Машинно-аппаратурная схема процесса гранулирования древесных опилок. Машинно-аппаратурная схема процесса гранулирования древесных опи. 1 Машинно аппаратурная схема процесса гранулирования
 Скачать 205.5 Kb.
|
1 2  1 Машинно - аппаратурная схема процесса гранулирования Гранулированные древесные опилки признаны в настоящее время одним из перспективных видов биологического топлива. Как и другие виды топлива из растительного сырья они относятся к возобновляемым источникам энергии. При этом использование древесных опилок в качестве топлива не увеличивает количества парниковых газов в атмосфере планеты. [1] Высокий уровень потребительских свойств гранул из древесных опилок обусловлен в первую очередь их высокой теплотворной способностью при горении и малым количеством золы. Другим достоинством гранул является хорошая сыпучесть, которая позволяет механизировать процессы их погрузки и выгрузки, а также автоматизировать подачу в топку котла. Эти свойства делают гранулы привлекательным топливом для использования индивидуальными потребителями. В последнее время в печати, в том числе электронной, появилось много информации об организации технологического процесса гранулирования древесных опилок. Однако эта информация носит рекламный характер и не содержит ответов на многие важные вопросы. Одной из причин этого может являться отсутствие научных исследований в данном направлении. Такое состояние технологии не позволяет решить проблему ее оптимизации. Схематично технология приготовления древесных гранул из влажных отходов древесной промышленности показана на рисунке 1.1. Как видно из схемы, основными процессами являются сушка, дробление, гранулирование и охлаждение гранул. Основное достоинство гранулированных древесных опилок как топлива заключается в низкой относительной влажности. На выходе она должна составить 6 … 8 %. Низкая влажность уменьшает расход теплоты на испарение влаги, находящейся в древесине, то есть повышает низшую теплоту сгорания. В связи с этим древесину подвергают сушке. Это происходит перед гранулированием. Однако в грануляторе происходит кондиционирование опилок, которые в смесителе гранулятора обрабатываются паром или водой. По некоторым оценкам влажность опилок перед гранулированием должна составлять 11 … 14 %. Температура опилок перед гранулированием должна составлять от 90 до 100 оС. Это необходимо для того, чтобы перевести в расплавленное состояние связующий компонент – лигнин, для склеивания опилок в гранулу. Лигнин является компонентом древесины, поэтому дополнительных связующих в опилки обычно не добавляют. После этого гранулы охлаждают в охладителе до температуры 30 … 40 оС, чтобы их можно было упаковывать в полиэтиленовые мешки. [5] Как считается, гранулы обладают достаточной прочностью и не крошатся, когда древесина измельчена до опилок. Поэтому обработка древесины включает процесс измельчения. В описании технологии из различных источников существуют противоречия В большинстве описаний дробление щепы в опилки производится после сушки. Однако в некоторых машинно-аппаратурных схемах вначале производится измельчение, а затем сушка. В наиболее общих схемах первичное измельчение в дробилке производится до сушки, а окончательное измельчение в дробилке – после сушки. Нет данных о том, какой должна быть температура опилок, нагретых в процессе сушки при их поступлении в гранулятор. Имеет ли смысл остужать гранулы после сушки, а затем вновь нагревать их паром или горячей водой. Считается, что связующим компонентом при формовании гранулы из древесных опилок является лигнин. Однако лигнин плавится при температуре около 90 оС, а температуру гранул на выходе из гранулятора ниже этого значения. Не объяснено взаимодействие лигнина с водой. Перед гранулированием опилки подвергают воздействию сухого пара или воды для улучшения качества гранул и, возможно, снижения энергоемкости гранулирования, однако механизм происходящих процессов не раскрывается. [7] Нет объяснения снижению влажности в охладителе после гранулирования. Для достижения влажности, требуемой стандартом (6…8 %), из опилок после гранулирования необходимо удалить около 5 % влаги. Сделать это в охладителе сушильным агентом комнатной температуры затруднительно. Известно, что для гранулирования древесных опилок применяют те же грануляторы, что и гранулирования комбикорма. Производительность грануляторов на древесных опилках намного ниже (в 2 … 2,5 раза), чем на комбикорме. Это можно объяснить либо отличием коэффициента трения и предела текучести гранулируемых опилок и комбикорма либо отличием насыпной массы рассыпных опилок и комбикорма. В первом случае уменьшение протяженности зоны выдавливания при гранулировании опилок по сравнению с гранулированием комбикорма происходит увеличения сопротивления фильер матрицы прессованию. Во втором случае – из-за уменьшения количества прессуемого материала, попадающего в клиновидное рабочее пространство прессующего механизма гранулятора. Ответ на этот вопрос позволит конкретизировать требования к конструкции гранулятора для древесных опилок. В частности не позволяет выбрать оптимальные размеры рабочих поверхностей матрицы и прессующего ролика. Крошимость древесных гранул признается важным параметром. Имеется требование к процентному содержанию гранул малой длины и крошки. Короткие гранулы и большое количество крошки ухудшает проницаемость насыпи гранул при горении, что вызывает закоксовывание топок, приводящее к выходу из строя. Однако данных о крошимости древесных гранул и их связи с технологическими параметрами процесса не имеется. Не определена скорость движения рабочих органов гранулятора, которая, как известно, сильно влияет на крошимость гранул. Не исследовано влияние на крошимость гранул геометрии входной полости канала фильеры. [8] Есть данные, что плотность древесных гранул может составлять до 1700 кг/м3. При этом оптимальная плотность гранул, которая зависит от длины фильеры, не определена. На основании изложенного можно сделать вывод о возможной нерациональности современной технологии гранулирования древесных опилок. Нами предлагается ресурсосберегающая оптимизация этой технологии как в целом, так и по отдельным компонентам ядра технологической системы. В качестве ядра системы будем рассматривать процессы сушки (охлаждения), измельчения на молотковых дробилках и гранулирования. Доступным средством оптимизации – параметрического синтеза технологии гранулирования является методология математического моделирования процессов этой технологии. [2] Для построения математической модели процесса гранулирования необходимо установить физико-механические свойства опилок в процессе уплотнения и экструдирования. К ним относятся зависимость плотности от величины всестороннего напряжения сжатия, коэффициент контактного трения от величины нормального давления и предел текучести спрессованных опилок от всестороннего напряжения сжатия. Характеристикой прочности гранул следует принять их крошимость, которую следует связать с технологическими режимами подготовки опилок к гранулированию и параметрами процесса гранулирования. Физико-механические свойства опилок следует определять для различных пород древесины. Это позволит разбить различные сорта древесины на группы, аналогичные по свойствам, и рекомендовать для них оптимальные параметры оборудования. Для оптимизации процесса измельчения древесины в опилки нужно изучить возможности параметрического синтеза этого процесса с учетом выбора технологических режимов и параметров рабочего пространства молотковой дробилки при измельчении различных сортов древесины. Необходимо определить параметры энергосберегающего ведения процесса измельчения при соблюдении требований к гранулометрическому составу опилок. Для математического моделирования процесса измельчения может быть использован имеющийся математический аппарат при условии определения неизвестных внешних величин для древесины. [4] Процесс сушки – это наиболее энергоемкий процесс рассматриваемой технологии. При его энергосберегающей оптимизации также могут быть применены существующие математические модели при условии определения неизвестных внешних величин для измельченной древесины различных сортов. Особое внимание следует уделить процессу влагосъема при охлаждении гранул, поскольку внешние величины модели сушки в этом случае могут существенно отличаться от величин измельчаемой древесины. [2] Рассматриваемые процессы для повышения эффективности следует подвергать многокритериальной оптимизации. Предлагаемый комплекс исследований позволит повысить эффективность технологии производства древесных гранул и проектировать конкурентоспособные технологические линии для их изготовления. 1.1 Подготовка древесного сырья Измельчение. Для использования разноразмерных кусковых древесных отходов в производстве брикетов их необходимо измельчить. В зависимости от объемов кусковых отходов, их соотношения к опилкам, образующимся на предприятии, и планируемого задания по выпуску брикетов, технология измельчения может быть: одностадийная - измельчение кусковых отходов в мелкую древесную массу (опилки) пригодную для прессования; двухстадийная - на начальном этапе кусковые отходы измельчают в щепу или дробленку, а затем их доизмельчают в опилки. Одностадийная технология может быть применена на предприятиях с годовым выпуском до 3 тыс. тонн брикетов, где имеются, в основном, опилки и небольшие объемы кусковых отходов, т.к. известные измельчители кусковых отходов в мелкую древесную массу, как правило, имеют небольшую производительность. Двухстадийная технология позволяет организовывать производство брикетов в более крупных масштабах. В данном случае кусковые отходы измельчают на щепу (дробленку), а затем доизмельчают в опилки. Для этих целей используются высокопроизводительные рубильные машины и измельчители. Для измельчения кусковых древесных отходов на щепу используются рубильные машины барабанного и дискового типа. В зависимости от вида и размеров отходов рубильные машины могут иметь специальный механизм подачи (в основном барабанные машины) или наклонную загрузку (дисковые машины), Для измельчения короткомерных древесных отходов используются рубильные машины с наклонной загрузкой. Длинномерные отходы измельчают в машинах с горизонтальной загрузкой (подачей). Типоразмер рубильной машины выбирается также с учетом необходимой производительности. Основные характеристики дисковых рубильных машин предназначенных для измельчения кусковых отходов и дровяной древесины приведены в таблице 6, а характеристики барабанных машин в таблицах 1, 2, 3 и 4.
Таблица 4 -Технические характеристики многорезцовых барабанных рубильных машин
Примечание: 1. В машине МРБР8-15ГН используются трехлезвийные резцы выпуклой формы. Машина предназначена для измельчения откомлевек. Длина щепы из машин находится в пределах 10-60 мм. !1)Нож состоит из 2-х резцов с длиной режущей кромки каждого 200 мм. Доизмельчители щепы, дробленки, стружки. Специального оборудования для изготовления опилок в промышленности нет. Можно использовать существующие модели дробилок с незначительной доработкой. 1. Мельница молотковая ММ-ОЗА-С предназначена для доизмельче-ния древесных стружек после станков типа ДС. Параметры мельницы: производительность при влажности стружки 12-15 %, т/ч размер отверстий сита, мм 2-12x31 рабочая длина ротора, мм 708 мощность привода, кВт 55 частота вращения, мин'1 1500 масса, кг 2710 - габариты, м 2,63x0,95x1,08 В практике имеются дезинтеграторы ДЗН-03, ДЗН-04, которые осуществляют доизмельчение крупной фракции щепы и мелких кусковых отходов на щепу. Использовать эту щепу можно в производстве древесных плит. 2. Молотковые дробилки ДМ-4 и ДМ-7 предназначены для доиз-мельчения стружки и мелких кусковых отходов. Основные параметры дробилок, соответственно: ДМ-4 ДМ-7 - производительность по сухой стружке, кг/ч 3000 1500 - количество молотков на роторе, шт 702 448 - ширина камеры дробления, мм 960 1000 - число оборотов ротора, мин1 900 980 - размеры отверстий сит, мм 12x30 6x60 12x70 30x30 - масса, кг 4900 3200 - габариты, м 3,97x2,3х51,2 2,2x12,7x71,41 3. Лопастная дробилка ДМ-8 предназначена для переработки круп-ных древесных частиц размерами не более 60х11х5 мм в опилки и мелкую стружку. Параметры дробилки: - производительность, кг/ч, при W до 10%, на ситах: 5х5 мм - 6000 3x3 мм -3200 при W>40%, на ситах 14х14мм -3600-6600 диаметр барабана, мм 1200 ширина барабана, мм 525 частота вращения барабана, мин -1 990 частота вращения крыльчатки, мин -1 _ 50 После измельчения мелкие фракции и через сита отсасываются пневмотранспортом. 4. Машина для измельчения кусковых отходов, щепы и дробленки в опилки МРБМ-2. Конструктивно машина включает барабанный многорезцовый рабочий орган, в нижней части которого расположена калибровочная решетка с различными диаметрами отверстий (от 7 до 12 мм). Выступ режущих кромок резцов над поверхностью барабана составляет 5-12 мм, а зазор между рабочими кромками контрножей и режущими кромками находится в пределах 0,5-0,9 мм. Зазор между решеткой и поверхностью барабана имеет вид улитки, наименьшее значение зазора равно 1,2 мм. Крупность получаемого продукта регулируется величиной зазоров и диаметром ячеек калибровочной решетки. Загрузка кусковых древесных отходов, дробленки и щепы произво- дится ленточным конвейером в наклонное загрузочное окно рубильной машины. Измельчаемый материал под действием силы тяжести поступает в зону резания. Удаление опилок производится вниз или вбок на выносной конвейер, или в пневмосистему. Параметры машины МРБМ-2: производительность, нас.м3/ч 1 до 4 мощность привода, кВт до 25 число оборотов ротора, мин -1 1500 размер загрузочного окна, мм 230x300 - масса, кг 1000 - габариты, л* 1,4x1,0x1,4 Для измельчения древесной коры служит молотковая мельница МК-10. Ее основные параметры: производительность, м3/ч - до 25 размеры частиц коры, мм - до 10 мощность привода, кВт - 75 частота вращения ротора, мин -1 - 735 диаметр ротора, мм - 1000 масса, кг - 3600 - габариты, ж -2,35x1,24x1,55 Для грубого измельчения коры применяются корорубки КР-4, КР-5, КР-6. 1.3 Сортировка измельченной древесной массы Измельченная древесная масса и опилки от различного деревообрабатывающего оборудования имеют неоднородный состав по крупности (в опилках находятся разные кусковые отходы и пр.) В связи с этим требуется произвести их разделение - сортировку по фракциям (очистить от крупных включений). Принципиальные схемы сортирующих машин весьма многообразны, однако по способу приведения материалов в движение в процессе сортировки их можно разделить на четыре группы: механические, пневматические (воздушные), гидравлические и магнитные. Машины для механической сортировки обычно снабжены ситами, решетками, колосниками. Их используют для разделения сыпучего материала на две или несколько фракций, различающихся по крупности. Число фракций зависит от количества сит, через которые был пропущен материал. Машины для пневматической сортировки основаны на принципе отделения в воздушном потоке: частицы выпадают под влиянием сил тяжести, центробежных сил или совместного действия тех и других. Машины гидравлической сортировки материалов по крупности основаны на различных скоростях падения частиц неодинаковой величины и удельного веса, находящихся во взвешенном состоянии в водной среде. Магнитные сортировки служат для отделения от материала металлических примесей. Для сортирования измельченной древесины применяются, в основном, механические сортировки, которые разделяются на следующие типы: плоские, вибрационные, гирационные и барабанные. Наиболее широко распространены гирационные сортировки. Специальных сортировок для мелкой измельченной древесины нет, обычно применяют сортировки для щепы. [8] Принцип работы сортировочных установок основан на механическом колебании каскада сит, причем колебания происходят с определенной частотой и амплитудой в горизонтальной плоскости. К таким сортировкам относятся напольные или подвесные гирационные установки СЩ-1М, СЩ-60, СЩ-120 (Верхнеднепровский завод); СЩ500-1 (Петрозаводск-буммаш); СЩ-70, СЩ-140, СЩ-200 (Канский завод бумоборудования). Основные характеристики сортировок приведены в табл. 5. Таблица 5 Основные параметры сортирующих установок
Опыт эксплуатации напольных установок показывает, что наиболее часто выходят из строя шаровые опоры. Известны случаи выпрыгивания сортировочных сит из опор. Кроме этого, для таких сортировок нужны мощные фундаменты. Обслуживание напольных установок затруднено, так как доступ к узлу привода и опорам ограничен. Для улучшения эксплуатационных характеристик сортировок их подвешивают посредством канатов или цепей с возможностью регулиров ки высоты. Подвешивают, как правила, в четырех точках, для чего на рас-стоянии 200-300 мм от контура устанавливают вертикальные стойки из стандартного профиля (труба диаметром 150-180 мм, швеллер № 14-16). Верх стоек обвязан рамой, к которой и крепятся гибкие подвески. Стойки располагают по длинной стороне корпуса сортировки. Для достижения более высокой эффективности работы сортирующих установок (измельченная древесина мелкая) размеры ячеек сит и их коли-чество могут быть изменены. [1] Сортировочные установки, кроме разделения измельченной древе¬сины по фракциям, позволяют частично отделять гниль и кору. По данным к.т.н. Матюнина В.Я. деструктивная (мягкая) гниль поч¬ти полностью отсортировывается (80-95 %), а коррозийная удаляется на 50-60 %. Производственные испытания по определению эффективности рабо¬ты сортировочной машины СЩ-120, смонтированной на тросовых подвес¬ках на нижнем складе Волгоградского сплавного рейда, показали, что со-держание коры в щепе снижается на 40-45 % (порода осина дровяная), со-держание гнили в щепе уменьшается на 60-70 %. Барабанные сортировки. Рабочим органом такой сортировки являет¬ся сито, согнутое в цилиндрическую, коническую или многогранную по-верхность. Сортируемый материал передвигается по ситу барабана почти без встряхивания, однако при вращении барабана происходит довольно интенсивное перемешивание материала. Положительным фактором этих сортировок является самоочистка ячеек. В тоже время они низкопроизводительны, требуют больших площа-дей, для получения нескольких фракций конструкция усложняется, Известна барабанная сортировка СБУЩ-2 (ЦНИИМЭ) производи-тельностью до 10 пл. м3/ч. Число оборотов барабана - 40 мин" , длина ба-рабана - 6250 мм, диаметр 1000 мм, мощность привода - 2,8 кВт. Барабан устанавливается на опоры под углом к горизонтальной плоскости. Барабанный сортировщик ПКТИ состоит из перфорированного приводного барабана (диаметр ячеек 45 мм) диаметром 1000 мм и двух ленточных конвейеров. Барабан установлен на подшипниковых опорах и под углом к гори-зонтальной плоскости 12°. Частицы древесины, прошедшие через отверстия, поступают на лен-точный конвейер и направляются в бункер, крупные фракции высыпают¬ся из барабана на конвейер и подаются в топку или на доизмельчении. Производительность сортировщика до 10 м3/ч. Число оборотов бара-бана - 35 мин'1, длина барабана - 5000 мм, мощность привода - 3 кВт, масса - 2070 кг. Габариты: длина 6,3 м, ширина - 2,05 м, высота - 4,0 м. [1] 1 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||