PDF《生物质成型燃料技术研究》

3 ,目前已投入到生产实践当中. 页面

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4 3加热成型技术和常温成型技术对比研究 按成型过程是衍对腺料al热,分为常温成掣和加热成趔.目前国内多足对加热成型技术进行研究. 3.1成型机具 活塞挤压式块状燃料成型机为例,麒料成型靠话塞的往复运动实现,其进料、压缩和出料过程都是间歇式的t在成 型机的成型模腔外有加热圈的为加热成型方式,没有的为常温成型.由于加热成型过程是在200℃以上的温度完成的 ,所以加热成型机的成型部件较常温成型的易磨损,维修周期在200小时左右,较常温成型的维修成车有所增加. 3.2成型工艺 热压成型技术的工艺流程一般为:原料一预处理(粉碎)一干燥一加热成型一冷却包装,常温成型技术的工艺相对简 单,工艺流程一般为:原料一预处理(削片或粉碎)一成型一包装,比加热成型技术减少了原料烘干、成型时加热和降 温等3道工序,可节约能耗44%~67%. 3.3成型影响因素 影响生物质致密成型的主要因素有:原料种类、原料含水率、原料粒度、成型压力与模具尺寸,而加热成型方式还 包括加热温度. 3.3.1成型压力 常温成型没有原料加热软化过程,所以成型所需压力较加热成型大.在《生物质成型燃料高压致密成型技术引进》 项目中,进行了多种生物质原料的常温成型试验,这里只引用四倍体刺槐枝成型块的试验数据. 粉碎后的刺槐枝,粒度分布为1~2mm的占70%左右,5~10mm的占20%,大于10mm的占10%左右,含水率为7.65 %,成型前原料密度为0.195g/cm3 .主油缸压力在10~60MPa之间,每隔 2.5MPa做一次实验,试验结果如图2.在压力较低时(10~20PMa)压块密度随成型压力的增大以较大的幅度增大,压 力大于20MPa的条件下,压块密度随成型压力的增大变化趋于稳定,压缩前后的体积比分布在5.16~5.97之间.四倍 体刺槐枝韧性好,纤维含量高,在较小压力下压制的成型块也很坚实. 3.3.2原料含水率 生物质致密成型燃料技术对原料要求包括含水率和粒度,加热和常温成型技术的区别主要表现在对原料含水率的要 求不同,热压成型技术对原料含水率要求较严格,由于绝干的生物质传热性差,水分是生物质原料中最好的传热介质 ,所以从理论上讲,热压成型中生物质原料的含水率越高传热越好,木质素和半纤维素软化程度越高,越容易成型;

然而,含水率过高在压缩过程中易产生高压蒸汽,会出现 放气 或 放炮 现象,中断成型过程.热压成型要求原 料含水率控制在8~12%,成型效果最好.常温成型技术要求原料最大含水率可达22%左右,物料成型过程中不会发 生 放炮 现象. 页面

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4 3.3.3原料种类 热压成型技术对原料种类适应性较差,由于不同原料木质素和半纤维素含量不同,所以相同加热温度下,原料的软 化程度不同.当成型压力一定时,不同原料需调节成不同的加热温度,这样对操作技术要求较高.农作物秸秆所含木 质素较少(约为15~25%),不适宜通过加热使木质素软化而成型,采用常温高压致密成型具有优势;

林木类生物质原 料的纤维长且韧性强,成型时较困难,但通过常温高压致密成型也可达到存放、运输要求,成型效果也很好,且压块 密度值相对集中. 3.4成型机理 纤维素是构成生物质原料细胞壁的主要组分之一,约占细胞壁物质总量的50%左右,纤维素大分子链的结合键主要 是氧键、范德华力和碳氧键,在生物质成型燃料生产过程中,通过对生物质原料的机械压缩,可以缩短纤维之间的距 离,以利于形成氢键和范德华力,使生物质原料易于成型. 3.4.1加热成型机理 植物中的半纤维素和木质素属无定形的热塑性高聚物,具有玻璃态转化性质,当温度达70~110℃时开始软化且粘 合力开始增加,在200~300℃时软化程度加剧达到熔融,此时施加一定的压力,使其与纤维素紧密粘接,并与邻近颗 粒互相胶接,冷却后即可固化成型.生物质加热成型燃料就是利用生物质的这种特性,用压缩成型设备将经过干燥和 粉碎的松散生物质原料进行加压和加热,使半纤维素和木质素软化并经挤压而成型,得到具有一定形状和规格的成型 燃料. 3.4.2常温成型机理 生物质原料是由纤维构成的,被粉碎后的生物质原料质地松散,在受到一定的外部压力后,原料颗粒先后经历位置 重新排列、颗粒机械变形和塑性流变等阶段.开始压力较小时,有一部分粒子进入粒子间的空隙内,粒子间的相互位 置不断改变,当粒子问所有较大的空隙都被能进入的粒子占据后,再增加压力,只有靠粒子本身的变形去充填其周围 的空隙.这时粒子在垂直于最大主应力的平面上被延展,当粒子被延展到与相邻的两个粒子相互接触时,再增加压力 ,粒子就会相互结合.这样,原来分散的粒子就被压缩成型,同时其体积大幅度减小,密度则显著增大.由于非弹性 或粘弹性的纤维分子之间的相互缠绕和咬合,在外部压力解除后,一般都不会恢复到原来的结构形状. 北京林业大学回彩娟硕士,借鉴德国的Rumpf提出的粉粒体成型的有关理论,选用体视显微镜对成型块进行观察, 发现常温致密成型过程中,生物质原料颗粒由于受到高压作用而互相镶嵌在一起,颗粒间的结合力主要来自相互间的 机械镶嵌.四倍体刺槐枝成型块的微观结构如图3,从左至右依次是10MPa、30Mpa和60Mpa压力下的成型块微观结构 图. 页面