生物質固化成型技術關鍵部件的強化及意義

李聳巖 李廣志

摘 要：生物質固化成型技術是生物質能源應用的重要技術之一，但其關鍵部件的快速磨損制約了技術應用的發展。提出通過以表面強化手段來延長關鍵部件的使用周期，進而闡述其在此領域應用的重要意義。

關鍵詞：固化成型；關鍵部件；強化；意義

中圖分類號：S2162 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.05.064

0 引言

隨著世界經濟的快速發展，能源消耗與日俱增。生物質能作為“第四代能源”引起了世界各國的重視，其應用包括直接燃燒、物化轉化、生化轉化等方式。生物質固化成型技術作為直接燃燒的主要技術，如何能夠提高關鍵部件的使用周期，對于該技術以及生物質能的應用都具有重要的意義。

1 關鍵部件的強化目標

生物質固化成型技術是在高壓或高溫高壓條件下，通過生物質中木質素的塑化黏合，把本來疏松的生物質壓縮成密度極高的高品質成型燃料，以便儲運和高效率燃燒使用。生物質成型設備是技術的核心設備，它能夠將生物質經脫水、粉碎、成型等程序，制備成致密固體生物質顆粒。目前，應用較多的生物質成型設備主要采用螺桿式和環模式成型工藝，依靠傳動部件與秸稈之間的高速相對運動來實現生物質壓縮，壓縮過程中摩擦產生的熱將纖維、木質素軟化的同時，旋轉部件產生的擠壓力把秸稈推入成型模，從而完成成型。由于生產過程中成型擠壓部件始終處于高速摩擦狀態，導致壓縮區磨損非常嚴重。

國內外針對此問題的處理方法主要是規模化生產，批量換件維修，但此方法存在的問題就是需要停產維修，且維修成本較高。除批量換件維修還有兩種解決方案：一是從金屬材料和熱處理入手，改變金屬耐磨性能；二是從模具結構入手，改變成型小孔與滾輪切線的角度，增加推入力，減少擠壓力。但是，這兩種方案的實施也都存在著成本過高的問題。這都導致了成型燃料價格過高，很大程度的制約了生物質能產業的發展。那么如何能夠延長使用周期，降低生產成本一直是該項技術的研究方向。課題通過長期的調研，對生物質成型設備的工作過程和成型擠壓關鍵部件的磨損狀態進行分析，對比不同階段的磨損狀態，根據工況不同確定其磨損周期；提出了一種通過粉末冶金技術針對關鍵部件磨損部位進行強化處理的工藝，通過綜合分析選取合適母材和粉末冶金材料，進行試制、加工、裝機實驗。最終使關鍵部件使用壽命能夠延長3～4倍，而批量生產價格控制在原價格的1～2倍之間。從而提高關鍵部件的性價比，同時減少換件維修次數，降低整體成本。

2 關鍵部件強化的意義

2.1 社會意義

近年來，受世界石油資本、環保和全球氣候變化的影響，許多國家對生物質能的運用，擬定了相應的開發研究方案，并取得了明顯的成效。我國對此也高度重視，相繼出臺了一系列政策法規，鼓舞和支持有關工業的開展。生物質能的運用主要包括原料的收集、儲運和加工等環節。秸稈收集、儲運問題的根本解決方法是秸稈收獲機械化，隨著國家對秸稈回收再利用的重視，這部分的機械化水平在不斷提高，該問題已得到基本的解決，固態成型設備的生產效率也在逐步提高，但由于關鍵部件使用周期太短，維修換件成本過高，導致成型燃料價格居高不下，嚴重制約了整個產業的發展。關鍵部件強化如能規模化，將會有效控制成型燃料的加工成本，極大的降低成型燃料終端價格，促進整個生物質能產業的發展。對國家來說，這是一種再生能源，不需要挖井開礦，不需要處理固體和氣體垃圾，還省去了“禁燒”投入的人力財力等，同時也是解決農村能源問題的一個重要途徑，還能夠增加農村就業、提高農民收入、促進新農村發展，另外對于推進節能減排、加速建造節約型社會也具有積極意義。

2.2 經濟意義

我國《可再生能源發展“十三五”規劃》明確提出到2020年，生物質成型燃料利用量達到3000萬t。目前，大、中型生物質燃料設備的平均產能在1 t/h左右，按每臺設備年工作10 h×30天×10月=3000 h進行計算，屆時生物質燃料設備的需求量將最少達到一萬臺。在這種工況下，國產設備成型擠壓件的更換維護周期在45～60天左右，維護費用大約5000元左右，月維護費用在3000元左右；若采用局部強化的成型擠壓件進行更換維護，其周期可達到180～240天，維護費用大約在7500元左右，月維護費用不到1000元。每臺設備年維護費用可節約24 000元，如以一萬臺的市場需求量計算，每年在設備的維護費用上可節省24億元。同時，維護周期的延長也提高了設備的生產效率，從而能夠進一步提升整個產業的經濟效益。

2.3 環境保護意義

生物質從生長到成型燃料燃燒的整個循環中，幾乎可以實現C02零排放，并且具有可再生和燃燒效率高的優點，是一種清潔無污染的優質代煤燃料。我國每年的秸稈產量有6億t左右，除去工業、秸稈還田、飼料及農民生活散燒所消耗的部分，還有25億t左右的秸稈可用于生產秸稈成型燃料。如果用來替代生活用煤，可直接和間接地少向大氣排放C02 42億t、S02120萬t和煙塵300萬t。不僅節約能源，而且極大的減少了環境污染。因而，助力推動生物質成型燃料的運用，對節能環保也具有重要的意義。

參考文獻：

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[2] 徐濱士.表面工程的理論與技術[J].中國表面工程，2010（03）.