生物质致密成型技术

关键词： 源除 生物质能 中约 生物质

生物质致密成型技术（精选四篇）

生物质致密成型技术 篇1

中国是一个农业大国, 每年生物质能资源十分丰富。目前, 生物质在中国能源消费中约占25%, 在农村占7l%。这些生物质能源除用于工业和饲料外, 大部分直接燃烧, 多余部分就地烧荒, 不仅热利用效率低, 而且严重污染环境。因此, 研究生物质能转换技术, 将丰富的农业废弃物资源变废为宝, 转换为优质燃料, 对保护生态环境、促进农业可持续发展具有重要意义。秸秆的能源化利用对于新农村建设, 改善农村生产生活环境, 全面实现节能减排, 提高农村生活质量, 促进农民节收增支等方面均具有重要意义。秸秆成型是农业废弃物资源再利用的一个必要条件。

1 生物质秸秆致密成型技术及其发展现状

生物质致密成型技术是指具有一定粒度的农林废弃物 (锯屑、稻壳、树枝、秸秆等) 干燥后在一定的压力作用下 (加热或不加热) , 可连续挤压制成棒状、粒状、块状等各种成型燃料的加工工艺, 压缩成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料, 方便贮存和运输, 提高生物质的可利用性和利用率。

山东省农作物秸秆主要包括玉米、小麦、水稻和花生等作物的秸秆, 且各种秸秆产量大、范围广。秸秆经过成型后, 成为高品位的能源产品加以利用, 完全可以作为燃料替代煤。工业化生产过程中产生大量的蔗渣、中药渣、糠醛渣、木浆泥等工业垃圾, 这些垃圾的处理成大难题, 也是主要的污染源。秸秆成型机的研究开发既可以减轻此致类物质直接焚烧所造成的大气污染, 又为企业降低了生产、生活成本, 为秸秆利用、变废为宝提供了商业化、产业化的新途径, 且符合国家环保政策, 可实现CO2、SO2减排, 减少温室效应, 是保护生态环境的有效方法, 环保效益明显。

在国际国内能源日益紧张的情况下, 生物质致密成型技术为废弃农作物秸秆和蔗渣、中药渣等工业垃圾的利用带来了新出路。

1.1 国外技术研发现状

国外成型燃料的发展大体分为三个阶段, 20世纪30年代—50年代为研究、示范、交叉引进阶段, 研究的着眼点以代替化石能源为目标;20世纪70年代—90年代为第二阶段, 各国普遍重视化石能源对环境的影响, 对数量较大、可再生的生物质能源产生了兴趣, 开展生物质固化成型燃料研究, 到90年代, 欧洲、美洲和亚洲的一些国家在生活领域中比较大量应用生物质固化成型燃料;20世纪90年代后期至今为第三阶段, 首先以丹麦为首开展了规模化利用的研究工作, 丹麦著名的能源投资公司BWE率先研制成功了第一座生物质固化成型燃料发电厂, 目前, 美国已经在25个州兴建了树皮成型燃料加工厂, 每天生产燃料超过300 t, 但生物质固化成型燃料以欧洲的一些国家如丹麦、瑞典、奥地利发展最快。例如, 瑞典人均生物质固化成型燃料消耗量达到160 kg/a, 欧洲现有近百家生物质固化成型燃料加工厂, 农场以秸秆为原料, 靠近城市的加工厂以木屑为原料, 南非在2013年建成了14座以木柴加工废弃物为原料, 年产量达到120×104t的成型燃料加工厂。国外生物质固化成型燃料技术发展有如下特点:原料以木屑等林业废弃物为主, 一般不利用农作物秸秆;生产技术大部分已经成熟, 并达到规模化和商品化;成型燃料的用途已经由烧壁炉等生活用能为主转向了生产应用;设备制造比较规范, 但能耗高, 价格高。

1.2 国内研发现状

1.2.1 研发现状

中国从20世纪80年代起开始致力于生物质固化成型燃料技术的研究, 主要引进韩国、日本、中国台湾等成套设备。随后, 荷兰、比利时等国家的技术和设备也相继引入中国, 已成功研制出各种类型的生物质固化成型燃料生产设备。

1.2.2 各类型设备性能介绍

a) 活塞冲压式成型机。该机由河南农业大学和中国农业机械化科学研究院研制, 河南农业大学率先对冲压式生物质固化成型设备进行了应用研究, 所设计的往复式活塞双向挤压成型机具有创新性。生产试验和分析结果表明:该成型机可显著提高易损件的使用寿命, 降低单位产品能耗, 工作平稳, 成型可靠, 成本低, 投入回收期短, 经济效益和环保效益明显, 生产以秸秆为主的生物质原料, 推广前景广阔, 但该类型设备所生产的燃料密度比较小;

b) 螺旋挤压式成型机。中国林业科学研究院林产化学工业研究所率先开始研制螺旋挤压式棒状燃料成型机, 主要由加热装置、螺旋挤压装置和控制装置组成, 但这些设备存在一些诸如成型筒及螺旋轴磨损严重、寿命较短、电耗大等缺点;

c) 环模挤压成型。一种是采用内旋式环模结构, 挤压成型;一种采用外旋式环模结构, 挤压成型, 这两种都是由饲料成型设备改进而来。前者以北京盛昌绿能科技有限公司改进美国技术为代表, 是目前欧美国家的主流技术, 设备采用常温成型, 适用原料为秸秆、木屑等各种农林废弃物, 产品为颗粒状及方块状, 环模工作寿命约600 h, 根据配置其售价30×104元/套~60×104元/套, 在北京市大兴区礼贤镇建有年产20 000 t的示范工厂;后者以国能惠远公司为代表, 常温成型, 主要适用原料为木屑, 过于干燥不易成型, 成型后需要干燥处理, 有黏结剂易于成型, 产品为颗粒状, 生产能力约300 kg/h~500 kg/h, 模具工作寿命约400 h, 售价约30×104元/套, 河北石家庄万通机械厂生产的YKJ-500型, 外旋式结构, 生产能力为500 kg/h, 售价在8×104元/套, 主要适用原料以玉米秸秆为主, 但外旋式大盘采用轴承采用的是6188型, 密封不能彻底解决, 因秸秆成型机的工作环境所致, 故障不断;

d) 平模挤压成型。由饲料成型设备改进而成, 以济南三农能源科技有限公司为代表。设备采用常温成型, 主要适用原料为木屑、玉米秸秆 (须处理得很细) 等, 产品圆柱状, 设备生产能力50 kg/h~300 kg/h, 平模工作寿命约400 h, 售价5×104元/套~15×104元/套, 在国内有不少应用, 也存在密封、成型率、能耗、产量等问题。

总体来说, 中国生物质固化成型燃料有如下特点:在全国范围内, 还处于研究示范试点阶段, 设备技术原理比较先进, 成本低廉, 适合中国国情;规模化和市场化较差;管理不规范, 支持政策缺乏, 推广速度缓慢。

2 生物质致密成型技术主要研究的内容

2.1 致密成型技术

致密成型一般是辊压成型, 有水平轴式环模挤压成型、垂直轴式环模挤压成型和平面辊压成型。冷压致密成型工艺常用于含水量较高的原料, 原料进入成型室后, 在压辊或压模的转动作用下, 进入压模与压辊之间, 然后挤入成型孔, 从成型孔挤出的原料被挤压成型, 再用切刀切割成一定长度的颗粒状或块状燃料。冷压致密成型主要用于木材加工厂的木屑和秸秆碎料, 成型设备一般比较简单, 价格较低, 但由于死角较大, 引起无用能耗大, 成型部件磨损较快。工作中易出现辊轮和成型孔堵塞现象, 且由于燃料湿度较大, 不含黏结剂, 易吸湿变形, 不利于长期保存、运输和使用。

2.2 生物质致密成型技术的研究重点

对各类成型机进行比较, 综合其优、缺点进行深入分析, 针对成型设备存在的各种问题做了大量研究试验, 本项目所涉及的主要是动辊式平模式秸秆成型机, 包括粉碎机、输送设备、成型机、电控柜等。成型是整个过程的决定性步骤, 故成型机的性能决定了产品质量和生产成本, 因物料种类、含水率、回性程度等的差异, 造成成型技术的复杂性和工艺的不确定性。物料的压缩是大盘和压轮配合完成的, 即大盘和压轮必须在1 mm~3 mm的范围内才能在较快的挤出速度下获得较大密度的成型燃料。二者均是在较高温度和压力下工作的, 压轮和大盘与物料始终处于干磨擦状态, 导致大盘和压轮磨损非常快。当磨损到一定程度时, 二者失去尺寸配合, 成型就无法进行。由于成型大盘和压轮的工作环境极端恶劣, 使得其使用寿命一般在200 h以下。

3 项目研发过程中遇到的主要问题和解决方案

3.1 研发过程中遇到的主要问题

阻碍生物质致密成型技术的推广应用的问题主要是大盘、压轮磨损问题, 二者压缩区域的磨损程度决定了大盘的使用寿命。因此大盘和压轮的使用寿命成为生物质致密成型技术实用价值的决定性因素。

3.2 解决方案

下面从两个方面来分析磨损问题, 大盘是被固定在机座上, 物料从静止的模孔中挤出, 被切断后形成颗粒状, 这种大盘静止的工作方式有利于颗粒成型率的提高, 作为成型机的核心工作部件, 大盘的结构参数是否合适直接决定了颗粒质量的优劣和产量的高低。加工不同的物料, 应当配备不同厚度的大盘, 大盘的开孔面积、模孔尺寸、模孔排布方式等要素都是决定压块性能的重要因素, 大盘是易损件, 需要定期更换。一般情况下模孔长径比越小, 产量越大, 相对应压块密度就越小, 质量也越差, 相反长径比过大, 产量低、密度大, 还容易出现堵机。与环模相比, 平模的优势在于结构简洁、体积紧凑、能正反使用、成本低廉。在压辊方面, 平模机压辊的特点是转速较低、直径大, 与某些型号的环模机相比, 其转速甚至不到环模压辊的一半, 而较大的直径可以增大压辊的攫取角, 这使工作中的压辊对物料有较强的攫取力, 并且降低了打滑的可能性, 但是工作中的压辊并非整体在做纯滚动, 从其轴向上看, 压辊的里侧与外侧都会发生滑动, 这种滑动作用是由平模机的工作原理决定的, 并不因物料的改变而改变。滑动作用的存在固然在一定程度上加快了压辊的磨损, 但是客观上却增强了压块机的挤压性能, 使平模式压块机在加工含粗纤维较多的生物质原料方面成为佼佼者。下面将从运动分析和受力分析方面对压轮磨损问题进行讨论。

以图1所示为顺时针旋转的压辊, 平模式颗粒机在工作时, 压辊上必定存在一条纯滚动的圆周线H, 在纯滚动线H内侧, 压辊发生超前性滑动, 称之为滑转滚动;在纯滚动线外侧, 压辊发生滞后性滑动, 称之为滑移滚动。

在压辊与物料接触的任意点A, 其受力如图1所示, 因挤压物料而受到物料施加给压辊的反作用力N, N总是沿半径指向圆心方向;压辊与物料之间还可能存在摩擦力F, F必定沿切线方向, 但指向有待讨论。当机器进入稳态时, 压辊处于平衡状态, 建立如图所示的柱坐标系, 以磨辊轴心为Z轴, 磨辊最外截面圆心为Z轴O点, 以竖直方向半径为角坐标O点。因平模压辊的自转是从动的, 不存在驱动力矩, 故其自身力矩之和为零。

明确了压辊的受力情况, 就可以分析物料受力, 物料受力情况如图2所示, 在与平模接触的平面, 物料受到水平方向上的摩擦力S和铅直方向上的支撑力T。

从上述的压辊运动情况和物料受力情况可以做出以下分析:产生滑转滚动和滑移滚动时, 与纯滚动相比, 相当于在竖直方向和水平方向对作用力进行了重新分配。两种滑动作用导致了摩擦力的产生, 摩擦力F使压辊和物料之间产生了两种剪切作用。滑转滚动区的超前性滑动使磨辊在竖直方向对物料产生了较强的剪切作用, 这种剪切作用越靠近模板中心越明显。摩擦力也就越大, 压辊的受损程度就越深, 这种受损程度离大盘中心越明显。试验时从出料口往里观察, 发现大盘的中间几圈模孔出料快, 越是里圈和外圈的模孔, 出料越慢。如果卸掉切刀观察, 中间几圈的物料被挤出较短的长度就会断裂、坠落。而里圈和外圈的模孔中挤出的物料不易自动断裂和坠落, 有许多甚至长至200 mm以上才脱离模板。这是由于两种剪切作用的存在, 模板内侧和外侧的物料受较大剪切力, 物料粒子被充分揉切、撕裂进而充填、嵌合, 所以越是两侧, 成型颗粒质地越密实, 出料越缓慢。平模机之所以在加工粗纤维含量较多的物料时具有优越的性能, 也正是因为这两种较强的剪切作用对物料进行了充分的预处理。

滑移滚动和滑转滚动的存在会导致压辊、大盘的磨损程度增加, 但在设计时可将平模设计成对称结构, 能够正反使用, 这将有效降低易损件成本。

4 项目创新点

对大盘的磨损问题, 各研究和生产厂家采取了很多办法, 但由于受工艺技术等制约, 都没有从根本上解决问题。经过多台成型机的实际运行试验结果表明, 大盘和压轮的磨损只发现在一个导程范围内, 解决这部分的磨损, 整个的磨损问题也就解决了。设计了一种保护罩, 在原来大盘和压轮经过调质处理和热处理后, 在大盘和压轮母体上选择特殊耐磨材料 (如D705焊接材料) 、用特殊工艺, 在其外层磨损区域焊接电镀制作一层耐磨保护层。实际运行结果是这种大盘和压轮使用寿命在800 h以上。在经过一段时间运行后, 达到一定磨损的程度 (在没有磨损致母体的前提下) 可以重复制做此保护罩。大盘的模孔采用圆形孔, 方便加工与维修, 使用成本低;大盘采用上模孔与下模孔呈现对称结构, 如果上面模孔磨损较重可将大盘反转, 使用下面模孔;也可将上模孔与下模孔的轴向高度设计为55 mm、46 mm、60 mm等不同的尺寸, 分别适用于各种类别不同的生物质材料, 可进一步降低使用成本。另外一种办法是用模套方式解决磨损问题, 模孔以模套形式工作, 压轮以轮套形式工作, 既保证了磨损件的制造质量, 也降低了零部件的使用成本, 提高了生产效率, 模套加工采用数控切削方法, 解决了压缩模量渐变的技术难题。

5 结语

通过此项目的研发, 研究人员不仅积累了大量的宝贵实践经验, 而且取得了生物质致密成型过程中的耐磨、密封等多个新成果。项目通过试验推广应用, 平模式秸秆成型机在降低能耗、提高生产效率、增加大盘压轮磨损性、降低使用成本和减少故障率等方面有了很大改进, 该技术已通山东省农机管理部门的鉴定, 列入国家农机推广补贴目录。随着产品的制造工艺、自动化和水分精准化控制等技术的提高, 生物质致密成型技术将更加成熟, 将产生更大的经济效益和社会效益。

摘要：简单介绍了国内外生物质致密成型技术研发现状、研究的主要内容、重点及研究中存在的问题, 提出解决和改进的具体措施并得到了很好地验证。

生物质致密成型技术 篇2

刘琨

对于食用植物油脂行业的精炼生产领域而言，在每吨精炼油成品的成本里，重油燃料成本占有很大比例，重油燃料用于蒸汽锅炉燃烧产生蒸汽，提供给生产车间作为动力使用，见下图：

精炼辅料费用成本类别 的 Pareto 图******200费用类别数额百分比累积 %费费修料维材助辅他其74.4625.8414.7512.999.548.5849.417.19.88.66.35.749.466.576.384.991.296.9油重费电油柴土白费水它其用费检费验2.561.798.62.030.121.30.199.9100.0百分比数额 经过分析现有可用的锅炉燃料技术，期间穿插了与具有地方国资办背景的燃气集团多次协商谈判，以及与政府环保管理单位沟通，最后选择了成型生物质燃料锅炉技术方案，如下图：

经过技术论证和商业论证，确定以成型生物质能源合作方式签订合同购买蒸汽以替代原有的自行买燃料烧锅炉产蒸汽的业务模式，将原有3套重油锅炉系统，拆除1#、2#系统，重新安装2套生物质蒸汽锅炉系统，为将来生产运营提供动力；余下3#重油锅炉改为柴油锅炉作为应急备用。新的生物质蒸汽锅炉系统由蒸汽供应商投资，有关配套工作由公司投资和负责执行，包括有：政府立项申报审批、尾气处理技术方案评估审批、拆迁旧锅炉、设备土建基础工程、料仓与遮阳防雨棚工程、配套动力设施、安防监控工程、油池清洗、油池清洗检测、备用锅炉改柴油燃料技改、烟气在线监测等11项工作，因此该蒸汽项目工作范围是统筹管理上述工作任务，实现新系统投入运行，并获得政府的环保验收。

该蒸汽项目实施只为实现蒸汽外包商业模式提供运营条件，不改变蒸汽技术参数，不涉及对蒸汽使用端和原有分汽缸外送蒸汽管网的任何改动。

由于涉及能源合作合同的金额巨大，最终需要并通过集团董事局主席审批才可以执行，因此蒸汽项目的级别属于公司级别。在考虑到为了顺利实施和管理，对于项目团队成员方面，在制定项目章程时，明确提出：在项目启动会议起至锅炉拆迁进场前，项目成员为兼职工作人员，生产部门保证其每天不少4小时参与项目工作；在锅炉拆迁进场后自项目结束期间，项目成员为全职项目工作人员；项目成员在项目工作内对项目经理负责，不能擅离岗位，未经项目经理许可，任何人无权对其调用，否则皆视为阻碍项目；同时项目成员在项目中的表现、绩效评分对其后连续2年的绩效评分占50%比例权重。

蒸汽项目顺利实施完成，投入运营后，同比为公司降低费用30％以上，同时获得了政府的环境保护补贴。

现场图片1：拆除旧的重油锅炉

现场图片2：新的成型生物质燃料锅炉

自我介绍

本人刘琨，为世纪卓越2010年3月PMP, PMP ID号1686604。同时为注册六西格玛黑带。

秸秆等生物质致密固化与利用 篇3

1．什么是生物质能？

生物质是绿色植物利用太阳能，通过光合作用，吸收二氧化碳、水和少量的氮、磷、钾肥料等物质，转化成为有机物——碳水化合物，将太阳能转化为化学能并贮存下来，将生物质作为能源利用称为生物质能。这里所说的广义生物质能，包括植物种子、秸秆、树木枝条、牧草、畜禽粪便以及生活有机垃圾等。狭义的生物质能，通常是指农业、林业废弃物，如各种作物秸秆、树叶、锯屑、蔗渣等。生物质能是唯一具有可运输、储存、转换、再生等矿物资源属性的特点，又较少受自然条件制约的可再生能源资源。开发这种能源模式，既节约能源，又可利用农业废弃物。

2．如何解决生物质的松散性、易燃性、不均匀性问题？

解决自然界生物质的松散性、易燃性、不均匀性、安全储存等问题，直接的办法是压缩成致密固化块，根据形状和致密程度的不同，又将这些产品分为生物质颗粒、生物质压块或生物质压饼、生物质燃料棒。

3．生物质致密固化块可用于饲料或燃料，具体在哪些方面使用？

（1）用于食草类家畜的饲料。根据原料的不同，又分为精饲料和粗饲料两种，如使用苜蓿、花生秧等加工的饲草压块，可用于奶牛场的饲草和少部分出口。使用玉米秸、麦秸、稻草等加工的饲草压块，可用于草原牧场、码头动物检验仓库的补饲普通饲草。通过秸秆压块这一产品，沟通了产粮区和牧区的联系，秸秆压块饲料的使用，减少了牧区的牧草采食，利用草场空间，为人们提供了肉制品和奶制品，保护草原，防止沙漠化，使秸秆变废为宝。

（2）直接燃烧，用于民用取暖、炊事用能。在我国北方农村，冬季寒冷，取暖是一大项能源消耗。举个实例，在河北省南部农村，冬季要想让住房达到15℃，一间房需要1吨煤炭的消耗，河北省北部的农村消耗的还要多。再加上炊事用能2.2吨煤炭，洗澡、洗脸的热水用能0.3吨煤炭，一个家庭全年需要约6.5吨煤炭，折款3250元。把这些煤炭换成生物质压块，可减少家庭支出3/5，约2000元人民币。对于家庭在经济上是划算的，对于社会来说，减少了矿物能源的开采、消耗和运输，为清洁乡村示范点建设和社会主义新农村建设提供了能源保障。

由于生物质含有大量轻质物质，受热后变成烟，所以在使用生物质压块作燃料时，必须采用消烟炉具。目前已经作了相应的配套研发，形成了炊事热水专用炉、取暖专用炉产品系列，炊事采暖热水三用炉、单位开水炉系列产品正在开发研制。

（3）利用生物质致密压块直燃消烟技术，为城郊结合地带的燃煤锅炉改造提供燃料。能有效减少石油制品和气体燃料的使用，降低锅炉使用单位的锅炉运行成本，消除小锅炉对城镇大气的污染。

（4）用作生物质发电站的燃料。生物质发电站要求生物质必须具有较大的密度，以便于运输、储存。在现场使用时还要便于破碎，以便喷射进入燃烧器。

（5）用于农村的生物质气化供气站燃料。

（6）用于农户庭院沼气池的发酵料。

（7）用于工业化制炭。

4．目前，利用生物能的配套炉具有哪些特点？

这些炉具采用生物质压块燃料，由原来的散柴燃烧变成了颗粒燃烧，减少了生物质挥发成份的快速溢出。再加上二次送风燃烧，使燃烧更充分，消除了黑烟，又节约了燃料。这些炉具有6个突出的特点：

（1）不用电力鼓风。这些炉具通过烟道作为系统的动力，对整个系统形成负压，避免用电动机鼓风。

（2）消烟燃烧。通过调节二次风门增加给风量，达到消烟燃烧的目的。

（3）无焦油析出。这一系统燃烧时炉腔内始终处于高温状态，不析出焦油，消除了普通生物质气化炉的焦油污染。

（4）加料方便，任意延长燃烧时间。当第一次填入燃烧储料腔的燃料不够时，通过调风进料口可以很方便的装料，达到任意延长炊事时间的目的。

（5）燃料来源广泛。凡是农业废弃的生物质经过加工都可作为燃料。比如稻草茅子、麦糠、高粱帽子等散碎材料均可使用。

（6）点火方便。这种燃烧炉点火方便，农村家庭妇女稍加培训即可使用。

5．压缩成型机由哪些设备组成？如何将秸秆压块成型？

目前主要推广环模式压块成型机，主要由切碎机、输送机、强制喂料机器、压缩成型机、冷却输送机组成。现有3个机型：2000型、1000型、500型。

压块成型机在工作时，先将生物质秸秆粉碎成10～30毫米，由输送机输送至强制喂料器，强制喂入压缩机环模腔内。在压辊和环模的摩擦挤压下，粉碎的秸秆升温至70～100℃，这一温度可根据压块的需要进行调节。生物质在温度和压力的作用下压缩成型，由模孔被挤出，再经冷却输送装置冷却输出，成为具有一定密度的多用途生物质块状产品。机组的生产能力为500～2000公斤/小时，用户可根据需要选择，机组整机无故障运行时间长达500小时以上，在国内同类机组中无故障运行时间及综合性能均居先进水平。小型机组的生产能力为500～800公斤/小时，输入功率约30千瓦，中型机组的生产能力为1000～1200公斤/小时 ，输入功率约45千瓦，便于分散加工、集中使用，比较适合农村的电力供应现状。

用这一机组生产的生物质压块，外形尺寸为32毫米×32毫米×30～80毫米长方体块料，其密度可根据需要控制在800～1300公斤/立方米。包装后的堆体积是原来体积的1/6～1/8，便于储存运输管理，可用于饲料或燃料。解决了自然界生物质的松散性、易燃性、不均匀性和安全储存、运输等技术问题，为生物质能的大规模利用提供了技术支持。

6．如果农民朋友要建设一个小型加工点，应做好哪些准备工作？

农民朋友应该考虑以下几点：

（1）设备购置。选择设备时要考虑设备性能的可靠性、安全耐用性、工艺成套性、节能环保性、维修经济性、生产效率和产品质量的稳定性等。按现有压块厂的建设经验：年产量4000～5000吨生产规模的固定生产企业，宜选2000型压缩加工成套设备；年产2000～3000吨或采用多点生产的企业，宜选用1000型设备；年产1000～1500吨或采用多点生产的企业，宜选用500型设备。

（2）厂房。选用2000型设备，厂房下弦高不少于4米，宽6～10米，长度为30～40米，水泥地面，砖混结构，也可采用砖木结构。厂房采用四面墙封闭式，也可用三面墙半开放式或一面墙开放式的简易厂房。选用1000或500型设备时，设备不需固定，可移动使用，直接在露天作业，也可采用简易棚。

（3）库房。年产量4000吨以上规模的成品库房面积不应少于400平方米，采用水泥地面，地面应高于库外地面200毫米以上。年产量1000吨规模以上的成品库房面积不少于100平方米。也可建成简易型库房，但必须保证通风、防雨、防潮、防晒、防水淹。

（4）场地硬化。年产量4000吨以上的，切碎暂存场地硬化面积不少于500平方米，切碎后晾晒场地不少于1500平方米（按每平方米可获干秸秆10公斤考虑）。地面应高于周围地面200毫米以上，一般为混凝土地面，也可采用铺砖抹水泥抹面。

（5）供电系统。购变压器，500型机组配30千伏安，1000型机组配50千伏安，2000型机组配100千伏安。并架设动力和照明线路。

（6）供水系统。配置必要的供水管道、贮水设施和消防系统。要特别注意设置消防系统和配套消防设备。

（7）办公、休息用房2～3间。

7．加工点的规模与生产能力该如何确定？

加工点的生产能力应根据当地原料供应来源、供应半径和压块燃料的利用方式及销售渠道而定，原料供应半径一般应确定在10～15公里左右，过大则加大运输成本。

棉花、辣椒、向日葵、玉米秸秆加工，集中在11月初到次年5月。如再加工麦秸、稻草等其它农作物秸秆，或树枝等林业副产品（按原料供应情况而定），全年生产期可达十个月左右。

生物质致密成型技术 篇4

20世纪70年代,由于全球能源危机的出现,人们认识到煤、石油等化石能源的有限性和化石能源的过度使用所造成的环境污染问题。日益严重的环境污染问题已经引起了世界各国的广泛关注。环境问题与能源问题密切相关,解决好环境问题的关键是解决好能源问题。于是,可再生能源的研究逐渐引起人们重视。木材是重要能源。根据丹麦能源局1997年有关能源生产的调查,木材能源产量大约是21 PJ,约合500 000 t石油,占可再生能源生产总量的28%。据调查资料显示,我国陆地林木生物质总量达180亿t以上,林业“三剩物”(采伐剩余物、造材剩余物、加工剩余物)的总量在8～10亿t。此外,我国还有5 700万公顷宜林土地和1亿公顷不适宜发展农业的边际性土地[1],开发利用林木生物质能源潜力巨大。

目前,关于生物质能的利用途径主要有:生物质直接燃烧技术,生物质压缩成型和炭化技术,生物质气化技术,生物质热裂解液化技术等。生物质致密成型技术(BBT)是近些年来在我国兴起的一种新型生物质能利用技术,正逐渐被人们重视。生物质致密成型的机理是利用生物质中的木质素在高温下软化、产生胶黏作用再挤压成型。经过国内外研究机构几十年的探索,生物质致密成型技术已经相当成熟,但生物质致密成型燃料的燃烧设备还不成熟。主要原因是对生物质致密成型燃料的微观结构和燃烧机理研究不够深入,导致在设计生物质致密成型燃料燃烧设备时,设计参数选取不准。目前大部分生物质致密成型燃料燃烧设备在设计时,均是参照煤的燃烧机理进行选用,缺乏科学依据。这将影响生物质致密成型燃料的正常燃烧,导致燃烧设备效率低下,从而影响生物质致密成型燃料的应用与推广。为解决此问题,故提出了研究生物质致密成型燃料微观结构的课题。本课题专门针对木屑成型燃料,对木屑致密成型燃料的微观结构进行观察分析,以期找出微观结构的特点与燃烧效率之间的关系,为今后研究生物质致密成型燃料的燃烧机理成型设备及燃烧设备提供理论基础。

1 试验设计

1.1 试验原料与分析

本实验以木屑致密成型燃料为研究对象,这些燃料来自河南农业大学毛庄科技实验园区,为便于观察,先将部分木屑致密成型燃料加工成直径9 mm、厚6 mm的圆形片;然后根据实验需要对部分木屑致密成型燃料进行粉碎,再用分样筛进行分级。本实验选用规格为80目的分样筛。

木屑致密成型燃料的元素分析结果见表1。从表中可以看出木屑致密成型燃料元素组成成分主要是碳元素和氧元素,其次是氢元素,同时还有微量的氮、硫元素。

依据GB212-77《煤的工业分析方法》进行木屑致密成型燃料的工业分析。首先在自动控温通风式干燥箱中105℃烘干至恒重,然后在SX-8-10型箱式多功能电阻炉中,800℃灰化4 h,最后通过计算试样前后的质量变化,即可求得燃料的含水量、可燃物含量及灰分含量,低位发热量是在XPY-1A数显氧弹式热量计上测定。由于燃料的形状比较规则,故可以直接测量出其体积和质量,进而求出其密度。测试结果见表2。

木屑致密成型燃料纤维素、半纤维素、木质素及中性洗涤剂溶解物含量由FIWE/3自动纤维素测定仪测定,结果如表3所示。

由表3可以看出,木屑致密成型燃料主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,同时还含有酸不容灰分等成分。纤维素是世界上最丰富的有机化合物,是植物细胞壁的主要成分,构成了植物支撑组织的基础。木材中纤维素的平均含量约为50%。纤维素分子的链与链之间借助分子之间的氢键形成像绳索状结构,具有一定机械强度和韧性[2]。半纤维素是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体,其中木聚糖是构成半纤维素的主要成分,通常被选为模化物用来研究半纤维素[3]。木聚糖在木质组织中占总量的50%。半纤维素热解温度一般发生在473～573 K,在高温区域。木聚糖热解产物在高温区域,木聚糖热解产物大部分是挥发分和焦炭,在不同的炭化条件下,焦炭产量在10%～20%[4]。木质素是由聚合的芳香醇构成的一类物质,存在于木质组织中,主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁。木质素主要位于纤维素纤维之间,起抗压作用。由于木质素本身在结构上具有庞大性和复杂性,在化学性质上具有极不稳定性等,使得迄今为止还没有一种方法能得到完整的天然木质素结构,而只能得到一些木质素的结构模型[5]。如图1为木质素的结构模型;图2为生物质的典型化学结构示意图。

1.2 试验仪器

高精度电子天平,max=200 g,d=0.1 mg;200 kV场发射透射电子显微镜,型号:JEM-2100F;BCH-1型半自动碳氢测定仪;ZCL-2型自动定硫仪;自动控温通风式干燥箱、计时器等;自制孔隙率试验台;液压式万能试验机。

1.3 试验方法

通过液压式万能试验机,对80目样品在套筒内进行增压,制备基准体。套筒内经18 mm,外径300 mm,高70 mm。在增压时,不是压力越大越好,当压力增加到一定程度时,再增大压力成型块的体积变化很小,相反磨损程度大大增加。一般,当原料的体积减少量小于增压前体积的0.5%时,此时的压力定为该种材料的密实压力。确定完基准体的密实压力之后,进而确定成型燃料的相对空隙率。最后利用200 kV场发射透射电子显微镜对木屑致密成型燃料基准体的微观结构进行观察与分析。扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。所观察的位置为木屑致密成型燃料的自然断面,断面不作特殊处理,仅用洗耳球吹去表面的粉末,保持断面结构状态。由于木屑致密成型燃料并非导电材料,因此在进行扫描之前,要先在成型燃料的截面上进行镀膜处理(采用离子溅射镀膜法),在截面表面镀上一层导电膜,以避免电荷累积,影响图像质量,并防止对试样的热灼伤,然后把干燥过的镀膜试样放在扫描电镜中试样座上观察。扫描电压为15 kV,放大倍数分别为100、500、1 000和2 000倍。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

80目样品在液压万能试验机和自制孔隙率试验台上的测试结果,如图3所示。

图4-图7为在200 kV场发射透射电子显微镜下,得到的木屑致密成型燃料的微观图像。放大倍数分别为100、500、1 000、2 000倍。

2.2 结果分析

(1)首先,测定一定质量m木屑致密成型燃料的密度ρ1;其次,是计算出质量为m的木屑致密成型燃料的体积undefined;第三,计算出质量为m木屑致密成型燃料标准体的体积undefined;第四,计算木屑致密成型燃料的相对孔隙率undefined。80目木屑粉为原料制作基准体时,其基准体终压为30 MPa(当压力增加为30 MPa时,体积减少率为0.41%<0.5%判断标准),密度为1 271.8 kg/m3。经过计算可得:河南农业大学HPB-IV型液压式成型机(辅助加热成型)生产的木屑直径为103 mm,密度为1 062 kg/m3的致密成型燃料,相对孔隙率为16.5%;冷压成型的木屑秆直径为9.1 mm,密度为1 050 kg/m3颗粒成型燃料相对孔隙率为17.4%。

(2)散状木屑在被加工成致密成型燃料的过程中,木质素在温度为70～110℃时软化,具有粘性,当温度达到200～300℃时成熔融状,粘性高,此时在一定的压力下,增强分子间的内聚力,可将它与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒相互黏结,变得致密均匀,体积大幅度减小,密度显著增加。冷却后,成型燃料强度显著增加[2]。在整个过程中,以物理变化为主,主要减少的是原散状木屑的孔隙率。压缩成型后的木屑致密成型燃料成分中绝大部分纤维素、半纤维素、木质素结构并未发生变化,只有成型燃料表面的小部分纤维素和半纤维素由于加热温度超过了150℃(一般加热温度为220℃)而炭化。

(3)从木屑致密成型燃料断面电子扫描图上可以看出,木屑致密成型燃料的微观结构是层状和柱状的混合结构,纤维素结构物排列无序,相互交错,空隙较大。纤维素柱状物有纤维素层状物包裹,结合紧密,如图5。断面的形成有明显的相互牵拉的痕迹,进一步印证了纤维素结构物相互交错,如图6。主要结构物之间的填充物不明显,空隙较大。虽然木屑颗粒内部的纤维素结构内部结合紧密,且纤维素相互连接,但是木屑致密成型燃料是由粒径很小的木屑颗粒组成,木屑颗粒之间纤维素结合物被人为切断,颗粒之间连接物较少。木屑在加工时易成型,因为木屑中木质素含量较大,热成型时会成为粘结剂,但这种粘结剂没有纤维素本身牢固,在燃烧时会失去粘结性。故木屑致密成型燃料在燃烧时,水分含量较高时会出现成型块变散的现象。

3 结语

木屑致密成型燃料与散状木屑相比,孔隙率大大减小,在燃烧时大大限制了挥发分的逸出速度,延长了燃烧时间,可提高燃烧效率。同时,在对木屑进行加工成型时,木屑中的木质素在一定温度下会成为粘结剂,促进成型,但水分含量过高,则会抑制成型,甚至出现“放炮”现象,因此要控制木屑的含水量。对木屑致密成型燃料微观结构的研究为生物质成型燃料燃烧设备的设计参数的选择奠定了理论基础,同时也为成型燃料加工设备的研制提供了理论支持。

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