生物质成型工艺参数研究

发布时间：2020-06-27 22:46

【摘要】：生物质能源是可以很好储存、运输的可再生能源，是替代化石燃料的首选。我国生物质资源丰富，并且此能源具有清洁、可再生、含S很低、CO2零排放、分布广的特点。但由于散碎的生物质原料不易收藏、运输、储存和使用，必须经过固化成型才能被很好利用。因此，研究生物质成型工艺参数具有重要意义。本文利用ANSYS软件对成型过程的温度场和应力应变场进行分析，得出不同加热温度下生物质原料的温度分布和成型过程中的位移、应力应变分布，为试验温度、压力的选取，以及对成型颗粒性能的控制提供了参考。以农林废弃物——玉米秸秆、锯末、棉杆为原料，进行改进后热压成型工艺试验研究，通过松弛密度这一指标得到最佳工艺参数范围；并利用OLYMPUS BX51-金相显微镜观察不同条件下成型颗粒的微观形貌,从微观角度研究成型工艺参数与成型颗粒微观结构之间的关系。结果表明，最佳参数范围是粒度0~2mm、压力8MPa、含水率8%~23%，锯末含水率可高达29%、温度130℃~150℃和长径比5.28；草本植物玉米秸秆和棉杆的压力-密度关系： A B*p C*p2；木本植物锯末的压力-密度关系： p c (ln)n。微观形貌分析得出的最佳工艺参数范围与试验得出的基本一致。这些工艺参数的确定有助于生物质颗粒燃料的生产，对可再生能源的利用、农林废弃物的处理和减少温室气体的排放有促进作用。
【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK6
【图文】：

生物质资源,比例,转换技术,生物质原料

可作为生物质原料作物的培育基地，为产业发展壮大提供后备支撑，这些都说明了我国生物质原料会越发丰富，为生物质能在我国的发展与应用奠定基础。我国可利用的五种主要生物质资源比例如图1-1所示。由图可知，农作物秸秆和树木枝杈在我国可利用生物质资源中占据重要地位，其开发利用潜力巨大。图1-1 我国可利用的主要生物质资源比例1.3 生物质能利用技术现状目前，国内外生物质能利用技术主要分为三种：物理转换技术、化学转换技术和生物转换技术[6]。生物质物理转换技术是生物质能利用技术的一个重要前提，主要是指生物质压缩成型技术，首先粉碎生物质原料，使其达到一定粒度，然后在一定条件下挤压成固定形状且密度较大的成型物的过程，从而在一定程度上解决生物质原料形态各异、堆积密度小且较松散、运输和贮存不便等问题[7]。生物质化学转换技术由热化学转换技术和传统化学转换技术两种组成[8]。前者主要包括直接燃烧、液化、气化、热解4个方面。传统利用方式——生物质直接燃烧就是将生物质直接作为原料燃烧获得能量的过程；生物质液化是指通过化学方式将生物质转变成液体产品的过程，又可以分为直接液化和间接液化两类；生物质气化是在高温下部分氧化转变为小分子可燃气体的

压缩成型,堆积密度,生物质原料,原料

虽然我国生物质资源丰富，但存在以下不利因素：资源分散、形态各异、能量密度低、运输困难和储存不便等，是目前制约生物质能源规模化利用的主要瓶颈[9]。主要是由于生物质资源种类繁多，化学组分相差不大，但物理性质却有着较大的差别，其中密度是重要的物理特性参数之一，在很大程度上对生物质作为燃料的锅炉的设计及其经济性有直接影响。图 1-2 给出了部分生物质原材料在粒度为 15~25mm时的堆积密度[10]。由图可知，无论是木材、棉柴等所谓的硬材（堆积密度250~300kg/m3），还是玉米秸秆等软材（堆积密度 50~100kg/m3），密度都较低，限制了其大规模利用的经济性和可行性。生物质作为燃料直接燃烧时，存在挥发分逸出过快、空气供给难以控制等问题，并且在一般炉灶中不易解决，而且在上述生物质能利用的三项技术中，无论哪一种都要求有前期的预处理，其中压缩成型技术是最重要的预处理技术之一。生物质压缩成型技术是指将分散、形体轻、储运困难、使用不便的纤维素生物质，经压缩成型和炭化工艺加工成块或颗粒，以提高燃料的热值，改善燃烧性能的技术。从在生物质资源中占据重要位置的农作物秸秆和林业废弃物锯末入手，进行热压缩成型技术研究，将会为开发和应用其他生物质资源奠定良好的基础。

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