生物质燃料破碎刀具的研究与应用

格薪源生物质燃料有限公司 谢鸿微 江林 曾鑫 李金亮 王显锋

生物质燃料破碎刀具的研究与应用

格薪源生物质燃料有限公司 谢鸿微 江林 曾鑫 李金亮 王显锋

本文总结分析了生物质发电所用的燃料性状及性质，介绍了常见的各种生物质燃料破碎所用的刀具特点，根据作者的实际应用经验，总结了各种破碎生物质燃料适宜的刀具，提出了生物质燃料破碎刀具的发展方向。

生物质燃料；生物质发电；破碎机刀具

1 概述

生物质发电是生物质废弃物消耗量最大的技术，截止2015年底，我国生物质发电累计并网装机容量约1 250万kW，每年需要消耗2亿多t生物质燃料。生物质发电采用超高温、超高压循环硫化床锅炉，作为生物质发电燃料要求破碎的粒度＜200 mm，因此生物质燃料破碎机在生物质发电厂发挥着重要的作用，而生物质燃料品种多样，如何选择好生物质燃料破碎刀具尤为重要。

2 生物质燃料

生物质燃料是一种替代石油、煤炭的可再生能源，可用于发电、供热、化工、交通等工业生产，对环境无污染，是国家大力倡导的新型能源，具有广阔的应用前景和市场空间。

生物质燃料来源广泛，一定程度上取决于当地的可获得性，可依据来源不同分为5类：

（1）林业废弃物。从森林、树木的种植与管理中、木材加工过程中产生的废弃物；木质燃料产生于常规的林业作业、树木管理，以及公园、道路树篱的管理。

（2）农业废弃物。农业生产中收割及加工所产生的废弃物；农业废弃物可分为农作物废弃物，如农作物秸秆、谷糠等；过剩生产或需求不足所产生的有机材料，如草类、青储饲料等。

（3）工业废弃物与副产品。从制造与加工中产生，在工业生产过程中产生的废弃物或副产品。可分为木质和非木质材料，如树皮、木材边角料、纸浆渣等。

（4）食品废弃物。产生于食品饮料生产、制备和加工以及消费后的废弃物，所产生的废弃物分为干性与湿性，如干果壳、食品渣等，食品废弃物的含水量都较高。

（5）能源作物。专门用作能源应用而研究与培植的高产农林作物，能源作物可分为不同的种类，包括短轮伐期能源作物、草类和藻类。

上式中，tB代表总税收，G代表政府间的财政转移，u为影响公共服务消费的城镇化参数，数值越大表示城镇化水平越高，说明要求提供的公共服务消费量也越大。把公式（3）变形，可得：

2.2 生物质燃料的特性

用于生物质发电燃料的生物质主要是秸秆类的草本植物及林业、木业废弃物的木本植物，它们形态各异，性状各不相同，主要表现在以下几个方面：

（1）质地不同。从大的品种上区分，生物质属于非金属材料，主要是由纤维素及木质素构成，其脆性及韧性处于非金属材料与金属材料之间，更具体的分：稻秸秆、麦秸秆等草本类植物具有较强的柔韧性，废旧枕木、树根等木本类植物则坚硬且脆性稍大。

（2）形状不同。长的达3～4 m的清山抚育产生的杂灌及树枝桠，短的0.4～0.5 m的木材加工厂的木材边角料；片状的废旧木板及建筑模板，块状的木材加工厂的料头等；直径细的如稻草、麦秸秆仅几mm，直径粗的杂灌类在100mm左右；有的秸秆是松散堆放的，有的则集结成大型秸秆包捆，直径从1 250 mm到1 500 mm，长度1 250 mm，或者边长1 000 mm以上的长方体。

（3）纯净度不同。杂灌、树枝桠、树根等山林废弃物及秸秆等生物质都是从土地上直接收集，里面难免掺杂一些泥土、石块等异物；而来自于木材加工厂的边角料、树皮等，里面也常常混杂有锤头、钢管等铁质杂物。

3 生物质燃料破碎刀具

生物质燃料包括木质类、农业秸秆类和农林产品加工废弃物类等类型，其原始性状各异，生物质燃料的长度、直径范围很广，不进行破碎加工就不能进入锅炉燃烧。为了适应生物质锅炉对生物质燃料的规格要求，就要对收集后的生物质燃料进行破碎加工，一般采用生物质燃料破碎机及刀具进行加工，加工后的生物质燃料的粒度、长度、直径必须符合生物质燃料收购的技术标准。

3.1 生物质燃料破碎刀具的分类

用于生物质燃料破碎的刀具很多，从形状上分：有片状的刀片，有块状的刀头；从可使用次数上分：有的只能一次性使用，有的可以多次修复使用，修复方式有的是重新打磨出锋利的刀刃，有的是在刀体上堆焊耐磨材料；从使用的环境上分：有的适宜破碎比较纯净的燃料，有的可以破碎含石块等杂质的生物质燃料；从其运转速度上分：有的高速旋转，有的适用于低速旋转的场所。

3.2 生物质燃料破碎刀具的特点

3.2.1 刀片式破碎刀具

（1）刃磨修复式长刀片。一般在木材削片机中普遍使用，采用6CrWSi或者其他相当材料的合金钢经热处理后制作，刀刃磨蚀后，重新刃磨后继续使用，一般使用在高速转动的工况。见图1所示。

（2）刃磨修复式短刀片。刃磨短刀片与刃磨长刀片类似，采用6CrWSi或者其他相当材料的合金钢经热处理后制作，该类刀具不但可以重新刃磨，还可以旋转180°使用另一侧，该刀具一般较短，使用时若遇到杂物只损坏单片刀，一般使用在高速转动的工况。见图2所示。

图1 刃磨修复式长刀片

图2 刃磨修复式短刀片

（3）堆焊修复式短刀片。刀具主体一般是Q235钢材，四周堆焊耐磨材料，使用时，工作面磨蚀后可以调换另一面使用，每片刀可以使用4次，最后还可以重新堆焊耐磨材料后再用。见图3所示。

图3 堆焊修复式长刀片

图4 刀盘式破碎刀片

（4）刀盘式破碎刀片。刀具一般是耐磨硬质合金经热处理后做成，磨损后一般不能修复，该刀具一般应用于低转速的工作场所。见图4所示。

3.2.2 刀头式破碎刀具

（1）普通刀头式破碎刀具。属于块状刀具，刀具的主体材质一般是Q235，工作部位复合耐磨材料，耐磨材料磨损采用堆焊的方式进行修复，常用于高速工况，对被破碎燃料进行撞击破碎。见图5所示。

（2）合金头式破碎刀具。属于块状刀具，刀具的主体材质一般是Q235，工作部位符合耐磨材料，切削部位镶嵌合金块，一次性使用刀头；常用于高速工况，对被破碎燃料进行撞击破碎。见图6所示。

图5 刀头式破碎刀具

图6 合金头式破碎刀具

3.3 生物质燃料刀具的选配与实践

草本生物质燃料质地较软，韧性大，可以选用刃磨修复式长刀片、堆焊修复式短刀片、刀盘式破碎刀片，见图1、图3、图4所示。

对于树枝、树皮、边角料等，有一定的韧性，与秸秆相比较，脆性稍大，如果不含石块等硬质杂物，可以选用图1所示的长刀具；如果含有泥沙，但不含大的硬质杂物，可以选用刃磨修复式短刀片，见图2所示。

如含有石块等硬质杂物，可以选用普通刀头式破碎刀具、合金头式破碎刀具，见图5、图6所示。

对于树根等大块状、韧性大的材料，可以选用合金头式破碎刀具，见图6所示。

对于大块状、脆性大的废旧木板，可以选用普通刀头式破碎刀具，见图5所示。

从笔者通过在40多座生物质电厂多年的实际使用情况调查来看，刃磨修复式长刀片（图1）刀具，更换的最长周期是每班一次，有的生物质燃料较硬时，工作1～2 h就要刃磨，而一次性使用的刀具，质量较好的，一般破碎1 000 t左右，耐磨层就磨损掉，必须更换，否则就会磨损破碎机的主刀辊。刀具更换一次，一般需要1～2 h，因此每班有约25%的时间不能用于物料的破碎，影响了破碎机的实际工作时间。

4 结论

多种多样的生物质燃料要求其破碎刀具也不同，需要破碎加工的生物质燃料中往往含有石块等杂物，所以对破碎生物质燃料的刀具的基本要求是既要能够提高破碎生物质燃料的产量和质量，又必须有一定的安全性能。当遇到石块等杂物时不会导致重大设备及人身安全事故。在使用性能方面，为了降低刀具更换频率，提高设备的有效作业时间，高耐磨性是刀具发展的方向。

[1]综合破碎机使用保养手册，格薪源生物质燃料有限公司.

[2]HG365E使用保养手册，美国威猛公司.

[3]BC1000XL使用保养手册，美国威猛公司.

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