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秸秆生物黑炭转化设备的实现

发布时间:2015/2/12 13:56:06

  1. 加热系统:
  主要由炭化炉体、加热筒和加热线圈组成。
  加热筒是炭化装置的核心部件。分成 3 个加热阶段,加热低于 200℃,原料在此区间完成预热、水分的挥发和部分纤维素裂解,此过程需要吸取大量的热,筒身较长。加热在 200℃~600℃之间,原料在此区间完成原料全部的炭化、气化、油化的过程,秸秆揉搓破碎、挤压密实。加热筒内表面设计有突起,有利于原料在筒内推进时揉搓破碎。筒形呈收缩锥形,原料行进空间逐步减小,物料被挤压密实,裂解出的气体随实体进入炭化炉,气体不会反向溢出。温度在750℃左右,裂解出的油液汽化后在此温度下再裂解,成为气态可燃气,被收集后易于再利用,不阻塞气道。
  加热方式上采取电磁加热,热量集中。工作线圈不在炉体内部,出现故障易于维修。中温和高温区,加热温度相对较高,采用电阻加热,成本低,单体寿命长。连续工作时,中高温度区热量向低温区传递,低温区可停止供电。
  炉体是整个炭化装置的中枢,它侧部外接集气管,下方连接出料口,加热筒部分伸入炉体内,并连接进料筒。炉体采用铸铁支架,不锈钢外皮焊接,质量较大,有利于稳固。上方留有吊环,方便运输安装。下部呈锥体收缩,与出料口制成一体,便于收集出料。炉体上盖呈双层半圆筒形,内填充耐高温轻质硅酸盐类降低热传递,检修时开盖便捷。盖边缘材料为强度高的角钢,作业时能够压紧,盖与炉体用铜皮做垫,防止漏气。炉膛内部采用耐热砖现场堆砌,每年须修补一次。
2. 进料机构:
  由进料助手、进料筒和进料螺旋组成。
  秸秆原料不需要粉碎处理,经输送带步进输送到进料口,等待进料助手向进料筒输入。它是一个偏心轴伸缩扒指机构。据伸出长度定量拉取秸秆,不会发生堵塞料口现象。偏心轴通过滚动轴承安装在机架上,轴上安装有皮带轮,减速器动力输出后,通过皮带轮传给进料助手。
  因受秸秆挤压和摩擦,筒身要求机械性能好,内表面光滑耐磨,表面经过热处理。进料筒与加热筒衔接应紧密,内部圆滑过渡,外观上采取法兰加垫的连接方式。
  进料机构采用进料螺旋杆实现连续进料,秸秆在进入进料筒后被揉搓挤压,在加热筒内需要较大的挤压力,螺旋在内旋转的阻力很大,采用单悬臂式螺旋杆,可以精简机构,降低维护量。
3.出料机构:
   由出料斗、出料筒、出料螺旋杆、栓门组成。
  出料斗位于炭化炉底部,锥形,顶角锐角利于落料收集,留短小接口连接出料筒。出料筒外观有地脚,固定在机架上,为便于接料和安装驱动,筒体较长,两端伸出。
  出料螺旋采用单悬臂实体螺杆结构,长度刚好超过出料斗为宜。为保证作业起始驱动部位不漏气,轴承部位需做密封设计。机筒与螺旋轴配合使用,出料口与机筒设计成一体,形状为倒锥体,出料栓门安装在出料筒出料口处,作用为防止作业初期秸秆裂解气通过出料筒溢出。栓门两侧开吊耳与出料筒上的吊耳用弹簧相连,当出料黑炭量达到一定时,连续的出料挤压密实,推动栓门克服弹簧拉力,栓门被推开,黑炭排入收集装置。
4.气体收集系统:
  由储气罐,单向阀、安全阀、干燥筒组成。
  储气罐与炭化炉体间的连接气道,少量的未裂解完全的油液被收集到储气罐。储气罐下端安装有钢化玻璃杯,杯上有放油螺塞,定期排放。
  单向阀裂解气由炭化炉进入储气罐的通道为双管通道,通道上安装有弹簧式单向阀,单向阀开启压力值设定为 0.2MP。安全阀位置有两个,1号安装在炭化炉裂解气出口,保证炭化炉压力不会超压,压力值设定 0.6MP。2 号安装在储气罐上方,保证储气罐压力不会超值,压力值设定0.4MP。
  炭化产物中有汽化的水分,在经过单向阀进入储气罐后,这部分水汽不能被压缩,占用很大的实体空间。在进入储气罐的通道上加装干燥筒,用干燥剂吸取后降温后的水汽部分,可以提高可燃气的收集和利用效率。
5.冷却系统:
  由进水管,盘管,水压表等组成。
  冷却水源应选择自备水箱或自控水塔,为低压水系,安有水压表,不高于 0.4MP。秸秆炭化装置的机械传动部分,使用中要防止因高温卡住或加速磨损炉体外表面要防止人员意外接触烫伤,需要将温度降到安全范围。防高温的机械部件有出料螺旋轴的轴承部位、出料栓门压簧、储气罐单向阀、安全阀。冷却盘管的布置分布在出料漏斗口、炭化炉出气口。
6.安全报警系统:
  由超压报警,超温报警,漏气报警,缺水报警,卡料报警组成。
  秸秆黑炭转化设备要创造无氧条件,实现的方式是炉内的压力高于外界,通过压实的秸秆初裂解物实现气体缓慢外渗,达到进料与外渗速度均衡。但外渗速度必须小于进料速度,防止气体外溢。炉内压力应小于 0.4MP,否则连通报警装置。
  超温报警包括低温报警和高温报警。加热体的损坏使系统较长时间达不到裂解温度,需要换件维修。考虑到升温条件,需要在控制线路上设置延时启动报警。高温报警有受延后显示的影响,可优先考虑降低设定温度点。
  当系统冷却不足时,会带来部件损坏,超压爆破等事故隐患。设置为水温过高报警和水压过低报警双报警系统解决此项问题。
  炭化产物中的裂解气,如有泄露大量聚集,会造成人员中毒或爆炸。当空气中的浓度达到一定值时,必须进行安全处理。燃气报警器安装位置,要实现多位置化,高处低处分别针对不同类型气体进行报警。
  当遇到进料筒温度较低或意外进料量增多的情况,进料螺旋有停转的可能。在进料螺旋轴处安装转速传感器,当工作中出现停转现象时,系统报警并延时反转,延时调正。
7.动力系统:
  由进料电动机、出料电动机、进料减速器构成。
  综合考虑实际选用的电机功率为 720r/min 的低功率电机Y160M1-8 型。减速器使用一个16:1的二级直齿圆柱齿轮减速器,减速比均选择 4,电机与减速器之间以及减速器和进料螺旋杆之间均采用联轴器传动,使用键连接。电机通过联轴器与减速器连接在一起,减速器的最低级转速输出轴通过联轴器与进料螺旋杆连接在一起,同时该输出轴通过键与带轮连接,再通过带传动将运动传送到进料助手的转动轴上。
  减速机运行 250 小时后,应进行清洗和更换机油;每 5000 小时或每年换一次新油。工作中,当出现油温升高超过 80℃,或者油池温度超过100℃,以及有不正常的噪声等现象时应停止使用,检查原因、排除故障。长期停用后,在重新启动之前,应在无负荷情况下,运行 5 分钟,确保齿轮面润滑充分。
8. 机架:
  炭化炉与四根底部的支撑杆通过焊接来实现支撑。在支撑座的相应位置上加工出支撑出料筒和电机的支撑凸台。在支撑板上的相应位置加工出支撑电机和减速器的凸台,为了使支撑板的强度足够支撑电机和减速器,在支撑板靠近炭化炉的一侧,加工出肋板,支撑板焊接在炭化炉上,肋板焊接在支撑杆上。线缆金属架桥及槽道与节间应接触良好,配线设备及金属钢管、槽道接地体应符合设计要求。
结论:
  秸秆作为农业生产中普遍存在的附属产物,长期得不到合理的利用以至于造成了大量的资源浪费,利用秸秆生物黑炭转化原理设计出的本秸秆生物黑炭转化装置实现了秸秆的合理利用,并且生产出了具有经济价值的生物黑炭,符合当下对资源节约型社会建设的要求,具有很高的研究和使用价值。为杜绝秸秆焚烧,减排环保,增肥地力,提供创新的农业保障。

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