Ван Мейми 1, Ван Юмей 2, Хань Вэньцин2
(1. Школа машиностроения, Технологический институт Аньяна, 2. Anyang Jimke Energy Machinery Co., Ltd., Аньян, Хэнань 455000)
Аннотация: В качестве важной формы энергии биомассы частицы биомассы имеют важное значение для изучения влияющих факторов в процессе формования. В этой статье в основном анализируются факторы, влияющие на твердофазное образование частиц биомассы из трех аспектов сырья, процесса и оборудования. Влияние различных факторов на влияние таких показателей, как коэффициент качества частиц (PQF) и индекс долговечности частиц (PDI), взаимосвязано между собой. Среди них параметр типа отверстия оборудования является ключевым фактором в анализе и исследованиях, и это исследование и разработка оборудования для формования частиц. Предварительные базовые исследования.
С быстрым развитием мира сегодня производство и жизнь все больше зависят от энергии, а энергия стала основным материалом, который ограничивает экономическое развитие страны. В качестве источника первичной энергии нефтехимическая энергия не может быть восстановлена из-за ограниченных запасов, Это высоко ценится. Энергия биомассы, как возобновляемый ресурс, занимает важное место в альтернативных источниках нефтехимической энергии. [1]Развитие энергии биомассы может не только дополнить дефицит нефтехимической энергии, но и принести значительные экологические выгоды. Конверсия сыпучего сырья из биомассы в твердые виды топлива путем образования частиц является высокоэффективной, простой и практичной формой использования энергии биомассы. Он обладает богатыми ресурсами биомассы и предоставляет широкий спектр гарантий сырья для использования физических технологий генерации энергии. Хотя исследования и разработки Китая в этой области технологий начались с опозданием, но с растущим спросом на рынок и окружающую среду, формирующий фактор материальных топливных гранул аспирантов. , Содействовать развитию технологии застывания биомассы в Китае и ее оборудования, чтобы играть большую роль в продвижении шкалы.
Процесс формирования гранул биомассы фактически является процессом, в котором некоторые из материалов в биомассе взаимосвязаны друг с другом и сопровождаются физическим процессом размягчения и склеивания органических материалов. Этот процесс в основном основан на физических изменениях, химических изменениях и использовании сырья. Размер частиц сырья, влажность сырья, температура формования, толщина слоя материала, скорость экструзии, давление экструзии и параметры формовочного отверстия и многие другие аспекты[2-3].
1 сырьевые факторы
1.1 Состав сырья
Поскольку сырье обычно состоит из нескольких различных компонентов, влияние различных компонентов на затвердевание частиц различно. Некоторые компоненты, такие как белки в биомассе, лигнине и т. Д., Размягчаются при определенном давлении или температуре и подвергаются пластической деформации с образованием Органическое вещество, обладающее свойством цементирования, некоторые компоненты, такие как целлюлоза в древесной стружке, неорганические частицы в биологических отходах и т. Д., Нелегко разлагаются или крекируются и препятствуют формованию частиц в процессе образования частиц, как диспергатор, и сырье для биомассы велико. Некоторые из веществ нелегко разлагаются или размягчаются. Состав сырья является основным фактором, влияющим на индекс долговечности частиц (далее именуемый PDI). Влияние состава сырья на PDI составляет около 40% от различных влияющих факторов. [4]Степень вклада различных компонентов в сырье для всего PDI различна. В зависимости от разных скоростей внесения различных веществ в PDI, некоторые обычно используемые исходные материалы дают разные коэффициенты качества частиц (в дальнейшем именуемые PQF).[5].
Чем больше исходное сырье PQF, тем плотнее получаются окатыши, тем выше PDI и наоборот. Бентонит, лигнин и т. Д. С более высоким PQF обычно можно использовать в качестве связующих, таких как кислотное масло и т. Д., Его PQF Значение составляет -40, что обусловлено большим количеством жиров и масел в качестве сырьевых компонентов, что приводит к взаимной генерации масляной пленки между частицами. Наличие масляной пленки приводит к диспергированию и выделению частиц, так что полученные частицы не могут эффективно сочетаться, ослаблять частицы Чем ниже PDI, тем лучше качество частиц, когда массовый коэффициент частиц ингредиентов в сырье составляет более 4,7, см. Уравнение (1):
1.2 зернистость сырья
Чем мельче размер частиц, тем больше площадь поверхности частиц, тем легче частицы связываться друг с другом, а тем легче поглощать тепло и влагу во время смешивания и отпуска, а тем лучше размягчение и желатинизацию биомассы, чем плотнее и плавнее образуются частицы. Растрескивание и мелкие фракции с меньшей вероятностью происходят. Однако чем мельче размер частиц, тем выше потребление энергии в процессе дробления, и поэтому не так много, чтобы преследовать меньший размер частиц. [6]Также очень важна однородность размера частиц сырья. Сырьё после измельчения не может иметь слишком большие частицы. Слишком большие частицы нелегко сочетать с другими сырьевыми материалами, что влияет на равномерность смешивания и отпуска. После грануляции поверхность частиц подвержена неровностям. Феномен и легко производить радиационные трещины вокруг крупных частиц, в результате чего частицы легко повреждаются. С точки зрения гранулирования, чем мельче размер частиц материала, высокая степень грануляции, но не должны регулировать влажность, легко склеиваться, а сырье слишком мелкое , Слишком высокое потребление энергии дробления, размер частиц слишком толстый, отверстие трудно вводить, увеличивать износ отверстия в матрице и нажимного ролика, затруднение формирования гранулята, особенно мелкоапертурная форма, сложнее сформировать, а эффект размягчения материала и желатинизации плохой, что приводит к Высокий расход материала, низкий выход и высокое содержание порошка в получаемых частицах. Поэтому размер частиц исходных материалов составляет, как правило, 1/2 ~ 2/3 от диаметра частиц или решетчатой пластины, используемой для диаметра половины частиц в контроле дробления. Максимальный размер не должен быть> 10 мм.
Таким образом, можно избежать чрезмерного потребления энергии измельчения и обеспечить требуемый размер частиц для увлажнения, смешивания и кондиционирования, что является преимуществом для уменьшения содержания порошка в частицах. Кроме того, следует подчеркнуть однородность смешивания перед гранулированием, чтобы коэффициент изменения равномерности смешивания мог достигать 5%. О, заложит хорошую основу для процесса обратного гранулирования.
1.3 влажность сырья
В сырье для биомассы объединенная вода и свободная вода действуют как смазка для уменьшения внутреннего трения между частицами, повышают текучесть, тем самым способствуя связыванию между частицами и повышая пластичность, обусловленную гидролизом и поглощением воды и размягчением биомассы. Изменение адгезии, соответствующая влажность может способствовать образованию частиц, как правило, разные исходные материалы, применимые к влаге, не совпадают, на них должны влиять температурные компоненты, большая часть влажности материала составляет от 8% до 15%, но есть отдельные материалы, влажность Требования относительно высоки, такие как тиковая древесная щепа даже до 50% и т. Д. Необычные исходные материалы лучше всего проверять на предмет влияния частиц. Для сырья с повышенной влажностью они должны обрабатываться для уменьшения влажности перед гранулированием. Обычно используется процесс сушки. Сделка с[7-8].
2 технологических фактора
2.1 температура формования
Процесс формирования биомассы является главным образом процессом размягчения, пластификации и связывания некоторых органических компонентов при определенных температурах и давлении, поэтому температура формования является важным фактором влияния для образования частиц биомассы «9». В общем, биомасса Температура, при которой органический компонент начинает размягчаться, составляет от 70 ° C до 80 ° C, а пластичность изменяется примерно при 160 ° C, но некоторые органические компоненты начинают сжижаться при 240 ° C. Поэтому, когда температура формования достигает 60 ° C, сырье начинает смягчаться и текучесть. С увеличением температуры сопротивление движению материала становится все меньше и меньше, а также уменьшается сопротивление формированию. В соответствии с определением разности давлений между нормальным формованием температуры и горячим формованием разность составляет почти в 2 раза. Однако это не значит, что чем выше температура, тем лучше. Высокое приведет к карбонизации биомассы, что не способствует формованию, а из-за неравномерной и неконтролируемой карбонизации это повлияет на качество частиц и теплотворную способность.
2.2 Толщина материала
Материал входит в зону сжимания, так что между прессовальным роликом и формой образуется зазор. Этот зазор представляет собой толщину слоя материала. Толщина слоя материала является стадией предварительной обработки до того, как материал входит в область сжатия. В это время материал в слое материала прессуется прижимным роликом. Существует пре-компрессионное усилие. Для пресс-форм с разными диаметрами диафрагмы меньшие зазоры обычно выбираются для меньших частиц, а большие зазоры используются для больших зазоров.
Толщина слоя материала не только связана с диаметром частиц готового продукта, но также влияет на энергопотребление процесса гранулирования. В тех же условиях толщина различных слоев материала приведет к изменению силы экструзии. Когда толщина слоя материала слишком мала, сила экструзии мала и входит в отверстие матрицы. Материал также низкий, производительность низкая, и даже материал, поступающий в отверстие для матрицы, слишком мал и не может быть сжат. Частицы не могут быть получены. Когда толщина слоя материала слишком велика, сила экструзии быстро возрастает, и материал слишком сильно входит в отверстие штампа, вызывая частицы На рисунке 1 показано влияние толщины слоя материала на экструзионное усилие, где B - толщина разумного материала, A - толщина слоя материала в избыточном состоянии, С - слишком тонкая толщина слоя материала. Сила экструзии материала представляет собой вертикальную составляющую силы контакта между прижимным роликом и материалом, то есть формулой (2):
Из фиг.1 ясно видно, что экструзионная сила F на толщине слоя А обусловлена зоной длинного сжатия, что приводит к значительному увеличению силы экструзии, в то время как сила сжатия в зоне С слишком мала, поэтому разумный материал Толщина является гарантией эффективного производства.
3 фактора оборудования
3.1 скорость экструзии
Скорость экструзии непосредственно влияет на время пребывания материала в отверстии штампа. Время пребывания материала в отверстии штампа оказывает большое влияние на качество формования. Когда материал сжимается в отверстии штампа на короткое время, расход энергии на единицу продукции потребляется. Он меньше, но он, как правило, вызывает недостаточное уплотнение полученных частиц, чем дольше материал остается в отверстии для матрицы, тем дольше время, которое требуется для сжатия, более плотная структура частиц и качество частиц будут улучшены, но относительная Потребление энергии единицы также возрастает: когда материал слишком долго остается в отверстии штампа, сжатие слишком плотное, что приводит к повышенным трениям и трудностям с движением, а возникающая обугление частиц из-за перегрева может даже привести к уплотнению отверстий штампа и остановке отверстий штампа. Скорость нажимного ролика, диаметр нажимного ролика и т. Д. Разумная скорость экструзии является гарантией непрерывной работы и более низкого энергопотребления.
3.2. Прочность экструзии
Прочность экструзии представляет собой физическую силу сжатия материала, которая является основным фактором компактности частиц «10». Только при более высокой прочности на раздавливание частичная биомасса в сырье будет размягчена и выше Фрикционное тепло, генерируемое под прочность на раздавливание, также способствует пластификации и адгезии некоторых компонентов в исходном материале, тем самым создавая синтетический тип частиц геля. Когда прочность на сжатие недостаточна, сырье не эффективно сжимается и частицы не могут быть отформованы; Чрезмерная прочность при сжатии усиливает износ формы, что не способствует контролю затрат.
3.3 параметры формовочных отверстий
Формирующий параметр отверстия является всеобъемлющим фактором, который ограничен многими факторами, такими как состав сырья, зернистость сырья, скорость экструзии, сила экструзии и т. Д., Которые, в свою очередь, влияют на эти факторы и всесторонне влияют на процесс образования частиц. Коэффициент сжатия, большая степень сжатия увеличивает прочность экструзии, уменьшает скорость экструзии и оказывает положительное влияние на материалы с более низкими коэффициентами качества древесных гранул, тип входа в форме отверстия влияет на количество материала, поступающего в отверстие И скорость, и влияние на толщину слоя материала меняется.
После предыдущих экспериментальных исследований накопленный определенный объем данных на данных поры частиц частиц, образующих частицы биомассы, был накоплен на основе экспериментов, которые заложили основу для совершенствования теории формования. В настоящее время литейные диски для изготовления частиц основаны на разных сырьевых материалах. Соотношение, обычно в соответствии с требуемой формирующей апертурой φ, выбирает подходящий коэффициент для определения толщины диска H, конус D, глубину конуса h.
Для разных исходных материалов параметры формообразования формовочных отверстий грануляционного оборудования регулируются для получения частиц с превосходным грануляционным эффектом формирования и низким потреблением энергии единицы продукции, что способствует увеличению производственных прибылей.
4 Заключение
В этой статье анализируются основные факторы, влияющие на формование частиц. Влияние этих факторов на образование частиц многообразно. Состав сырья и содержание влаги непосредственно определяют эффект формования гранулированием. Для сырья с высокой влажностью необходимо проводить обработку для снижения влажности. Невозможно сформировать гранулят, процесс гранулирования является относительно строгим процессом контроля, температура, толщина слоя не могут превышать требуемый диапазон или иначе не могут быть нормальными, а факторы оборудования - комплексный комплексный фактор, при котором можно выбирать параметры формы отверстия Улучшите эффект корректировки других факторов. Хорошие параметры формирования отверстий имеют широкий спектр применений для сырья, а энергопотребление устройства в процессе производства также низкое, а качество отливки частиц хорошее. Благодаря оптимизации и улучшению формовочного оборудования и параметров отверстий он может эффективно Улучшение качества и урожайности частиц, а также содействие применению и продвижению частиц биомассы.
ссылки
«1» Ван Юшэн, Фу Цзяньсян. Исследование прикладной технологии энергии биомассы «J». Журнал «Сельскохозяйственный университет Циндао: издание по естественным наукам», 2015 (3): 215-221.
«2» Чжан Байлян. Технология и технология использования биомассы «М». Пекин: Science Press, 2012: 131-140.
«3'Kaliyan N, Moreyrv. Факторы, влияющие на прочность и долговечность уплотненных продуктов биомассы» J. Biomass and Bioenergy, 2009, 33 (3): 337-359.
«4» Li Yancong, Wan Zhisheng, Shan Huiyong и др. Анализ факторов, влияющих на качество подачи гранул и эффективность гранулирования «J». Аньхойские сельскохозяйственные науки, 2011 (10): 5929-5930.
'5'Boerner B.J. Проблемы с качеством окатышей'J..Feed Management, 1992 (43): 10-18.
«6» Ли Лингфан. Факторы, влияющие на индекс долговечности корма для пеллет и его контроль «J». Кормовая промышленность, 2008 (1): 3-5.
«7» Чжан Лян, Сюй Яньфэн, Ян Зайбин и др. Влияние кормовых ингредиентов на качество гранул пеллетных кормов «J». Корм и скот, 2013 (1): 13-17.
'8'Samuelsson R, Larsson S H, Thyrel M и др. Содержание влаги и время хранения влияют на механизмы связывания в древесных гранулах из биотоплива J'. Applied Energy, 2012 (99): 109-115.
«9» Чжан Деженг, Чжан Ся, Ян Фей и др. Исследование характеристик формования бактерий, древесных чипсов и табачных стеблей. Журнал ЖЖ, 2017 (10): 241-245.
«10» Хуан Янь, Дю Пэндун, Чжан Миньюань и др. Прогресс в изучении влияющих факторов формования топливом частиц биомассы «J». Biomass Chemical Engineering, 2015 (5): 53-58.
