Debido á menor cantidade de substancias nocivas como cinzas, nitróxeno e xofre na biomasa en comparación coa enerxía mineral, esta ten as características de grandes reservas, boa actividade do carbono, fácil ignición e compoñentes altamente volátiles. Polo tanto, a biomasa é un combustible enerxético ideal e é moi axeitada para a conversión e utilización por combustión. As cinzas residuais despois da combustión da biomasa son ricas en nutrientes que requiren as plantas, como fósforo, calcio, potasio e magnesio, polo que se poden usar como fertilizante para volver ao campo. Dadas as enormes reservas de recursos e as vantaxes únicas de renovación da enerxía da biomasa, actualmente considérase unha opción importante para o desenvolvemento nacional de novas enerxías por parte dos países de todo o mundo. A Comisión Nacional de Desenvolvemento e Reforma da China afirmou claramente no "Plan de implementación para a utilización integral da palla de cultivos durante o 12º Plan Quinquenal" que a taxa de utilización integral da palla alcanzará o 75 % para 2013 e esforzarase por superar o 80 % para 2015.
Como converter a enerxía da biomasa en enerxía de alta calidade, limpa e cómoda converteuse nun problema urxente que hai que resolver. A tecnoloxía de densificación da biomasa é unha das formas máis eficaces de mellorar a eficiencia da incineración de enerxía da biomasa e facilitar o transporte. Na actualidade, existen catro tipos comúns de equipos de conformado denso nos mercados nacionais e estranxeiros: máquina de partículas de extrusión en espiral, máquina de partículas de estampado de pistón, máquina de partículas de molde plano e máquina de partículas de molde de anel. Entre elas, a máquina de pellets de molde de anel úsase amplamente debido ás súas características, como a ausencia de quecemento durante o funcionamento, os amplos requisitos de contido de humidade da materia prima (do 10 % ao 30 %), a gran produción dunha soa máquina, a alta densidade de compresión e o bo efecto de conformado. Non obstante, estes tipos de máquinas de pellets xeralmente teñen desvantaxes como o fácil desgaste do molde, a curta vida útil, os altos custos de mantemento e a substitución inconveniente. En resposta ás deficiencias mencionadas da máquina de pellets de molde de anel, o autor realizou un novo deseño de mellora na estrutura do molde de conformado e deseñou un molde de conformado de tipo conxunto con longa vida útil, baixo custo de mantemento e mantemento cómodo. Mentres tanto, este artigo realizou unha análise mecánica do molde de conformado durante o seu proceso de traballo.
1. Deseño de mellora da estrutura do molde de formación para o granulador de moldes de anel
1.1 Introdución ao proceso de conformado por extrusión:A máquina de pellets con molde anular pódese dividir en dous tipos: vertical e horizontal, dependendo da posición do molde anular; segundo a forma de movemento, pódese dividir en dúas formas de movemento diferentes: o rolo de presión activo cun molde anular fixo e o rolo de presión activo cun molde anular accionado. Este deseño mellorado está dirixido principalmente á máquina de partículas de molde anular cun rolo de presión activo e un molde anular fixo como forma de movemento. Consta principalmente de dúas partes: un mecanismo de transporte e un mecanismo de partículas de molde anular. O molde anular e o rolo de presión son os dous compoñentes principais da máquina de pellets con molde anular, con moitos orificios de molde de formación distribuídos arredor do molde anular, e o rolo de presión está instalado dentro do molde anular. O rolo de presión está conectado ao eixo de transmisión e o molde anular está instalado nun soporte fixo. Cando o eixo xira, acciona o rolo de presión para que xire. Principio de funcionamento: en primeiro lugar, o mecanismo de transporte transporta o material de biomasa triturado cun determinado tamaño de partícula (3-5 mm) á cámara de compresión. A continuación, o motor acciona o eixe principal para impulsar o rodillo de presión a xirar, e o rodillo de presión móvese a unha velocidade constante para dispersar uniformemente o material entre o rodillo de presión e o molde de anel, facendo que o molde de anel se comprima e friccione co material, o rodillo de presión co material e o material co material. Durante o proceso de fricción de compresión, a celulosa e a hemicelulosa do material combínanse entre si. Ao mesmo tempo, a calor xerada pola fricción de compresión abranda a lignina nun aglutinante natural, o que fai que a celulosa, a hemicelulosa e outros compoñentes estean máis unidos. Co recheo continuo de materiais de biomasa, a cantidade de material sometido a compresión e fricción nos orificios do molde de formación continúa a aumentar. Ao mesmo tempo, a forza de compresión entre a biomasa continúa a aumentar, e esta densípase e fórmase continuamente no orificio de moldeo. Cando a presión de extrusión é maior que a forza de fricción, a biomasa extrúese continuamente desde os orificios de moldeo arredor do molde de anel, formando combustible de moldeo de biomasa cunha densidade de moldeo de aproximadamente 1 g/cm3.
1.2 Desgaste dos moldes de conformado:A produción dunha soa máquina de pellets é grande, cun grao de automatización relativamente alto e unha forte adaptabilidade ás materias primas. Pode ser amplamente utilizada para o procesamento de diversas materias primas de biomasa, axeitada para a produción a grande escala de combustibles de formación densa de biomasa e para cumprir cos requisitos de desenvolvemento da industrialización de combustibles de formación densa de biomasa no futuro. Polo tanto, a máquina de pellets de molde anular é amplamente utilizada. Debido á posible presenza de pequenas cantidades de area e outras impurezas non relacionadas coa biomasa no material de biomasa procesado, é moi probable que cause un desgaste significativo no molde anular da máquina de pellets. A vida útil do molde anular calcúlase en función da capacidade de produción. Actualmente, a vida útil do molde anular na China é de só 100-1000 t.
A falla do molde de anel prodúcese principalmente nos seguintes catro fenómenos: ① Despois de que o molde de anel funcione durante un período de tempo, a parede interior do orificio do molde de formación desgástase e a abertura aumenta, o que resulta nunha deformación significativa do combustible formado producido; ② A pendente de alimentación do orificio da matriz de formación do molde de anel desgástase, o que resulta nunha diminución da cantidade de material de biomasa comprimido no orificio da matriz, unha diminución da presión de extrusión e un fácil bloqueo do orificio da matriz de formación, o que leva á falla do molde de anel (Figura 2); ③ Despois de que os materiais da parede interior reduzan drasticamente a cantidade de descarga (Figura 3);
④ Despois do desgaste do orificio interior do molde de anel, o grosor da parede entre as pezas adxacentes L do molde faise máis delgado, o que resulta nunha diminución da resistencia estrutural do molde de anel. É probable que se produzan gretas na sección máis perigosa e, a medida que as gretas continúan a estenderse, prodúcese o fenómeno da fractura do molde de anel. A principal razón do desgaste fácil e da curta vida útil do molde de anel é a estrutura irracional do molde de anel de formación (o molde de anel está integrado cos orificios do molde de formación). A estrutura integrada dos dous é propensa a tales resultados: ás veces, cando só uns poucos orificios do molde de formación do molde de anel están desgastados e non poden funcionar, é necesario substituír todo o molde de anel, o que non só supón inconvenientes para o traballo de substitución, senón que tamén causa un gran desperdicio económico e aumenta os custos de mantemento.
1.3 Deseño de mellora estrutural do molde de conformadoPara prolongar a vida útil do molde de anel da máquina de pellets, reducir o desgaste, facilitar a substitución e reducir os custos de mantemento, é necesario levar a cabo un novo deseño de mellora na estrutura do molde de anel. No deseño utilizouse o molde de moldeo integrado e a estrutura mellorada da cámara de compresión móstrase na Figura 4. A Figura 5 mostra a vista en sección transversal do molde de moldeo mellorado.
Este deseño mellorado está dirixido principalmente á máquina de partículas de moldes de anel cunha forma de movemento de rodillo de presión activo e molde de anel fixo. O molde de anel inferior está fixado no corpo e os dous rodillo de presión están conectados ao eixe principal a través dunha placa de conexión. O molde de formación está incrustado no molde de anel inferior (mediante axuste de interferencia) e o molde de anel superior está fixado no molde de anel inferior mediante parafusos e suxeitado ao molde de formación. Ao mesmo tempo, para evitar que o molde de formación rebote debido á forza despois de que o rodillo de presión xire e se mova radialmente ao longo do molde de anel, utilízanse parafusos avellanados para fixar o molde de formación aos moldes de anel superior e inferior, respectivamente. Para reducir a resistencia do material á entrada no orificio e facer máis cómoda a entrada no orificio do molde, o ángulo cónico do orificio de alimentación do molde de formación deseñado é de 60° a 120°.
O deseño estrutural mellorado do molde de conformado ten as características de ciclos múltiples e longa vida útil. Cando a máquina de partículas funciona durante un período de tempo, a perda de fricción fai que a abertura do molde de conformado se agrande e se pasive. Cando o molde de conformado desgastado se retira e se expande, pódese usar para a produción de partículas de conformado doutras especificacións. Isto pode lograr a reutilización de moldes e aforrar custos de mantemento e substitución.
Para prolongar a vida útil do granulador e reducir os custos de produción, o rodillo de presión utiliza aceiro de alto contido en carbono e manganeso con boa resistencia ao desgaste, como o 65Mn. O molde de conformación debe estar feito de aceiro carburado de aliaxe ou de aliaxe de níquel-cromo con baixo contido en carbono, como Cr, Mn, Ti, etc. Debido á mellora da cámara de compresión, a forza de fricción experimentada polos moldes de aneis superior e inferior durante o funcionamento é relativamente pequena en comparación co molde de conformación. Polo tanto, pódese usar aceiro de carbono ordinario, como o aceiro 45, como material para a cámara de compresión. En comparación cos moldes de aneis de conformación integrados tradicionais, pode reducir o uso de aceiro de aliaxe caro, reducindo así os custos de produción.
2. Análise mecánica do molde de conformación da máquina de pellets de moldes de aneis durante o proceso de traballo do molde de conformación.
Durante o proceso de moldeo, a lignina do material abrandase completamente debido ao ambiente de alta presión e alta temperatura xerado no molde de moldeo. Cando a presión de extrusión non aumenta, o material sofre plastificación. O material flúe ben despois da plastificación, polo que a lonxitude pódese axustar a d. O molde de conformación considérase un recipiente a presión e a tensión no molde de conformación simplifícase.
Mediante a análise de cálculo mecánico anterior, pódese concluír que para obter a presión en calquera punto do interior do molde de conformación, é necesario determinar a deformación circunferencial nese punto. Despois, pódese calcular a forza de fricción e a presión nesa localización.
3. Conclusión
Este artigo propón un novo deseño de mellora estrutural para o molde de conformación do peletizador de moldes de anel. O uso de moldes de conformación integrados pode reducir eficazmente o desgaste do molde, prolongar a vida útil do ciclo do molde, facilitar a substitución e o mantemento e reducir os custos de produción. Ao mesmo tempo, realizouse unha análise mecánica do molde de conformación durante o seu proceso de traballo, o que proporciona unha base teórica para futuras investigacións.
Data de publicación: 22 de febreiro de 2024