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  我的煤炭网新闻新能源技术资料生物质颗粒燃料生产线及其关键制造技术的研究与开发

  [摘要]生物质颗粒燃料(俗称木煤)作为生物质能源转化的一个重要领域,越来越受到人们的关注。本文对生物质颗粒燃料的燃烧特性、节能减排效果、制造工艺技术、关键生产设备进行了研究与开发,并在此基础上最终建成了规模化(年产2.0×105t)、低成本的木煤生产线,对推动我国木煤产业的健康发展具有重要的示范意义。

  生物质固体成型燃料(俗称木煤)是指通过专门设备将分散的各类生物质原料经干燥、粉碎到一定粒度,在一定的温度、湿度和压力条件下,形成规则形状的密度较大的固体燃料,如生物质颗粒燃料和生物质块状燃料。国家在《可再生能源中长期发展规划》中提出:到2020年,全国生物质固体成型燃料年利用量将达到5.0×107t,因此开展生物质固体成型燃料等生物质能源产业化开发是必由之路。

  生物质颗粒燃料生产朝着低成本规模化方向发展。由南京林业大学牵头,联合多家公司和院校于2008年组成木煤开发与应用课题组,对生物质颗粒燃料的物化性能和关键制造技术进行研究,经过6年的努力,开发研究出了年产2.0×105t的生物质颗粒燃料成套生产技术与装备,该生产线为目前国产产能最大的生物质颗粒燃料生产线,采用环模压辊成型技术,颗粒直径为6~8mm,质量达到德国和丹麦的标准。

  2)杨木和稻草木煤在实际燃烧过程中表现为:a.容易着火燃烧;b.燃烧时需要提供足够的炉膛空间和适当的过量空气系数,以促使挥发组分完全燃烧,减少化学不完全燃烧热损失;c.固定碳燃烧和燃尽时间会有所缩短,不如煤耐烧;d.产生的灰渣和飞灰数量很少,对环境的污染很小。

  3)杨木木煤的灰熔融性与烟煤非常接近,均属于可熔性灰。稻草木煤的灰软化温度较低,属于易熔性灰。因此采用稻草木煤的锅炉炉排温度不宜过高,否则容易造成比较严重的结渣现象。

  4)稻草和杨木木煤的燃烧过程均可分为3个阶段:水分析出阶段、挥发分析出与燃烧阶段、固定碳燃烧与燃尽阶段。其中,挥发分析出与燃烧阶段的失重量最大。

  我国工业企业供热和北方地区集中采暖主要采用工业锅炉作为热源设备,目前工业锅炉燃用的主要燃料为煤炭,其中多数地区采用二类烟煤,其平均热值为5100kCal/kg。木煤热值与生产木煤的原料种类有关,以木材加工剩余物和麦秸作为木煤原料,所生产出的木煤热值为4000~4300kCal/kg,且每吨木煤可替代0.96~1.04t(平均为1t)二类烟煤,即1t木煤可替代1t二类烟煤。燃煤工业锅炉的热效率平均为65%。使用木煤后,锅炉效率平均提高15%,提高至80%左右。

  木煤是一种清洁高效的可再生能源,具有明显的节能减排效果,年产2.0×105t木煤可替代2.0×105t二类烟煤。与燃烧2.0×105t二类烟煤相比,燃烧木屑木煤或麦秸木煤的减排效果为:a.可减少二氧化硫排放6048t和5632t,减排率为97.4%和90.7%;

  b.可减少二氧化碳减排放295168t,减排率为86.5%;c.可减少粉尘排放1276t和1196t,减排率为98.3%和92.0%;d.可减少炉渣排放59284t和42964t,减排率为93.1%和67.5%;e.燃烧木煤所产生的炉灰是良好的肥料。

  3年产2.0×105t木煤生产线为木煤课题组创建的目前国内首条生产规模为年产2.0×105

  该生产线中采用了课题组大量自主研发的技术装备,如目前国内产能、规格最大的环模制粒机(环模直径为800mm、产能为5t/h)、三转子粉碎机(产能20t/h),细碎料钻石辊筛、比重气力除砂分选装置等设备(申报5项发明专利、获得授权10项实用新型专利)。

  被粉碎后的生物质原料结构疏松、密度较小,当受到一定的外部压力后,原料颗粒先后经过位置重新排列、颗粒机械变形和塑性流变等阶段。由于非弹性或粘弹性的纤维分子之间的相互缠绕和绞和,在去除外部压力后,一般不能再恢复原来的结构形状。此外原料中所含的腐殖质、树脂、蜡质等是固有的天然粘结剂,在成型过程中发挥有效的粘结作用。块状成型燃料常采用常温成型方式。

  木煤(颗粒燃料)生产工序主要有原料切断、干燥、除尘去铁、筛选、再碎、去铁、搅拌、高温压缩制粒、冷却、筛选、包装、储存、运输,具体工艺流程见图2。

  木煤用削片机,需要将枝桠材切削成尽量小的尺寸,为此需对人造板用削片机的机构进行改造,并适当增加切削刀片数量,刀片伸出量、筛网网眼尺寸都进行了改进。改进后的木煤用削片机,整体能耗比同一型号的人造板用削片机电耗降低了35%左右。6.2钻石辊筛

  在一般的木煤生产线上,对原料的筛选使用振动筛或分级筛。但是振动筛有一个致命的弱点,当使用振动筛筛选湿物料时,很容易堵塞筛网孔眼并使其后的产量降低。分级筛也存在一个弱点,它只能在厚度方向上对物料进行筛选。为了弥补振动筛和分级筛的不足,研究设计了一种钻石辊筛,它共有三个筛分区,四个筛分值。

  一级筛分区用于去除原料中的灰分、尘土,辊轴采用钻石辊轴,即为辊轴的表面带有凸起的菱形花纹,规格较细,辊面的间隙也较细;二级筛分区用来筛分锯屑,在辊轴的主体部分车出凹槽,阶梯状凹槽的深度和宽度由所需筛分物料的规格决定,一根轴的环状凹槽和相邻轴的环状突峰对接,形成矩形状的排料口;三级筛分区用来筛分木片,辊轴为矩形花键轴,轴上套有标准链轮,链轮上有丝孔,用内六角螺栓将链轮固定在花键轴的凹槽中,相邻轴上的链轮隔出一个个类似矩形的排料口,在矩形尺寸范围内的木片落下,不在此范围内超大木片将在最后一根轴的边缘落下。该技术已获得两项专利(ZL5.5和ZL3.7)。

  城市废弃木质材料增多,各种材料形态各异,不适合直接使用削片机削片,把这些形态各异的原料切碎成木煤生产需要的尺寸,是必须解决的问题。为此,本设备中设计了一种新型切削刀辊,采用组合刀具结构,可转位组合刀具的一侧刃口磨损后,调节紧固螺栓,网上真人ag是正规的吗旋转至另一面刀刃即可,安装方便,可多次重复使用,刀体螺旋对称排列,切削时振动小、切削力大、能耗低。设计的一种切碎机新型刀辊已获授权专利(ZL9.1)

  锤刨机作为木煤生产中的重要设备,直接影响木煤生产的产量、质量、成本和能耗。设计出的高性能的三转子锤刨机相对于二转子锤刨机,在生产带皮物料的加工中,具有切断作用,不易堵塞网眼,产量比较稳定。在产能相同的前提下,相对于单转子锤刨机,可节约能耗40%。三转子锤刨机获得了三项发明专利(ZL4.0、ZL6、L9.1)。

  开发出环模直径为800mm,单机产能为5t/h的制粒成型机。本制粒机中设置了调质喷水装置和助剂添加装置,可适当改善生物质颗粒的制粒工艺。与现有的“流入式”加水方式相比,喷水装置将水加到一定的压力后雾化喷入调质器内,网上真人ag是正规的吗增大了水分与物料的接触面积,使物料的含水率更加均匀一致;采用助剂添加装置向喂料螺旋中添加有助于成型的添加剂,能够有效降低成型压力,改善成型颗粒的品质,同时还在该机中设计了模辊间隙自动调节装置,改善了操作条件,提高了机床的整体工作精度。在制粒成型机的研制过程中已获授权专利四项(授权号分别为ZL3.6、ZL8.7、ZL5.5和ZL7.2)。进入实质审查的发明专利三项(申请号分别为4.4、0.7和8.3)。

  课题组还开发了成型压块机等设备,并在国内推广了7条3000t~6000t/年的小型压块生产线结语

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