Aufgrund der geringeren Schadstoffe wie Asche, Stickstoff und Schwefel in der Biomasse im Vergleich zu mineralischer Energie weist sie die Eigenschaften großer Reserven, guter Kohlenstoffaktivität, leichter Zündung und hoher flüchtiger Bestandteile auf.Daher ist Biomasse ein sehr idealer Energiebrennstoff und eignet sich sehr gut für die Umwandlung und Nutzung durch Verbrennung.Die nach der Biomasseverbrennung verbleibende Asche ist reich an Nährstoffen, die die Pflanzen benötigen, wie Phosphor, Kalzium, Kalium und Magnesium, sodass sie als Dünger für die Rückführung auf das Feld verwendet werden kann.Angesichts der enormen Ressourcenreserven und einzigartigen erneuerbaren Vorteile der Biomasseenergie wird sie derzeit von Ländern auf der ganzen Welt als wichtige Wahl für die nationale Entwicklung neuer Energien angesehen.Die Nationale Entwicklungs- und Reformkommission Chinas hat im „Umsetzungsplan für die umfassende Nutzung von Erntestroh während des 12. Fünfjahresplans“ klar dargelegt, dass die Gesamtnutzungsrate von Stroh bis 2013 75 % erreichen wird und bis 2013 eine Überschreitung von 80 % anstrebt 2015.
Die Umwandlung von Biomasseenergie in hochwertige, saubere und praktische Energie ist zu einem dringend zu lösenden Problem geworden.Die Biomasse-Verdichtungstechnologie ist eine der effektivsten Möglichkeiten, die Effizienz der Energieverbrennung von Biomasse zu verbessern und den Transport zu erleichtern.Derzeit gibt es auf dem in- und ausländischen Markt vier gängige Arten dichter Formungsgeräte: Spiralextrusions-Partikelmaschine, Kolbenstanz-Partikelmaschine, Flachform-Partikelmaschine und Ringform-Partikelmaschine.Unter diesen ist die Ringform-Pelletmaschine aufgrund ihrer Eigenschaften weit verbreitet, z. B. keine Notwendigkeit einer Erwärmung während des Betriebs, große Anforderungen an den Feuchtigkeitsgehalt des Rohmaterials (10 % bis 30 %), große Einzelmaschinenleistung, hohe Kompressionsdichte und gute Eigenschaften formende Wirkung.Allerdings haben diese Arten von Pelletmaschinen im Allgemeinen Nachteile wie leichten Formverschleiß, kurze Lebensdauer, hohe Wartungskosten und umständlichen Austausch.Als Reaktion auf die oben genannten Mängel der Ringform-Pelletmaschine hat der Autor ein völlig neues Verbesserungsdesign für die Struktur der Formform entwickelt und eine Set-Formform mit langer Lebensdauer, geringen Wartungskosten und bequemer Wartung entwickelt.In der Zwischenzeit wurde in diesem Artikel eine mechanische Analyse der Form während ihres Arbeitsprozesses durchgeführt.
1. Verbesserung des Designs der Formstruktur für den Ringformgranulator
1.1 Einführung in den Extrusionsformprozess:Die Ringdüsen-Pelletmaschine kann in zwei Typen unterteilt werden: vertikal und horizontal, abhängig von der Position der Ringdüse;Je nach Bewegungsform kann man sie in zwei unterschiedliche Bewegungsformen unterteilen: die aktive Presswalze mit feststehender Ringform und die aktive Presswalze mit angetriebener Ringform.Dieses verbesserte Design zielt hauptsächlich auf die Ringform-Partikelmaschine mit einer aktiven Druckwalze und einer festen Ringform als Bewegungsform ab.Es besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen: einem Fördermechanismus und einem Ringformpartikelmechanismus.Die Ringform und die Andruckrolle sind die beiden Kernkomponenten der Ringform-Pelletmaschine, wobei viele Formlöcher rund um die Ringform verteilt sind und die Andruckrolle im Inneren der Ringform installiert ist.Die Andruckrolle ist mit der Übertragungsspindel verbunden und die Ringform ist auf einer festen Halterung montiert.Wenn sich die Spindel dreht, treibt sie die Andruckrolle in Drehung.Funktionsprinzip: Zunächst transportiert der Fördermechanismus das zerkleinerte Biomassematerial in eine bestimmte Partikelgröße (3-5 mm) in die Kompressionskammer.Dann treibt der Motor die Hauptwelle an, um die Druckrolle in Drehung zu versetzen, und die Druckrolle bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit, um das Material gleichmäßig zwischen der Druckrolle und der Ringform zu verteilen, wodurch die Ringform komprimiert wird und mit dem Material reibt , die Andruckrolle mit dem Material und das Material mit dem Material.Beim Quetschvorgang durch Reibung verbinden sich Zellulose und Hemizellulose im Material miteinander.Gleichzeitig erweicht die durch die Quetschreibung erzeugte Wärme Lignin zu einem natürlichen Bindemittel, wodurch Zellulose, Hemizellulose und andere Bestandteile fester miteinander verbunden werden.Mit dem kontinuierlichen Einfüllen von Biomassematerialien nimmt die Materialmenge, die in den sich bildenden Formlöchern Druck und Reibung ausgesetzt ist, immer weiter zu.Gleichzeitig nimmt die Quetschkraft zwischen der Biomasse weiter zu und diese verdichtet sich kontinuierlich und bildet sich im Formloch.Wenn der Extrusionsdruck größer als die Reibungskraft ist, wird die Biomasse kontinuierlich aus den Formlöchern rund um die Ringform extrudiert und bildet Biomasse-Formbrennstoff mit einer Formdichte von etwa 1 g/cm3.
1.2 Verschleiß der Formwerkzeuge:Die Einzelmaschinenleistung der Pelletmaschine ist groß, mit einem relativ hohen Automatisierungsgrad und einer starken Anpassungsfähigkeit an die Rohstoffe.Es kann in großem Umfang für die Verarbeitung verschiedener Biomasse-Rohstoffe eingesetzt werden, eignet sich für die großtechnische Produktion von Biomasse-Dichtungsbrennstoffen und erfüllt die Entwicklungsanforderungen der Industrialisierung von Biomasse-Dichtungsbrennstoffen in der Zukunft.Daher ist die Ringform-Pelletmaschine weit verbreitet.Aufgrund des möglichen Vorhandenseins geringer Mengen Sand und anderer Nicht-Biomasse-Verunreinigungen im verarbeiteten Biomassematerial ist es sehr wahrscheinlich, dass es zu erheblichem Verschleiß an der Ringform der Pelletmaschine kommt.Die Lebensdauer der Ringform wird anhand der Produktionskapazität berechnet.Derzeit beträgt die Lebensdauer der Ringform in China nur 100-1000t.
Das Versagen der Ringform tritt hauptsächlich bei den folgenden vier Phänomenen auf: ① Nachdem die Ringform eine Zeit lang gearbeitet hat, verschleißt die Innenwand des Formlochs und die Öffnung vergrößert sich, was zu einer erheblichen Verformung des erzeugten geformten Kraftstoffs führt;② Die Zuführschräge des Formlochs der Ringform ist abgenutzt, was zu einer Verringerung der Menge an Biomassematerial führt, die in das Loch gedrückt wird, zu einem Rückgang des Extrusionsdrucks und zu einer leichten Verstopfung des Formlochs, was dazu führt das Versagen der Ringform (Abbildung 2);③ Nachdem die Innenwandmaterialien und die Entladungsmenge stark reduziert wurden (Abbildung 3);
④ Nach dem Verschleiß des Innenlochs der Ringform wird die Wandstärke zwischen benachbarten Formstücken L dünner, was zu einer Verringerung der strukturellen Festigkeit der Ringform führt.Im gefährlichsten Abschnitt kann es leicht zu Rissen kommen, und wenn sich die Risse weiter ausdehnen, kommt es zum Phänomen des Bruchs der Ringform.Der Hauptgrund für den leichten Verschleiß und die kurze Lebensdauer der Ringform ist die unangemessene Struktur der Formringform (die Ringform ist in die Löcher der Formform integriert).Die integrierte Struktur der beiden ist anfällig für solche Ergebnisse: Manchmal, wenn nur wenige Formlöcher der Ringform abgenutzt sind und nicht mehr funktionieren, muss die gesamte Ringform ausgetauscht werden, was nicht nur Unannehmlichkeiten bei der Austauscharbeit mit sich bringt, sondern verursacht auch große wirtschaftliche Verschwendung und erhöht die Wartungskosten.
1.3 Strukturverbesserungsdesign der FormformUm die Lebensdauer der Ringform der Pelletmaschine zu verlängern, den Verschleiß zu verringern, den Austausch zu erleichtern und die Wartungskosten zu senken, ist es notwendig, ein völlig neues Verbesserungsdesign für die Struktur der Ringform durchzuführen.Bei der Konstruktion wurde die eingebettete Form verwendet, und die verbesserte Kompressionskammerstruktur ist in Abbildung 4 dargestellt. Abbildung 5 zeigt die Querschnittsansicht der verbesserten Form.
Dieses verbesserte Design zielt hauptsächlich auf die Ringform-Partikelmaschine mit einer Bewegungsform aus aktiver Druckwalze und fester Ringform ab.Die untere Ringform ist am Gehäuse befestigt und die beiden Druckrollen sind über eine Verbindungsplatte mit der Hauptwelle verbunden.Die Formform wird in die untere Ringform eingebettet (mit Presspassung), und die obere Ringform wird durch Schrauben an der unteren Ringform befestigt und auf die Formform geklemmt.Um gleichzeitig zu verhindern, dass die Form nach dem Überrollen der Druckrolle und der radialen Bewegung entlang der Ringform aufgrund von Kraft zurückprallt, werden Senkschrauben verwendet, um die Form an der oberen bzw. unteren Ringform zu befestigen.Um den Widerstand des Materials beim Eindringen in das Loch zu verringern und das Eindringen in das Formloch zu erleichtern.Der konische Winkel des Zuführlochs der entworfenen Form beträgt 60° bis 120°.
Das verbesserte strukturelle Design der Formform zeichnet sich durch mehrere Zyklen und eine lange Lebensdauer aus.Wenn die Partikelmaschine eine Zeit lang arbeitet, führt der Reibungsverlust dazu, dass die Öffnung der Formform größer wird und passiviert.Wenn die abgenutzte Form entfernt und erweitert wird, kann sie für die Herstellung anderer Spezifikationen für Formpartikel verwendet werden.Dadurch kann die Wiederverwendung von Formen erreicht und Wartungs- und Austauschkosten eingespart werden.
Um die Lebensdauer des Granulators zu verlängern und die Produktionskosten zu senken, besteht die Druckwalze aus kohlenstoffreichem Manganstahl mit guter Verschleißfestigkeit, z. B. 65 Mn.Die Form sollte aus legiertem, aufgekohltem Stahl oder einer kohlenstoffarmen Nickel-Chrom-Legierung bestehen, die beispielsweise Cr, Mn, Ti usw. enthält. Aufgrund der Verbesserung der Kompressionskammer wird die Reibungskraft verringert, die die oberen und unteren Ringformen während des Verfahrens erfahren Der Vorgang ist im Vergleich zur Formform relativ klein.Daher kann als Material für die Kompressionskammer gewöhnlicher Kohlenstoffstahl, beispielsweise 45er-Stahl, verwendet werden.Im Vergleich zu herkömmlichen integrierten Formringformen kann der Einsatz von teurem legiertem Stahl reduziert und dadurch die Produktionskosten gesenkt werden.
2. Mechanische Analyse der Formform der Ringform-Pelletmaschine während des Arbeitsprozesses der Formform.
Während des Formprozesses wird das Lignin im Material aufgrund der in der Form erzeugten Hochdruck- und Hochtemperaturumgebung vollständig erweicht.Wenn der Extrusionsdruck nicht ansteigt, erfährt das Material eine Plastifizierung.Da das Material nach der Plastifizierung gut fließt, kann die Länge auf d eingestellt werden.Die Form wird als Druckbehälter betrachtet und die Belastung der Form wird vereinfacht.
Aus der obigen mechanischen Berechnungsanalyse kann geschlossen werden, dass es zur Ermittlung des Drucks an einem beliebigen Punkt innerhalb der Form erforderlich ist, die Umfangsdehnung an diesem Punkt innerhalb der Form zu bestimmen.Anschließend können die Reibungskraft und der Druck an dieser Stelle berechnet werden.
3. Fazit
In diesem Artikel wird ein neues strukturelles Verbesserungsdesign für die Formform des Ringformgranulierers vorgeschlagen.Der Einsatz von eingebetteten Formwerkzeugen kann den Formverschleiß effektiv reduzieren, die Lebensdauer der Form verlängern, den Austausch und die Wartung erleichtern und die Produktionskosten senken.Gleichzeitig wurde die Form während des Arbeitsprozesses einer mechanischen Analyse unterzogen, die eine theoretische Grundlage für weitere zukünftige Forschungen lieferte.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 22. Februar 2024