生物质成型燃料设备的模块化设计与陶瓷耐磨材料的应用

摘要

在化石能源日渐匮乏、能源形势日益紧张的今天，人类寻找替代或辅助能源并提高能源利用效率的要求显得愈加迫切。我国是一个农业大国，有丰富的农业生物质资源，生物质能源以其数量巨大，可再生、再转换、可运输、可储存的特点，是目前最具有发展前景的可再生新能源之一。生物质成型燃料是以农林剩余物为原料，挤压成型后的形成的一种洁净低碳的生物质可再生能源，由于能量密度高、燃烧特性好、燃烧后对环境危害小等优势而被广泛关注。
　　我国在70年代末引进挤压型生物质成型机，早期技术发展和产品研究较为缓慢。到20世纪未，随着国际油价的高涨以及我国能源需要的急剧攀升，生物质能源得到飞速发展。近年来随着国家不继制订和出台拉动生物质成型燃料发展的政策，生物质成型燃料产业也在不断发展壮大。
　　但生物质成型燃料在发展过程中也遇到一些瓶颈和障碍，由于生物质秸秆内含有较高的Si、Ca、Cl、K、Mg等矿质元素，以及在秸秆收集过程中带入的许多泥沙(SiO2)，造成了在生物质挤压成型过程中对生物质成型设备的快速磨损，致使目前生产成型设备平均使用修复周期不超过300h，个别生产厂家采用45号钢不做任何热处理，其使用时间甚至不超过50h。生物质成型设备的快速磨损问题已成为制约其发展的一个瓶颈。
　　围绕上述问题，本文主要做了如下研究和工作:
　　1.对生物质成型设备的磨损机理进行了理论分析和研究;
　　2.在理论分析的基础上，对活塞冲压式和平模式生物质成型设备进行了模块化设计;
　　3.对适用于生物质成型设备上的耐磨材料进行了选择分析与研究;
　　4.将耐磨材料应用于模块化设计的生物质成型设备，并进行了试验研究。
　　通过上述研究与实验，取得如下研究成果:
　　1.通过对生物质成型设备的磨损及受力分析可知，生物质成型设备的磨损主要属于磨料磨损，受微观切削机理控制。通过设备运行参数的改变，可以有效减小磨损。对于螺旋挤压式成型设备，减小螺旋杆的旋转速度能有效地减少磨损，对于模压式成型设备，同样也可以有效地减少磨损。
　　2.对成型设备模块化设计，是解决磨损问题的重要方法之一。将成型机分做若干个功能化模块，对于易损部件模块采用统一标准，可以极大地提高成型设备的可维护性，延长整体设备的生产使用寿命。
　　3.非金属材料应用是解决磨损问题的重要选择，陶瓷材料是以离子键、共价键为主的结合键，使得其具有高熔点、高硬度、低摩擦系数等许多有利于防止磨损的性能。
　　4.通过陶瓷耐磨材料在生物质成型设备上的应用实验，证明氧化铝陶瓷耐磨材料在生物质成型设备上的应用是成功的。尽管氧化铝陶瓷管在生物质成型过程中，出现了裂纹和部分碎裂现象，但并没有破坏其自身完整性以及成型效果，用氧化铝陶瓷作为生物质成型设备的主要磨损部件材料，可以大大延长生物质成型设备的维修使用周期，具有积极的经济价值。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 生物质能源及发展

1．2 我国生物质资源状况

1．2．1 农业生物质资源

1．2．2 林业生物质资源

1．3 生物质成型燃料的发展状况

1．3．1 生物质成型燃料

1．3．2 国外生物质成型燃料的发展

1．3．2 国内生物质成型燃料的发展状况

1．4 生物质成型理论

1．4．1 生物质成型基本条件

1．4．2 生物质成型机理

1．4．3 生物质成型工艺

1．4．4 影响生物质成型燃料的主要因素

1．5 生物质成型设备发展状况

1．5．1 生物质成型设备的发展历程

1．5．2 现有生物质成型设备类型

1．6 生物质成型燃料发展中存在的主要问题

1．7 本文主要研究内容和及路线

1．7．1 本文的具体研究内容

1．7．2 研究路线图

2 生物质成型设备磨损机理研究

2．1 磨损

2．1．1 磨损的概念

2．1．2 磨损分类

2．1．3 磨损影响因素

2．2 生物质成型设备磨损状况

2．3 生物质成型设备磨损机理研究

2．3．1 生物质成型设备磨损机理

2．3．2 螺旋挤压式生物质成型设备磨损分析

2．3．3 活塞冲压式生物质成型设备磨损分析

2．3．4 平模式生物质成型设备磨损分析

2．4 本章小结

3 生物质成型机的模块化设计

3．1 模块化设计

3．2 生物质固化成型设备模块化设计的背景

3．3 活塞冲压式生物质成型设备的模块化设计

3．3．1 设计方案路线

3．3．2 设计方案示意图

3．4 平模式生物质成型设备模块化设计

3．4．1 设计方案一

3．4．2 设计方案二

3．4．3 两设计方案优缺点比较

3．4．4 方案二细化设计

3．5 本章小结

4 耐磨材料的分析与研究

4．1 耐磨材料

4．2 金属耐磨材料的分析与研究

4．2．1 金属的表面强化技术

4．2．2 金属耐磨材料

4．3 陶瓷耐磨材料的分析与研究

4．3．1 陶瓷的概念与分类

4．3．2 陶瓷材料的结合键

4．3．3 常用陶瓷耐磨材料

4．4 氧化铝耐磨材料

4．4．1 氧化铝的主要晶型

4．4．2 氧化铝陶瓷的分类

4．4．3 加工工艺

4．3．4 氧化铝陶瓷的选用

4．5 本章小结

5 氧化铝陶瓷耐磨材料在模块化设计的生物质成型设备中的应用

5．1 氧化铝陶瓷耐磨材料在活塞冲压式生物质成型设备上的应用

5．1．1 实验目的

5．1．2 实验设备

5．1．3 实验原料

5．1．4 实验数据

5．1．5 数据分析

5．1．6 实验图片

5．1．7 实验结论

5．2 氧化铝陶瓷耐磨材料在平模式生物质成型设备上的应用一

5．2．1 实验目的

5．2．2 实验设备

5．2．3 实验原料

5．2．4 实验数据及资料

5．2．5 绵阳实验的设备照片

5．2．6 实验结论

5．3 氧化铝陶瓷耐磨材料在平模式生物质成型设备上的应用二

5．3．1 实验目的

5．3．2 实验设备

4．3．3 实验原料

5．3．4 实验参数及数据

4．3．5 实验照片

5．3．6 实验结论

5．4 本章小结

6 模块化设计的技术经济分析

6．1 计算方法

6．2 成本与收益

6．3 经济效益分析

6．4 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 展望

参考文献

在读博士期间主要研究工作和发表论文