秸稈物料蒸氣爆破系統的噴放閥及其緩沖控制

于泳

摘 要：利用稀酸蒸氣爆破的預處理方式制備纖維素燃料乙醇的生產工藝具有能耗低、可連續出料、汽爆料易于酶解和發酵、便于實現工業化生產等優勢。噴放閥是蒸氣爆破系統的關鍵設備，高溫蒸煮后的秸稈物料通過噴放閥瞬間釋放，將秸稈物料中的木質素、纖維素、半纖維等成分的纏繞結構打散，用于制備纖維素乙醇。由于物料的噴放時間短、流速高、開關頻繁，造成噴放閥的工作部件磨損嚴重、極易損壞，需要頻繁更換，不能滿足連續生產要求。針對以上問題，設計了一種新型噴放閥及其控制系統，能夠較好解決上述問題。

關鍵詞：蒸汽爆破；噴放閥；緩沖控制

中圖分類號：S38；TH138 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.07.005

1 研究背景

該文所闡述的噴放閥是在纖維素燃料乙醇中試試驗的基礎上提出來的，該套中試試驗設備采用稀酸蒸氣爆破的方式對玉米秸稈進行預處理，噴放閥是該套預處理設備的泄料裝置（如圖1所示），保證其工作性能的穩定至關重要。

2 研究原因

由于噴放物料的含固率較高且流速較快，對金屬的噴放閥磨損嚴重，一般一個月就需更換一次，一個通徑80 mm的金屬噴放閥價格約4萬元左右，因此，采用金屬噴放閥既影響連續生產，又增加了設備的維護成本，不利于后期的工業化推廣。

采用陶瓷閥芯作為噴放閥的主要工作部件，能夠很好解決磨損問題。但是，噴放閥是由液壓系統驅動，且需要快速頻繁的啟閉，開啟和關閉過程的總用時約1 s，每次保持全部開啟時間為1 s，每隔10 s一個工作循環。同時，在往復90°轉角范圍內啟閉的過程中又存在突然換向問題。因此，對噴放閥有較大沖擊力，致使陶瓷球閥極易破碎，且破碎時間無法預測，工作穩定性沒有保障，影響連續生產。

3 新型噴放閥的結構

綜合以上兩種噴放閥的優缺點，本文提出了如圖2所示的新型噴放閥裝置。該新型噴放閥由主回路、輔助回路、緩沖回路、齒條液壓缸和陶瓷球閥等部分組成。陶瓷球閥由齒條液壓缸驅動，并使陶瓷球閥的閥芯能夠單向旋轉180°；同時驅動系統設有輔助回路和緩沖回路，用以減小齒條液壓缸快速起停時對陶瓷閥的沖擊力。

通過采用帶有輔助回路和緩沖回路的齒條式液壓缸驅動陶瓷球閥，并使閥門啟閉過程的旋轉角由往復90°改為單向180°，解決驅動系統對陶瓷球閥的沖擊破壞問題和噴放介質對噴放閥的磨損問題。

4 工作原理

以圖2所示齒條液壓缸預從右側向左側移動為例，詳述該系統的工作過程。輔助回路右側油路給齒條液壓缸供油，該股液壓驅動力用于克服噴放閥開啟的系統阻力，使其開啟阻力趨近于零值，避免快速開啟時的沖擊破壞；主回路接到開啟指令后，通過右側油路給齒條液壓缸供油，使其快速向左移動到預定工位，陶瓷球閥隨之瞬間開啟實現氣爆物料噴放；在齒條液壓缸到達預定工位瞬間停止移動時，左側緩沖回路的溢流閥開啟，將齒條液壓缸突然停止的液壓沖擊力卸掉，實現緩沖。同時，齒條液壓缸的右腔通過右側緩沖回路的單向閥從油箱吸油，以免產生空穴；氣爆物料噴放結束后，主回路驅動齒條液壓缸快速向左移動，使陶瓷球閥瞬間關閉；兩側的緩沖回路重復上述的卸掉沖擊力和補油的過程。同時，輔助液壓系統左側油路給齒條液壓缸供油，克服陶瓷球閥開啟的系統阻力，為下一次噴放過程的齒條液壓缸向右移動做準備，齒條液壓缸從左側向右側移動的控制方式與上述原理相同。

5 結論

對比表中的試驗數據可知，該新型噴放閥適用于介質含固率較高、流速較快且需要頻繁啟閉的噴放系統。既能解決含固物料噴放時的磨損問題，又具有較好的使用壽命，減少了停機維護頻次，降低了生產中的設備維護成本，使連續生產得到保障。

參考文獻：

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