Do trong sinh khối có ít các chất có hại như tro, nitơ, lưu huỳnh so với năng lượng khoáng nên nó có đặc tính trữ lượng lớn, hoạt tính cacbon tốt, dễ bắt lửa và có các thành phần dễ bay hơi cao.Vì vậy, sinh khối là nhiên liệu năng lượng rất lý tưởng và rất thích hợp cho việc chuyển đổi và sử dụng quá trình đốt cháy.Tro còn sót lại sau khi đốt sinh khối rất giàu chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng như phốt pho, canxi, kali, magie nên có thể dùng làm phân bón trả lại đồng ruộng.Với trữ lượng tài nguyên khổng lồ và lợi thế tái tạo độc đáo của năng lượng sinh khối, năng lượng sinh khối hiện được các nước trên thế giới coi là lựa chọn quan trọng để phát triển năng lượng mới quốc gia.Ủy ban Cải cách và Phát triển Quốc gia Trung Quốc đã tuyên bố rõ ràng trong "Kế hoạch thực hiện sử dụng toàn diện rơm rạ trong Kế hoạch 5 năm lần thứ 12" rằng tỷ lệ sử dụng toàn diện rơm sẽ đạt 75% vào năm 2013 và phấn đấu vượt quá 80% vào năm 2013. 2015.
Làm thế nào để chuyển đổi năng lượng sinh khối thành năng lượng chất lượng cao, sạch và thuận tiện đã trở thành một bài toán cấp bách cần giải quyết.Công nghệ cô đặc sinh khối là một trong những cách hiệu quả để nâng cao hiệu quả đốt năng lượng sinh khối và tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển.Hiện nay, trên thị trường trong và ngoài nước có bốn loại thiết bị tạo hình dày đặc phổ biến: máy tạo hạt xoắn ốc, máy tạo hạt dập piston, máy tạo hạt khuôn phẳng và máy tạo hạt khuôn vòng.Trong số đó, máy ép viên khuôn vòng được sử dụng rộng rãi do các đặc tính như không cần gia nhiệt trong quá trình vận hành, yêu cầu rộng về độ ẩm nguyên liệu thô (10% đến 30%), sản lượng máy đơn lớn, mật độ nén cao và tốt. tác dụng hình thành.Tuy nhiên, các loại máy ép viên này thường có nhược điểm như dễ mài mòn khuôn, tuổi thọ ngắn, chi phí bảo trì cao và thay thế bất tiện.Để khắc phục những nhược điểm trên của máy ép viên khuôn vòng, tác giả đã đưa ra một thiết kế cải tiến hoàn toàn mới về cấu trúc của khuôn tạo hình, đồng thời thiết kế khuôn tạo hình dạng bộ có tuổi thọ cao, chi phí bảo trì thấp và bảo trì thuận tiện.Trong khi đó, bài viết này tiến hành phân tích cơ học của khuôn tạo hình trong quá trình hoạt động của nó.
1. Thiết kế cải tiến cấu trúc khuôn định hình cho máy tạo hạt khuôn tròn
1.1 Giới thiệu về quy trình tạo hình đùn:Máy ép viên vòng có thể được chia thành hai loại: dọc và ngang, tùy thuộc vào vị trí của khuôn vòng;Theo hình thức chuyển động, nó có thể được chia thành hai dạng chuyển động khác nhau: con lăn ép chủ động có khuôn vòng cố định và con lăn ép chủ động có khuôn vòng dẫn động.Thiết kế cải tiến này chủ yếu nhắm vào máy tạo hạt khuôn vòng với con lăn áp suất chủ động và khuôn vòng cố định làm dạng chuyển động.Nó chủ yếu bao gồm hai phần: cơ chế vận chuyển và cơ chế hạt khuôn vòng.Khuôn vòng và con lăn áp lực là hai thành phần cốt lõi của máy tạo viên khuôn vòng, với nhiều lỗ khuôn định hình được phân bố xung quanh khuôn vòng, con lăn áp lực được lắp bên trong khuôn vòng.Con lăn áp lực được kết nối với trục truyền động và khuôn vòng được lắp đặt trên một giá đỡ cố định.Khi trục chính quay, nó sẽ điều khiển con lăn áp lực quay.Nguyên lý làm việc: Đầu tiên, cơ cấu vận chuyển vận chuyển vật liệu sinh khối đã nghiền thành một cỡ hạt nhất định (3-5mm) vào buồng nén.Sau đó, động cơ dẫn động trục chính dẫn động con lăn áp lực quay, con lăn áp lực di chuyển với tốc độ không đổi để phân tán đều vật liệu giữa con lăn áp lực và khuôn vòng, khiến khuôn vòng bị nén và ma sát với vật liệu. , con lăn áp lực với vật liệu và vật liệu với vật liệu.Trong quá trình ép ma sát, cellulose và hemicellulose trong vật liệu kết hợp với nhau.Đồng thời, nhiệt sinh ra do ma sát ép sẽ làm mềm lignin thành chất kết dính tự nhiên, khiến cellulose, hemicellulose và các thành phần khác liên kết chặt chẽ hơn với nhau.Với việc liên tục lấp đầy vật liệu sinh khối, lượng vật liệu chịu nén và ma sát trong các lỗ khuôn tạo hình tiếp tục tăng lên.Đồng thời, lực ép giữa sinh khối tiếp tục tăng lên, nó liên tục đặc lại và hình thành trong lỗ đúc.Khi áp suất ép đùn lớn hơn lực ma sát, sinh khối được đùn ra liên tục từ các lỗ đúc xung quanh khuôn vòng, tạo thành nhiên liệu đúc sinh khối với mật độ đúc khoảng 1g/Cm3.
1.2 Độ mòn của khuôn định hình:Sản lượng máy đơn của máy ép viên lớn, mức độ tự động hóa tương đối cao và khả năng thích ứng mạnh với nguyên liệu thô.Nó có thể được sử dụng rộng rãi để xử lý các nguyên liệu thô sinh khối khác nhau, phù hợp cho việc sản xuất nhiên liệu hình thành sinh khối dày đặc ở quy mô lớn và đáp ứng yêu cầu phát triển của công nghiệp hóa nhiên liệu hình thành sinh khối dày đặc trong tương lai.Vì vậy, máy ép viên khuôn tròn được sử dụng rộng rãi.Do có thể có một lượng nhỏ cát và các tạp chất không phải sinh khối khác trong vật liệu sinh khối đã qua xử lý nên rất có khả năng gây hao mòn đáng kể trên khuôn vòng của máy ép viên.Tuổi thọ của khuôn vòng được tính toán dựa trên năng lực sản xuất.Hiện tại, tuổi thọ của khuôn vòng ở Trung Quốc chỉ là 100-1000 tấn.
Sự cố của khuôn vòng chủ yếu xảy ra ở bốn hiện tượng sau: ① Sau khi khuôn vòng hoạt động được một thời gian, thành trong của lỗ khuôn tạo hình bị mòn và khẩu độ tăng lên, dẫn đến nhiên liệu tạo thành bị biến dạng đáng kể;② Độ dốc cấp liệu của lỗ khuôn định hình của khuôn vòng bị mòn, dẫn đến lượng vật liệu sinh khối ép vào lỗ khuôn giảm, áp suất đùn giảm và lỗ khuôn định hình dễ bị tắc nghẽn, dẫn đến khuôn vòng bị hỏng (Hình 2);③ Sau vật liệu tường bên trong và lượng xả giảm mạnh (Hình 3);
④ Sau khi lỗ bên trong của khuôn vòng bị mòn, độ dày thành giữa các miếng khuôn liền kề L trở nên mỏng hơn, dẫn đến độ bền kết cấu của khuôn vòng giảm.Các vết nứt dễ xảy ra ở khu vực nguy hiểm nhất, khi vết nứt tiếp tục kéo dài sẽ xảy ra hiện tượng gãy khuôn vòng.Lý do chính khiến khuôn vòng dễ bị mòn và tuổi thọ ngắn là do cấu trúc khuôn vòng tạo hình không hợp lý (khuôn vòng được tích hợp với các lỗ khuôn tạo hình).Cấu trúc tích hợp của cả hai dễ dẫn đến kết quả như sau: đôi khi chỉ một số lỗ khuôn hình thành của khuôn vòng bị mòn và không thể hoạt động thì cần phải thay thế toàn bộ khuôn vòng, điều này không chỉ gây bất tiện cho công việc thay thế, mà còn gây lãng phí lớn về kinh tế và làm tăng chi phí bảo trì.
1.3 Thiết kế cải tiến kết cấu của khuôn định hìnhĐể kéo dài tuổi thọ của khuôn vòng của máy ép viên, giảm mài mòn, tạo điều kiện thay thế và giảm chi phí bảo trì, cần thực hiện một thiết kế cải tiến hoàn toàn mới về cấu trúc của khuôn vòng.Khuôn đúc nhúng đã được sử dụng trong thiết kế và cấu trúc buồng nén cải tiến được thể hiện trong Hình 4. Hình 5 cho thấy mặt cắt ngang của khuôn đúc cải tiến.
Thiết kế cải tiến này chủ yếu nhắm vào máy tạo hạt khuôn vòng với dạng chuyển động của con lăn áp lực chủ động và khuôn vòng cố định.Khuôn vòng dưới được cố định trên thân và hai con lăn áp lực được nối với trục chính thông qua một tấm kết nối.Khuôn tạo hình được nhúng vào khuôn vòng dưới (sử dụng khớp nối), và khuôn vòng trên được cố định vào khuôn vòng dưới thông qua bu lông và kẹp vào khuôn tạo hình.Đồng thời, để tránh khuôn tạo hình bị bật lại do lực tác động sau khi con lăn áp lực lăn qua và di chuyển hướng tâm dọc theo khuôn vòng, người ta sử dụng vít chìm để cố định khuôn tạo hình vào khuôn vòng trên và khuôn dưới tương ứng.Để giảm lực cản của vật liệu đi vào lỗ và thuận tiện hơn khi đi vào lỗ khuôn.Góc hình nón của lỗ cấp liệu của khuôn tạo hình được thiết kế là 60 ° đến 120 °.
Thiết kế cấu trúc cải tiến của khuôn tạo hình có đặc tính đa chu kỳ và tuổi thọ dài.Khi máy tạo hạt hoạt động trong một khoảng thời gian, tổn thất ma sát làm cho khẩu độ của khuôn tạo hình trở nên lớn hơn và bị động.Khi khuôn tạo hình bị mòn được loại bỏ và mở rộng, nó có thể được sử dụng để sản xuất các hạt tạo hình có thông số kỹ thuật khác.Điều này có thể đạt được việc tái sử dụng khuôn và tiết kiệm chi phí bảo trì và thay thế.
Để kéo dài tuổi thọ của máy tạo hạt và giảm chi phí sản xuất, con lăn áp lực sử dụng thép mangan có hàm lượng carbon cao với khả năng chống mài mòn tốt, chẳng hạn như 65Mn.Khuôn tạo hình phải được làm bằng thép hợp kim cacbon hóa hoặc hợp kim crom niken có hàm lượng carbon thấp, chẳng hạn như chứa Cr, Mn, Ti, v.v. Do buồng nén được cải tiến nên lực ma sát mà khuôn vòng trên và dưới chịu đựng trong quá trình hoạt động tương đối nhỏ so với khuôn hình thành.Do đó, thép cacbon thông thường, chẳng hạn như thép 45, có thể được sử dụng làm vật liệu cho buồng nén.So với khuôn tạo hình tích hợp truyền thống, nó có thể giảm việc sử dụng thép hợp kim đắt tiền, từ đó giảm chi phí sản xuất.
2. Phân tích cơ học khuôn tạo hình của máy ép viên khuôn vòng trong quá trình làm việc của khuôn tạo hình.
Trong quá trình đúc, lignin trong vật liệu được làm mềm hoàn toàn do môi trường áp suất và nhiệt độ cao sinh ra trong khuôn đúc.Khi áp suất ép đùn không tăng, vật liệu sẽ trải qua quá trình dẻo hóa.Vật liệu chảy tốt sau khi dẻo hóa nên chiều dài có thể được đặt thành d.Khuôn tạo hình được coi là một bình chịu áp lực và ứng suất lên khuôn tạo hình được đơn giản hóa.
Qua phân tích tính toán cơ học trên có thể kết luận rằng để thu được áp suất tại một điểm bất kỳ bên trong khuôn tạo hình cần xác định biến dạng chu vi tại điểm đó bên trong khuôn tạo hình.Sau đó, có thể tính được lực ma sát và áp suất tại vị trí đó.
3. Kết luận
Bài báo này đề xuất một thiết kế cải tiến cấu trúc mới cho khuôn định hình của máy ép viên khuôn vòng.Việc sử dụng khuôn tạo hình nhúng có thể giảm mài mòn khuôn một cách hiệu quả, kéo dài tuổi thọ của khuôn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thay thế và bảo trì cũng như giảm chi phí sản xuất.Đồng thời, phân tích cơ học được thực hiện trên khuôn tạo hình trong quá trình hoạt động của nó, cung cấp cơ sở lý thuyết cho các nghiên cứu sâu hơn trong tương lai.
Thời gian đăng: 22-02-2024