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      顆粒機秸稈壓塊機新聞動態(tài)

       

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      HPB-III型生物質(zhì)成型機的試驗研究

      發(fā)布時間:2013-10-29 20:53    來源:未知

      0、引言
          近100年來,全球能源消耗平均每年以3%的速度遞增,隨著化石能源資源的越來越少,顯示出了農(nóng)村可再生能源資源巨大的市場潛力。國際上生物質(zhì)能源的廣泛利用在多次世界性石油危機中被重新認(rèn)識和發(fā)展。中國是一個農(nóng)業(yè)大國,8億多人口生活在農(nóng)村,農(nóng)村能源尤其優(yōu)質(zhì)能源普遍短缺。農(nóng)村能源70%來自生物質(zhì)能,中國生物質(zhì)資源非常豐富,資源總量達(dá)6.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤以上。由于生物質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松,能量密度低,燃燒效率低,由于找不到合理的利用方式,大量的秸稈被遺棄荒燒,造成了空氣環(huán)境的嚴(yán)重污染,對社會、經(jīng)濟、環(huán)境和生態(tài)等造成了嚴(yán)重的不良影響。生物質(zhì)能源是清潔的、可再生能源,開發(fā)利用中國豐富的生物質(zhì)能源,不僅可以有效地解決秸稈焚燒污染及能源浪費問題,而且對改善還農(nóng)民的生活水平、彌補化石能源的短缺、保護生態(tài)環(huán)境、提高農(nóng)業(yè)人口的經(jīng)濟效益、實現(xiàn)國家農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。
          為開發(fā)和利用國內(nèi)以秸稈為主的生物質(zhì)能源,河南農(nóng)業(yè)大學(xué)于1995年5月對活塞套筒式生物質(zhì)成型機進(jìn)行了立項研究,1998年6月研制成功了HPB-1型生物質(zhì)成型機,并經(jīng)過不斷的技術(shù)改進(jìn),最近兩年又成功地研制出了能耗低、生產(chǎn)率高的HPB-III型液壓式生物質(zhì)成型機,并配套了秸稈成型燃料生產(chǎn)線所需的技術(shù)和設(shè)備。
      1、HPB-11型生物質(zhì)成型機工作過程
      1.1工作原理
          該系統(tǒng)是在不加任何粘結(jié)劑的條件下對生物質(zhì)進(jìn)行熱壓成型的,生物質(zhì)之所以能夠成型主要是由于生物質(zhì)中木質(zhì)素的存在。木材中木質(zhì)素的含量為27%~32%(絕干原料),禾草類植物木質(zhì)素含量為14%~25%。由X射線衍射知道,木質(zhì)素屬非晶體,沒有熔點,但有軟化點,經(jīng)試驗,在一定的壓力下,當(dāng)溫度在70~100℃時其粘合力開始增加,溫度在200~300℃時可以熔融,熱壓成型的合適溫度為140~200℃。該成型機是采用液壓驅(qū)動往復(fù)活塞雙向擠壓成型機構(gòu),在該溫度下,通過雙出桿油缸兩端的沖桿擠壓成型套筒中的生物質(zhì),由于外力的作用,生物質(zhì)顆粒開始重新排列位置關(guān)系,并發(fā)生機械變形和塑性流變。在垂直于最大應(yīng)力方向上,粒子主要以相互嚙合的形式結(jié)合,而在垂直于最小應(yīng)力方向上,粒子主要以相互靠緊結(jié)合的形式結(jié)合。隨外力的增大,生物質(zhì)體積大幅度減少,密度顯著增大,生物質(zhì)內(nèi)部膠合外部焦化,并具有一定的形狀和強度。在沖桿的推擠作用下,生物質(zhì)成為棒狀從兩端成型套筒中交替擠出,成為既定形狀。由于采用了液壓驅(qū)動,所以成型機的運行穩(wěn)定性好,噪音比較小,操作環(huán)境得到了明顯改善。
      1.2成型燃料生產(chǎn)線技術(shù)路線
          秸稈生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)線的生產(chǎn)是將收集的秸稈生物質(zhì)先通過太陽能干燥系統(tǒng)進(jìn)行自然脫水,通過輸送帶進(jìn)入粉碎機,粉碎后的秸稈由氣力輸送裝置送入原料庫,再由輸送帶送入秸稈生物質(zhì)成型機中即可得到成型燃料產(chǎn)品。
          成型燃料生產(chǎn)線的工藝流程是:
          太陽能干燥或直接曬干→輸送帶→秸稈粉碎機→原料庫→輸送帶→攪龍預(yù)壓喂入→生物質(zhì)成型機(包括顆粒機、秸稈壓塊機、飼料顆粒機等)→→冷卻→包裝→成品貯存
      1. 3成型燃料生產(chǎn)線的配套設(shè)備
          成型燃料生產(chǎn)線設(shè)備包括太陽能干燥系統(tǒng)、秸稈粉碎機、生物質(zhì)成型機、生物質(zhì)燃燒爐、包裝機等;生產(chǎn)線采用的原料主要是秸稈類生物質(zhì),如玉米秸稈、豆秸、稻草、棉稈、樹枝、木屑等;生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備是生物質(zhì)成型機。
      2試驗研究
      2.1試驗?zāi)康?br />     本試驗主要將HPB -III型生物質(zhì)成型機的單位產(chǎn)品能耗和生產(chǎn)率作為研究對象,以降低其能耗,提高
      生產(chǎn)率為目的,探討部分成型參數(shù)和物料特性對單位產(chǎn)品能耗和生產(chǎn)率影響的規(guī)律,對HPB-III型生物質(zhì)成型機成型部件的進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計及提高綜合經(jīng)濟效益提供依據(jù)。
      2.2試驗器材及材料
          HPB-III型生物質(zhì)成型機、粉碎機、電熱干燥箱、分析天平、臺秤、溫度計、濕度計、測溫儀、游標(biāo)卡尺、電度表、秒表、玉米秸稈、麥秸等。
      2.3試驗地點
          在新鄉(xiāng)七里營、新鄭等地,結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況進(jìn)行HPB -III型生物質(zhì)成型機的各項試驗。
      2.4試驗數(shù)據(jù)的測試
       (1)生產(chǎn)率WP
          在機器正常運轉(zhuǎn)的情況下,測出單位時間T,內(nèi)生產(chǎn)的成型棒質(zhì)量W1,計算其生產(chǎn)率WP
        WP=W1/T 1(t/h)
          式中,W1一單位時間內(nèi)生產(chǎn)的成型棒質(zhì)量,t;
                 T 1一測試單位時間,h。
       (2)單位產(chǎn)品能耗E
          單位產(chǎn)品能耗定義生產(chǎn)每t成型棒所消耗的各種能量的總和。
      E=E1/W(kwh/t)
      式中,E1一單位時間Ti內(nèi)各種能量的總和,kWh;
            W為單位時間T,內(nèi)生產(chǎn)的成型棒質(zhì)量,t。
       (3)生物質(zhì)成型棒密度p
          p=W2/V(t/m3)
      式中,W2一成型棒試樣的質(zhì)量,t;v為成型棒試樣的體積,m3。
          (4)機械性能參數(shù)
          從控制臺相應(yīng)儀表上讀出HPB-III型生物質(zhì)成型機工作時的電壓、電流、油壓、油溫以及成型加熱溫度。
          (5)原料含水率、粒度和密度的測定采用常規(guī)分析方法
      2.5試驗結(jié)果及分析
      2.5.1試驗結(jié)果
          試驗的生韌質(zhì)原料為粉碎后的玉米秸稈,經(jīng)自然干燥后含水率為12%~14%,原料粒度為2~30mm,在HPB-III型生物質(zhì)成型機上進(jìn)行成型試驗,成型溫度為260℃,環(huán)境溫度為24~26℃,環(huán)境濕度為65%(剛下過雨),試驗結(jié)果列于表1。
      表1  生物質(zhì)成型試驗結(jié)果
      測試指標(biāo) 成型塊直徑 成型塊直徑
      75mm 125mm
      加熱套表面溫度/℃ 263(左) 271(右) 270(左) 282(右)
      油箱溫度表讀數(shù)/℃ 47.3 48
      進(jìn)油管表面溫度/℃ 46 47.5
      回油管表面溫度/℃ 48 48.5
      進(jìn)料口成型塊尺寸(D*L)/mm 88.1*93.6 138*87.5
      常溫時成型快尺寸(D*L)/mm 89.7*94.9 141*89.2
      常溫時成型塊重量/kg 0.59 1.103
      常溫時成型塊密度/g·cm3 0.983 0.787
      生產(chǎn)率/KG·h-1 223.6 468.7
      單位產(chǎn)品能耗/kwh·t-1 92.5 58.6
      2.5.2試驗研究分析
          從表1可以看出,在成型機整個生產(chǎn)期間,無論是進(jìn)油管、回油管還是油箱,它們的溫度都比較低。根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況來看,液壓油的溫度都隨時間的延長略有升高,升高之后的值是在成型機液壓系統(tǒng)允許范圍之內(nèi)的。這就說明HPB -III型生物質(zhì)成型機的液壓系統(tǒng)的設(shè)計是符合要求的。
          成型機的加熱套表面溫度穩(wěn)定在270℃左右。成型燃料塊的尺寸是成型機活塞一個行程擠出的棒塊尺寸。在常溫狀態(tài)下,直徑為75mm成型塊的密度為0. 983g/cm3,直徑為125mm成型塊的密度為0.787g/cm3。成型燃料塊的燃燒性能優(yōu)于松散的薪柴和秸稈。這是因為它的密度增大,燃燒時更近似“顆粒燃燒模型”。生物質(zhì)固體燃料的理想燃燒方式應(yīng)遵“顆粒燃燒模型”。按照這種燃燒方式,生物質(zhì)成型燃料塊燃燒產(chǎn)生的溫度高,熱量利用率高,溫度比較恒定。
          HPB-III型生物質(zhì)成型機生產(chǎn)75mm成型塊時,因為成型塊直徑較水,所以生產(chǎn)效率比較低,生產(chǎn)率為223. 6kg/h,單位產(chǎn)品能耗為92. 5kWh/t:麗生產(chǎn)125mm成型塊時,由于改成型塊商徑較大,所以生產(chǎn)效率較高,其生產(chǎn)率為468.7 kg/h,單位產(chǎn)品能耗為58. 6kWh/t。目前國內(nèi)現(xiàn)有的螺旋式成型機主要是靠螺旋桿的轉(zhuǎn)動推進(jìn)生物質(zhì)逐層成型的,生產(chǎn)率為150kg/h左右。螺旋桿的前段和頭部在整個推擠過程中與生物質(zhì)之間一直高速回轉(zhuǎn)運動,增加了單位產(chǎn)品的能耗,一般為100~125kWh/t。對比可以得出,HPB-III型生物質(zhì)成型機生產(chǎn)75mm或者125mm成型塊時,其生產(chǎn)率較高,單位產(chǎn)品能耗較低,具有比較明顯的優(yōu)勢。
      3經(jīng)濟性能分析
          該機經(jīng)濟性能采用動態(tài)評價方法,分別選用凈現(xiàn)值(NPV)、動態(tài)投資回收期(T)、益本比(B/C)及內(nèi)部收益率(FIRR')進(jìn)行評價,結(jié)果列于表2。
      表2  經(jīng)濟效益分析
      評價指標(biāo) 75mm直徑 125mm直徑
      凈現(xiàn)值NPV/萬元 19.0711 29.7045
      內(nèi)部收益率FIRR/% 34 41.32
      益本比B/C 1.32 1.38
      投資回收期T/年 3.46 2.76
          由表2可以看出,當(dāng)HPB-III型生物質(zhì)成型機生產(chǎn)的成型塊直徑為75mm時,其凈現(xiàn)值NPV—19.071萬元>0,內(nèi)部收益率_FIiRR-34%>12%,益本比B/C -1. 32>1,  動態(tài)投資回收期T為3. 46年,各項評價指標(biāo)均表明該機已有較好的經(jīng)濟性能。而當(dāng)該機生產(chǎn)直徑125mm成型燃料塊時.,其凈現(xiàn)值(NPV)、內(nèi)部收益率(FIRR)及益本比(B/C)均比生產(chǎn)直徑75mm成型燃料塊時大,動態(tài)投資回收期T也比生產(chǎn)75mm成型燃料塊時短,各項評價指標(biāo)更憂,其經(jīng)濟性能后者優(yōu)予前者。因此,HPB-III型生物質(zhì)成型機的經(jīng)濟性能比較顯著。有較好的投資前景,在常姍能源相對缺乏、生物質(zhì)原料充足、經(jīng)濟條件相對較好的農(nóng)村、多鎮(zhèn)進(jìn)行推廣,具有顯著的經(jīng)濟效益和廣闊的應(yīng)用前景。
      4、結(jié)論
          HPB-III型生物質(zhì)成型機能投比低,效率高,工作平穩(wěn),設(shè)計合理,結(jié)構(gòu)新穎,可有效降低單位產(chǎn)品能耗。延長易損件的使用壽命。它為開發(fā)和利用以秸稈為主的生物質(zhì)能源提供了有效途徑,減輕直接燃燒作物秸稈造成的環(huán)境污染,具有顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。所以根據(jù)目前國內(nèi)外生物質(zhì)能源的利用現(xiàn)狀及未來可再生能源的發(fā)展趨勢,生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)線在中國農(nóng)村、城鎮(zhèn)中進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)將有著廣闊的應(yīng)用前景。
          三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售顆粒機、秸稈壓塊機、飼料顆粒機、秸稈顆粒機、木屑顆粒機等生物質(zhì)燃料飼料成型機械設(shè)備。同時我們也有大量的生物質(zhì)顆粒燃料出售。

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