Devido à menor quantidade de substâncias nocivas, como cinzas, nitrogênio e enxofre, na biomassa, em comparação com a energia mineral, ela apresenta grandes reservas, boa atividade de carbono, fácil ignição e altos componentes voláteis. Portanto, a biomassa é um combustível energético ideal, ideal para conversão e utilização em combustão. As cinzas residuais após a combustão da biomassa são ricas em nutrientes necessários às plantas, como fósforo, cálcio, potássio e magnésio, podendo ser utilizadas como fertilizante para retorno ao campo. Dadas as enormes reservas de recursos e as vantagens renováveis únicas da energia de biomassa, ela é atualmente considerada uma opção importante para o desenvolvimento nacional de novas energias por países em todo o mundo. A Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma da China declarou claramente, no "Plano de Implementação para o Uso Integral da Palha de Cultivo durante o 12º Plano Quinquenal", que a taxa de utilização integral da palha atingirá 75% até 2013 e se esforçará para ultrapassar 80% até 2015.
Como converter energia de biomassa em energia de alta qualidade, limpa e conveniente tornou-se um problema urgente a ser resolvido. A tecnologia de densificação de biomassa é uma das maneiras eficazes de melhorar a eficiência da incineração de energia de biomassa e facilitar o transporte. Atualmente, existem quatro tipos comuns de equipamentos de conformação densa nos mercados nacional e internacional: máquina de extrusão de partículas em espiral, máquina de estampagem de partículas por pistão, máquina de moldagem de partículas planas e máquina de moldagem de partículas em anel. Entre elas, a máquina de pelotização de molde em anel é amplamente utilizada devido às suas características, como a ausência de aquecimento durante a operação, amplos requisitos de teor de umidade da matéria-prima (10% a 30%), grande rendimento da máquina única, alta densidade de compressão e bom efeito de conformação. No entanto, esses tipos de máquinas de pelotização geralmente apresentam desvantagens, como fácil desgaste do molde, curta vida útil, altos custos de manutenção e substituição inconveniente. Em resposta às deficiências mencionadas da máquina de pelotização de molde em anel, o autor fez um novo projeto de melhoria na estrutura do molde de conformação e projetou um molde de conformação do tipo conjunto com longa vida útil, baixo custo de manutenção e manutenção conveniente. Enquanto isso, este artigo conduziu uma análise mecânica do molde de conformação durante seu processo de trabalho.
1. Melhoria do Projeto da Estrutura do Molde de Conformação para Granulador de Molde de Anel
1.1 Introdução ao processo de conformação por extrusão:A máquina de peletes com matriz anelar pode ser dividida em dois tipos: vertical e horizontal, dependendo da posição da matriz anelar. De acordo com a forma de movimento, ela pode ser dividida em duas formas diferentes de movimento: o rolo de pressão ativo com um molde anelar fixo e o rolo de pressão ativo com um molde anelar acionado. Este design aprimorado é voltado principalmente para a máquina de partículas com molde anelar com um rolo de pressão ativo e um molde anelar fixo como forma de movimento. Consiste principalmente em duas partes: um mecanismo de transporte e um mecanismo de partículas com molde anelar. O molde anelar e o rolo de pressão são os dois componentes principais da máquina de peletes com molde anelar, com muitos furos de molde de formação distribuídos ao redor do molde anelar, e o rolo de pressão é instalado dentro do molde anelar. O rolo de pressão é conectado ao eixo de transmissão e o molde anelar é instalado em um suporte fixo. Quando o eixo gira, ele aciona o rolo de pressão para girar. Princípio de funcionamento: Primeiramente, o mecanismo de transporte transporta o material de biomassa triturado em um determinado tamanho de partícula (3-5 mm) para a câmara de compressão. Em seguida, o motor aciona o eixo principal para acionar o rolo de pressão, que se move a uma velocidade constante para dispersar uniformemente o material entre o rolo de pressão e o molde circular, fazendo com que o molde circular se comprima e friccione com o material, o rolo de pressão com o material e o material com o material. Durante o processo de compressão por atrito, a celulose e a hemicelulose no material se combinam. Ao mesmo tempo, o calor gerado pela compressão por atrito amolece a lignina, transformando-a em um ligante natural, o que torna a celulose, a hemicelulose e outros componentes mais firmemente unidos. Com o enchimento contínuo de materiais de biomassa, a quantidade de material submetido à compressão e atrito nos furos do molde de moldagem continua a aumentar. Ao mesmo tempo, a força de compressão entre a biomassa continua a aumentar, e ela se densifica e se forma continuamente no furo de moldagem. Quando a pressão de extrusão é maior que a força de atrito, a biomassa é extrudada continuamente pelos furos de moldagem ao redor do molde do anel, formando combustível de moldagem de biomassa com uma densidade de moldagem de cerca de 1g/Cm3.
1.2 Desgaste dos Moldes de Conformação:A produção de uma única máquina da máquina de pelotização é grande, com um grau relativamente alto de automação e forte adaptabilidade às matérias-primas. Ela pode ser amplamente utilizada para o processamento de diversas matérias-primas de biomassa, sendo adequada para a produção em larga escala de combustíveis de formação densa de biomassa e atendendo aos requisitos de desenvolvimento da futura industrialização de combustíveis de formação densa de biomassa. Portanto, a máquina de pelotização com molde anelar é amplamente utilizada. Devido à possível presença de pequenas quantidades de areia e outras impurezas não provenientes de biomassa no material de biomassa processado, é altamente provável que cause desgaste significativo no molde anelar da máquina de pelotização. A vida útil do molde anelar é calculada com base na capacidade de produção. Atualmente, a vida útil do molde anelar na China é de apenas 100-1000t.
A falha do molde de anel ocorre principalmente nos quatro fenômenos a seguir: ① Após o molde de anel funcionar por um período de tempo, a parede interna do furo do molde de formação se desgasta e a abertura aumenta, resultando em deformação significativa do combustível formado produzido; ② A inclinação de alimentação do furo da matriz de formação do molde de anel se desgasta, resultando em uma diminuição na quantidade de material de biomassa espremido no furo da matriz, uma diminuição na pressão de extrusão e fácil bloqueio do furo da matriz de formação, levando à falha do molde de anel (Figura 2); ③ Após os materiais da parede interna e reduz drasticamente a quantidade de descarga (Figura 3);
④ Após o desgaste do furo interno do molde do anel, a espessura da parede entre as peças L adjacentes do molde torna-se mais fina, resultando em uma diminuição na resistência estrutural do molde do anel. Trincas são propensas a ocorrer na seção mais perigosa e, à medida que as trincas continuam a se estender, ocorre o fenômeno de fratura do molde do anel. A principal razão para o desgaste fácil e a curta vida útil do molde do anel é a estrutura irracional do molde do anel de conformação (o molde do anel é integrado aos furos do molde de conformação). A estrutura integrada dos dois é propensa a tais resultados: às vezes, quando apenas alguns furos do molde do anel de conformação estão desgastados e não podem funcionar, todo o molde do anel precisa ser substituído, o que não só traz inconveniência para o trabalho de substituição, mas também causa grande desperdício econômico e aumenta os custos de manutenção.
1.3 Projeto de Melhoria Estrutural do Molde de ConformaçãoPara prolongar a vida útil do molde anelar da máquina de peletes, reduzir o desgaste, facilitar a substituição e reduzir os custos de manutenção, é necessário realizar um novo projeto de melhoria na estrutura do molde anelar. O molde de moldagem embutido foi utilizado no projeto, e a estrutura aprimorada da câmara de compressão é mostrada na Figura 4. A Figura 5 mostra a vista em corte transversal do molde de moldagem aprimorado.
Este projeto aprimorado é voltado principalmente para máquinas de partículas com molde de anel, que possuem um movimento de rolo de pressão ativo e um molde de anel fixo. O molde de anel inferior é fixado ao corpo, e os dois rolos de pressão são conectados ao eixo principal por meio de uma placa de conexão. O molde de conformação é embutido no molde de anel inferior (usando ajuste de interferência), e o molde de anel superior é fixado no molde de anel inferior por meio de parafusos e fixado no molde de conformação. Ao mesmo tempo, para evitar que o molde de conformação rebote devido à força após o rolo de pressão rolar e se mover radialmente ao longo do molde de anel, parafusos escareados são usados para fixar o molde de conformação aos moldes de anel superior e inferior, respectivamente. A fim de reduzir a resistência do material que entra no furo e torná-lo mais conveniente para entrar no furo do molde, o ângulo cônico do furo de alimentação do molde de conformação projetado é de 60° a 120°.
O design estrutural aprimorado do molde de conformação possui características de ciclo múltiplo e longa vida útil. Quando a máquina de partículas opera por um longo período, a perda por atrito faz com que a abertura do molde de conformação se torne maior e passivada. Quando o molde de conformação desgastado é removido e expandido, ele pode ser usado para a produção de outras especificações de partículas de conformação. Isso permite a reutilização de moldes e economiza custos de manutenção e substituição.
Para prolongar a vida útil do granulador e reduzir os custos de produção, o rolo de pressão utiliza aço de alto carbono e alto manganês com boa resistência ao desgaste, como o aço 65Mn. O molde de conformação deve ser feito de aço-liga cementado ou liga de níquel-cromo de baixo carbono, como Cr, Mn, Ti, etc. Devido à melhoria da câmara de compressão, a força de atrito experimentada pelos moldes de anel superior e inferior durante a operação é relativamente pequena em comparação com o molde de conformação. Portanto, aço carbono comum, como o aço 45, pode ser usado como material para a câmara de compressão. Comparado aos moldes de anel de conformação integrados tradicionais, ele pode reduzir o uso de aço-liga caro, reduzindo assim os custos de produção.
2. Análise mecânica do molde de formação da máquina de pelotas de molde de anel durante o processo de trabalho do molde de formação.
Durante o processo de moldagem, a lignina presente no material é completamente amolecida devido ao ambiente de alta pressão e alta temperatura gerado no molde. Quando a pressão de extrusão não aumenta, o material sofre plastificação. O material flui bem após a plastificação, de modo que o comprimento pode ser definido como d. O molde de conformação é considerado um vaso de pressão, e a tensão sobre o molde de conformação é simplificada.
Por meio da análise do cálculo mecânico acima, pode-se concluir que, para obter a pressão em qualquer ponto dentro do molde de conformação, é necessário determinar a deformação circunferencial naquele ponto dentro do molde de conformação. Em seguida, a força de atrito e a pressão naquele local podem ser calculadas.
3. Conclusão
Este artigo propõe um novo projeto de melhoria estrutural para o molde de conformação da peletizadora de molde anelar. O uso de moldes de conformação incorporados pode reduzir efetivamente o desgaste do molde, prolongar a vida útil do molde, facilitar a substituição e a manutenção e reduzir os custos de produção. Ao mesmo tempo, foram realizadas análises mecânicas no molde de conformação durante seu processo de trabalho, fornecendo uma base teórica para futuras pesquisas.
Horário da publicação: 22 de fevereiro de 2024