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木炭挤压生产温度控制系统的研究
澳门金沙9159官方网站 加入时间:2015/5/4 13:48:19 浏览:895次
一、我国木炭挤压生产的现状 
煤炭成型技术国内外现状:随着农村生活水平的提高以及农村劳动力的转移,秸秆在农村的传统利用在农村面临很多问题。我国目前秸秆的利用方式主要是秸秆还田方式、秸秆气化、秸秆发电、秸秆建材、秸秆饲料等行业。早在20世纪30年代,美国就开始研究压缩燃料成型技术,并研制成了螺旋式成型机。日本于50年代从国外引进成型技术并进行改进,发展成了日本压缩成型燃料工业体系。20世纪70年代后期,由于出现世界能源危机,石油价格上涨。欧洲很多国家如芬兰、比利时、法国、德国、意大利等也开始重视压缩成型技术的研究。亚洲除日本外,泰国、菲律宾、印度等国从80年代开始也都先后研制成了加粘结剂的生物质压缩成型机。 
我国生物质固化技术开始于“七五”期间,现已经达到工业化生产规模。从20世纪80年代引进螺旋推进式秸秆成型机,中国生物质压缩成型技术的研发已经有20多年的历史。 

很多研究者仍然在对现有的成型设备进行改进和创新,以实现产率高、能耗低的目的。另外,我国从国外引进的很多成型技术设备,由于各国国情不同,发达国家的很多技术、设备并不适合在我国推广,我国学者采纳国外先进技术,针对成型设备存在的各种问题做了大量实验研究,对设备的关键部件进行了改进,还对各种成型机进行比较分析,综合其优点进行了设备改造。根据主要工艺特征的差别,将这些工艺从广义上分为:湿压成型、冷压成型、热压成型和炭化成型。 
我国从20世纪80年代引进国外技术,目前已初具规模。经过不断的研究与开发,已经取得较大的发展,全国研究生产设备的企业或科研单位已有几十家。在中国要形成新的产业只是早晚的问题,但要真正实现产业化,还有一些突出的制约因素和技术障碍亟待解决。 
 设备的可靠性属于最主要的制约因素,共同存在于技术与设备中。一是主要工作部件的工作寿命,二是设备系统配合协调能力差,运行不稳定。目前国内生物质能成型机普遍生产能力偏低,单位能耗过大,成型设备工作可靠性差,仍需要投入大量的资金技术进行设计改进、完善更新。 
国内外众多研究机构相互独立,还没有形成统一的理论体系,成型机械千差万别,适用范围颇受局限。不同的成型机对原料的粒度和含水率要求不尽相同,不同的成型机械适用的原料要求也比较严格,适用种类有限,成型技术的研究与应用也受当地的资源的影响和技术本身的局限,不同类型的成型设备由于受设计限制很难适应多种原料,也就不易形成统一的设计标准和规范。 
目前国内还没有形成配套生产线,而且烘干设备、粉碎设备等还没有统一的规格和标准,多数是根据需要自行设计、加工,只为短期运行,没有长远打算。成型燃料的包装自动化程度低,规模 小;生物质成型燃料燃烧设备尚处于研究开发阶段,产品规格单一,应用范围有限,还不具备商业竞争力。由于原料的供应受季节、成本、运输半径等影响,难以满足连续生产的需求,设备只好间歇工作,一年中有多半时间处于闲置状态,导致资源浪费,设备自然损耗严重,增大了设备回收年限。若要满足设备连续生产,一是扩大运输半径,二是增大储备仓库,这两种方法都会导致投资增加

二、课题的研究意义

 木材加工企业有不少的木材加工剩余物,如何利用好木材加工剩余物,在当今强调低碳生活时代,已提到议事日程上。用木材加工剩余物制成木炭再利用就是其中一种很有效的方法。对木材加工剩余物制成的木片和锯末,在挤压机内通过挤压变成棒状,然后进行炭化处理。机制木炭项目具有原料充足,成本低廉,我国每年生产的农作物秸秆总量约占全世界总量的20 %~30 % 。其中可收集的作物秸秆近6亿吨。秸秆压缩后其密度约增加10 倍,燃烧速度快,节省时间,燃烧后可提高燃烧温度和热利用率,减少空气污染,使秸秆成为高品位的能源产品加以利用。从国家政策分析该项技术符合我国能源、环保及建设节约型社会的要求,2006 年正式实施的《可再生能源法》为其发展提供了强有力的政策保障。目前多数地区都采取了禁烧秸秆的措施,大中城市已基本取缔了2 t以下的燃煤锅炉,改燃清洁燃料(天然气或电),而清洁燃料的成本较高。当秸秆成型机的生产率达到200 kg/h 时,经过经济效益计算,秸秆压块成型燃料棒(块)的成本价在 200 元/t左右;当秸秆压块成型机的生产率达到400 kg/h 以上时,秸秆压块成型燃料棒(块)的成本价降为 160~180 元/t,售价在 260~280 元 /t,完全可以替代煤作为城镇中2 t以下燃煤锅炉的燃料,给秸秆利用找到了一条出路。从保护环境角度分析灰尘及其他指标的排放也比煤低,可实现CO 2、SO 2降排,减少温室效应,是保护生态环境的有效方法,环保效益明显。从设备方面分析该生产线机组设备操作简单,适合农村使用,而且使用方便,经济可靠。从该生产线的社会效益分析该生产线进入规模化生产后不但有显著的经济和环保效益,而且还可以减轻农村就业压力,增加农民收入,社会效益显著。从加工工艺方面分析秸秆粉碎机、成型机的加工工艺并不复杂,成本较低,成型机易损件的使用寿命在 1 000 h 以上,粉碎与成型单位产品能耗可降至60 kW •h/t,将秸秆的粉碎和成型放在农区,可有效地解决了秸秆储存的难题,运输也更为方便,贮运成本可降低70 %左右。农民购置一套成型设备可在2~3 年时间内收回成本,完全可以在农村中推广应用。燃炉的应用可设在中、小城镇或农村,这样秸秆从粉碎、成型到燃烧即可形成产业化。据国际可再生能源组织的预测地下石油、天然气及煤的贮量,按目前的利用速率只够用 60 年左右,因此,秸秆生物质可再生能源热压成型后作燃料,使其得到高品位的利用,是未来可再生能源的一个发展方向。技术先进成熟,设备性能稳定。符合国家产业政策的特点。产品用途广泛,市场潜力大,易销售,低投资,见效快,所以说是一个实实在在创业致富的好项目。通过本课题的研究,将基于可编程序控制器、温度传感器等来构成一个自动温度控制系统,来完成小;生物质成型燃料燃烧设备尚处于研究开发阶段,产品规格单一,应用范围有限,还不具备商业竞争力。 
由于原料的供应受季节、成本、运输半径等影响,难以满足连续生产的需求,设备只好间歇工作,一年中有多半时间处于闲置状态,导致资源浪费,设备自然损耗严重,增大了设备回收年限。若要满足设备连续生产,一是扩大运输半径,二是增大储备仓库,这两种方法都会导致投资增加 
二、课题的研究意义 
木材加工企业有不少的木材加工剩余物,如何利用好木材加工剩余物,在当今强调低碳生活时代,已提到议事日程上。用木材加工剩余物制成木炭再利用就是其中一种很有效的方法。对木材加工剩余物制成的木片和锯末,在挤压机内通过挤压变成棒状,然后进行炭化处理。机制木炭项目具有原料充足,成本低廉,我国每年生产的农作 物秸秆总量约占全世界总量的 20 % ~30 % 。其中可收集的作物秸秆近6亿吨。秸秆压缩后其密度约增加10 倍,燃烧速度快,节省时间,燃烧后可提高燃烧温度 和热利用率,减少空气污染,使秸秆成为高品位的能源产品加以利用。从国家政策分析 该项技术符合我国能源、环保及建设节约型社会的要求,2006 年正式实施的《可再生能源法》为其发展 提供了强有力的政策保障。目前多数地区都采取了禁烧秸秆的措施,大中城市已基本取缔了 2 t以下的燃 煤锅炉,改燃清洁燃料(天然气或电),而清洁燃料的 成本较高。当秸秆成型机的生产率达到 200 kg/h 时, 经过经济效益计算,秸秆压块成型燃料棒(块)的成本价在 200 元 /t左右;当秸秆压块成型机的生产率达到400 kg/h 以上时,秸秆压块成型燃料棒(块)的成本价 降为 160~180 元 /t,售价在 260~280 元 /t,完全可以替代煤作为城镇中 2 t以下燃煤锅炉的燃料,给秸秆利用找到了一条出路。从保护环境角度分析灰尘及其他指标的排放也比煤低,可实现 CO 2、 SO 2 降排,减少温室效应,是保护生态环境的有效方 法,环保效益明显。从设备方面分析 该生产线机组设备操作简单,适合农村使用,而且使用方便,经济可靠。 
从该生产线的社会效益分析 该生产线进入规模化生产后,不但有显著的经济和环保效益,而且还可以减轻农村就业压力,增加农 民收入,社会效益显著。从加工工艺方面分析 秸秆粉碎机、成型机的加工工艺并不复杂,成本较低,成型机易损件的使用寿命在 1 000 h 以上,粉碎 与成型单位产品能耗可降至 60 kW •h/t,将秸秆的粉碎和成型放在农区,可有效地解决了秸秆储存的难题,运输也更为方便,贮运成本可降低 70 %左右。农 民购置一套成型设备可在 2~3 年时间内收回成本, 完全可以在农村中推广应用。燃炉的应用可设在中、小城镇或农村,这样秸秆从粉碎、成型到燃烧即可形成产业化。据国际可再生能源组织的预测 地下石油、天然气及煤的贮量,按目前的利用速率只够用 60 年左右,因此,秸秆生物质可再生能源热 压成型后作燃料,使其得到高品位的利用,是未来可再生能源的一个发展方向。技术先进成熟,设备性能稳定。符合国家产业政策的特点。产品用途广泛,市场潜力大,易销售,低投资,见效快,所以说是一个实实在在创业致富的好项目。通过本课题的研究,将基于可编程序控制器、温度传感器等来构成一个自动温度控制系统,来完成对木炭出棒机的温度控制,满足挤压成型时,对软化温度的要求。该项研究将对实际生产具有一定的实用价值。 
三、基本内容及其技术路线 
本课题的研究是利用可编程序控制器、温度传感器等设备构成挤压式木炭机的温度控制系统,完成木炭棒在炭化时,对温度自动控制的要求。利用PLC来实现对温度的有效控制。  
四、木炭挤压生产过程中参数的快速自动检测的意义 
温度对棒料质量的影响是非常显著地,温度较低时,棒料的各评价指标基本上均随温度的增加而下降。这是因为温度过低时,其热量不足以使生物质料中木质素软化及熔融,导致棒料表层疏松,密度小,截面松散等情况;温度过高时则会使物料过度软化,从而引起供料不足,另外也会是生物质料急剧地进行热分解,生成大量分解物,使表层裂缝,焦黑,密度下降等现象, 
为了保证其过程参数能够被快速的检测到,首先要求控制系统具有温度检测功能使其符合系统的控制要求。 
四、木炭挤压生产温度控制系统方案的比较 
    目前,在整个木材加工企业的控制系统中,主要有三种控制的方式:单片机控制、PLC控制及工控机控制。这三种控制各自有各自的特点,在设计控制系统时,根据系统控制的需要来选择需要的控制方式。 
对于单片机的控制方式,其突出特点是小巧灵活,适用于简单应用,实时响应要求高的场合。目前的单片机系统就是采用市场上的单片机CPU及其它外围芯片,根据不同系统设计电路板,最终设计成一台简易的计算机系统,并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。目前的单片机由于其可靠性、可扩展性以及可维护性都不是很高,因而除了一些仪表上仍然采用,大多数的工业现场的应用已逐步被PLC所替代。 
对于工控机的控制方式,其特点是具备计算机的运算能力和存储容量,适用于复杂应用和大量数据的处理。所谓的工控机系统就是采用目前的工业控制计算机系统,在此基础上设计程序以达到设计的功能。但由于工控机的主要器件不是均不是工业级的,相对单片机系统,其抗干扰性特别是抗电源干扰能力虽然有一定提高,但由于电源质量的原因,也会引起系统的不稳定。另外,它的可扩展性也由于其编程相对比较复杂,因而会导致开发周期的增加。不仅如此,当它出现故障时,也很难诊断出故障元件,且非专业的人员不能维修。因而,考虑到上述的原因,工控机在工业现场的使用也不是很多。 
对于PLC控制系统,其最突出的特点是抗干扰能力强,编程简单灵活,使用于大多数工业控制场合。PLC系统就是采用市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器,根据要求选用不同的模块,在此基础上设计程序以达到所设计的功能。这种形式目前在工业现场应用最为广泛。对于PLC它的可靠性很高,它所采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器,其余元件也直接向厂家购买因而其抗干扰能力有很大的提高,即使在环境很恶劣的情况下,依然很稳定。另外,其可扩展性也相对比较简单,只需增加相应的模块和修正对应程序,其编程也较为容易。其可维护性也较高。由于PLC本身具有很强自诊断功能,一旦出现故障,自诊断很容易诊断出故障元件,即使非专业人员也能维修。另外,它的操作,由于采用触摸式操作终端,人机界面,全屏显示,操作十分简单。一旦系统发生故障,画面自动切换到故障提示画面,提示原因和排除方法。 
根据以上的比较和系统设计的要求,因而对于本课题的设计拟选择采用PLC控制系统来进行设计、编程。

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