一種秸稈煤擠壓成型裝置的設(shè)計

韓海敏

（河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450042）

0 引言

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物秸稈資源量大，秸稈作為一種非常寶貴的可再生生物質(zhì)資源，目前其利用程度受到能源結(jié)構(gòu)變化、勞動力缺乏等問題的影響，每年都會有大量秸稈被隨意丟棄或焚燒，不僅難以充分發(fā)揮自身價值，而且還造成資源浪費(fèi)，影響鄉(xiāng)村風(fēng)貌，嚴(yán)重污染大氣，存在火災(zāi)及交通安全隱患[1-3]。2017年9月中共中央辦公廳國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于創(chuàng)新體制機(jī)制推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的意見》，正式提出了“農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展”的概念。農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的根本要求是通過綠色、循環(huán)、集約的發(fā)展模式，更加注重生態(tài)保育，不斷改善生態(tài)環(huán)境[4]。而如何實現(xiàn)農(nóng)作物秸稈的循環(huán)再利用，將“一根秸稈”做到“變廢為寶”，成為了農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要課題。

1 秸稈綜合利用現(xiàn)狀簡述

近年來，圍繞農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的總體要求，秸稈綜合利用主要以“五料化”為主，即肥料化、原料化、基料化、燃料化、飼料化[5]，其中，以東北地區(qū)為例，秸稈利用主要體現(xiàn)在肥料化、飼料化和燃料化方面，綜合利用率連年上升，形成了“農(nóng)用優(yōu)先、多元利用”的秸稈再利用發(fā)展新格局[1]。秸稈燃料化利用包括直接燃用和新型能源化利用。目前，國內(nèi)秸稈資源新型能源化利用形式主要集中為固化、炭化、氣化、液化和發(fā)電[6]，這些利用途徑不僅可以減少污染，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，而且具有相對成熟的產(chǎn)業(yè)模式，可以給生態(tài)、社會和經(jīng)濟(jì)帶來一系列的效益。

秸稈固化主要是指秸稈固化成型技術(shù)，將農(nóng)作物秸稈或粉碎的廢棄生物質(zhì)壓制成一種可直接燃燒的固體燃料[7]（即秸稈煤）。壓縮成型后的秸稈煤在密度、燃燒性等方面都比生物質(zhì)原料有了很大的提升[8]，便于儲存和運(yùn)輸，其熱值可達(dá)3200~4500大卡，通過計算2t秸稈熱能值可代替1t標(biāo)準(zhǔn)煤，秸稈具有易燃、灰分少、成本低等特點(diǎn)，可替代木柴、原煤等燃料，廣泛用于取暖、生活爐灶、鍋爐、生物質(zhì)發(fā)電等。秸稈煤成型工藝流程，如圖1。

圖1 秸稈固化成型燃料工藝流程

秸稈煤的生產(chǎn)主要有兩種方式，一種是加熱擠壓，利用高溫使秸稈質(zhì)變，進(jìn)而實現(xiàn)擠壓成型[9]，這種方式對秸稈原料的干燥程度要求較高，并且需要電加熱，成本高；另一種是使用粘合劑與秸稈原料混合后擠壓成型。但目前混合粘合劑擠壓成型裝置的擠壓力不易調(diào)節(jié)，使得秸稈煤的成型緊實度不理想，容易造成斷裂破損，影響后續(xù)使用，同時不便于對成型模進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，影響成型模的使用壽命。基于此，提出了一種秸稈煤擠壓成型裝置。

2 總體設(shè)計方案及工作原理

2.1 設(shè)計要求

秸稈煤擠壓成型裝置的設(shè)計參數(shù)要求如下。

總體尺寸（長×寬×高，mm） ≤2 000×600×1 500

整機(jī)重量（kg） ≤1 500

產(chǎn)量（t/h） ≥1

原料長度（mm）2~50

原料含水率（%）5~30

成品密度（g/cm3） ≈1.2

成品熱值（大卡） ≈4 000

2.2 秸稈煤擠壓成型裝置的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

秸稈煤擠壓成型裝置整體結(jié)構(gòu)如圖2。該裝置主要由機(jī)架、動力組件、移動組件和調(diào)位組件組成。

圖2 秸稈煤擠壓成型裝置三維模型

2.3 秸稈煤擠壓成型裝置的組成部件

（1）機(jī)架。機(jī)架表面設(shè)置有輸送筒，輸送筒一端密封另一端開口，輸送筒內(nèi)部安裝有輸送軸，輸送軸端部安裝有注液管，注液管與供液裝置連接，給輸送軸內(nèi)部注入粘合劑。螺旋葉片和攪拌葉片固定在輸送軸的上面，輸送軸的材料一般為A4鋼管或圓鋼，直徑30～35 mm，長2～4 m。輸送軸外壁貫穿設(shè)置有出液孔，出液孔與攪拌葉片交錯分布（圖3）。

圖3 秸稈煤擠壓成型裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意

（2）動力組件。包括動力電機(jī)和從動鏈輪，如圖2從動鏈輪連接在輸送軸外側(cè)，動力電機(jī)連接在機(jī)架表面，動力電機(jī)的輸出端連接有主動鏈輪。動力電機(jī)工作時通過鏈傳動驅(qū)動輸送軸旋轉(zhuǎn)。

（3）移動組件。包括固定架和移動板，移動板共有兩塊且對稱連接在成型模兩側(cè)，兩個固定架以輸送筒的軸線為基準(zhǔn)對稱分布，兩個固定架內(nèi)部分別設(shè)置有移動絲杠和導(dǎo)向桿，一塊移動板與導(dǎo)向桿滑動配合，另一塊移動板與移動絲杠螺紋連接，移動絲杠的端部連接有手輪，如圖4。工作時，通過手輪帶動移動絲杠，通過導(dǎo)向桿進(jìn)行限位導(dǎo)向，利用螺紋傳動使移動板在移動絲杠外側(cè)移動，從而實現(xiàn)成型模與輸送筒的配合和脫離，便于對成型模進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，有助于延長成型模的使用壽命。

圖4 移動組件結(jié)構(gòu)示意

為了便于秸稈原料進(jìn)入成型孔內(nèi)部，成型孔的進(jìn)料端設(shè)計為錐孔結(jié)構(gòu)。為了提高輸送軸的穩(wěn)固性，成型?？拷斔洼S處有加強(qiáng)柱，當(dāng)成型模進(jìn)入輸送筒內(nèi)部時，加強(qiáng)柱插入輸送軸內(nèi)部，有利于保證螺旋葉片對秸稈原料施加壓力的穩(wěn)定性和均勻性，提高秸稈煤成型效果。

（4）調(diào)位組件。調(diào)位組件包括安裝板，安裝板連接在機(jī)架外側(cè)，靠近輸送筒的開口端表面設(shè)置有滑動槽，底面連接有安裝架，安裝架內(nèi)部設(shè)有調(diào)位絲杠，調(diào)位絲杠外側(cè)通過螺紋連接有移動桿，移動桿上端穿出滑動槽且與固定板相連接，移動絲杠的上端安裝有旋轉(zhuǎn)盤（圖5）。工作時，通過旋轉(zhuǎn)盤帶動調(diào)位絲杠，通過滑動槽對移動桿進(jìn)行限位導(dǎo)向，利用螺紋傳動使移動桿在調(diào)位絲杠外側(cè)移動，從而帶動固定板靠近或者遠(yuǎn)離輸送筒。

（5）滑動桿靠近輸送筒的端部與承載板相連接，遠(yuǎn)離輸送筒的端部連接有限位板，滑動桿位于承載板和固定板之間的外側(cè)套裝有撐頂彈簧。利用撐頂彈簧的彈力推動承載板，使施壓柱進(jìn)入成型孔內(nèi)部，從而對秸稈原料進(jìn)行擠壓，能夠提高秸稈煤緊實度，防止秸稈煤斷裂破損，便于運(yùn)輸存放。

圖5 調(diào)位組件結(jié)構(gòu)示意

2.4 秸稈煤擠壓成型裝置的工作過程

工作時，移動組件帶動成型模進(jìn)入輸送筒內(nèi)部，同時調(diào)位組件使固定板向輸送筒移動，使施壓柱伸入成型孔內(nèi)部，秸稈煤擠壓成型時注料斗向輸送筒內(nèi)部注入秸稈原料，動力組件帶動輸送軸旋轉(zhuǎn)，螺旋葉片隨之平穩(wěn)地將秸稈原料向成型模推送，通過注液管和供液裝置向輸送軸內(nèi)部注入粘合劑，粘合劑經(jīng)出液孔進(jìn)入輸送筒內(nèi)部，攪拌葉片隨著輸送軸旋轉(zhuǎn)對秸稈原料進(jìn)行攪拌，使秸稈原料和粘合劑混合，在螺旋葉片的推動下，混合粘合劑的秸稈原料進(jìn)入成型孔內(nèi)部擠壓成型。成型的秸稈煤與施壓柱接觸，克服彈性伸縮桿的彈力推動施壓柱脫離成型孔，秸稈煤逐漸從成型孔內(nèi)部擠出，切斷電缸帶動切刀下降并將秸稈煤切斷，切斷的秸稈煤掉落，施壓柱在彈性伸縮桿的彈力驅(qū)動下向成型孔移動，再次對成型孔內(nèi)部的秸稈煤進(jìn)行擠壓，重復(fù)上述過程，實現(xiàn)秸稈煤的連續(xù)成型。

3 結(jié)論

針對秸稈煤在固化成型過程中存在的問題，在滿足安全可靠、輕量化設(shè)計的原則下，提出了一種秸稈煤擠壓成型裝置。通過調(diào)位組件能夠?qū)崿F(xiàn)對秸稈煤施壓力大小的調(diào)節(jié)，滿足不同濕度的原料擠壓成型的需求，為后期進(jìn)一步的試驗研究提供一定的參考。