0、引言
目前，在生物質(zhì)能利用的加料階段，普遍出現(xiàn)料倉“搭橋”以及加料裝置給料不暢等問題，這給后期的穩(wěn)定生產(chǎn)帶來不利影響。如何實現(xiàn)條狀生物質(zhì)秸稈的加料，是當前國際上眾多生物質(zhì)能開發(fā)利用研究機構(gòu)和企業(yè)都面臨的難題，富通新能源生產(chǎn)銷售
秸稈顆粒機、
秸稈壓塊機、
木屑顆粒機等生物質(zhì)顆粒燃料成型機械設備。
生物質(zhì)秸稈的流動行為決定了加料裝置所采用的技術(shù)路線，對于實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、安全運行具有重要影響。基于此，本文開展了對生物質(zhì)秸稈流動行為的研究，主要考察了物料特性、料位高度、螺旋軸轉(zhuǎn)速及運轉(zhuǎn)方式對物料流動行為和出料速率的影響，研究結(jié)果為生物質(zhì)加料裝置的放大設計提供了依據(jù)。
1、物料、設備及方法
1.1物料
試驗物料為產(chǎn)自于山東某地的棉稈，采用90s-1300型專用切碎機進行切碎。切割后的棉稈由3部分組成：一為桿徑，其形狀較單一，星柱狀，直徑在0~20mm之間，長度在2~18cm之間，大部分為3~6cm;=是棉皮，呈卷曲狀，拉伸后長度在3～20cm之間，大部分相互交錯，卷曲纏繞在一起；其余少數(shù)為破碎的棉稈，呈扁平狀和粉狀。具體尺寸分布如表1所示。
1.2設備
生物質(zhì)秸稈加料實驗裝置如圖1所示。主要組成部分有擺線針輪減速機、監(jiān)視器、雙節(jié)螺旋給料器、加料斗、變頻調(diào)速器、鏈板輸送機及稱量裝置。其中，螺旋經(jīng)變速后調(diào)速范圍為10～10r/min;雙節(jié)螺旋給料器采用上下兩級螺旋葉片，上級葉片直徑500mm，節(jié)距300mm，每個葉片相隔100mm間斷布置，下級葉片直徑250mm，節(jié)距200mm，呈連續(xù)布置；加料斗圓柱段直徑1000mm，圓錐段夾角33°；出口段采用尺寸為300mm×300mm方形出口。實驗采用計量裝置監(jiān)測出料量，通過監(jiān)視器來觀察物料在料斗內(nèi)的表觀流動行為。
1.3方法
首先稱取一定物料，放入料斗內(nèi)，然后依次開啟鏈板輸送機和擺線針輪減速機，通過變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)螺旋轉(zhuǎn)速，根據(jù)計量裝置所測料重記錄出料量，觀察料斗內(nèi)物料的運動情況和出料量的變化情況，分析影響出料速率和出料質(zhì)量的各種因素。同時，按照不同的試驗目的，改變原始料位高度及保持一定料位高度，觀察不同情況下的物料流動行為及此時出料量的變化情況。
2、結(jié)果與討論
2.1物料粒徑及堆積高度對堆積密度的影響
生物質(zhì)秸稈的堆積密度對物料本身的流動行為具有重要影響。實驗證明：松散物料不易“搭橋”，濕度大的物料堆積密度大，易出現(xiàn)該情況，因此有必要先研究物料的堆積密度。
生物質(zhì)秸稈的堆積密度變化范圍大，影響因素多，不同粒徑的物料堆積密度不同，同一粒徑的物料在不同堆積高度下也會有不同的堆積密度。粒徑越小，堆得越實，堆積密度越高，并且寬篩份較窄篩份物料堆積密度高。在一定總堆積高度下，物料的堆積密度隨高度的增長而遞減。而同一高度處的物料堆積密度隨總堆積高度的增加而增加（如圖2所示）。圖2表明了堆積密度隨堆積高度增加的變化規(guī)律，需要說明的是：此處堆積密度的測量點位子堆積物料最底部。從圖中可以清楚的看出，堆積密度隨堆積高度的增加而逐漸增大。如1m堆積高度下的堆積密度僅為89kg/m3，在Sm物料自身重力的作用下，堆積密度可達126 kg/m3，為1m堆積高度下的1.4倍。
2.2原始料位高度對出料速率的影響
不同物料量對應的物料高度不同，不同的物料高度具有不同的物料流動行為及出料速率。實驗中，分別在加料斗內(nèi)放置30、50、70kg的物料量，螺旋軸的轉(zhuǎn)速始終保持在3r/min，方向為正方向，圖3給出了出料量隨時間發(fā)展的變化規(guī)律。實驗結(jié)果表明，無論原始料位高低，出料均有一延時過程(約1min)，之后才正常出料，料位越高，延時越短，料位越低，延時越長。這主要是由于物料的自身流動性較差，需要依靠外力協(xié)助流動，自然堆放的物料不能填充至小直徑螺旋葉片中。故當螺旋軸轉(zhuǎn)動一定時間后，物料才開始進入螺旋葉片，從而逐漸出料。圖中也表明，正常出料起始階段，出料速率較快，隨后逐漸趨緩，而且不同原始料位高度都表現(xiàn)為同一變化規(guī)律。
試驗過程中，當料位降至錐段1/3處時，出料速率明顯變緩，此時通過監(jiān)視器觀察到，表面物料中棉皮占了大多數(shù)，且基本上看不到細小的物料。這主要是由于物料在流動過程中，短小的物料從空隙中漏到加料斗下部，先排出了，剩下的主要是棉皮和尺寸較大的桿徑。在多次試驗中發(fā)現(xiàn)，料位高度降至錐段1/3時，已基本不出料。等完全不出料時發(fā)現(xiàn)，在螺旋葉片周圍出現(xiàn)蜂窩狀的一團物料，全由棉稈中的棉皮交錯而成，這團物料隨螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)而貼壁旋轉(zhuǎn)，根本無法進入螺旋葉片。
2.3同一料位高度對出料速率的影響
不同料位高度對出料速率具有直接影響，保持同一料位高度時出料速率基本不變。試驗中，在料斗內(nèi)放入60kg物料，保持螺旋軸轉(zhuǎn)速為1.5r/min，方向為反。當出料量為10kg時立即將物料重新加入料斗內(nèi)，以維持原始料位，此時耗時7min，之后每當出料量為10kg時又重新加入，記錄每次需要的時間，這樣進行4次至最后全部放空物料，此時料位高度與出料速率的關(guān)系如圖4所示。
由圖4可見，維持60kg的原始儲料量，出料速率基本相同，為1. 43kg/min，而且出料較均勻，但是當儲料量減為50kg時，出料10kg需要消耗較長時間，尤其是最后10kg耗時達30min。之所以出現(xiàn)這種情況，主要是由于料位的自重對底層物料施加了一個作用力，同時借助螺旋葉片的作用力使物料出料，隨著料位高度降低，這種作用力明顯減少，故出料速率明顯降低。另一個因素是，新加入的物料為小粒徑物料，加入時處于整個物料的上層，但是由于螺旋葉片的轉(zhuǎn)動促使物料翻動，小粒徑物料在空隙中往下流動，破壞了大粒徑物料的相互作用力，使其具有一定流動牲，破壞了“結(jié)拱”的形成。
2.4螺旋軸轉(zhuǎn)速對出料速率的影響
由以上研究可知，當料位高度降低后，出料速率明顯減小，此時可以通過調(diào)節(jié)螺旋轉(zhuǎn)速來維持一定的出料速率。圖5表示了螺旋軸轉(zhuǎn)速與出料速率的關(guān)系，需要注意的是，實驗中始終保持90kg的儲料量，且螺旋轉(zhuǎn)速為正。
從圖中可以發(fā)現(xiàn)，螺旋轉(zhuǎn)速與出料速率并不完全符合線性關(guān)系。剛開始，隨著轉(zhuǎn)速的提高，出料速率明顯增加；隨后，進一步增加轉(zhuǎn)速時，出料速率增加緩慢。分析其原因，主要是由于生物質(zhì)秸稈物料與常規(guī)的粒狀顆粒相比，流動性較差，物料不能及時補充至轉(zhuǎn)空的葉片空間，同時，物料在螺旋葉片之間本身的填充度較低。實驗過程中也發(fā)現(xiàn)，過高的螺旋轉(zhuǎn)速容易使料斗中間出現(xiàn)轉(zhuǎn)空現(xiàn)象，物料完全靜止在螺旋外圍，從而嚴重影響出料質(zhì)量。
2.5螺旋軸旋轉(zhuǎn)方向?qū)Τ隽纤俾实挠绊?br />
實驗前，一直認為物料的流動主要靠螺旋葉片的向下擠壓，故螺旋的轉(zhuǎn)向一直為正方向，這樣雖能出料，但出料并不均勻，時大肘小，而且葉片受到物料的反向作用力較大，常常破壞實驗設備，當反轉(zhuǎn)螺旋軸時，卻發(fā)現(xiàn)出料更順暢均勻，而且能全部出料，同時對設備的安全運行幾乎沒有影響。分析原因，主要是由于當反轉(zhuǎn)螺旋時，葉片對物料施加的是向上的作用力，由于上層物料沒有阻擋，物料可以自由運動，通過監(jiān)視器觀察也發(fā)現(xiàn)，反轉(zhuǎn)時物料運動更劇烈，物料不斷的被蓬松，完全破壞了物料之間的相互牽制力，使物料具有更大的流動性。當然，此時相當一部分物料足通過葉片與料斗之間的空隙出料的。
3、結(jié)論
物料堆積密度隨總堆積高度增加而增大。一定的總堆積高度，堆積密度由上至下呈遞增趨勢。原始料位高度越大，出料延時短，出料較快；原始料位高度越小，出料延時長，出料較慢。維持同一料位高度，出料速率基本相似，但是一旦料位降低，出料速率則明顯降低。隨著螺旋轉(zhuǎn)速的提高，起始出料速率明顯增加；隨后，進一步增加轉(zhuǎn)速時，出料速率增加緩慢。反轉(zhuǎn)螺旋葉片能更好地破壞物料之間的相互牽制力，使物料具有更強的流動性，從而促使出料更順暢。
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