生物质固化成型技术关键部件的强化及意义

    李耸岩 李广志

    摘 要：生物质固化成型技术是生物质能源应用的重要技术之一，但其关键部件的快速磨损制约了技术应用的发展。提出通过以表面强化手段来延长关键部件的使用周期，进而阐述其在此领域应用的重要意义。

    关键词：固化成型；关键部件；强化；意义

    中图分类号：S2162 文献标识码：A

    doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.05.064

    0 引言

    随着世界经济的快速发展，能源消耗与日俱增。生物质能作为“第四代能源”引起了世界各国的重视，其应用包括直接燃烧、物化转化、生化转化等方式。生物质固化成型技术作为直接燃烧的主要技术，如何能够提高关键部件的使用周期，对于该技术以及生物质能的应用都具有重要的意义。

    1 关键部件的强化目标

    生物质固化成型技术是在高压或高温高压条件下，通过生物质中木质素的塑化黏合，把本来疏松的生物质压缩成密度极高的高品质成型燃料，以便储运和高效率燃烧使用。生物质成型设备是技术的核心设备，它能够将生物质经脱水、粉碎、成型等程序，制备成致密固体生物质颗粒。目前，应用较多的生物质成型设备主要采用螺杆式和环模式成型工艺，依靠传动部件与秸秆之间的高速相对运动来实现生物质压缩，压缩过程中摩擦产生的热将纤维、木质素软化的同时，旋转部件产生的挤压力把秸秆推入成型模，从而完成成型。由于生产过程中成型挤压部件始终处于高速摩擦状态，导致压缩区磨损非常严重。

    国内外针对此问题的处理方法主要是规模化生产，批量换件维修，但此方法存在的问题就是需要停产维修，且维修成本较高。除批量换件维修还有两种解决方案：一是从金属材料和热处理入手，改变金属耐磨性能；二是从模具结构入手，改变成型小孔与滚轮切线的角度，增加推入力，减少挤压力。但是，这两种方案的实施也都存在着成本过高的问题。这都导致了成型燃料价格过高，很大程度的制约了生物质能产业的发展。那么如何能夠延长使用周期，降低生产成本一直是该项技术的研究方向。课题通过长期的调研，对生物质成型设备的工作过程和成型挤压关键部件的磨损状态进行分析，对比不同阶段的磨损状态，根据工况不同确定其磨损周期；提出了一种通过粉末冶金技术针对关键部件磨损部位进行强化处理的工艺，通过综合分析选取合适母材和粉末冶金材料，进行试制、加工、装机实验。最终使关键部件使用寿命能够延长3～4倍，而批量生产价格控制在原价格的1～2倍之间。从而提高关键部件的性价比，同时减少换件维修次数，降低整体成本。

    2 关键部件强化的意义

    2.1 社会意义

    近年来，受世界石油资本、环保和全球气候变化的影响，许多国家对生物质能的运用，拟定了相应的开发研究方案，并取得了明显的成效。我国对此也高度重视，相继出台了一系列政策法规，鼓舞和支持有关工业的开展。生物质能的运用主要包括原料的收集、储运和加工等环节。秸秆收集、储运问题的根本解决方法是秸秆收获机械化，随着国家对秸秆回收再利用的重视，这部分的机械化水平在不断提高，该问题已得到基本的解决，固态成型设备的生产效率也在逐步提高，但由于关键部件使用周期太短，维修换件成本过高，导致成型燃料价格居高不下，严重制约了整个产业的发展。关键部件强化如能规模化，将会有效控制成型燃料的加工成本，极大的降低成型燃料终端价格，促进整个生物质能产业的发展。对国家来说，这是一种再生能源，不需要挖井开矿，不需要处理固体和气体垃圾，还省去了“禁烧”投入的人力财力等，同时也是解决农村能源问题的一个重要途径，还能够增加农村就业、提高农民收入、促进新农村发展，另外对于推进节能减排、加速建造节约型社会也具有积极意义。

    2.2 经济意义

    我国《可再生能源发展“十三五”规划》明确提出到2020年，生物质成型燃料利用量达到3000万t。目前，大、中型生物质燃料设备的平均产能在1 t/h左右，按每台设备年工作10 h×30天×10月=3000 h进行计算，届时生物质燃料设备的需求量将最少达到一万台。在这种工况下，国产设备成型挤压件的更换维护周期在45～60天左右，维护费用大约5000元左右，月维护费用在3000元左右；若采用局部强化的成型挤压件进行更换维护，其周期可达到180～240天，维护费用大约在7500元左右，月维护费用不到1000元。每台设备年维护费用可节约24 000元，如以一万台的市场需求量计算，每年在设备的维护费用上可节省24亿元。同时，维护周期的延长也提高了设备的生产效率，从而能够进一步提升整个产业的经济效益。

    2.3 环境保护意义

    生物质从生长到成型燃料燃烧的整个循环中，几乎可以实现C02零排放，并且具有可再生和燃烧效率高的优点，是一种清洁无污染的优质代煤燃料。我国每年的秸秆产量有6亿t左右，除去工业、秸秆还田、饲料及农民生活散烧所消耗的部分，还有25亿t左右的秸秆可用于生产秸秆成型燃料。如果用来替代生活用煤，可直接和间接地少向大气排放C02 42亿t、S02120万t和烟尘300万t。不仅节约能源，而且极大的减少了环境污染。因而，助力推动生物质成型燃料的运用，对节能环保也具有重要的意义。

    参考文献：

    [1] 赵延林，舒伟，邓大军，等.生物质致密成型技术研究现状与发展[J].农业工程技术，2007（4）.

    [2] 徐滨士.表面工程的理论与技术[J].中国表面工程，2010（03）.