CN102732318B - 一种用秸杆制备燃气的方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用秸杆制备燃气的方法及其设备，包括下述步骤：①取粉碎的秸杆置入滚轮挤压机内，经过滚轮挤压机的滚轮及开设有通孔的钢盘挤压形成压缩体积后的颗粒体；②将步骤①的颗粒体置入滚轮挤压机内或置入滚轮挤压机内串联的多组滚轮及开设通孔的钢盘的第二组以上的滚轮及钢盘内挤压形成秸杆柱体颗粒燃料；③将步骤②所述的秸杆柱体颗粒燃料连续不间歇注入燃气发生炉内。④向燃气发生炉内同步吹入空气和蒸汽作为气化剂，使燃气发生炉内温度保持在300-600℃。本发明采用秸杆柱体颗粒为燃料，替代块煤或焦炭，并同时向燃气发生炉内通入蒸汽和空气制备燃气，使燃气的洁净度、热值高，能够直接推动燃气轮机运转。

Description

一种用秸杆制备燃气的方法及其设备
技术领域
本发明涉及燃气的制备方法，是一种用秸杆制备燃气的方法及其设备。
背景技术
由于燃气轮机发电使用的燃气，需要较高的热值等多种指标，所以目前燃气轮机发电使用的燃气，其燃料必须是精块煤或焦炭，用这种燃料生产的燃气成本极高，无法维持燃气轮机发电的正常运转。这就是燃气轮机发电行业几乎处于停止运行的主要原因。为此，本领域技术人员提供了加压水煤气、干熘煤气、水蒸煤气、秸杆酵化及转醇等多种燃气，经过增压后为燃气轮机使用。但是，这些燃气在使用过程中，需要用高压电捕焦油，并需要庞大的除尘系统等，使发电成本仍然无法降低，同时，仍然无法解决高污染问题。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用秸杆制备燃气的方法及其设备，采用秸杆柱体颗粒为燃料，替代块煤或焦炭，并同时向燃气发生炉内通入蒸汽和空气制备燃气，使燃气的洁净度、热值高，能够直接推动燃气轮机运转。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种用秸杆制备燃气的方法，包括下述步骤：
①取粉碎的秸杆置入滚轮挤压机内，经过滚轮挤压机的滚轮及开设有通孔的圆形钢盘挤压形成压缩体积后的颗粒体；
②将步骤①的颗粒体置入滚轮挤压机内或置入滚轮挤压机内串联的多组滚轮及开设通孔的圆形钢盘的第二组以上的滚轮及圆形钢盘内挤压形成秸杆柱体颗粒燃料；
③将步骤②所述的秸杆柱体颗粒燃料连续不间歇注入燃气发生炉内；
④向燃气发生炉内同步吹入空气和蒸汽作为气化剂，使燃气发生炉内温度保持在300-600℃。步骤④中所述的空气为氧气。步骤③中所述的将秸杆柱体颗粒燃料连续不间歇的注入燃气发生炉内的方法是：在燃气发生炉顶端安装滚轮挤压机，滚轮挤压机与燃气发生炉的壳体间密闭连接，将粉碎的秸杆或秸杆颗粒体置入滚轮挤压机内，经过滚轮挤压机内的滚轮及开设通孔的钢盘挤压形成秸杆柱体颗粒燃料，秸杆柱体颗粒燃料直接落入燃气发生炉炉膛内。步骤④中所述的向燃气发生炉内通入的空气与蒸气的比例为1：0.1-0.3。步骤④中所述的向燃气发生炉内通入的氧气与蒸汽比例为1:0.15-0.5。
 所述的一种用秸杆制备燃气的方法中所述的燃气发生炉，燃气发生炉包括炉体，炉体上端安装滚轮挤压机，滚轮挤压机有一个受料桶，受料桶与炉体间密闭连接，受料桶内安装第一传动轴，第一传动轴上安装一组或两组以上滚轮组，滚轮组至少有两个滚轮构成，滚轮对称分布在第一传动轴两侧，滚轮下方的受料桶内壁上安装圆形钢盘，圆形钢盘上开设通孔，受料桶上端设置进料口、下端为敞口，敞口位于燃气发生炉内，炉体下端安装炉篦，炉篦与第二传动轴连接，炉体底端一侧安装排渣管，第二传动轴内开设进气孔，进气孔与气体混合管相通，气体混合管上分别与蒸汽管和空气管连接，第二传动轴上安装动力传动件，动力传动件与电机连接。第一传动轴通过伞齿轮将动力分别传递给两个滚轮，滚轮外表面上均匀分布挤压槽，第一传动轴与第一伞齿轮连接，第二伞齿轮和第四伞齿轮分别与第一伞齿轮啮合，第三伞齿轮分别与第二伞齿轮和第四伞齿轮啮合，第三伞齿轮与第三传动轴连接。燃气发生炉炉体底部安装炉底圈、炉底盘，炉底盘中部安装轴套，轴套内安装第二传动轴，第二传动轴通过炉底盘连接刮灰盘和分灰盘，刮灰刀盘上部是炉篦。
所述的一种用秸杆制备燃气的方法中使用的滚轮挤压机，包括受料桶，受料桶内垂直安装第一传动轴，第一传动轴上端与动力箱内传动件连接，第一传动轴上至少安装一组或两组以上滚轮组，滚轮组至少有两个滚轮，滚轮安装在第一传动轴两侧，受料桶内至少安装一个圆形钢盘，每个圆形钢盘均位于滚压轮组下方，每个圆形钢盘上均布柱形通孔，受料桶上端设置原料入口，受料桶下端设有燃料出口。在圆形钢盘下方的第一传动轴上安装滚轮，滚轮分别安装在第一传动轴两侧，在滚轮下方的受料桶的内壁上安装圆形钢盘，圆形钢盘开设中心通孔，第一传动轴穿过中心通孔，圆形钢盘上均布柱形通孔。
用本发明的方法制备的燃气，用空气、蒸汽混合作气化剂产出气体，经检测： CO为49%-60%、H2为25%-30%、CH4为10%-25%、CO2<1.5%、O2<1.2%，发热值为9500-17000KJ/m3。本发明方法中的燃料直接连续不间断的进入燃气发生炉的炉腔内，同时通入空气和蒸汽充分混合，产生的燃气洁净度高，并在生产燃气的同时不需要大型除尘、洗涤装置。使柱体颗粒燃料成为制备燃气的主要燃料，彻底解决了用燃气轮机发电采用的燃气成本昂贵的难题。由于以秸杆柱体颗粒燃料为主的燃料资源充足、成本较低，进而使制备的燃气的成本大幅降低，并进而大幅降低了燃气轮机的发电成本，为燃气轮机发电提供了环保、节能的可实施性燃气。本发明所述的方法中，通入的蒸汽用于吸收一氧化碳反应过程释放出的热量和产生高温碳，可以增加燃气产量，空气中的氧气和蒸汽与燃料中的秸杆或淀粉混合后分解产生含有甲烷、乙烷或甲醇、乙醇的洁净气体，这些气体都是爆燃气体，利于推动燃气轮机。本发明方法中使用的秸杆柱体颗粒燃料在燃气发生炉内还起着催化转气作用。本发明的方法能使燃气发生炉内的温度保持在300-600℃，产生的燃气可直接用于推动燃气轮机、或燃气轮机与蒸汽轮机联合循环发电，与火力发电相比节省煤炭45%以上。
本发明方法中将秸杆柱体颗粒燃料连续不间断送入燃气发生炉内的优选方案是在燃气发生炉的上端安装滚轮挤压机，可使秸杆通过滚轮挤压机直接挤压成秸杆柱体颗粒燃料送入燃气发生炉，挤压制成的秸杆柱体颗粒燃炅的密度可达到1000kg/m3左右，产生的燃气不需要二次加压直接用于推动燃气轮机发电，这种方法是目前燃气轮机发电能够正常运行的有效方法之一；本发明所述的方法中，向燃气炉内通入的空气，最好是氧气，氧气与蒸汽的配比为1：0.2-0.6，以空气替代氧气时，空气与蒸汽配比为1：0.15-0.5，所述方法中使用的燃料硬度高、气体穿透性好，更利于气化，使燃气产量高、燃气质量高。
本发明方法中所述的秸杆柱体颗粒燃料，在秸杆收割时，可将滚轮挤压装置安装在收割机后面，直接将收割后切碎的秸杆置入滚轮挤压装置内，挤压后缩小秸杆体积，这种秸杆便于运输、储存，并可增加秸杆柱体颗粒燃料的硬度和密度。
本发明所述的设备制造成本低廉，结构合理，能使秸杆直接挤压成柱体颗粒燃料，并同时连续不断的进入燃气发生炉内，滚轮挤压机能够与燃气发生炉壳体间密封连接，从而彻底解决了燃气发生炉需要在高压下运行时，燃料输送入炉内压力密封的难题，它实现了燃气发生炉所需的燃料连续不断匀速投入，并能保持发生炉内温度和压力的恒定，使燃气做为发电的燃料能够稳定的输入燃气轮机内。采用该设备生产的燃气能够始终保持温度在300℃-600℃之间。
附图说明
附图1是滚轮挤压机的结构示意图；附图2是本发明方法中使用的燃气发生炉结构示意图；附图3是附图2中I部放大结构示意图；附图4是附图3的俯视结构示意图。
具体实施方式
本发明的一种用秸杆制备燃气的方法，包括下述步骤：
①取粉碎的秸杆置入滚轮挤压机内，经过滚轮挤压机的滚轮及开设有通孔的圆形钢盘挤压形成压缩体积后的颗粒体；
②将步骤①的颗粒体置入滚轮挤压机内或置入滚轮挤压机内串联的多组滚轮及开设通孔的圆形钢盘的第二组以上的滚轮及圆形钢盘内挤压形成秸杆柱体颗粒燃料；步骤②中形成的秸杆柱体颗粒可以有两种方式：一种是采用滚轮挤压机，滚轮挤压机中只有一组或二组滚轮和一个或两个开设通孔的圆形钢盘，将步骤①中的颗粒体再置入滚轮挤压机中进行挤压成形；第二种是直接将步骤①所述的秸杆置入滚轮挤压机内，滚轮挤压机内安装两组以上滚轮和两个以上开设通孔的圆形钢盘，经过多道挤压直接形成秸杆柱体颗粒，即步骤①和步骤②合为一个步骤；
③将步骤②所述的秸杆柱体颗粒燃料连续不间歇注入燃气发生炉内；
④向燃气发生炉内同步吹入空气和蒸汽作为气化剂，使燃气发生炉内温度保持在300-600℃。
本发明所述方法中各个步骤中使用的滚轮挤压机结构相同；
本发明步骤④中所述的空气也可采用氧气替代。
本发明所述步骤③中所述的将秸杆柱体颗粒燃料连续不间歇的注入燃气发生炉内的方法是：在燃气发生炉顶端安装滚轮挤压机，滚轮挤压机与燃气发生炉的壳体间密闭连接，将粉碎的秸杆或秸杆颗粒体置入滚轮挤压机内，经过滚轮挤压机内的滚轮及开设通孔的钢盘挤压形成秸杆柱体颗粒燃料，秸杆柱体颗粒燃料直接落入燃气发生炉炉膛内。这种方式能够解决向炉内连续置入燃料时，易出现炉内气压泄漏的难题。
步骤④中所述的向燃气发生炉内通入的空气与蒸气的比例为1：0.1-0.3。
步骤④中所述的向燃气发生炉内通入的氧气与蒸汽比例为1:0.15-0.5。
本发明所述的秸杆柱体颗粒燃料也可采用碎煤与水混合后制成的柱体颗粒替代，即：将碎煤粉碎成粉状，然后按煤粉与水的重量比1：0.05-0.25的比例，混合均匀后，置入滚轮挤压机内挤压成秸杆柱体颗粒，用这种替代的柱体颗粒燃料，采用本发明方法制成的燃气中的甲烷和氢气的含量相对减少。
本发明燃气发生炉内设定的气压为10-30kg/cm2时，产生的气体压力大于燃气轮机需要的压力，燃气即可直接进入燃气轮机，同时压力也制造了更多甲烷产生，提高了燃气热值。燃气发生炉内常用压力为12-14kg/cm2或25-30kg/cm2。
本发明所述的一种用秸杆制备燃气的方法中使用的燃气发生炉，燃气发生炉包括炉体11，炉体11上端安装滚轮挤压机，滚轮挤压机有一个受料桶10，受料桶10与炉体11间密闭连接，受料桶10内安装第一传动轴8，第一传动轴8上安装一组或两组以上滚轮组，滚轮组至少有两个滚轮构成，滚轮9对称分布在第一传动轴8两侧，滚轮9下方的受料桶10内壁上安装圆形钢盘6，圆形钢盘6上开设通孔7，圆形钢盘6上开设的通孔7分布在滚轮绕第一传动轴8转动的轨迹部位，即：通孔7始终处于被原料或/和滚轮的运动状态封闭，从而起着炉内压力封闭作用。受料桶10上端设置进料口、下端为敞口，敞口位于燃气发生炉内，炉体11下端安装炉篦18，炉篦18与第二传动轴13连接，炉体11底端一侧安装排渣管38，第二传动轴13内开设进气孔12，进气孔12与气体混合管17相通，气体混合管17上分别与蒸汽管15和空气管16连接，第二传动轴13上安装动力传动件，动力传动件与电机连接。
本发明滚轮挤压机上的第一传动轴8还可以通过伞齿轮将动力分别传递给两个滚轮9。这种传动结构可使第一传动轴8转动时将动力传递给滚轮轴，使滚轮轴强力驱动滚轮9转动，从而保持动力传动的稳定性及碾压和挤压原料的均匀性，使燃料进一步保持较高的硬度。滚轮9外表面上均匀分布挤压槽66，可以增加挤压原料的接触面积，进而增加混合均匀性。
滚轮挤压机的伞齿轮与传动轴的结构为：第一传动轴8与第一伞齿轮62连接，第二伞齿轮63和第四伞齿轮65分别与第一伞齿轮62啮合，第三伞齿轮64分别与第二伞齿轮63和第四伞齿轮65啮合，第三伞齿轮64与第三传动轴67连接。
本发明所述的燃气发生炉设计了及时排灰渣结构。由于燃气发生炉工作时，通常的工作能力一般为每小时消耗高于10吨燃料，灰渣如果不能及时排出，将直接影响炉内生产燃气的数量和质量，为此，本发明在燃气发生炉炉体11底部安装炉底圈43、炉底盘21，炉底盘21中部安装轴套14，轴套14内安装第二传动轴13，第二传动轴13通过炉底盘21连接刮灰盘44和分灰盘22，刮灰刀盘19上部是炉篦18。动力通过主动齿轮42和从动齿轮41带动第二传动轴13转动，进而带动炉篦18、刮灰刀盘19、刮灰盘44转动，在转动过程中，刮灰刀盘19将炉渣刮入分灰盘22内，通过第一漏孔36落入炉底盘21上，同时，刮灰盘44将炉渣刮入炉底盘21的第二漏孔37，最后通过输料口38进入螺旋轴45，将灰渣排入灰渣罐29内。灰渣罐29内通过水管33将水打入后与灰渣混合，然后由螺旋搅拌轮28打成灰浆，灰渣罐29底部安装底板27，底板27上安装第三转轴24，第三转轴24与搅拌轮28连接，离心叶轮23安装在第三转轴24上，当离心叶轮23快速旋转时，将灰浆压入出口25，经过输浆管26将灰浆输入分离池。上述排灰渣的整体系统结构性能稳定，使用寿命长，安全可靠。
本发明所述的炉篦18由多层圆盘上下连接构成，圆盘由上至下直径逐渐增大。这种炉篦18由耐高温不锈钢制做成专用构件，这种结构便于排渣，并便于减少燃料堆积，使燃料更便于燃烧。
本发明所述燃气发生炉包括两部分结构：一部分是安装在燃气发生炉顶端的滚轮挤压机，它可将秸杆柱体颗粒燃料的原料经过滚轮碾压并挤压加工成秸杆柱体颗粒燃料，直接落入炉内燃烧，秸杆柱体颗粒燃料在炉内300-600℃的高温状态下被蒸馏，增加了燃气的发热值。另一部分由燃气发生炉炉体及安装在炉体底部外面的带动炉篦转动的传动部件、进气混合管及排渣结构组成。传动部件有电机，电机通过变速箱带动齿轮转动，进而通过第二传动轴13带动炉篦18转动，使炉灰顺利通过排渣管排入灰渣罐29内。排渣管38与排渣罐29连接，排渣管38内安装螺旋轴45。这种结构便于高压力运转时灰渣及时排出，并使炉内燃料保持正常燃烧，并保持温度恒定。
本发明所述的制备燃气的方法中使用的燃料进入燃气发生炉内有两种方式：一种是将秸杆柱体颗粒燃料通过燃气发生炉上开设的进料口直接送入炉腔内；另一种方式是：在燃气发生炉的顶部安装滚轮挤压机，滚轮挤压机与燃气发生炉间密闭连接，该挤压机的出料口直接位于燃气发生炉的炉腔上方，由滚轮挤压机挤压出的燃料处在密闭的直接连续不断的落入燃气发生炉内，其进料速度可根据需要通过电机转数、供料数量调节，滚轮挤压机的结构如附图1所示。滚轮挤压机包括受料桶10，受料桶10内垂直安装第一传动轴8，第一传动轴8上端与动力箱2内传动件连接，第一传动轴8上至少安装一组或两组以上滚轮组，滚轮组至少有两个滚轮，滚轮安装在第一传动轴8两侧，受料桶10内至少安装一个圆形钢盘，每个圆形钢盘均位于滚压轮组下方，每个圆形钢盘上均布柱形通孔，受料桶10上端设置原料入口40，受料桶10下端设有燃料出口63。
当滚轮挤压机直接安装在燃气发生炉的上端使用时，在此状态下第一传动轴8下端安装锥形盘5，受料桶10下部与炉体11连接，锥形盘5位于炉体11内，便于燃料均匀连续的落入炉膛内燃烧。落入燃气发生炉内燃料形成的自燃层，主要分三层，除底层为1.2-3米厚的防爆、保护炉篦灰渣外，灰渣层上表面是0.9-1.2米厚的燃烧层，燃烧层上表面是燃料自燃层，该层将燃烧层产生的上千度二氧化碳还原成一氧化碳，蒸汽接触高温热碳后吸收催化分解产生氢气、一氧化碳、甲烷，并同时保持炉内温度为300-600℃，自燃层上面是1.2-3米厚的预热层，这些燃料层可使炉内燃气中产生更多的甲烷和氢气，能够降低二氧化碳和富余氧气的产生，使燃气达到本发明所述的各项指标。
本发明所述的一种用秸杆制备燃气的方法中使用的滚轮挤压机，在圆形钢盘6下方的第一传动轴8上安装滚轮9，滚轮9分别安装在第一传动轴8两侧，在滚轮9下方的受料桶10的内壁上安装圆形钢盘6，圆形钢盘6开设中心通孔，第一传动轴8穿过中心通孔，圆形钢盘6上均布柱形通孔7。
本发明所述的燃气发生炉第二传动轴13的中心线与炉篦18的中心线间的偏心距为100-200毫米，能使混合汽体进入炉篦18快速分散穿越1.2-3米的灰渣厚层46。燃气发生炉产生的燃气量取决于：炉内的工作压力、通入的氧气还是空气等工作参数。以燃气发生炉的直径为3.8米，炉内工作压力为12-30 kg/cm2为例，当通入的氧气压力为12-15 kg/cm2，产出的燃气量为1200-3000m3/ m2h；当通入的氧气压力为25-30 kg/cm2时，产出燃气的量为3000-5000 m3/ m2h；当通入的空气压力为8-10 kg/cm2时，产出的燃气量为400-700 m3/ m2h。
本发明制备燃气的方法中使用的燃料，在自燃层阶段时，燃料中燃点低的秸杆、淀粉先挥发放出氢气、甲烷，以增加燃气中的发热值，以达到推动燃气轮机的目的。
本发明所述的柱体颗粒燃料，直径一般为12-20毫米，长度一般为30-100毫米为适宜，本发明所述的在燃气发生炉上端安装的滚轮挤压机，为了避免使用一个圆形钢盘时，炉内的高压燃气冲穿圆形钢盘上的某个通孔产生漏气，或为了增加燃料的硬度，在第一传动轴8上再安装一组、二组或三组滚轮、圆形钢盘结构，即：再串联一组、二组或三组与滚轮、圆形钢盘完全相同的结构。滚轮直径一般为400—900mm，功率500—2000KW，产出率10—30吨/h。
本发明所述的混合气体的氧气消耗功率为0.37kwh/m3，通入的氧气量与生产的燃气的比为1：5，燃气消耗的氧气功率<0.1 kwh/m3。
图中1是传动轴，3是下料箱壳体，下料箱壳体3可以与受料桶10设计为一体结构，也可以设计为分体结构，设计为分体结构时，便于安装圆形钢盘6、切割刀5等部件。4是下料空腔，20是合金切灰硫渣刀，30是动力轴，31是支撑架，32是加强筋，33是高压水管，34是轴承，35是夹水套，39是轴承，49是滚轮轴，50是滚轮轴一端的锥丝，滚轮轴49通过锥丝50与滚轮9锁紧式连接，51是轴承，52是压盖，53是轴套，54是调整压力螺母，55是轴承架，56是推动轴承，57是石棉盘根压盖，58是轴承架，59是轴套，60是轴承，61是密封石棉盘根。

Claims (2)

1.一种用秸杆制备燃气的方法，其特征在于：包括下述步骤：
①取粉碎的秸杆置入滚轮挤压机内，经过滚轮挤压机的滚轮及开设有通孔的圆形钢盘挤压形成压缩体积后的颗粒体；
②将步骤①的颗粒体置入滚轮挤压机内或置入滚轮挤压机内串联的多组滚轮及开设通孔的圆形钢盘的第二组以上的滚轮及圆形钢盘内挤压形成秸杆柱体颗粒燃料；
③将步骤②所述的秸杆柱体颗粒燃料连续不间歇注入燃气发生炉内；
④向燃气发生炉内同步吹入空气和蒸汽作为气化剂，使燃气发生炉内温度保持在300-600℃；
步骤③中所述的将步骤②所述的秸杆柱体颗粒燃料连续不间歇注入燃气发生炉内的方法是：在燃气发生炉顶端安装滚轮挤压机，滚轮挤压机与燃气发生炉的壳体间密闭连接，将粉碎的秸杆或秸杆颗粒体置入滚轮挤压机内，经过滚轮挤压机内的滚轮及开设通孔的钢盘挤压形成秸杆柱体颗粒燃料，秸杆柱体颗粒燃料直接落入燃气发生炉炉膛内；
步骤④中所述的向燃气发生炉内同步吹入空气和蒸汽作为气化剂，空气与蒸气的比例为1：0.1-0.3；
步骤④中所述的燃气发生炉包括炉体（11），炉体（11）上端安装滚轮挤压机，滚轮挤压机有一个受料桶（10），受料桶（10）与炉体（11）间密闭连接，受料桶（10）内安装第一传动轴（8），第一传动轴（8）上安装一组或两组以上滚轮组，滚轮组至少有两个滚轮构成，滚轮（9）对称分布在第一传动轴（8）两侧，滚轮（9）下方的受料桶（10）内壁上安装圆形钢盘（6），圆形钢盘(6)上开设通孔(7)，受料桶(10)上端设置进料口、下端为敞口，敞口位于燃气发生炉内，炉体(11)下端安装炉篦(18)，炉篦(18)与第二传动轴(13)连接，炉体(11)底端一侧安装排渣管(38)，第二传动轴(13)内开设进气孔(12)，进气孔(12)与气体混合管(17)相通，气体混合管(17)上分别与蒸汽管(15)和空气管(16)连接，第二传动轴(13)上安装动力传动件，动力传动件与电机连接；燃气发生炉炉体（11）底部安装炉底圈（43）、炉底盘（21），炉底盘（21）中部安装轴套（14），轴套（14）内安装第二传动轴（13），第二传动轴（13）通过炉底盘（21）连接刮灰盘（44）和分灰盘（22），刮灰刀盘（19）上部是炉篦（18）。
2.根据权利要求1所述的一种用秸杆制备燃气的方法，其特征在于：步骤④中所述燃气发生炉的第一传动轴(8)通过伞齿轮将动力分别传递给两个滚轮(9)，滚轮(9)外表面上均匀分布挤压槽(66)，第一传动轴(8)与第一伞齿轮（62）连接，第二伞齿轮（63）和第四伞齿轮（65）分别与第一伞齿轮（62）啮合，第三伞齿轮（64）分别与第二伞齿轮（63）和第四伞齿轮（65）啮合，第三伞齿轮（64）与第三传动轴（67）连接。
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