发酵改性降低秸秆成型能耗及提高成型耐水性机理研究

发布时间：2020-11-06 00:27

　　 我国秸秆资源十分丰富,但是其分布分散,能量密度低的缺点严重制约了其规模化利用。秸秆压缩制备成型燃料是解决该问题的有效途径。但是由于秸秆的固有特性,成型过程能耗高和成型设备磨损快一直是秸秆成型燃料发展面临的瓶颈。针对该问题,本课题组开展了通过厌氧发酵改性促进秸秆成型的研究。研究发现,发酵改性可以显著提升秸秆的压缩成型性能,这奠定了改性降低能耗和减少机械磨损的基础。而且,研究还发现,改性秸秆成型对水分的耐受上限也有显著提升。为推进秸秆发酵改性成型工艺的应用,需要进一步研究发酵改性降低秸秆成型能耗和提高耐水性的机理。为此,本文开展了2方面的研究：首先,从秸秆的流变特性入手,完整地分析了在整个压缩过程中,秸秆的弹性模量、粘性系数和应力松弛特性的变化规律,探索能耗降低的原因。再者,从秸秆发酵后结构的变化和秸秆中粘结性物质所占比例的变化入手探索发酵秸秆成型耐水性提高的原因。发酵改性降低秸秆成型能耗机理研究。以用NaOH溶液处理过的秸秆作为对照,在成型原料中混入不同比例的发酵秸秆,定量地比较各组原料成型能耗,并找出各组原料中对压缩能耗影响最大的两个指标一—弹性模量、粘性系数随压缩时间的变化规律,从而解释能耗变化的原因。同时初步研究了压缩结束后,原料的应力松弛现象。发酵改性提高秸秆成型耐水性机理研究。对发酵前秸秆和发酵秸秆做了BET测试,重点比较了发酵前后秸秆比表面积的变化。又以木质素为变量,比较了在不同含水率情况下,添加木质素与否对成型燃料强度和密度的影响,从而确定了发酵改性秸秆成型耐水性提高的影响因素。通过上述研究,得出以下结论：(1)使用发酵改性秸秆可以较大幅度地降低成型能耗。降低幅度与原料中发酵秸秆的含量成正比。在试验条件下,未发酵秸秆成型能耗为2.65J/g,发酵改性秸秆成型能耗为1.32J/g,降低幅度达到了50.19%。(2)发酵改性秸秆降低成型能耗的机理在于发酵改性降低了秸秆的弹性模量,由未发酵秸秆的6.50MPa降低到4.16MPa；发酵改性还提高了秸秆的粘性系数,由未发酵秸秆的5.08MPa·s提高到11.06MPa·S。因此,在制取强度相当的成型燃料时,成型压力降低,所需能耗更低。(3)发酵改性增大了秸秆的比表面积,提高了分水的分散性,从而增强了成型的耐水性。发酵改性也提高了秸秆中粘性物质比如木质素的所占比例。试验证明,适当提高木质素含量可以使秸秆原在更高水分情况下成型时的燃料强度。以上两方面共同作用使得发酵改性提高了成型的耐水性。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TK6
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 生物质能的发展现状
    1.2 生物质成型燃料技术研究进展
        1.2.1 生物质成型方式
        1.2.2 秸秆预处理技术
    1.3 研究课题的提出
第2章 发酵改性对秸秆成型能耗的影响及机理分析
    2.1 材料与方法
        2.1.1 试验材料
        2.1.2 试验方法与主要试验器材
    2.2 结果与分析
        2.2.1 成型能耗
        2.2.2 各组原料弹性模量与粘性系数的计算
        2.2.3 压缩结束后各组原料应力松弛特性
    2.3 本章小结
第3章 发酵改性提高秸秆成型耐水性机理
    3.1 发酵改性对秸秆结构的影响
        3.1.1 材料与方法
        3.1.2 结果与讨论
    3.2 添加木质素对成型耐水性影响试验
        3.2.1 材料与方法
        3.2.2 结果与讨论
    3.3 本章小结
第4章 结论与展望
    4.1 结论
    4.2 展望
参考文献
致谢

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本文编号：2872409