生物質(zhì)燃料常溫高壓致密成型技術(shù)及成型機(jī)理研究_41_45

1、0.9511.051.11.1510203040506070壓力/Mpa壓塊密度/(g /c m 3 圖3-9 四倍體刺槐枝壓塊密度與壓力之間的關(guān)系曲線Fig.3-9 relation curve between branch of tetraploid silver chain briquette density and pressure 圖3-10 不同壓力作用下四倍體刺槐成型效果圖Fig.3-10 Pictures of branch of tetraploid silver chain briquette with different pressure從以上五種材料的壓塊密度與壓力之間

2、的關(guān)系曲線可以看出,將所測得的數(shù)據(jù)經(jīng)多項(xiàng)式擬合后,擬合度R 2均大于0.9,可以認(rèn)為擬合曲線對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式符合壓塊密度與壓力的實(shí)際關(guān)系。隨著壓力的增大,壓塊密度呈增大趨勢,當(dāng)壓力達(dá)到一定值(通常為3545MPa,換算成作用在成型塊上的壓力為194.6250.2MPa后,壓塊密度緩慢增大,或者幾乎不增大。在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),壓力在2035MPa(即作用在成型塊上的實(shí)際壓力為111.2194.6MPa范圍內(nèi),各種生物質(zhì)成型塊的壓塊密度在0.951.3g/cm 3之間,參照有關(guān)學(xué)者的研究,壓塊密度在1.1g/cm 3左右,就可達(dá)到存放、運(yùn)輸要求,成型效果就很好,因此壓制成型塊時(shí)不需更大的壓力,以降低

3、能耗。3.2含水率對(duì)壓塊密度的影響已有的研究結(jié)果表明,影響生物質(zhì)常溫高壓致密成型的主要因素是成型壓力及原料含水率。含水率對(duì)成型效果的影響實(shí)驗(yàn)由筆者和李美華碩士共同完成,在這里引用一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)說明含水率對(duì)成型效果的影響,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行完善。實(shí)驗(yàn)中不同含水率原料的準(zhǔn)備按照 2.2.1.2小節(jié)中所敘述的方法進(jìn)行,含水率的測量參照2.2.2.3的方法。此部分實(shí)驗(yàn)的目的是通過改變木材加工剩余物鋸末和小刨花的含水率,得出使其成型效果較好且生產(chǎn)成本較低的含水率,并分析得出含水率與壓塊密度的關(guān)系。3.2.1鋸末原料含水率與壓塊密度的關(guān)系表3-1 鋸末在不同壓力下改變含水率壓縮成型后的壓塊密度Tab.3-1

4、 the density of sawdust briquette in different pressure and moisture content 10MPa 0.859 0.913 1.237 0.966 0.895 0.866 不成型 20MPa 1.126 1.065 1.374 1.113 0.936 0.904 不成型 40MPa 1.158 1.278 1.452 1.457 1.042 1.004 不成型 60MPa 1.265 1.394 1.486 1.491 1.213 1.172 不成型 從表3-1的測量數(shù)據(jù)可以看出,含水率在15%左右壓塊密度值達(dá)到最大,成型效果較

5、好。含水率小于15%左右時(shí),壓塊密度隨含水率的增加呈增大趨勢,含水率大于15%左右時(shí),壓塊密度平均快速下降0.35g/cm3,之后隨著含水率的增加,變化較小,總體上有下降趨勢。當(dāng)含水率為23%時(shí),成型塊表面有裂紋,顆粒間不能很好的粘結(jié),幾日后裂紋處裂開。鋸末顆粒在室內(nèi)自然風(fēng)干一個(gè)月后含水率為5.5%,在此含水率下進(jìn)行成型加工,效果就很好,壓塊密度在0.8591.265g/cm3之間。從表中還可看出同一含水率下,對(duì)鋸末進(jìn)行壓塊成型實(shí)驗(yàn)時(shí),隨著壓力的增大,壓塊密度增大,增大到一定值后,增大趨勢不明顯,這與上一節(jié)的結(jié)論吻合。3.2.2小刨花原料含水率與壓塊密度的關(guān)系表3-2小刨花在不同壓力下改變含水

6、率壓縮成型后的壓塊密度 Tab.3-2 the density of small paring briquette in different pressure and moisture content 10MPa 0.877 0.831 1.039 1.034 0.952 0.789 不成型20MPa 1.053 0.977 1.186 1.112 1.068 0.867 不成型40MPa 1.223 1.107 1.316 1.259 1.122 0.934 不成型60MPa 1.256 1.125 1.412 1.287 1.143 0.957 不成型從表3-2可看出,小刨花原料的含水率為

7、15%左右,壓塊密度值最大,含水率大于15%左右時(shí),壓塊密度有下降趨勢。含水率增加到23.7%時(shí)成型效果較差,成型塊表面有裂紋。在自然風(fēng)干狀態(tài)下得到的含水率,小刨花的成型效果就很好,壓塊密度分布在0.8771.256g/cm 3之間。其他結(jié)論與鋸末類似。可見,對(duì)于木材加工剩余物(鋸末和小刨花含水率在15%左右得到的壓塊密度最大,常溫高壓致密成型允許的原料最大含水率為22%左右,原料經(jīng)室內(nèi)自然風(fēng)干后得到的含水率,就可滿足成型加工要求,并且成型效果較好。3.3原料種類對(duì)壓塊密度的影響本組實(shí)驗(yàn)的目的是比較相同壓力下,含水率基本相同的不同種原料的致密成型效果,評(píng)價(jià)指標(biāo)仍為壓塊密度。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更全面

8、,結(jié)合工學(xué)院林業(yè)與園林機(jī)械實(shí)驗(yàn)室之前做過的幾種原料的成型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),比較玉米稈、豆稈、芝麻稈、鋸末、小刨花、木材削片、灌木、蘆竹和四倍體刺槐枝九種原料的致密成型效果。由于實(shí)驗(yàn)原料的含水率較難精確控制,因此取相近的值認(rèn)為是同一含水率。各種原料的含水率分別為7.0%、7.8%、7.3%、7.97%、7.0%、7.2%、7.6%、7.65%、8.06%,成型壓力在成型效果較好的2035MPa 之間取值。 0.80.911.11.21.31.4123456789原料種類壓塊密度/(g /c m 3圖 3-11 不同原料種類的成型比較Fig.3-11 Comparison of briquette wit

9、h different materials實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取自以上兩組實(shí)驗(yàn),圖3-11中橫坐標(biāo)1、2、3、4、5、6、7、8、9分別代表玉米稈、豆稈、芝麻稈、鋸末、小刨花、木材削片、灌木、蘆竹和四倍體刺槐枝這九種不同的生物質(zhì)原材料。由圖3-11可以看出:玉米稈的壓塊密度集中在1.21.32g/cm 3之間,壓縮比為:7.958.74;豆稈壓塊密度則在1.181.31 g/cm 3之間,壓縮比為:9.8310.92;芝麻稈的壓塊密度在 1.051.3 g/cm3之間,壓縮比為:9.7212.04;鋸末的壓塊密度在 1.051.13 g/cm3之間,壓縮比為:6.737.24;小刨花的壓塊密度集中在1.1

10、61.3 g/cm3之間,壓縮比為:17.8520;木材削片的壓塊密度在0.91.1 g/cm3之間,壓縮比為:7.839.56;灌木纖維具有很強(qiáng)的韌性,其壓塊密度在1.21.35 g/cm3之間,壓縮比為:5.486.16;蘆竹也具有較強(qiáng)的韌性,其壓塊密度在0.8 1.15g/cm3之間,壓縮比為:5.167.42;四倍體刺槐枝的原料密度較大,其成型塊的密度相對(duì)集中,分布在1.081.15 g/cm3之間,壓縮比為:5.545.90。農(nóng)作物秸稈所含木質(zhì)素較少,不適宜通過加熱使木質(zhì)素軟化而成型,采用常溫高壓致密成型具有優(yōu)勢;灌木、蘆竹和四倍體刺槐枝的纖維長且韌性強(qiáng),成型時(shí)較困難,但通過常溫高壓

11、致密成型后也可達(dá)到存放、運(yùn)輸要求,成型效果也很好、用手掰時(shí)很難裂開,且壓塊密度值相對(duì)集中。同一種原料隨著成型壓力在2035MPa范圍內(nèi)增長時(shí),壓塊密度呈增大趨勢,在這個(gè)壓力范圍內(nèi)鋸末和木材削片的壓塊密度相對(duì)集中,芝麻稈和豆稈的壓塊密度分布較分散,由于灌木原料本身密度大,其壓塊密度均較高,而鋸末由于顆粒細(xì)小,成型后的密度值總體上較低,蘆竹和四倍體刺槐枝的密度隨壓力的增大變化趨勢不大,數(shù)值也相對(duì)集中,總體上林木生物質(zhì)成型塊的密度分布較農(nóng)作物秸稈成型塊的密度集中。雖然不同材料的壓塊密度不同,成型效果也各不一樣,但仍可從以上實(shí)驗(yàn)看出多數(shù)原料都適于進(jìn)行常溫高壓致密成型,這說明此機(jī)型具有廣闊的應(yīng)用前景,適

12、合于多種原料的成型,益于在多數(shù)地區(qū)使用。3.4小結(jié)目前為止,對(duì)生物質(zhì)燃料常溫高壓致密成型影響因素的研究還很少。本章以能耗低、成本低為出發(fā)點(diǎn),借助未充分開發(fā)利用的秸稈、木材加工剩余物、蘆竹、四倍體刺槐枝等原料,在現(xiàn)有的成型設(shè)備上進(jìn)行成型實(shí)驗(yàn),觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,找出各影響因素的最佳參數(shù)范圍,得出相關(guān)結(jié)論。本章以壓塊密度作為評(píng)價(jià)成型塊好壞的標(biāo)準(zhǔn),通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),歸納出了成型壓力對(duì)壓塊密度的影響曲線及關(guān)系式,得出成型壓力在20MPa35MPa之間,即作用在成型塊上的壓力為111.2194.6MPa之間所得的成型塊,其密度值在0.951.3g/cm3之間(相關(guān)資料表明,壓塊密度在1.1g/cm3左右,就可達(dá)到存放、運(yùn)輸要求,成型效果就很好,因此壓制成型塊時(shí)無需更大的壓力,避免造成能源浪費(fèi)。針對(duì)鋸末、小刨花兩種生物質(zhì)原料,改變其含水率,進(jìn)行常溫高壓致密成型實(shí)驗(yàn),得出含水率在15%左右時(shí),壓塊密度最大,并得出經(jīng)自然風(fēng)干后的原料即可很好的成型,這樣在今后的成型燃料加工時(shí),可以不進(jìn)行原料干燥這項(xiàng)工序,直接使用自然風(fēng)干后的原料進(jìn)行壓塊。同時(shí),也驗(yàn)證得出了此液壓驅(qū)動(dòng)的活塞沖壓式成型機(jī)所能壓制原料的最大含水率為22%左右。對(duì)九種不同的生物質(zhì)原料進(jìn)行了常溫高壓致密成型實(shí)驗(yàn),認(rèn)為大多數(shù)原