生物質燃料破碎刀具的研究與應用

格薪源生物質燃料有限公司 謝鴻微 江林 曾鑫 李金亮 王顯鋒

生物質燃料破碎刀具的研究與應用

格薪源生物質燃料有限公司 謝鴻微 江林 曾鑫 李金亮 王顯鋒

本文總結分析了生物質發電所用的燃料性狀及性質，介紹了常見的各種生物質燃料破碎所用的刀具特點，根據作者的實際應用經驗，總結了各種破碎生物質燃料適宜的刀具，提出了生物質燃料破碎刀具的發展方向。

生物質燃料；生物質發電；破碎機刀具

1 概述

生物質發電是生物質廢棄物消耗量最大的技術，截止2015年底，我國生物質發電累計并網裝機容量約1 250萬kW，每年需要消耗2億多t生物質燃料。生物質發電采用超高溫、超高壓循環硫化床鍋爐，作為生物質發電燃料要求破碎的粒度＜200 mm，因此生物質燃料破碎機在生物質發電廠發揮著重要的作用，而生物質燃料品種多樣，如何選擇好生物質燃料破碎刀具尤為重要。

2 生物質燃料

生物質燃料是一種替代石油、煤炭的可再生能源，可用于發電、供熱、化工、交通等工業生產，對環境無污染，是國家大力倡導的新型能源，具有廣闊的應用前景和市場空間。

生物質燃料來源廣泛，一定程度上取決于當地的可獲得性，可依據來源不同分為5類：

（1）林業廢棄物。從森林、樹木的種植與管理中、木材加工過程中產生的廢棄物；木質燃料產生于常規的林業作業、樹木管理，以及公園、道路樹籬的管理。

（2）農業廢棄物。農業生產中收割及加工所產生的廢棄物；農業廢棄物可分為農作物廢棄物，如農作物秸稈、谷糠等；過剩生產或需求不足所產生的有機材料，如草類、青儲飼料等。

（3）工業廢棄物與副產品。從制造與加工中產生，在工業生產過程中產生的廢棄物或副產品。可分為木質和非木質材料，如樹皮、木材邊角料、紙漿渣等。

（4）食品廢棄物。產生于食品飲料生產、制備和加工以及消費后的廢棄物，所產生的廢棄物分為干性與濕性，如干果殼、食品渣等，食品廢棄物的含水量都較高。

（5）能源作物。專門用作能源應用而研究與培植的高產農林作物，能源作物可分為不同的種類，包括短輪伐期能源作物、草類和藻類。

上式中，tB代表總稅收，G代表政府間的財政轉移，u為影響公共服務消費的城鎮化參數，數值越大表示城鎮化水平越高，說明要求提供的公共服務消費量也越大。把公式（3）變形，可得：

2.2 生物質燃料的特性

用于生物質發電燃料的生物質主要是秸稈類的草本植物及林業、木業廢棄物的木本植物，它們形態各異，性狀各不相同，主要表現在以下幾個方面：

（1）質地不同。從大的品種上區分，生物質屬于非金屬材料，主要是由纖維素及木質素構成，其脆性及韌性處于非金屬材料與金屬材料之間，更具體的分：稻秸稈、麥秸稈等草本類植物具有較強的柔韌性，廢舊枕木、樹根等木本類植物則堅硬且脆性稍大。

（2）形狀不同。長的達3～4 m的清山撫育產生的雜灌及樹枝椏，短的0.4～0.5 m的木材加工廠的木材邊角料；片狀的廢舊木板及建筑模板，塊狀的木材加工廠的料頭等；直徑細的如稻草、麥秸稈僅幾mm，直徑粗的雜灌類在100mm左右；有的秸稈是松散堆放的，有的則集結成大型秸稈包捆，直徑從1 250 mm到1 500 mm，長度1 250 mm，或者邊長1 000 mm以上的長方體。

（3）純凈度不同。雜灌、樹枝椏、樹根等山林廢棄物及秸稈等生物質都是從土地上直接收集，里面難免摻雜一些泥土、石塊等異物；而來自于木材加工廠的邊角料、樹皮等，里面也常常混雜有錘頭、鋼管等鐵質雜物。

3 生物質燃料破碎刀具

生物質燃料包括木質類、農業秸稈類和農林產品加工廢棄物類等類型，其原始性狀各異，生物質燃料的長度、直徑范圍很廣，不進行破碎加工就不能進入鍋爐燃燒。為了適應生物質鍋爐對生物質燃料的規格要求，就要對收集后的生物質燃料進行破碎加工，一般采用生物質燃料破碎機及刀具進行加工，加工后的生物質燃料的粒度、長度、直徑必須符合生物質燃料收購的技術標準。

3.1 生物質燃料破碎刀具的分類

用于生物質燃料破碎的刀具很多，從形狀上分：有片狀的刀片，有塊狀的刀頭；從可使用次數上分：有的只能一次性使用，有的可以多次修復使用，修復方式有的是重新打磨出鋒利的刀刃，有的是在刀體上堆焊耐磨材料；從使用的環境上分：有的適宜破碎比較純凈的燃料，有的可以破碎含石塊等雜質的生物質燃料；從其運轉速度上分：有的高速旋轉，有的適用于低速旋轉的場所。

3.2 生物質燃料破碎刀具的特點

3.2.1 刀片式破碎刀具

（1）刃磨修復式長刀片。一般在木材削片機中普遍使用，采用6CrWSi或者其他相當材料的合金鋼經熱處理后制作，刀刃磨蝕后，重新刃磨后繼續使用，一般使用在高速轉動的工況。見圖1所示。

（2）刃磨修復式短刀片。刃磨短刀片與刃磨長刀片類似，采用6CrWSi或者其他相當材料的合金鋼經熱處理后制作，該類刀具不但可以重新刃磨，還可以旋轉180°使用另一側，該刀具一般較短，使用時若遇到雜物只損壞單片刀，一般使用在高速轉動的工況。見圖2所示。

圖1 刃磨修復式長刀片

圖2 刃磨修復式短刀片

（3）堆焊修復式短刀片。刀具主體一般是Q235鋼材，四周堆焊耐磨材料，使用時，工作面磨蝕后可以調換另一面使用，每片刀可以使用4次，最后還可以重新堆焊耐磨材料后再用。見圖3所示。

圖3 堆焊修復式長刀片

圖4 刀盤式破碎刀片

（4）刀盤式破碎刀片。刀具一般是耐磨硬質合金經熱處理后做成，磨損后一般不能修復，該刀具一般應用于低轉速的工作場所。見圖4所示。

3.2.2 刀頭式破碎刀具

（1）普通刀頭式破碎刀具。屬于塊狀刀具，刀具的主體材質一般是Q235，工作部位復合耐磨材料，耐磨材料磨損采用堆焊的方式進行修復，常用于高速工況，對被破碎燃料進行撞擊破碎。見圖5所示。

（2）合金頭式破碎刀具。屬于塊狀刀具，刀具的主體材質一般是Q235，工作部位符合耐磨材料，切削部位鑲嵌合金塊，一次性使用刀頭；常用于高速工況，對被破碎燃料進行撞擊破碎。見圖6所示。

圖5 刀頭式破碎刀具

圖6 合金頭式破碎刀具

3.3 生物質燃料刀具的選配與實踐

草本生物質燃料質地較軟，韌性大，可以選用刃磨修復式長刀片、堆焊修復式短刀片、刀盤式破碎刀片，見圖1、圖3、圖4所示。

對于樹枝、樹皮、邊角料等，有一定的韌性，與秸稈相比較，脆性稍大，如果不含石塊等硬質雜物，可以選用圖1所示的長刀具；如果含有泥沙，但不含大的硬質雜物，可以選用刃磨修復式短刀片，見圖2所示。

如含有石塊等硬質雜物，可以選用普通刀頭式破碎刀具、合金頭式破碎刀具，見圖5、圖6所示。

對于樹根等大塊狀、韌性大的材料，可以選用合金頭式破碎刀具，見圖6所示。

對于大塊狀、脆性大的廢舊木板，可以選用普通刀頭式破碎刀具，見圖5所示。

從筆者通過在40多座生物質電廠多年的實際使用情況調查來看，刃磨修復式長刀片（圖1）刀具，更換的最長周期是每班一次，有的生物質燃料較硬時，工作1～2 h就要刃磨，而一次性使用的刀具，質量較好的，一般破碎1 000 t左右，耐磨層就磨損掉，必須更換，否則就會磨損破碎機的主刀輥。刀具更換一次，一般需要1～2 h，因此每班有約25%的時間不能用于物料的破碎，影響了破碎機的實際工作時間。

4 結論

多種多樣的生物質燃料要求其破碎刀具也不同，需要破碎加工的生物質燃料中往往含有石塊等雜物，所以對破碎生物質燃料的刀具的基本要求是既要能夠提高破碎生物質燃料的產量和質量，又必須有一定的安全性能。當遇到石塊等雜物時不會導致重大設備及人身安全事故。在使用性能方面，為了降低刀具更換頻率，提高設備的有效作業時間，高耐磨性是刀具發展的方向。

[1]綜合破碎機使用保養手冊，格薪源生物質燃料有限公司.

[2]HG365E使用保養手冊，美國威猛公司.

[3]BC1000XL使用保養手冊，美國威猛公司.

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2017-05-02)