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秸秆切碎及压缩成型特性与设备研究

钱湘群

  我国各类农作物秸秆资源十分丰富,每年产出量多达6.4亿t。随着经济和社会的发展,农业主产区秸秆资源大量过剩问题日趋突出,农民就地焚烧秸秆,造成严重的环境污染和资源浪费。因此,研究生物质能转换技术,将丰富的农林废弃物资源变废为宝,转换为优质燃料,是保护生态环境,促进农业可持续发展的重要课题。将农林废弃物用机械加压的方法压缩成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料,已越来越受到人们的重视。本文以棉秆等硬茎秆为研究对象,研究秸秆原料特性和压缩特性,成型块的松弛特性与粘接成型机理;研制秸秆切碎样机并进行性能试验;对柱塞式压缩成型设备进行方案设计。1.试验分析秸秆原料的力学特性和物理化学性能。棉秆、桑枝的灰分含量小,含硫量低,作为生物质燃料具有明显的优点。木质素含量较高,热压成型有利于提高成型的粘接力。剪切强度大于麦秆等软茎秆,与高级木材的剪切强度相当,切碎时必须充分考虑其具有较大剪切强度的特点。2.设计了适合于农作物硬茎杆切碎的直刃刀切碎机,其喂入机构能适应硬茎杆的物料特性而自动调节喂入高度,样机的性能试验结果表明:实际切碎生产率与理论切碎生产率基本接近,切碎机技术参数设计合理。该机具有细小颗粒产量高的特点,切碎物料粒度为0~10.0mm的约占71%。同时,该机具有产率高、能耗低、使用方便等特点。3.试验研究了棉秆高密度压缩成型的规律,切碎棉秆压缩成型可分为3个阶段:松散阶段(压力0-8MPa)、过渡阶段(压力8-40MPa)和压紧阶段(压力>40MPa)。建立了压缩过程中压缩密度与压力的数学模型方程,其表达式为:研究了压缩比能受压力、粒度和含水率变化的影响。在初始密度相同的条件下,随着压力增大,压缩比能增大,但在压紧阶段,压缩比能增加对提高棉秆的压缩密度效果不明显:在最大压力相同条件下,粒度越小或含水率越低,压缩比能也越小。4.试验研究了压力、温度、粒度和含水率变化对成型块松弛特性的影响。随着压摘要力增大,成型块的松弛密度增大,松弛比相应减小。棉秆常温压缩比加温压缩的松弛比大,但温度在120-180’C范围内变化时,成型块的松弛比变化不明显。棉秆的切碎粒度越小,松弛比越小。但粒度在0-10 mm变化时,松弛密度没有明显差异。棉秆的含水率越低,松弛比越大,耐久性也越差,过干干燥的物料难以压缩成型。另外,从物理特性和生化特性等方面揭示了成型块的粘结机理。5.在比较现有成型工艺。成型设备的基础上,提出了预热成型新工艺,确定了秸秆预热成型的工艺参数,设计了预热器和柱塞式压缩成型装置。……   
[关键词]:生物质;秸秆;棉秆;切碎;压缩;成型块;松弛密度;粘结机理
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江大学2003年