生物质型煤成型机设计及仿真分析

论文摘要

生物质型煤(BBC)作为新型能源,是缓解能源危机、高效利用可再生能源、保护环境、解决传统工业型煤燃烧性能不足的有效途径。目前,对生物质型煤的研究不够深入,内容也有一定的局限性。因此,对其配比和燃烧特性并没有一个统一的,可供工业生产应用的指导依据。本论文的目的是对生物质型煤的优化配比和燃烧特性进行研究,希望找出一些规律性的东西,可以为生物质型煤应用到工业生产上,提供一些有价值的指导,并依据实验所得的一手数据进行生物质型煤成型机的主要成型机构的设计及建模。根据上述目的,本文主要进行了以下几方面的研究:(1)原煤选用七台河无烟煤,生物质选用废弃的菌糠,同时充当粘结剂的作用,制备生物质型煤。以含水率和发热量为指标,参考以往对生物质型煤优化配比方面的研究,结合“试验优化设计与分析”方法自身的特点,采用正交实验设计方法研究生物质型煤型煤的配比研究,得到了成型参数,并求出了优化配比;(2)为了深入了解生物质型煤的特性,对生物质复合型煤的压缩成型、抗压强度、热值及燃烧特性等性能进行了研究。并绘制了相应的热重曲线(TG)和微商热重曲线(DTG),从曲线中可以看出,BCC的失重曲线(TG)上可以清楚地把挥发分燃烧和焦碳燃烧两个过程区分开来,其微分失重曲线(DTG)出现两个最大失重速率峰。BCC的着火温度比一般型煤的着火温度低,一般低于380℃,且随着生物质加入量的增大而降低。结果显示,生物质型煤燃烧特性很好,且优于传统工业型煤;(3)依据实验所得数据对成型辊子尺寸、成型功率、传动齿轮系、传动轴等进行详细计算,并大胆尝试采用半圆组合辊面,与辐轮连接部件组合后与轴装配的设计;采用惰轮系传动实现从动型轮轴的退让,以保护价格较高的型轮部件,避免了超载引起的事故;(4)采用Pro/E三维建模软件,对已有尺寸的零部件进行实体建模及装配,最后,对成型机构进行运动学仿真,优化设计尺寸。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 我国能源现状
• 1.2 我国生物质能源概况
• 1.2.1 生物质能的定义及其利弊
• 1.2.2 生物质资源丰富
• 1.2.3 我国生物质能的利用现状
• 1.3 生物质型煤技术的发展现状
• 1.4 国内外型煤成型机开发态势
• 1.5 本课题的目的、意义及主要研究内容
• 2 生物质型煤成型实验
• 2.1 实验基础条件
• 2.2 生物质型煤生产工艺
• 2.3 实验方案设计
• 2.3.1 采用的方法
• 2.3.2 因素与水平
• 2.3.3 实验前原料准备
• 2.4 生物质型煤压制
• 2.4.1 生物质型煤冷压成型原理
• 2.4.2 实验设备及型煤块
• 2.5 型煤冷压强度测实及实验分析
• 2.5.1 实验数据分析
• 2.5.2 正交实验验证结果及分析
• 2.6 本章小结
• 3 生物质型煤物性实验
• 3.1 原料元素分析
• 3.2 含水率的测定
• 3.2.1 实验步骤
• 3.2.2 实验数据的处理
• 3.3 热值的测定与分析
• 3.3.1 分析仪工作原理
• 3.3.2 测量步骤
• 3.3.3 测量结果
• 3.4 生物质型煤的热分析
• 3.4.1 热重法简介
• 3.4.2 热重曲线及其信息量
• 3.5 生物质型煤燃烧过程
• 3.5.1 干燥脱水
• 3.5.2 挥发分的析出和燃烧
• 3.5.3 焦炭的燃烧
• 3.6 本章小结
• 4 生物质型煤成型系统设计及计算
• 4.1 总体设计构思
• 4.2 确定传动方案
• 4.3 型轮主要参数计算与设计
• 4.3.1 对辊受力分析
• 4.3.2 辊轮间隙
• 4.4 成型机生产能力及型轮尺寸计算
• 4.5 成型机功率计算
• 4.6 传动系统中标准件的计算与选型
• 4.7 本章小节
• 5 主要零部件设计及建模仿真
• 5.1 对辊结构设计
• 5.2 主动轴的设计
• 5.3 传动齿轮系设计
• 5.3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
• 5.3.2 按齿面接触强度设计
• 5.3.3 按齿根弯曲强度设计
• 5.3.4 几何尺寸计算
• 5.3.5 验算
• 5.3.6 依据计算尺寸建模
• 5.4 惰轮系设计
• 5.4.1 惰轮系受力分析
• 5.4.2 惰轮结构设计
• 5.5 辊压式成型机球窝同步调节方法
• 5.5.1 摩擦联接调节球窝错口
• 5.5.2 惰轮齿轮调节球窝错口
• 5.5.3 计算公式
• 5.5.4 对正实践
• 5.6 型煤成型机主要机构装配及运动学仿真
• 5.6.1 典型零部件的建模
• 5.6.2 机构运动仿真
• 5.7 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢