生物质颗粒燃料的成型能耗试验研究

发布时间：2021-11-25 14:46

　　以陕西地区苹果树修剪枝为原料,采用自制的生物质成型燃料多参数调控试验系统,分析单颗粒成型过程中的压力-位移曲线,考察基质含水率（5%～20%）、成型温度（70～150℃）和压力（80～120 MPa）对颗粒燃料成型能耗的影响。结果表明:随着压具位移的增加,挤压过程的压力变化呈3个阶段:松散段、过渡段和压紧段;推出过程的压力变化总体呈波动下滑的趋势,且初期压力波动范围较大。试验范围内,随着温度的升高,挤压能耗降低、推出能耗升高;随着压力的增大,二者均升高;基质含水率影响趋势相同,15%均达到最低值（29.47、4.79 J/g）。 

【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(02)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

生物质单颗粒燃料推动与挤压过程示意图

苹果树木屑制备颗粒燃料成型挤压过程的位移与挤压力的变化关系曲线如图3所示。图3a所示为在成型压强110 MPa、成型温度150℃条件下，不同含水率对颗粒成型的挤压曲线，并以此为例来分析颗粒燃料在挤压过程中的形变关系。在图3a中，不同关键参数下，随着挤压深度的增大，挤压力均呈类似的三段式变化，即邓波等[8]提出的松散段—过渡段—压紧段，NASYS的模拟结果也显示生物质颗粒燃料在压缩过程中呈现这3个阶段。松散段发生在0～40 mm处，挤压力变化与整体挤压过程相比，其值增加并不明显，如图3b所示，这是一段发生在松散段的位移与挤压力变化关系曲线，可以看出，挤压力值随着位移的深入，呈锯齿状抖动，并轻微爬升。从微观角度来看，这主要是由于物料在初期的压缩过程中，颗粒之间的空隙较大，颗粒粘结键和桥还未形成，颗粒受到挤压力后在模具中的位置变化巨大，所以压力传感器在松散段接收到的挤压力值呈锯齿状波动。此外，由于含水率的减少，物料颗粒之间的粘结键和桥更难以形成[9]，所以在图3b中含水率5%的变化曲线相比10%、15%和20%的挤压力值抖动得更加剧烈。从宏观角度来看，由于位移深度的加深，物料在模孔中的体积变小，物料颗粒之间的粘结键和桥开始增多，物料颗粒逐步粘结聚团，挤压力随之轻微爬升，当物料聚团效果进一步明显时[10]，挤压过程进入过渡段（40～53 mm），如图3c所示，这是一段发生在过渡段的位移与挤压力变化关系曲线，可以看出，与松散段的挤压力值相比，过渡段的挤压力值锯齿状抖动有所缓解挤压，挤压力值爬升更为明显，这也说明物料聚团效果与键、桥的形成数量在该阶段有明显提升，Chung等[11]研究给出了分子间牢固粘结的条件，并认为牢固连接的必要条件是分子紧密接触的距离在9?之内。之后，物料挤压成型进入压紧段（53～63 mm），如图3d所示，这是一段发生在压紧段的位移与挤压力变化关系曲线，可以看到，在压紧段挤压力值随位移深度的增大变化明显，几乎呈指数增长，颗粒燃料在该阶段很快成型，而与松散段、过渡段相比，之前的锯齿状波动几乎消失，在压紧段，物料颗粒的蛋白质被进一步挤压出来，颗粒之间的粘结键和桥得到进一步加强，颗粒成型效果在该阶段得到提升[12]。图3 苹果树木屑单颗粒成型燃料挤压过程位移与挤压力关系

苹果树木屑单颗粒成型燃料挤压过程位移与挤压力关系

【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质成型燃料制备及燃烧过程添加剂应用及研究进展[J]. 崔旭阳,杨俊红,雷万宁,黄涛,王朴方,贾晨.  化工进展. 2017(04)
[2]生物质固体成型燃料热压成型实验研究[J]. 邢献军,李涛,马培勇,胡运龙,孙亚栋,李慧.  太阳能学报. 2016(10)
[3]工业油料饼粕与黧蒴栲木屑协同成型实验研究[J]. 柴琦,袁兴中,李辉,李昌珠,曾光明.  太阳能学报. 2015(05)
[4]生物质固化成型的微观机理[J]. 吴云玉,董玉平,吴云荣.  太阳能学报. 2011(02)
[5]玉米秸秆颗粒燃料致密成型电耗测试[J]. 李在峰,雷廷宙,何晓峰,杨树华.  农业工程学报. 2006(S1)

博士论文
[1]陕西农业废弃物资源化利用问题研究[D]. 朱建春.西北农林科技大学 2014

硕士论文
[1]工业油料饼粕与黧蒴栲木屑协同成型研究[D]. 柴琦.湖南大学 2013
[2]生物质固化成型特性及有限元研究[D]. 邓波.山东大学 2008



本文编号：3518351