秸稈物料蒸氣爆破系統(tǒng)的噴放閥及其緩沖控制

于泳

摘 要：利用稀酸蒸氣爆破的預(yù)處理方式制備纖維素燃料乙醇的生產(chǎn)工藝具有能耗低、可連續(xù)出料、汽爆料易于酶解和發(fā)酵、便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)。噴放閥是蒸氣爆破系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，高溫蒸煮后的秸稈物料通過(guò)噴放閥瞬間釋放，將秸稈物料中的木質(zhì)素、纖維素、半纖維等成分的纏繞結(jié)構(gòu)打散，用于制備纖維素乙醇。由于物料的噴放時(shí)間短、流速高、開(kāi)關(guān)頻繁，造成噴放閥的工作部件磨損嚴(yán)重、極易損壞，需要頻繁更換，不能滿足連續(xù)生產(chǎn)要求。針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種新型噴放閥及其控制系統(tǒng)，能夠較好解決上述問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：蒸汽爆破；噴放閥；緩沖控制

中圖分類號(hào)：S38；TH138 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.07.005

1 研究背景

該文所闡述的噴放閥是在纖維素燃料乙醇中試試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出來(lái)的，該套中試試驗(yàn)設(shè)備采用稀酸蒸氣爆破的方式對(duì)玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理，噴放閥是該套預(yù)處理設(shè)備的泄料裝置（如圖1所示），保證其工作性能的穩(wěn)定至關(guān)重要。

2 研究原因

由于噴放物料的含固率較高且流速較快，對(duì)金屬的噴放閥磨損嚴(yán)重，一般一個(gè)月就需更換一次，一個(gè)通徑80 mm的金屬噴放閥價(jià)格約4萬(wàn)元左右，因此，采用金屬噴放閥既影響連續(xù)生產(chǎn)，又增加了設(shè)備的維護(hù)成本，不利于后期的工業(yè)化推廣。

采用陶瓷閥芯作為噴放閥的主要工作部件，能夠很好解決磨損問(wèn)題。但是，噴放閥是由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，且需要快速頻繁的啟閉，開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程的總用時(shí)約1 s，每次保持全部開(kāi)啟時(shí)間為1 s，每隔10 s一個(gè)工作循環(huán)。同時(shí)，在往復(fù)90°轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)啟閉的過(guò)程中又存在突然換向問(wèn)題。因此，對(duì)噴放閥有較大沖擊力，致使陶瓷球閥極易破碎，且破碎時(shí)間無(wú)法預(yù)測(cè)，工作穩(wěn)定性沒(méi)有保障，影響連續(xù)生產(chǎn)。

3 新型噴放閥的結(jié)構(gòu)

綜合以上兩種噴放閥的優(yōu)缺點(diǎn)，本文提出了如圖2所示的新型噴放閥裝置。該新型噴放閥由主回路、輔助回路、緩沖回路、齒條液壓缸和陶瓷球閥等部分組成。陶瓷球閥由齒條液壓缸驅(qū)動(dòng)，并使陶瓷球閥的閥芯能夠單向旋轉(zhuǎn)180°；同時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)有輔助回路和緩沖回路，用以減小齒條液壓缸快速起停時(shí)對(duì)陶瓷閥的沖擊力。

通過(guò)采用帶有輔助回路和緩沖回路的齒條式液壓缸驅(qū)動(dòng)陶瓷球閥，并使閥門(mén)啟閉過(guò)程的旋轉(zhuǎn)角由往復(fù)90°改為單向180°，解決驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)陶瓷球閥的沖擊破壞問(wèn)題和噴放介質(zhì)對(duì)噴放閥的磨損問(wèn)題。

4 工作原理

以圖2所示齒條液壓缸預(yù)從右側(cè)向左側(cè)移動(dòng)為例，詳述該系統(tǒng)的工作過(guò)程。輔助回路右側(cè)油路給齒條液壓缸供油，該股液壓驅(qū)動(dòng)力用于克服噴放閥開(kāi)啟的系統(tǒng)阻力，使其開(kāi)啟阻力趨近于零值，避免快速開(kāi)啟時(shí)的沖擊破壞；主回路接到開(kāi)啟指令后，通過(guò)右側(cè)油路給齒條液壓缸供油，使其快速向左移動(dòng)到預(yù)定工位，陶瓷球閥隨之瞬間開(kāi)啟實(shí)現(xiàn)氣爆物料噴放；在齒條液壓缸到達(dá)預(yù)定工位瞬間停止移動(dòng)時(shí)，左側(cè)緩沖回路的溢流閥開(kāi)啟，將齒條液壓缸突然停止的液壓沖擊力卸掉，實(shí)現(xiàn)緩沖。同時(shí)，齒條液壓缸的右腔通過(guò)右側(cè)緩沖回路的單向閥從油箱吸油，以免產(chǎn)生空穴；氣爆物料噴放結(jié)束后，主回路驅(qū)動(dòng)齒條液壓缸快速向左移動(dòng)，使陶瓷球閥瞬間關(guān)閉；兩側(cè)的緩沖回路重復(fù)上述的卸掉沖擊力和補(bǔ)油的過(guò)程。同時(shí)，輔助液壓系統(tǒng)左側(cè)油路給齒條液壓缸供油，克服陶瓷球閥開(kāi)啟的系統(tǒng)阻力，為下一次噴放過(guò)程的齒條液壓缸向右移動(dòng)做準(zhǔn)備，齒條液壓缸從左側(cè)向右側(cè)移動(dòng)的控制方式與上述原理相同。

5 結(jié)論

對(duì)比表中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，該新型噴放閥適用于介質(zhì)含固率較高、流速較快且需要頻繁啟閉的噴放系統(tǒng)。既能解決含固物料噴放時(shí)的磨損問(wèn)題，又具有較好的使用壽命，減少了停機(jī)維護(hù)頻次，降低了生產(chǎn)中的設(shè)備維護(hù)成本，使連續(xù)生產(chǎn)得到保障。

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