crește, materialul este plastifiat. Materialul curge bine după plastifiere, astfel încât lungimea poate fi setată la d. Matrița de formare este considerată un recipient sub presiune, iar tensiunea asupra matriței de formare este simplificată.
Prin analiza calculelor mecanice de mai sus, se poate concluziona că, pentru a obține presiunea în orice punct din interiorul matriței de formare, este necesar să se determine deformarea circumferențială în acel punct din interiorul matriței de formare. Apoi, se poate calcula forța de frecare și presiunea în acea locație.
3. Concluzie
Acest articol propune un nou design de îmbunătățire structurală pentru matrița de formare a peletizatorului cu matriță inelară. Utilizarea matrițelor de formare încorporate poate reduce eficient uzura matriței, poate prelungi durata de viață a acesteia, poate facilita înlocuirea și întreținerea și poate reduce costurile de producție. În același timp, s-a efectuat o analiză mecanică a matriței de formare în timpul procesului de lucru, oferind o bază teoretică pentru cercetări ulterioare.
Data publicării: 22 februarie 2024