劉文洲
(青島科捷自動化設(shè)備有限公司,山東青島 266000)
醋糟在醋發(fā)酵完畢后,通常堆放在室外,經(jīng)過長時間的堆放,醋糟會板結(jié),并混入雜質(zhì),改造前使用人工處理醋糟,效率較低。醋糟可進(jìn)行厭氧發(fā)酵來生產(chǎn)沼氣,通過出售沼氣產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價值,厭氧發(fā)酵前需要配置一定濃度的漿料。制定的工藝流程為鏟車卸料——堆放——料倉——剪切式破碎機——螺旋輸送機——除雜機——漿料和雜質(zhì)。該方法首先確定工藝路線,然后根據(jù)工藝路線和現(xiàn)場的條件進(jìn)行設(shè)計,設(shè)計的時候通過3D建模,實現(xiàn)可視立體設(shè)計,可更直觀地感受設(shè)計方案。預(yù)處理設(shè)備流水線三維方案如圖1所示。在設(shè)計的過程中有需要校核的地方使用有限元方法進(jìn)行校核,首先對需要校核的部件劃分網(wǎng)格,施加邊界條件,進(jìn)行求解,結(jié)果收斂后根據(jù)材料的屈服強度和安全系數(shù)進(jìn)行分析,確保部件只會發(fā)生可接受的彈性變形,不會發(fā)生塑性變形。對于受振動影響的部件,還需要根據(jù)有限元分析出來的最大應(yīng)力和該材料的S-N曲線(疲勞強度與壽命關(guān)系曲線)來計算壽命,確保部件不會發(fā)生疲勞斷裂。該預(yù)處設(shè)備流水線把醋糟處理量從70~80 t/天提高到200 t/天,加速產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價值,并實現(xiàn)智能化控制生產(chǎn)線,減少人工費用。
圖1 預(yù)處理設(shè)備流水線三維方案
(1)改造前工藝路線
預(yù)處理(鏟車轉(zhuǎn)運+卸料倉+調(diào)配罐),一天可以處理醋糟70~80 t/天。
(2)改造后工藝路線
預(yù)處理(料倉+破碎+除雜機+螺旋輸送機),設(shè)計處理醋糟能力為200 t/天。
(3)信息化
原來的處理方案沒有信息化,業(yè)主要求這次改造要信息化,包括一天的處理量、每小時處理量、用水量等數(shù)據(jù)要可以上傳到計算機,方便做數(shù)據(jù)統(tǒng)計和數(shù)據(jù)分析,實現(xiàn)信息化管理。
(4)自動化
處理線要自動化運行,改造后使用的人工最少,實現(xiàn)降本增效的目的,同時要保證設(shè)備的質(zhì)量,保證設(shè)備的穩(wěn)定運行,減少檢修次數(shù)。
(5)智能化
要求該流水線可以根據(jù)醋糟的量計算加水量,并自動加入相應(yīng)的水,配成預(yù)設(shè)濃度的漿料,方便進(jìn)行后續(xù)厭氧反應(yīng)。
(1)物料接收
物料經(jīng)鏟車送入料斗,料斗連接剪切式破碎機,破碎機下面連接螺旋輸送機,輸送機輸送量與電子秤關(guān)聯(lián),保證物料均勻輸送到除雜機中。
(2)漿料調(diào)配
經(jīng)過破碎的醋糟進(jìn)入除雜機遇到水后會溶解,除雜機中的攪拌葉片會帶動醋糟和水轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生旋流,高速的旋流可增加醋糟與水的接觸速度和面積,加速溶解。除雜機進(jìn)水量與進(jìn)入除雜機中物料量關(guān)聯(lián),按照設(shè)定的比例進(jìn)行物料調(diào)配;除雜機出料泵流量與除雜機液位關(guān)聯(lián),保證液位穩(wěn)定和物料在洗漿機被停留時間恒定。萬一除雜機里的雷達(dá)液位計失效,除雜機里液位會慢慢上升,當(dāng)液位超過指定位置后,漿料會進(jìn)入除雜機里上部的溢流口,流到緩存池中,當(dāng)除雜機里的液位低時,使用泵把緩存池中的漿料打入除雜機里,這樣保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行,且不浪費物料。
剪切式破碎機采用撕碎方式破碎,電機功率是90 kW,380 V電壓驅(qū)動,刀箱材質(zhì)是Q235,尺寸是1 200 mm×700 mm,刀盤直徑是660 mm,刀具數(shù)量是14,刀具厚度是50 mm,刀具齒數(shù)為2,主軸材質(zhì)選用40Cr優(yōu)質(zhì)鉻鉬合金鋼、整體調(diào)質(zhì),以保證足夠的強度與韌性,刀具材質(zhì)是進(jìn)口HARDOX500,硬度為HBW475~525[1],刀具更換時間為3~5年[2]。剪切式破碎機的密封使用四重密封,在刀箱2端有2個空腔體,保證多余的物料可以從腔體流下去,每個空腔有2個密封裝置,保證物料不會對主軸的軸承造成破壞,從而保證系統(tǒng)的整體穩(wěn)定運行[3]。
剪切式破碎機上面有一個料斗,料斗容積4 m3,料斗壁厚6 mm,通過法蘭和剪切式破碎機連接在一起。醋糟由于長期堆放的室外,導(dǎo)致醋糟大量板結(jié),且含有若干顆粒大于100 mm的大石頭,使用單軸的剪切式破碎機,單軸破碎機跟雙軸破碎機相比,遇到石頭不容易卡住,減少檢修時間;剪切式破碎機可以把醋糟打散,并把大塊的石頭打碎,破碎機可以讓顆粒小于60 mm的物料進(jìn)入除雜機。剪切式破碎機有壓料器,壓料器使用液壓驅(qū)動[4]。
醋糟最大處理量為25 t/h,輸送裝備選用螺旋輸送機,螺旋直徑500 mm,螺距450 mm,殼體壁厚6 mm,襯板選用8 mm不銹鋼304板材制作,運送速度設(shè)定為20 r/min[5],這樣整體輸送量可以達(dá)到26 t/h,滿足要求[6]。
螺旋輸送機由稱重部分螺旋輸送機和輸送部分螺旋輸送機兩部分組成,稱重部分輸送機電機功率為5.5 kW,輸送部分螺旋輸送機電機功率為11 kW,料倉、剪切式破碎機和稱重部分螺旋輸送機連接在平臺上,平臺4個支腿下面有稱重模塊,可以測量通過該模塊醋糟的重量[7]。現(xiàn)場有儀表,可以顯示兩個數(shù)值,一個是每天運送醋糟總重,另一個是每小時運送醋糟重量,根據(jù)每小時運送醋糟重量,控制進(jìn)料水,來調(diào)控漿料濃度[8]。
除雜機主罐體是不銹鋼304鋼板,厚度6 mm,主罐體下面有圓錐體,主罐體主要是存放水和醋糟,起到一個容器的作用[9];除雜機[10]選用22 kW電機、擺線針輪減速機,方便安裝和檢修。物料進(jìn)入除雜機后,加入水,把物料溶解,除雜機里的螺旋葉片有攪拌功能,可以加速溶解,螺旋片上有切口,可以把大物料切開,加速溶解;除雜機內(nèi)壁后2層共30個破碎刀,可以打碎物料,加速溶解;物料受到離心力,慢慢向除雜機內(nèi)壁移動,碰到內(nèi)壁后,石頭等雜質(zhì)慢慢落下,落入錐形底部的雜質(zhì)出口,進(jìn)入雜質(zhì)螺旋輸送機。除雜機有濃度傳感器,控制系統(tǒng)可根據(jù)除雜機的濃度,來控制加入醋糟和水的量,來調(diào)節(jié)濃度,使?jié)舛冗_(dá)到預(yù)定濃度,然后通過漿料出口排出去,漿料存放到漿料罐中。
輸送螺旋的殼體選擇不銹鋼304鋼板,厚度大于或等于6 mm,襯板選擇不銹鋼304鋼板(同時錳鋼作為備選材質(zhì)),厚度8 mm以上,螺旋若有濾水功能,襯板孔徑大于或等于8 mm,殼體襯板孔徑大于或等于12 mm,螺旋葉片厚度是20 mm,直接420 mm,螺距380 mm,保證輸送量和強度[11]。密封裝置一般使用油封密封圈加盤根條進(jìn)行主軸密封,減速機轉(zhuǎn)速在20 rad/min,選擇F系列平行軸斜齒輪減速機,這樣可以省下聯(lián)
軸器、電機和減速機固定支架等物料[12]。雜質(zhì)螺旋輸送機的作用是把雜質(zhì)輸送出去,雜質(zhì)螺旋有25°的傾角,并有濾水功能,保持輸出不帶水的雜質(zhì),雜質(zhì)螺旋輸送機出口有雜質(zhì)收集箱。
這條生產(chǎn)線設(shè)計基于生產(chǎn)線中各個設(shè)備的大量試驗數(shù)據(jù),首先是剪切式破碎機,處理量最大可達(dá)30 t/h,可以對最大直徑110 mm以內(nèi)的石頭進(jìn)行破碎,破碎后物料顆粒小于60 mm,主軸空腔設(shè)計可以避免主軸軸承進(jìn)入雜質(zhì),保證主軸軸承正常工作,這樣的設(shè)備性能滿足該生產(chǎn)線的要求。螺旋輸送機也進(jìn)行過多種物料的試驗,輸送量就是基于理論計算和試驗數(shù)據(jù)分析后得出的,主軸的密封使用的是油封加盤根密封的雙密封形式,該密封結(jié)構(gòu)可以對水起到良好的密封作用,萬一密封失效,物料會進(jìn)入電機端附近的隔倉,不會進(jìn)入電機和減速機,保證電機和減速機的正常壽命。螺旋輸送機最大輸送角度一般在25°以內(nèi),極限可達(dá)30°,再加大輸送角度會導(dǎo)致返料嚴(yán)重,降低輸送量,該流水線的螺旋輸送機輸送角度屬于常用輸送角度。除雜機使用高速旋轉(zhuǎn)主軸,配有螺旋葉片,再加上除雜機內(nèi)壁上的多把破碎刀,醋醩可快速制成漿料,最大可配漿料量可達(dá)300 t/h,最大處理醋醩是25 t/h,水通過泵快速打進(jìn)來,傳感器監(jiān)測漿料濃度合格后,暫時停止進(jìn)料,合格的漿料由泵快速抽出,打入有攪拌功能的漿料罐中。基于以上各個設(shè)備的試驗數(shù)據(jù),整條流水線可處理醋醩25 t/h。
通過這條醋糟處理設(shè)備流水線,一天的醋糟處理量從70 t/天提高到200 t/天,人工可從4人減少到2人,實現(xiàn)了醋糟的高效利用和智能化控制,業(yè)主可記錄每小時和每天的處理量。該設(shè)備流水線產(chǎn)出的12%濃度的漿料經(jīng)過厭氧工藝處理后可以進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵系統(tǒng),通過處理的醋糟從原先板結(jié)的固體溶解為漿料,減少了固體雜質(zhì),給后續(xù)厭氧罐降低清罐周期。通過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)大量沼氣,沼氣經(jīng)過脫硫和脫碳后,通過檢測傳感器檢測的沼氣達(dá)到一定要求后,可以儲存在氣柜中,通過出售沼氣來實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收入,實現(xiàn)廢物利用,減少醋糟堆放場地,給企業(yè)減少成本和創(chuàng)造利潤。