生物質(zhì)燃料破碎刀具的研究與應(yīng)用

格薪源生物質(zhì)燃料有限公司 謝鴻微 江林 曾鑫 李金亮 王顯鋒

生物質(zhì)燃料破碎刀具的研究與應(yīng)用

格薪源生物質(zhì)燃料有限公司 謝鴻微 江林 曾鑫 李金亮 王顯鋒

本文總結(jié)分析了生物質(zhì)發(fā)電所用的燃料性狀及性質(zhì)，介紹了常見的各種生物質(zhì)燃料破碎所用的刀具特點(diǎn)，根據(jù)作者的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了各種破碎生物質(zhì)燃料適宜的刀具，提出了生物質(zhì)燃料破碎刀具的發(fā)展方向。

生物質(zhì)燃料；生物質(zhì)發(fā)電；破碎機(jī)刀具

1 概述

生物質(zhì)發(fā)電是生物質(zhì)廢棄物消耗量最大的技術(shù)，截止2015年底，我國生物質(zhì)發(fā)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量約1 250萬kW，每年需要消耗2億多t生物質(zhì)燃料。生物質(zhì)發(fā)電采用超高溫、超高壓循環(huán)硫化床鍋爐，作為生物質(zhì)發(fā)電燃料要求破碎的粒度＜200 mm，因此生物質(zhì)燃料破碎機(jī)在生物質(zhì)發(fā)電廠發(fā)揮著重要的作用，而生物質(zhì)燃料品種多樣，如何選擇好生物質(zhì)燃料破碎刀具尤為重要。

2 生物質(zhì)燃料

生物質(zhì)燃料是一種替代石油、煤炭的可再生能源，可用于發(fā)電、供熱、化工、交通等工業(yè)生產(chǎn)，對(duì)環(huán)境無污染，是國家大力倡導(dǎo)的新型能源，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)空間。

生物質(zhì)燃料來源廣泛，一定程度上取決于當(dāng)?shù)氐目色@得性，可依據(jù)來源不同分為5類：

（1）林業(yè)廢棄物。從森林、樹木的種植與管理中、木材加工過程中產(chǎn)生的廢棄物；木質(zhì)燃料產(chǎn)生于常規(guī)的林業(yè)作業(yè)、樹木管理，以及公園、道路樹籬的管理。

（2）農(nóng)業(yè)廢棄物。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中收割及加工所產(chǎn)生的廢棄物；農(nóng)業(yè)廢棄物可分為農(nóng)作物廢棄物，如農(nóng)作物秸稈、谷糠等；過剩生產(chǎn)或需求不足所產(chǎn)生的有機(jī)材料，如草類、青儲(chǔ)飼料等。

（3）工業(yè)廢棄物與副產(chǎn)品。從制造與加工中產(chǎn)生，在工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物或副產(chǎn)品?？煞譃槟举|(zhì)和非木質(zhì)材料，如樹皮、木材邊角料、紙漿渣等。

（4）食品廢棄物。產(chǎn)生于食品飲料生產(chǎn)、制備和加工以及消費(fèi)后的廢棄物，所產(chǎn)生的廢棄物分為干性與濕性，如干果殼、食品渣等，食品廢棄物的含水量都較高。

（5）能源作物。專門用作能源應(yīng)用而研究與培植的高產(chǎn)農(nóng)林作物，能源作物可分為不同的種類，包括短輪伐期能源作物、草類和藻類。

上式中，tB代表總稅收，G代表政府間的財(cái)政轉(zhuǎn)移，u為影響公共服務(wù)消費(fèi)的城鎮(zhèn)化參數(shù)，數(shù)值越大表示城鎮(zhèn)化水平越高，說明要求提供的公共服務(wù)消費(fèi)量也越大。把公式（3）變形，可得：

2.2 生物質(zhì)燃料的特性

用于生物質(zhì)發(fā)電燃料的生物質(zhì)主要是秸稈類的草本植物及林業(yè)、木業(yè)廢棄物的木本植物，它們形態(tài)各異，性狀各不相同，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）質(zhì)地不同。從大的品種上區(qū)分，生物質(zhì)屬于非金屬材料，主要是由纖維素及木質(zhì)素構(gòu)成，其脆性及韌性處于非金屬材料與金屬材料之間，更具體的分：稻秸稈、麥秸稈等草本類植物具有較強(qiáng)的柔韌性，廢舊枕木、樹根等木本類植物則堅(jiān)硬且脆性稍大。

（2）形狀不同。長的達(dá)3～4 m的清山撫育產(chǎn)生的雜灌及樹枝椏，短的0.4～0.5 m的木材加工廠的木材邊角料；片狀的廢舊木板及建筑模板，塊狀的木材加工廠的料頭等；直徑細(xì)的如稻草、麥秸稈僅幾mm，直徑粗的雜灌類在100mm左右；有的秸稈是松散堆放的，有的則集結(jié)成大型秸稈包捆，直徑從1 250 mm到1 500 mm，長度1 250 mm，或者邊長1 000 mm以上的長方體。

（3）純凈度不同。雜灌、樹枝椏、樹根等山林廢棄物及秸稈等生物質(zhì)都是從土地上直接收集，里面難免摻雜一些泥土、石塊等異物；而來自于木材加工廠的邊角料、樹皮等，里面也常?；祀s有錘頭、鋼管等鐵質(zhì)雜物。

3 生物質(zhì)燃料破碎刀具

生物質(zhì)燃料包括木質(zhì)類、農(nóng)業(yè)秸稈類和農(nóng)林產(chǎn)品加工廢棄物類等類型，其原始性狀各異，生物質(zhì)燃料的長度、直徑范圍很廣，不進(jìn)行破碎加工就不能進(jìn)入鍋爐燃燒。為了適應(yīng)生物質(zhì)鍋爐對(duì)生物質(zhì)燃料的規(guī)格要求，就要對(duì)收集后的生物質(zhì)燃料進(jìn)行破碎加工，一般采用生物質(zhì)燃料破碎機(jī)及刀具進(jìn)行加工，加工后的生物質(zhì)燃料的粒度、長度、直徑必須符合生物質(zhì)燃料收購的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 生物質(zhì)燃料破碎刀具的分類

用于生物質(zhì)燃料破碎的刀具很多，從形狀上分：有片狀的刀片，有塊狀的刀頭；從可使用次數(shù)上分：有的只能一次性使用，有的可以多次修復(fù)使用，修復(fù)方式有的是重新打磨出鋒利的刀刃，有的是在刀體上堆焊耐磨材料；從使用的環(huán)境上分：有的適宜破碎比較純凈的燃料，有的可以破碎含石塊等雜質(zhì)的生物質(zhì)燃料；從其運(yùn)轉(zhuǎn)速度上分：有的高速旋轉(zhuǎn)，有的適用于低速旋轉(zhuǎn)的場(chǎng)所。

3.2 生物質(zhì)燃料破碎刀具的特點(diǎn)

3.2.1 刀片式破碎刀具

（1）刃磨修復(fù)式長刀片。一般在木材削片機(jī)中普遍使用，采用6CrWSi或者其他相當(dāng)材料的合金鋼經(jīng)熱處理后制作，刀刃磨蝕后，重新刃磨后繼續(xù)使用，一般使用在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的工況。見圖1所示。

（2）刃磨修復(fù)式短刀片。刃磨短刀片與刃磨長刀片類似，采用6CrWSi或者其他相當(dāng)材料的合金鋼經(jīng)熱處理后制作，該類刀具不但可以重新刃磨，還可以旋轉(zhuǎn)180°使用另一側(cè)，該刀具一般較短，使用時(shí)若遇到雜物只損壞單片刀，一般使用在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的工況。見圖2所示。

圖1 刃磨修復(fù)式長刀片

圖2 刃磨修復(fù)式短刀片

（3）堆焊修復(fù)式短刀片。刀具主體一般是Q235鋼材，四周堆焊耐磨材料，使用時(shí)，工作面磨蝕后可以調(diào)換另一面使用，每片刀可以使用4次，最后還可以重新堆焊耐磨材料后再用。見圖3所示。

圖3 堆焊修復(fù)式長刀片

圖4 刀盤式破碎刀片

（4）刀盤式破碎刀片。刀具一般是耐磨硬質(zhì)合金經(jīng)熱處理后做成，磨損后一般不能修復(fù)，該刀具一般應(yīng)用于低轉(zhuǎn)速的工作場(chǎng)所。見圖4所示。

3.2.2 刀頭式破碎刀具

（1）普通刀頭式破碎刀具。屬于塊狀刀具，刀具的主體材質(zhì)一般是Q235，工作部位復(fù)合耐磨材料，耐磨材料磨損采用堆焊的方式進(jìn)行修復(fù)，常用于高速工況，對(duì)被破碎燃料進(jìn)行撞擊破碎。見圖5所示。

（2）合金頭式破碎刀具。屬于塊狀刀具，刀具的主體材質(zhì)一般是Q235，工作部位符合耐磨材料，切削部位鑲嵌合金塊，一次性使用刀頭；常用于高速工況，對(duì)被破碎燃料進(jìn)行撞擊破碎。見圖6所示。

圖5 刀頭式破碎刀具

圖6 合金頭式破碎刀具

3.3 生物質(zhì)燃料刀具的選配與實(shí)踐

草本生物質(zhì)燃料質(zhì)地較軟，韌性大，可以選用刃磨修復(fù)式長刀片、堆焊修復(fù)式短刀片、刀盤式破碎刀片，見圖1、圖3、圖4所示。

對(duì)于樹枝、樹皮、邊角料等，有一定的韌性，與秸稈相比較，脆性稍大，如果不含石塊等硬質(zhì)雜物，可以選用圖1所示的長刀具；如果含有泥沙，但不含大的硬質(zhì)雜物，可以選用刃磨修復(fù)式短刀片，見圖2所示。

如含有石塊等硬質(zhì)雜物，可以選用普通刀頭式破碎刀具、合金頭式破碎刀具，見圖5、圖6所示。

對(duì)于樹根等大塊狀、韌性大的材料，可以選用合金頭式破碎刀具，見圖6所示。

對(duì)于大塊狀、脆性大的廢舊木板，可以選用普通刀頭式破碎刀具，見圖5所示。

從筆者通過在40多座生物質(zhì)電廠多年的實(shí)際使用情況調(diào)查來看，刃磨修復(fù)式長刀片（圖1）刀具，更換的最長周期是每班一次，有的生物質(zhì)燃料較硬時(shí)，工作1～2 h就要刃磨，而一次性使用的刀具，質(zhì)量較好的，一般破碎1 000 t左右，耐磨層就磨損掉，必須更換，否則就會(huì)磨損破碎機(jī)的主刀輥。刀具更換一次，一般需要1～2 h，因此每班有約25%的時(shí)間不能用于物料的破碎，影響了破碎機(jī)的實(shí)際工作時(shí)間。

4 結(jié)論

多種多樣的生物質(zhì)燃料要求其破碎刀具也不同，需要破碎加工的生物質(zhì)燃料中往往含有石塊等雜物，所以對(duì)破碎生物質(zhì)燃料的刀具的基本要求是既要能夠提高破碎生物質(zhì)燃料的產(chǎn)量和質(zhì)量，又必須有一定的安全性能。當(dāng)遇到石塊等雜物時(shí)不會(huì)導(dǎo)致重大設(shè)備及人身安全事故。在使用性能方面，為了降低刀具更換頻率，提高設(shè)備的有效作業(yè)時(shí)間，高耐磨性是刀具發(fā)展的方向。

[1]綜合破碎機(jī)使用保養(yǎng)手冊(cè)，格薪源生物質(zhì)燃料有限公司.

[2]HG365E使用保養(yǎng)手冊(cè)，美國威猛公司.

[3]BC1000XL使用保養(yǎng)手冊(cè)，美國威猛公司.

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2017-05-02)