Grazie al minor contenuto di sostanze nocive come ceneri, azoto e zolfo nella biomassa rispetto all'energia minerale, questa presenta le caratteristiche di grandi riserve, buona attività del carbonio, facile accensione e alti componenti volatili. Pertanto, la biomassa è un combustibile energetico ideale ed è molto adatta alla conversione e all'utilizzo tramite combustione. Le ceneri residue dopo la combustione della biomassa sono ricche di nutrienti necessari alle piante come fosforo, calcio, potassio e magnesio, quindi possono essere utilizzate come fertilizzante per il ritorno al campo. Date le enormi riserve di risorse e gli esclusivi vantaggi rinnovabili dell'energia da biomassa, questa è attualmente considerata una scelta importante per lo sviluppo energetico nazionale da parte di paesi di tutto il mondo. La Commissione Nazionale per lo Sviluppo e le Riforme della Cina ha chiaramente affermato nel "Piano di attuazione per l'utilizzo completo della paglia durante il 12° Piano Quinquennale" che il tasso di utilizzo completo della paglia raggiungerà il 75% entro il 2013 e si impegnerà a superare l'80% entro il 2015.
Come convertire l'energia da biomassa in energia di alta qualità, pulita e conveniente è diventato un problema urgente da risolvere. La tecnologia di densificazione della biomassa è uno dei modi efficaci per migliorare l'efficienza dell'incenerimento dell'energia da biomassa e facilitarne il trasporto. Attualmente, esistono quattro tipi comuni di apparecchiature per la formatura densa sul mercato nazionale ed estero: macchine per estrusione di particelle a spirale, macchine per stampaggio di particelle a pistone, macchine per particelle a stampo piatto e macchine per particelle a stampo anulare. Tra queste, la macchina per pellet a stampo anulare è ampiamente utilizzata grazie alle sue caratteristiche, come l'assenza di riscaldamento durante il funzionamento, ampi requisiti di umidità della materia prima (dal 10% al 30%), elevata produttività, elevata densità di compressione e buon effetto di formatura. Tuttavia, questi tipi di macchine per pellet presentano generalmente svantaggi come la facile usura dello stampo, la breve durata, elevati costi di manutenzione e una sostituzione scomoda. In risposta alle carenze sopra menzionate della macchina per pellet a stampo anulare, l'autore ha apportato un nuovo design migliorativo alla struttura dello stampo di formatura e ha progettato uno stampo di formatura di tipo fisso con lunga durata, bassi costi di manutenzione e manutenzione agevole. Nel frattempo, questo articolo ha condotto un'analisi meccanica dello stampo di formatura durante il suo processo di lavorazione.
1. Miglioramento della progettazione della struttura dello stampo di formatura per il granulatore ad anello
1.1 Introduzione al processo di formatura per estrusione:La macchina per pellet con matrice anulare può essere suddivisa in due tipologie: verticale e orizzontale, a seconda della posizione della matrice anulare; in base alla forma del movimento, può essere suddivisa in due diverse forme di movimento: il rullo di pressatura attivo con uno stampo anulare fisso e il rullo di pressatura attivo con uno stampo anulare azionato. Questo design migliorato è principalmente rivolto alla macchina per particelle con stampo anulare con un rullo di pressione attivo e uno stampo anulare fisso come forma di movimento. È composta principalmente da due parti: un meccanismo di trasporto e un meccanismo di particelle con stampo anulare. Lo stampo anulare e il rullo di pressione sono i due componenti principali della macchina per pellet con stampo anulare, con numerosi fori di formatura distribuiti attorno allo stampo anulare, e il rullo di pressione è installato all'interno dello stampo anulare. Il rullo di pressione è collegato al mandrino di trasmissione e lo stampo anulare è installato su una staffa fissa. Quando il mandrino ruota, aziona il rullo di pressione per ruotare. Principio di funzionamento: in primo luogo, il meccanismo di trasporto trasporta il materiale di biomassa frantumato in particelle di una certa granulometria (3-5 mm) nella camera di compressione. Quindi, il motore aziona l'albero principale per azionare la rotazione del rullo pressore, che si muove a velocità costante per distribuire uniformemente il materiale tra il rullo pressore e lo stampo ad anello, causando la compressione e l'attrito dello stampo ad anello con il materiale, del rullo pressore con il materiale e del materiale con il materiale. Durante il processo di compressione e attrito, la cellulosa e l'emicellulosa presenti nel materiale si combinano tra loro. Allo stesso tempo, il calore generato dalla compressione e dall'attrito ammorbidisce la lignina trasformandola in un legante naturale, che rende la cellulosa, l'emicellulosa e gli altri componenti più saldamente legati tra loro. Con il continuo riempimento di materiali di biomassa, la quantità di materiale sottoposto a compressione e attrito nei fori dello stampo di formatura continua ad aumentare. Allo stesso tempo, la forza di compressione tra la biomassa continua ad aumentare, densificandosi e formandosi continuamente nel foro di formatura. Quando la pressione di estrusione è maggiore della forza di attrito, la biomassa viene estrusa continuamente dai fori di stampaggio attorno allo stampo ad anello, formando combustibile per stampaggio di biomassa con una densità di stampaggio di circa 1 g/Cm3.
1.2 Usura degli stampi di formatura:La capacità produttiva di una singola macchina per la produzione di pellet è elevata, con un grado di automazione relativamente elevato e una forte adattabilità alle materie prime. Può essere ampiamente utilizzata per la lavorazione di varie materie prime da biomassa, adatta alla produzione su larga scala di combustibili a formazione densa di biomassa e soddisfa i requisiti di sviluppo dell'industrializzazione di combustibili a formazione densa di biomassa in futuro. Pertanto, la macchina per la produzione di pellet con stampo ad anello è ampiamente utilizzata. A causa della possibile presenza di piccole quantità di sabbia e altre impurità non derivanti dalla biomassa nel materiale di biomassa lavorato, è altamente probabile che si verifichi una significativa usura dello stampo ad anello della macchina per la produzione di pellet. La durata utile dello stampo ad anello è calcolata in base alla capacità produttiva. Attualmente, la durata utile dello stampo ad anello in Cina è di sole 100-1000 tonnellate.
Il guasto dello stampo ad anello si verifica principalmente nei seguenti quattro fenomeni: ① Dopo che lo stampo ad anello funziona per un periodo di tempo, la parete interna del foro dello stampo di formatura si usura e l'apertura aumenta, con conseguente deformazione significativa del combustibile formato prodotto; ② La pendenza di alimentazione del foro della matrice di formatura dello stampo ad anello si usura, con conseguente diminuzione della quantità di materiale di biomassa compresso nel foro della matrice, una diminuzione della pressione di estrusione e un facile blocco del foro della matrice di formatura, portando al guasto dello stampo ad anello (Figura 2); ③ Dopo che i materiali della parete interna e riducono drasticamente la quantità di scarico (Figura 3);
④ Dopo l'usura del foro interno dello stampo ad anello, lo spessore della parete tra i pezzi adiacenti L dello stampo si assottiglia, con conseguente diminuzione della resistenza strutturale dello stampo ad anello. Le crepe tendono a formarsi nella sezione più pericolosa e, man mano che le crepe continuano ad estendersi, si verifica il fenomeno della frattura dello stampo ad anello. La ragione principale della facile usura e della breve durata dello stampo ad anello è la struttura irragionevole dello stampo ad anello di formatura (lo stampo ad anello è integrato con i fori dello stampo di formatura). La struttura integrata dei due è soggetta a tali conseguenze: a volte, quando solo alcuni fori dello stampo ad anello di formatura sono usurati e non possono funzionare, è necessario sostituire l'intero stampo ad anello, il che non solo comporta inconvenienti per il lavoro di sostituzione, ma causa anche grandi sprechi economici e aumenta i costi di manutenzione.
1.3 Progettazione del miglioramento strutturale dello stampo di formaturaPer prolungare la durata utile dello stampo ad anello della macchina per pellet, ridurne l'usura, facilitarne la sostituzione e ridurre i costi di manutenzione, è necessario apportare un radicale miglioramento alla struttura dello stampo ad anello. Nella progettazione è stato utilizzato lo stampo di stampaggio incorporato e la struttura migliorata della camera di compressione è illustrata nella Figura 4. La Figura 5 mostra la vista in sezione trasversale dello stampo di stampaggio migliorato.
Questo design migliorato è principalmente rivolto alla macchina per particelle con stampo ad anello con un modulo di movimento composto da un rullo pressore attivo e uno stampo ad anello fisso. Lo stampo ad anello inferiore è fissato al corpo e i due rulli pressori sono collegati all'albero principale tramite una piastra di collegamento. Lo stampo di formatura è incorporato nello stampo ad anello inferiore (mediante accoppiamento con interferenza), mentre lo stampo ad anello superiore è fissato allo stampo ad anello inferiore tramite bulloni e bloccato sullo stampo di formatura. Allo stesso tempo, per evitare che lo stampo di formatura rimbalzi a causa della forza dopo che il rullo pressore rotola e si muove radialmente lungo lo stampo ad anello, vengono utilizzate viti a testa svasata per fissare lo stampo di formatura rispettivamente agli stampi ad anello superiore e inferiore. Per ridurre la resistenza del materiale all'ingresso nel foro e facilitare l'ingresso nel foro dello stampo, l'angolo conico del foro di alimentazione dello stampo di formatura progettato è compreso tra 60° e 120°.
Il design strutturale migliorato dello stampo di formatura offre le caratteristiche di multiciclo e lunga durata. Quando la macchina per particelle lavora per un certo periodo di tempo, la perdita di attrito fa sì che l'apertura dello stampo di formatura si allarghi e si passivizzi. Quando lo stampo di formatura usurato viene rimosso e ampliato, può essere utilizzato per la produzione di particelle di formatura di altre specifiche. Ciò consente il riutilizzo degli stampi e il risparmio sui costi di manutenzione e sostituzione.
Per prolungare la durata utile del granulatore e ridurre i costi di produzione, il rullo pressore adotta acciaio ad alto tenore di carbonio e manganese con buona resistenza all'usura, come il 65Mn. Lo stampo di formatura deve essere realizzato in acciaio legato cementato o in lega di nichel-cromo a basso tenore di carbonio, come quelle contenenti Cr, Mn, Ti, ecc. Grazie al miglioramento della camera di compressione, la forza di attrito esercitata dagli stampi ad anello superiore e inferiore durante il funzionamento è relativamente ridotta rispetto allo stampo di formatura. Pertanto, come materiale per la camera di compressione è possibile utilizzare acciaio al carbonio comune, come l'acciaio 45. Rispetto ai tradizionali stampi ad anello di formatura integrati, è possibile ridurre l'uso di costosi acciai legati, riducendo così i costi di produzione.
2. Analisi meccanica dello stampo di formatura della macchina per pellet ad anello durante il processo di lavorazione dello stampo di formatura.
Durante il processo di stampaggio, la lignina presente nel materiale si ammorbidisce completamente a causa dell'ambiente ad alta pressione e alta temperatura generato nello stampo. Quando la pressione di estrusione non aumenta, il materiale subisce la plastificazione. Il materiale scorre bene dopo la plastificazione, quindi la lunghezza può essere impostata su d. Lo stampo di formatura è considerato un recipiente a pressione e le sollecitazioni sullo stampo di formatura risultano ridotte.
Attraverso l'analisi del calcolo meccanico sopra descritta, si può concludere che per ottenere la pressione in un qualsiasi punto all'interno dello stampo di formatura, è necessario determinare la deformazione circonferenziale in quel punto all'interno dello stampo di formatura. Quindi, è possibile calcolare la forza di attrito e la pressione in quel punto.
3. Conclusion
Questo articolo propone un nuovo progetto di miglioramento strutturale per lo stampo di formatura del pelletizzatore ad anello. L'utilizzo di stampi di formatura integrati può ridurre efficacemente l'usura dello stampo, prolungarne la durata, facilitarne la sostituzione e la manutenzione e ridurre i costi di produzione. Allo stesso tempo, è stata condotta un'analisi meccanica sullo stampo di formatura durante il suo processo di lavorazione, fornendo una base teorica per ulteriori ricerche future.
Data di pubblicazione: 22 febbraio 2024