1、前言
隨著石化能源的日益枯竭及其環(huán)境危害的逐漸顯現(xiàn)，生物質(zhì)能源以其可再生、清潔性受到全世界的廣泛重視。我國(guó)的生物質(zhì)能源極為豐富，扣除一部分做飼料和其他原料，每年可開(kāi)發(fā)為能源的生物質(zhì)資源約達(dá)3億噸標(biāo)煤，開(kāi)發(fā)和利用潛力巨大。
但目前我國(guó)生物質(zhì)能的利用方式仍是以傳統(tǒng)的直接燃燒獲取熱能為主，每年消耗秸稈2.5億-3億噸，薪柴1.4億噸左右，熱效率僅為10%-20%，造成了農(nóng)業(yè)和林業(yè)廢棄物能源的大量浪費(fèi)。生物質(zhì)在經(jīng)過(guò)
顆粒機(jī)制成顆粒后，經(jīng)燃燒器（包括爐、灶等）燃燒，其熱效率為87% - 8g%，比傳統(tǒng)的直接燃燒的熱效率提高了77%-7g%，可節(jié)約大量能源。也就是說(shuō)，如果通過(guò)破碎將秸稈等植物轉(zhuǎn)化為細(xì)顆粒，就可以增加其在燃燒中的表面積，使之能夠高效充分燃燒以獲得極高的熱效率。并且生物質(zhì)破碎后還能夠有效克服原始狀態(tài)生物質(zhì)能量密度小、存放體積大、運(yùn)輸不便等缺點(diǎn)，是生物質(zhì)吸附材料、成型燃料、壓縮板材、生物質(zhì)氣化、液化等技術(shù)的先導(dǎo)技術(shù)。
目前的物料破碎設(shè)備大多是針對(duì)如工業(yè)礦石等類脆性很強(qiáng)的物料設(shè)計(jì)的，而生物質(zhì)中因?yàn)楹写罅康睦w維素及半纖維素，因此需要有專門(mén)針對(duì)生物質(zhì)特點(diǎn)的破碎設(shè)備。雖然國(guó)內(nèi)外目前已有不少關(guān)于超細(xì)粉碎和精細(xì)粉碎設(shè)備的研究，但大多是針對(duì)中藥或飼料精細(xì)破碎的小型
破碎機(jī)，如果用于精細(xì)破碎大批量的生物質(zhì)，則成本較高、效率較低。而現(xiàn)有的專門(mén)針對(duì)生物質(zhì)物料的破碎機(jī)械的產(chǎn)物粒徑都在10mm以上，仍屬于粗破碎的范圍（如實(shí)地作業(yè)的切碎滅茬還田機(jī)、青飼破碎機(jī)等）。本文介紹了一套能使生物質(zhì)達(dá)到精細(xì)粒徑的破碎系統(tǒng)，通過(guò)這套系統(tǒng)獲得到的精細(xì)生物質(zhì)粉體具有新生表面積大、能量利用率高的特點(diǎn)，并可由此取得較高的燃燒效率。
2、用于粉體破碎的主要設(shè)備
2.1破碎系統(tǒng)新工藝概述
該破碎系統(tǒng)由三部分組成：用于粗破碎的臥式破碎機(jī)、立式破碎機(jī)及用于生物質(zhì)粉體收集的旋風(fēng)除塵器。臥式破碎機(jī)和立式破碎機(jī)可聯(lián)合作業(yè)，也可獨(dú)立作業(yè)。該系統(tǒng)集粗破碎和細(xì)破碎于一體，并可通過(guò)改變一些工作參數(shù)來(lái)提供不同粒徑的細(xì)破碎產(chǎn)物。在系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行進(jìn)程中，物料自喂料口加入后在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中自行流轉(zhuǎn)，直到細(xì)粉體排出，中間過(guò)程無(wú)須人工操作，得到的生物質(zhì)粉體平均粒徑可達(dá)120目，即粒徑為0.105 -0.149mm。
該系統(tǒng)的主要設(shè)備為：進(jìn)料工作臺(tái)、粗破碎機(jī)、精破碎機(jī)、旋風(fēng)除塵器、粉體收集料斗、細(xì)粉體收集布袋、風(fēng)機(jī)等。
2.2粗破碎機(jī)
粗破碎機(jī)也可稱為臥式破碎機(jī)或一級(jí)破碎機(jī)。運(yùn)行時(shí)，工作臺(tái)上的原料借助手動(dòng)推力和破碎室內(nèi)刀片高速旋轉(zhuǎn)形成的負(fù)壓以及系統(tǒng)尾部風(fēng)機(jī)的聯(lián)合作用進(jìn)入破碎室，物料在破碎室中，經(jīng)刀片高速剪切磨削，并在刀片間碰撞、打擊、摩擦，以及物料之間的碰撞摩擦而逐漸被破碎為小顆粒及短纖維絲。經(jīng)破碎后，較小較輕的物料脫離高速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道進(jìn)入出料口，而較大較重的物料則留在破碎室內(nèi)繼續(xù)被破碎。
粗破碎機(jī)主要由進(jìn)料口、圓形中空破碎室、出料口組成。破碎室尺寸為D×L-1000mm×600mm，配用電動(dòng)機(jī)，采用皮帶傳動(dòng)，以減少對(duì)軸的損害，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2960r/min，皮帶盤(pán)傳動(dòng)比為l:I。根據(jù)轉(zhuǎn)速和生產(chǎn)量選用15kW的電動(dòng)機(jī)，即可滿足一般生物質(zhì)破碎的需要。
2.3精破碎機(jī)
精破碎機(jī)也可稱為立式破碎機(jī)或二級(jí)破碎機(jī)，用于對(duì)粗破碎產(chǎn)物的精細(xì)破碎。精破碎機(jī)共使用四臺(tái)電機(jī)，額定功率為15kW、額定電流為28.9A、轉(zhuǎn)速為2890r/min，仍配用電動(dòng)機(jī)及皮帶傳動(dòng)形式，皮帶盤(pán)傳動(dòng)比也為1：1。
精破碎機(jī)主要由進(jìn)料管、破碎室、出料管及動(dòng)力傳動(dòng)裝置組成。工作時(shí)，粗破碎產(chǎn)物借由破碎室內(nèi)四組刀片高速旋轉(zhuǎn)形成的負(fù)壓和系統(tǒng)最尾端風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)效果，迅速由各組刀片附近的入口進(jìn)入精破碎機(jī)，由于進(jìn)入精破碎系統(tǒng)的物料已通過(guò)之前粗破碎機(jī)的初級(jí)破碎，平均粒徑已小于Smm，因此在精破碎機(jī)中，物料主要是借助電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)與刀片間的研磨以及物料間的互磨以達(dá)到更細(xì)的粒徑。經(jīng)研磨與互磨后粒徑小的物料會(huì)浮在上層，隨后被風(fēng)機(jī)從破碎室上端的出口抽到旋風(fēng)除塵器中，而粒徑相對(duì)較大的顆粒則由重力原因留在下層繼續(xù)被破碎。
精破碎機(jī)的進(jìn)出口設(shè)計(jì)較之粗破碎機(jī)有所不同，由于粉體較輕易漂浮，因此將進(jìn)料口設(shè)計(jì)在底部，出料口設(shè)計(jì)在頂部。另外據(jù)實(shí)踐，切向喂人時(shí)精破碎機(jī)對(duì)物料的抓取能力較強(qiáng)，物料能直接進(jìn)入刀片最大線速度區(qū)域，比軸向喂入的生產(chǎn)效率要高1 0% - 20%，因此精破碎機(jī)設(shè)計(jì)了四個(gè)進(jìn)料口，使四組刀片能夠單獨(dú)進(jìn)料以提高效率，進(jìn)料口分別布置在四組刀片的切向方向上。
2.4旋風(fēng)除塵器
該系統(tǒng)中的旋風(fēng)除塵器尺寸為D×H=1400mm×2500mm，其可以看作是一個(gè)粉體篩選器。從精破碎機(jī)出來(lái)的粉體經(jīng)旋風(fēng)除塵器上端進(jìn)入后，其中小的顆粒會(huì)從旋風(fēng)除塵器上端另一側(cè)的出口進(jìn)入尾端的布袋中，而較大的顆粒則會(huì)沉降到旋風(fēng)除塵器的底部，然后進(jìn)入與之連接的大料斗收集器中。
2.5風(fēng)機(jī)
風(fēng)機(jī)裝在整個(gè)系統(tǒng)的最尾端，主要作用是利用吸風(fēng)使被破碎的細(xì)物料不斷涌向下一個(gè)裝置，直至到達(dá)袋式除塵器或大料斗收集器。風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)措施可以降低物料在破碎過(guò)程中的濕度和溫度，也可以降低各破碎室的溫度，并可有效防止系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞或粉塵外泄的情況。
一般而言，風(fēng)量過(guò)小，會(huì)使系統(tǒng)的產(chǎn)率降低，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成粉體堵塞系統(tǒng)；風(fēng)量過(guò)大，收集到的粉體又不夠細(xì)。因此應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇合適的風(fēng)量。
3、生物質(zhì)原料及破碎產(chǎn)物分析
生物質(zhì)原料分析
狹義的生物質(zhì)專指植物，如能源作物、農(nóng)林廢棄物（秸稈、稻草、麥稈、豆稈、棉花稈、谷殼、廢木料等）、雜草、藻類等；廣義的生物質(zhì)指所有的有機(jī)質(zhì)，除植物外還包括動(dòng)物糞便、動(dòng)物尸體、廢水垃圾中的有機(jī)成分等。本文中的生物質(zhì)是指狹義的生物質(zhì)，即專指植物。本實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)的是林業(yè)生物質(zhì)資源和農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源。在我國(guó)可采用的廢棄生物質(zhì)原料有：棉稈、稻草、麥秸、蘆葦、玉米稈、高梁稈等，形態(tài)各不相同。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用的生物質(zhì)破碎原料主要為鋸末，玉米芯、秸稈等。
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