生物质固体成型燃料热压成型实验研究.doc

PAGE1

生物质固体成型燃料热压成型实验研究

摘要：以粉碎玉米秸秆为实验对象，利用自行设计压缩模具，采用正交实验法研究预热温度、物料粒度、物料含水率、压缩速度和保压时间对其热压成型的影响，分别得出各因素对成型燃料品质和成型功耗影响的强弱关系；利用综合平衡法对成型条件进行综合分析评价，得出此方式下最优的成型条件为：预热温度100℃、物料粒度3-6mm、物料含水率15％、压缩速度40mm／min、保压时间80S。

引言

近年来，随着能源短缺和环境污染问题的日益加剧，生物质能源的开发与利用逐渐受到人们的重视。全球生物质能储量丰富且可再生，因此如何高效转换并利用生物质能成为各国竞相研究的课题。生物质致密成型技术作为一种直接有效的利用方式，近年来得到了快速发展。目前，对于生物质固体成型燃料的研究主要集中在冷态成型条件下物料粒度、含水率等因素对固体成型燃料品质和功耗的影响等方面，而在有预热温度条件下，各因素对生物质固体成型燃料成型特性的影响还需开展进一步实验研究。

为此，本文在对物料进行预热条件下，综合考虑各因素(预热温度、物料粒度、物料含水率、压缩速度、保压时间等)对成型特性(松弛比、成型功耗等)的影响，采取闭式成型的方式，以粉碎玉米秸秆为实验对象展开实验研究，从而为实际的生产过程提供一定的理论依据和数据参考。

1材料与方法

1.1实验装置

实验采用自行设计的成型模具(如图1所示)，并在WDW-300D型微机控制电子式万能试验机上进行。成型模具包括推杆、套筒、底座、加热套以及温控模块；套筒内径12mm，长115mm；加热套最高加热温度为400℃，控制模块采用XMTA一308型智能温度控制调节器，该控制器具有PID调节自整定功能，控制精度能达到0.5℃；测温仪采用apuhuaTM-902C型便携测温仪，测量范围-50～750℃，精度(0.75％+1℃)；WDW.300D型微机控制电子式万能试验机采用液压驱动，压缩速度可调，范围为0.005500mm／min，采用压电传感器可实时采集压力与位移参数，压力精度为±1％，位移精度为±0.5％。称重采用威恒JM-B10002电子天平，量程为1000g，精度可达0.01g；含水率测定采用丹浩FD—G2型稻麦草水分测定仪，测量范围为0～80％，分辨率为0.01％。

1.2实验材料

本次实验材料为粉碎后的玉米秸秆，去除杂质，利用网筛对其分类为微粒(3mm)、中粒(3～6mm)、大粒(6～10mm)，并采取烘干后配水的方式控制含水率分别为10％、15％、20％、25％，然后用密封袋进行密封保存。在实验前对粉碎后的玉米秸秆进行测试分析，其物理特性如表1所示。

1.3实验方法

1.3.1实验因子及水平确定

1)预热温度

预热温度对成型功耗和成型燃料品质有明显影响，对物料进行预热可改善物料内部组分的物理性能、促进成型，从而减小成型功耗，提升成型燃料品质口。实际生产中，通过工业废热、余热等对物料进行一定程度预热，可大大减小设备启动阻力、减轻设备磨损。根据生产实际确定预热温度因子水平为27(常温)、70、100、130℃。

2)物料粒度

已有研究表明物料粉碎粒度是影响成型燃料品质的重要因素之一，对不同成型方式的成型燃料，物料粒度选择具有较大差异。对于棒状或块状成型燃料，物料粉碎粒度可较大(10～30mm)，对于颗粒成型燃料，要求物料粉碎粒度较小(10mm)；研究表明：粒度小的物料，粒子的延伸率较大，容易压缩，易于成型；粒度大的物料，填充性能较差，较难成型，物料形态不均匀也会对成型燃料品质产生影响。结合粉碎后的物料粒度，确定物料粒度因子水平取值为3mm、3～6mm、6～10mm、10mm(原始粉碎物料及其比例分别为：微粒、中粒、大粒各占51％、42％、7％)。

3)物料含水率

物料含水率是成型燃料压缩过程中需严密控制的重要参数之一。含水率过高会直接影响成型燃料品质或导致无法成型，含水率过低将大大增加成型功耗且导致成型燃料结合不紧密。不同成型方式对物料含水率要求也不同，研究表明，冷态压缩成型时，粉碎玉米秸秆含水率在10％～15％时，较易成型；约12％时，成型效果最佳。结合本实验条件和相关文献确定物料含水率因子水平为10％、15％、20％、25％。

4)压缩速度

研究表明，压缩速度对成型燃料成型品质和生产率有重要影响，在小麦秸秆开式成型中，随着压缩速度增大，压缩密度降低，比能耗减小，最佳压缩速度为40mm／min。为进一步探究最佳压缩速度，确定压缩速度因子水平为20、30、40、50mm／min。

5)保压时间

成型时间和保压时间是固体燃料成型的关键。有研究表明n，成型时间在40S内对成型燃料品质影响较明显，保压时间一般为2~3m