A causa del minor numero di sostanze nocive come ceneri, azoto e zolfo nella biomassa rispetto all'energia minerale, ha le caratteristiche di grandi riserve, buona attività del carbonio, facile accensione e componenti volatili elevati.Pertanto, la biomassa è un combustibile energetico ideale ed è molto adatta per la conversione e l'utilizzo della combustione.La cenere residua dopo la combustione della biomassa è ricca di nutrienti richiesti dalle piante come fosforo, calcio, potassio e magnesio, quindi può essere utilizzata come fertilizzante per il ritorno al campo.Date le enormi riserve di risorse e i vantaggi rinnovabili unici dell’energia da biomassa, questa è attualmente considerata una scelta importante per lo sviluppo nazionale di nuove energie da parte dei paesi di tutto il mondo.La Commissione nazionale cinese per lo sviluppo e la riforma ha chiaramente affermato nel "Piano di attuazione per l'utilizzo completo della paglia delle colture durante il dodicesimo piano quinquennale" che il tasso di utilizzo complessivo della paglia raggiungerà il 75% entro il 2013 e si sforzerà di superare l'80% entro il 2013. 2015.
Come convertire l’energia della 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 energetico della biomassa e facilitare il trasporto.Attualmente, ci sono quattro tipi comuni di attrezzature per la formatura densa nei mercati nazionali ed esteri: macchina per particelle per estrusione a spirale, macchina per particelle per stampaggio a pistone, macchina per particelle a stampo piatto e macchina per particelle con stampo ad anello.Tra questi, la macchina per pellet con stampo ad anello è ampiamente utilizzata grazie alle sue caratteristiche come l'assenza di necessità di riscaldamento durante il funzionamento, ampi requisiti di contenuto di umidità della materia prima (dal 10% al 30%), grande rendimento della macchina singola, elevata densità di compressione e buona effetto formante.Tuttavia, questi tipi di macchine pellet presentano generalmente degli svantaggi come una facile usura dello stampo, una breve durata, elevati costi di manutenzione e una sostituzione scomoda.In risposta alle suddette carenze della macchina per pellet con stampo ad anello, l'autore ha realizzato un nuovissimo progetto di miglioramento della struttura dello stampo di formatura e ha progettato uno stampo di formatura di tipo fisso con lunga durata, bassi costi di manutenzione e manutenzione conveniente.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 con stampo ad anello
1.1 Introduzione al processo di formatura per estrusione:La macchina pellettatrice con trafila può essere divisa in due tipologie: verticale e orizzontale, a seconda della posizione della trafila;A seconda della forma di movimento, si può suddividere in due diverse forme di movimento: il rullo pressore attivo con stampo ad anello fisso e il rullo pressore attivo con stampo ad anello motorizzato.Questo design migliorato è rivolto principalmente alla macchina per particelle con stampo ad anello con un rullo di pressione attivo e uno stampo ad anello fisso come forma di movimento.Si compone principalmente di due parti: un meccanismo di trasporto e un meccanismo di particelle dello stampo ad anello.Lo stampo ad anello e il rullo di pressione sono i due componenti principali della macchina per pellet con stampo ad anello, con molti fori dello stampo di formatura distribuiti attorno allo stampo ad anello e il rullo di pressione è installato all'interno dello stampo ad anello.Il rullo pressore è collegato all'alberino di trasmissione e lo stampo ad anello è installato su una staffa fissa.Quando il mandrino ruota, fa ruotare il rullo di pressione.Principio di funzionamento: in primo luogo, il meccanismo di trasporto trasporta il materiale di biomassa frantumato in una determinata dimensione delle particelle (3-5 mm) nella camera di compressione.Quindi, il motore aziona l'albero principale per far ruotare il rullo di pressione e il rullo di pressione si muove a velocità costante per disperdere uniformemente il materiale tra il rullo di pressione e lo stampo ad anello, provocando la compressione e l'attrito dello stampo ad anello con il materiale , il rullo di pressione con il materiale e il materiale con il materiale.Durante il processo di spremitura per attrito, la cellulosa e l'emicellulosa presenti nel materiale si combinano tra loro.Allo stesso tempo, il calore generato dall’attrito ammorbidisce la lignina trasformandola in un legante naturale, che rende la cellulosa, l’emicellulosa e altri componenti più saldamente legati insieme.Con il riempimento continuo di materiali di biomassa, la quantità di materiale soggetto 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 e questa si densifica e si forma continuamente nel foro di modellatura.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 della biomassa con una densità di stampaggio di circa 1 g/Cm3.
1.2 Usura degli stampi di formatura:La produzione della singola macchina pellet è ampia, con un grado di automazione relativamente elevato e una forte adattabilità alle materie prime.Può essere ampiamente utilizzato per la lavorazione di varie materie prime da biomassa, adatto per la produzione su larga scala di combustibili per la formazione densa di biomassa e per soddisfare i requisiti di sviluppo dell'industrializzazione futura dei combustibili per la formazione densa di biomassa.Pertanto, la macchina per 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 ciò provochi un'usura significativa sullo stampo ad anello della macchina pellet.La durata dello stampo ad anello viene calcolata in base alla capacità produttiva.Attualmente, la durata utile dello stampo ad anello in Cina è di sole 100-1000 t.
Il cedimento dello stampo anulare si verifica principalmente nei seguenti quattro fenomeni: ① Dopo che lo stampo anulare ha funzionato per un periodo di tempo, la parete interna del foro dello stampo anulare si usura e l'apertura aumenta, con conseguente significativa deformazione del combustibile formato prodotto;② La pendenza di alimentazione del foro della matrice di formatura dello stampo anulare si consuma, con conseguente diminuzione della quantità di materiale di biomassa schiacciato nel foro della matrice di formatura, diminuzione della pressione di estrusione e facile blocco del foro della matrice di formatura, con conseguente il cedimento dello stampo ad anello (Figura 2);③ Dopo i materiali della parete interna e riduce 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 dello stampo adiacenti L diventa più sottile, con conseguente diminuzione della resistenza strutturale dello stampo ad anello.È probabile che si formino crepe nella sezione più pericolosa e, man mano che le crepe continuano ad estendersi, si verifica il fenomeno della frattura dello stampo anulare.Il motivo 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 ad anello).La struttura integrata dei due è incline a tali risultati: a volte, quando solo pochi fori dello stampo ad anello sono usurati e non possono funzionare, è necessario sostituire l'intero stampo ad anello, il che non solo comporta inconvenienti al lavoro di sostituzione, ma ma provoca anche grandi sprechi economici e aumenta i costi di manutenzione.
1.3 Progettazione del miglioramento strutturale dello stampo di formaturaAl fine di prolungare la durata dello stampo ad anello della macchina pellet, ridurre l'usura, facilitare la sostituzione e ridurre i costi di manutenzione, è necessario realizzare un nuovissimo progetto di miglioramento sulla struttura dello stampo ad anello.Nella progettazione è stato utilizzato lo stampo di stampaggio incorporato e la struttura migliorata della camera di compressione è mostrata nella Figura 4. La Figura 5 mostra la vista in sezione trasversale dello stampo di stampaggio migliorato.
Questo design migliorato è rivolto principalmente alla macchina per particelle con stampo ad anello con una forma di movimento del rullo di pressione attivo e stampo ad anello fisso.Lo stampo dell'anello inferiore è fissato al corpo e i due rulli di pressione sono collegati all'albero principale tramite una piastra di collegamento.Lo stampo di formatura è incorporato sullo stampo ad anello inferiore (utilizzando l'accoppiamento con interferenza) e lo stampo ad anello superiore è fissato sullo 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 di pressione si ribalta 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.Al fine di ridurre la resistenza del materiale che entra nel foro e rendere più comodo 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 ha le caratteristiche di multiciclo e lunga durata.Quando la macchina per particelle funziona per un periodo di tempo, la perdita di attrito fa sì che l'apertura dello stampo di formatura diventi più grande e passivata.Quando lo stampo di formatura usurato viene rimosso ed espanso, può essere utilizzato per la produzione di altre specifiche di particelle di formatura.Ciò può consentire il riutilizzo degli stampi e risparmiare sui costi di manutenzione e sostituzione.
Al fine di prolungare la durata del granulatore e ridurre i costi di produzione, il rullo di pressione adotta acciaio al manganese ad alto tenore di carbonio con buona resistenza all'usura, come 65Mn.Lo stampo di formatura deve essere realizzato in acciaio legato carburato o lega di nichel-cromo a basso tenore di carbonio, contenente Cr, Mn, Ti, ecc. A causa del miglioramento della camera di compressione, la forza di attrito subita dagli stampi dell'anello superiore e inferiore durante l'operazione è relativamente piccola rispetto allo stampo di formatura.Pertanto, come materiale per la camera di compressione è possibile utilizzare l'acciaio al carbonio ordinario, ad esempio l'acciaio 45.Rispetto ai tradizionali stampi per anelli di formatura integrati, può ridurre l'uso di costosi acciai legati, abbassando così i costi di produzione.
2. Analisi meccanica dello stampo di formatura della macchina per pellet con stampo ad anello durante il processo di lavorazione dello stampo di formatura.
Durante il processo di stampaggio, la lignina nel materiale viene completamente ammorbidita a causa dell'ambiente ad alta pressione e temperatura generato nello stampo di stampaggio.Quando la pressione di estrusione non aumenta, il materiale subisce 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 lo stress sullo stampo di formatura è semplificato.
Dall'analisi dei calcoli meccanici sopra riportati 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 quella posizione.
3. Conclusione
Questo articolo propone un nuovo progetto di miglioramento strutturale per lo stampo di formatura della pellettizzatrice con stampo ad anello.L'uso di stampi di formatura incorporati può ridurre efficacemente l'usura dello stampo, prolungare la durata del ciclo dello stampo, facilitare 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.
Orario di pubblicazione: 22 febbraio 2024