秸秆物料蒸气爆破系统的喷放阀及其缓冲控制

uvenaja

摘 要：利用稀酸蒸气爆破的预处理方式制备纤维素燃料乙醇的生产工艺具有能耗低、可连续出料、汽爆料易于酶解和发酵、便于实现工业化生产等优势。喷放阀是蒸气爆破系统的关键设备，高温蒸煮后的秸秆物料通过喷放阀瞬间释放，将秸秆物料中的木质素、纤维素、半纤维等成分的缠绕结构打散，用于制备纤维素乙醇。由于物料的喷放时间短、流速高、开关频繁，造成喷放阀的工作部件磨损严重、极易损坏，需要频繁更换，不能满足连续生产要求。针对以上问题，设计了一种新型喷放阀及其控制系统，能够较好解决上述问题。
关键词：蒸汽爆破；喷放阀；缓冲控制
中图分类号：S38；TH138 文献标识码：A
doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.07.005
1 研究背景
该文所阐述的喷放阀是在纤维素燃料乙醇中试试验的基础上提出来的，该套中试试验设备采用稀酸蒸气爆破的方式对玉米秸秆进行预处理，喷放阀是该套预处理设备的泄料装置（如图1所示），保证其工作性能的稳定至关重要。
2 研究原因
由于喷放物料的含固率较高且流速较快，对金属的喷放阀磨损严重，一般一个月就需更换一次，一个通径80 mm的金属喷放阀价格约4万元左右，因此，采用金属喷放阀既影响连续生产，又增加了设备的维护成本，不利于后期的工业化推广。
采用陶瓷阀芯作为喷放阀的主要工作部件，能够很好解决磨损问题。但是，喷放阀是由液压系统驱动，且需要快速频繁的启闭，开启和关闭过程的总用时约1 s，每次保持全部开启时间为1 s，每隔10 s一个工作循环。同时，在往复90°转角范围内启闭的过程中又存在突然换向问题。因此，对喷放阀有较大冲击力，致使陶瓷球阀极易破碎，且破碎时间无法预测，工作稳定性没有保障，影响连续生产。
3 新型喷放阀的结构
综合以上两种喷放阀的优缺点，本文提出了如图2所示的新型喷放阀装置。该新型喷放阀由主回路、辅助回路、缓冲回路、齿条液压缸和陶瓷球閥等部分组成。陶瓷球阀由齿条液压缸驱动，并使陶瓷球阀的阀芯能够单向旋转180°；同时驱动系统设有辅助回路和缓冲回路，用以减小齿条液压缸快速起停时对陶瓷阀的冲击力。
通过采用带有辅助回路和缓冲回路的齿条式液压缸驱动陶瓷球阀，并使阀门启闭过程的旋转角由往复90°改为单向180°，解决驱动系统对陶瓷球阀的冲击破坏问题和喷放介质对喷放阀的磨损问题。
4 工作原理
以图2所示齿条液压缸预从右侧向左侧移动为例，详述该系统的工作过程。辅助回路右侧油路给齿条液压缸供油，该股液压驱动力用于克服喷放阀开启的系统阻力，使其开启阻力趋近于零值，避免快速开启时的冲击破坏；主回路接到开启指令后，通过右侧油路给齿条液压缸供油，使其快速向左移动到预定工位，陶瓷球阀随之瞬间开启实现气爆物料喷放；在齿条液压缸到达预定工位瞬间停止移动时，左侧缓冲回路的溢流阀开启，将齿条液压缸突然停止的液压冲击力卸掉，实现缓冲。同时，齿条液压缸的右腔通过右侧缓冲回路的单向阀从油箱吸油，以免产生空穴；气爆物料喷放结束后，主回路驱动齿条液压缸快速向左移动，使陶瓷球阀瞬间关闭；两侧的缓冲回路重复上述的卸掉冲击力和补油的过程。同时，辅助液压系统左侧油路给齿条液压缸供油，克服陶瓷球阀开启的系统阻力，为下一次喷放过程的齿条液压缸向右移动做准备，齿条液压缸从左侧向右侧移动的控制方式与上述原理相同。
5 结论
对比表中的试验数据可知，该新型喷放阀适用于介质含固率较高、流速较快且需要频繁启闭的喷放系统。既能解决含固物料喷放时的磨损问题，又具有较好的使用寿命，减少了停机维护频次，降低了生产中的设备维护成本，使连续生产得到保障。
参考文献：
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[2]陈洪章，刘丽英. 蒸汽爆碎技术原理及应用[M＼]. 北京： 化学工业出版社， 2007.