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生物質(zhì)燃料成型機(jī)械開題報(bào)告
一．課題研究的意義
生物質(zhì)能是一種能量巨大而且可再生的能源，在地球上每年綠色生物能量的增加量為1170億噸。全球有近25億人口用生物質(zhì)作為燃料用于煮飯，取暖和照明等，但目前絕大數(shù)國家和地區(qū)在使用生物質(zhì)燃料過程中都存在熱能利用過低，耗費(fèi)量大的問題。
從能源發(fā)展的長遠(yuǎn)角度來看尋求一條可持續(xù)發(fā)展的能源道路，對(duì)促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)都有重大意義， 用壓縮成型技術(shù),一方面解決環(huán)境保護(hù)問題,另一方面又能生產(chǎn)代用燃料,近年來越來越受到人們的廣泛重視。該技術(shù)以連續(xù)的工藝和工廠化的生產(chǎn)方式將低品位的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位的易儲(chǔ)存、易運(yùn)輸、能量密度高的生物質(zhì)棒 塊 燃料和碳化棒塊 狀燃料,可以使成型燃料的燃燒性能得到 明顯改善,熱利用效率顯著提高,因此成為減少二氧化碳排放、支持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的有效措施。。
作物的重要副產(chǎn)品,我國目前年產(chǎn)秸稈量約在 7 億噸左右,如果能夠充分加工利用,可直接或間接大幅增加農(nóng)民收入。每年秸稈約有 30%用作生活燃料,25%用作飼料,3%用于副業(yè)生產(chǎn),6%直接還田,還有 36％的秸稈未得到任何利用。這些秸稈或堆放在農(nóng)民的房前屋后、地頭路邊,造成環(huán)境污染和火災(zāi)隱患;或被農(nóng)民在田間一燒了之,造成大氣污染,對(duì)人身體造成極大危害,嚴(yán)重影響鐵路、公路、民航等正常的交通運(yùn)輸,給國民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失。天津市年產(chǎn)秸稈超過 300 萬噸,除少部分秸稈用于還田、青貯飼料、秸稈氣化、造紙等以外,其余仍被丟棄于田間或者焚燒,不僅造成了資源浪費(fèi),而且還帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。秸稈固化燃料機(jī)械化技術(shù)是根據(jù)農(nóng)作物秸稈的結(jié)構(gòu)特性,將粉碎的農(nóng)作物秸稈與其他輔料按照一定的比例混合,應(yīng)用壓縮成型原理,壓縮成體積小、密度大、熱值高的燃料。經(jīng)檢測,固化后的秸稈燃料的熱值要比直接燃燒秸稈高 20%,而且生產(chǎn)成本比燃煤低,因此可作為煤炭、石油等常規(guī)能源的替代品。
二．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
1國外現(xiàn)狀
早在上世紀(jì)70年代,美國就開始研究壓縮成型燃料技術(shù),并研制了螺旋式成型機(jī),在溫度80—350℃和壓力100MPa,能把木屑和刨花壓縮成固體成型燃料。它的密度是1-1.2g/m3,含水率為10%-12%。日本于 年代從國外引進(jìn)技術(shù)后進(jìn)行了改進(jìn),并發(fā)展成了日本壓縮成型燃料的工業(yè)體系。70年代后期,西歐許多國家如比利時(shí)、法 國、德國等也開始重視壓縮成型燃料技術(shù)的研究。法 國開始時(shí)用秸稈的壓縮粒作為奶牛飼料,近年來也開始研究壓縮塊燃料。德國研制的KAHI系列壓粒機(jī)和壓塊機(jī)。亞洲除 日本外,泰國、印度、菲律賓等國從 年代開始也都先后研制成 了加粘結(jié)劑的生物質(zhì)壓縮成型機(jī)。生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備按規(guī)?？煞譃椋盒⌒蜖t大型鍋爐和熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐；按用途與燃料品種可分為：木材爐、壁爐、顆粒燃料爐、薪柴鍋爐、木片鍋爐、顆粒燃料鍋爐、秸稈鍋爐、其它燃料鍋爐；按燃燒形式可分為：片燒爐、捆燒爐、顆粒層燃爐等。這些國家生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備具有加工工藝合理、專業(yè)化程度高、操作自動(dòng)化程度高、熱效率高、排煙污染小等優(yōu)點(diǎn)。但相對(duì)于我國存在著價(jià)格高、使用燃料品種單一、易結(jié)渣、電耗高等缺點(diǎn)，不適合于引進(jìn)我國。東南亞一些國家生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備大多數(shù)為碳化爐與焦炭燃燒爐，直接燃用生物質(zhì)成型燃料的設(shè)備較少，同時(shí)這些燃燒設(shè)備存在著加工工藝差、專業(yè)化程度低、熱效率低、排煙污染嚴(yán)重、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)；燃燒設(shè)備還未定型，還需進(jìn)一步的研究、試驗(yàn)與開發(fā)，這些國家生物質(zhì)成型燃料鍋爐也不適合于引進(jìn)我國。
隨著全球性大氣污染的進(jìn)一步加劇，減少二氧化碳等有害氣體凈排放量已成為世界各國解決
能源與環(huán)境問題的焦點(diǎn)。由于生物質(zhì)成型燃料燃燒CO2的凈排放量基本為0’NOX，排放量僅為燃煤的1/5，SO2的排放量僅為燃煤的1/10，因此生物質(zhì)成型燃料直接燃用是世界范圍內(nèi)進(jìn)行生物質(zhì)高效、潔凈化利用的一個(gè)有效途徑。
我國從80年代起開始致力于生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究。南京林化所在“七五”期間設(shè)立了對(duì)生物質(zhì)壓縮成型機(jī)及生物質(zhì)成型理論研究課題 湖南省衡陽市糧食機(jī)械廠于1985年研制了第一臺(tái)ZT-63型生物質(zhì)壓縮成型機(jī),江蘇省連云港東海糧食機(jī)械廠于1986年引進(jìn) 了一臺(tái)
OBM-88棒狀燃料成型機(jī)1990年前后,陜西武功輕工機(jī)械廠,河南鞏 義包裝設(shè)備廠等單位先后研制和生產(chǎn)了幾種不同規(guī)格的生物質(zhì)成型機(jī)和碳化機(jī)組.1994年湖南農(nóng)大,中國農(nóng)機(jī)能源動(dòng)力所分別研究出PB-1型、CYJ-35型機(jī)械沖壓式成型機(jī) 1997年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)又研制出HPB-1型液壓驅(qū)動(dòng)活塞式成型機(jī) 2002年中南林學(xué)院也研制了相應(yīng)設(shè)備。目前我國成型機(jī)生產(chǎn)和應(yīng)用已形成了一定的的規(guī)模,熱點(diǎn)主要集中在螺旋擠壓成型機(jī)上,但存在著一些諸如成型筒及螺旋軸磨損嚴(yán)重、壽命較短、電耗大、成型工藝過于簡單等缺點(diǎn)。因此必須從技術(shù)上進(jìn)一步加大研究力度、攻克難題,以利生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。盡管生物質(zhì)成型設(shè)備還存在著一定的問題，但生物質(zhì)成型燃料有許多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：(1)便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸；"使用方便、衛(wèi)生；燃燒效率高；(2)清潔能源，有利于環(huán)保。因此，生物質(zhì)成型燃料在我國一些地區(qū)已進(jìn)行批量生產(chǎn)，并形成研究、生產(chǎn)、開發(fā)的良好勢頭。在我國未來的能源消耗中，生物質(zhì)成型燃料將占有越來越大的份額。
三．任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可行性分析
開發(fā)生物質(zhì)是將“木材加工廢料、樹木殘枝、灌木、柴草、糧食經(jīng)濟(jì)作物的莖葉”進(jìn)一步加工成為（利用生物質(zhì)成型機(jī)）便于運(yùn)輸?shù)钠渌I(yè)的原料：統(tǒng)稱可再加工分類成型的“生物質(zhì)燃料棒”或“秸稈壓塊”。 過將秸稈〖包括糧食經(jīng)濟(jì)作物的莖葉、木材加工廢料、樹木殘枝、灌木、柴草〗粉碎，送入“成型器”中，在外力作用下，壓縮成需要的形狀，便于儲(chǔ)存運(yùn)輸，供“家庭”氣化爐、氣化站、取暖爐、鍋爐發(fā)電作燃料使用，同時(shí)還能夠用于生產(chǎn)制造肥料、飼料、纖維密度板、隔墻板、植物地膜、餐飲具、包裝材料、育苗缽、灑精、淀粉、栽培食用菌等。壓縮的密度根據(jù)用途、設(shè)備造價(jià)等情況進(jìn)行綜合選擇。
燃料壓塊的標(biāo)準(zhǔn)為（厘米）：φ1X10、φ2X10、φ1X20、φ2X20、φ5X20、φ5X40、φ5X80、5X15X21
通過對(duì)秸稈壓塊成型的主要技術(shù)、工藝設(shè)備、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的分析，確定了秸稈壓塊成型燃料在國內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)是可行的。秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)中的核心技術(shù)HPB-Ⅲ型液壓式生物質(zhì)成型機(jī)在工作原理的創(chuàng)新方面及配套技術(shù)和技術(shù)路線，顯示了秸稈壓塊成型燃料的生產(chǎn)在技術(shù)上是可行的；每套秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，不僅能節(jié)約大量的化石能源，又為2噸以下的燃煤鍋爐提供了燃料，有廣闊的應(yīng)用情景；秸稈燃料塊燃燒后煙氣中CO、CO2、SO2、NOx等成分的排放均低于目前燃煤鍋爐規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了國家的環(huán)保要求，生態(tài)環(huán)保效益明顯。因此秸稈壓塊成型燃料的生產(chǎn)的在國內(nèi)廣大農(nóng)村、城鎮(zhèn)實(shí)行產(chǎn)業(yè)化是可行的。
四．重點(diǎn)研究的問題及解決思路
4.1秸稈成型燃料成型機(jī)的性能穩(wěn)定及關(guān)鍵部件快速磨損問題
現(xiàn)在采用的螺桿式和壓輥式成型機(jī)都是依靠傳動(dòng)部件與秸稈之間的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)壓縮，壓縮過程中磨擦產(chǎn)生的熱將纖維、木質(zhì)素軟化的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生的擠壓力把秸稈推入成型模，從而完成成型。生物質(zhì)秸稈內(nèi)Si、Ca、Cr等元素含量較高，秸稈收集過程中還會(huì)帶入許多泥沙(SiO2)，這些物質(zhì)的存在會(huì)加劇加工機(jī)械的磨損。
對(duì)于螺桿式成型機(jī)，由于螺桿與物料始終處于高速摩擦狀態(tài)，導(dǎo)致壓縮區(qū)(高溫、高壓)螺紋的磨損非常嚴(yán)重。目前國內(nèi)外的工藝技術(shù)條件尚不能從根本上解決螺桿磨損問題。螺桿的平均修復(fù)期為60h左右，因一次性投入較低，該技術(shù)目前還有不少國家在應(yīng)用。解決的方法是規(guī)?；a(chǎn)，批量換件維修。
環(huán)模成型設(shè)備同樣存在快速磨損問題。其壓輥在環(huán)模內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)過程中與喂入環(huán)模內(nèi)的秸稈摩擦生熱，溫度可達(dá)200℃以上；同時(shí)壓輥運(yùn)動(dòng)的分力擠壓秸稈進(jìn)入成型孔成型。在這樣的條件下，壓輥和成型孔磨損較快。目前解決快速磨損的措施有兩條：一是從環(huán)模金屬材料和熱處理入手，改變金屬材料的耐磨性能。二是從模具的結(jié)構(gòu)入手，改變成型孔與壓輥切線的角度，增加推入力，減少擠壓力。
4.2成型燃料形狀的大小和松弛密度問題
成型燃料形狀的大小和松弛密度不僅是影響成型工藝和生產(chǎn)能耗的重要因素，而且對(duì)應(yīng)用推廣有著重要的影響。同一種秸稈原料生產(chǎn)的成型燃料，其形狀的大小和致密度的不同，在實(shí)際應(yīng)用中的效果會(huì)有不同。例如，秸稈成型燃料應(yīng)用在氣化發(fā)電中，當(dāng)成型燃料進(jìn)入流化床時(shí)，在成型燃料內(nèi)部快速形成了溫度梯度，成型燃料形狀的大小和致密度就決定了成型燃料內(nèi)達(dá)到生物質(zhì)熱解反應(yīng)條件的速率，這對(duì)氣化效果和焦油的產(chǎn)生都會(huì)產(chǎn)生影響。因此在秸稈成型燃料的生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)成型燃料的不同用途來確定其合理的形狀大小和松弛密度。
4.3秸稈成型燃料成型機(jī)的生產(chǎn)效率和能耗問題
我國秸稈成型燃料成型機(jī)大多是在借鑒國外壓塊技術(shù)和飼料成型機(jī)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行變型設(shè)計(jì)而生產(chǎn)制造的，在成型機(jī)理方面的研究還幾乎是空白，這直接導(dǎo)致我國秸稈成型燃料成型機(jī)存在結(jié)構(gòu)不合理、生產(chǎn)效率偏低、能耗偏高等缺陷。成型機(jī)成型能耗在生產(chǎn)成本中占有一定的比重，生產(chǎn)效率偏低、能耗過高制約了企業(yè)的生產(chǎn)效益。因此，有必要根據(jù)農(nóng)作物秸稈的特點(diǎn)，通過理論分析與工藝試驗(yàn)來研究秸稈成型燃料成型機(jī)能耗影響因素，為提高生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗提供依據(jù)。
四．工作進(jìn)度
第一周：寫開題報(bào)告確定研究方向
前二周：查找文獻(xiàn)資料，確定設(shè)計(jì)思路及初步方案。
第三、四周：合理擬定輸送送裝置，確定設(shè)計(jì)內(nèi)容。
第五周：確定傳送裝置的傳輸速度
第六周---第七周：根據(jù)前期計(jì)算數(shù)值確定主要設(shè)備的選擇及其相關(guān)的輔助的選擇，完成相關(guān)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求結(jié)合前期的的設(shè)計(jì)內(nèi)容確定變速裝置及其保護(hù)裝置，完成設(shè)計(jì)圖紙。
第八周---第九周：根據(jù)設(shè)計(jì)的前期綜合確定完成設(shè)計(jì)的主體部分既鏈板式輸送裝置，完成設(shè)計(jì)圖紙。
第十周：整理設(shè)計(jì)材料，撰寫論文，答辯。
六．參考文獻(xiàn)
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