烘焙棉秆的成型特性影响研究及工艺优化.pdf

收稿日期院 2022-02-22遥基金项目院 国家自然科学基金渊52076069冤曰国家重点研发计划项目渊2019YFD1100604冤遥作者简介院 胡建军渊1977-冤袁男袁博士袁教授袁研究方向为生物质热化学转化技术遥 E-mail院烘焙棉秆的成型特性影响研究及工艺优化胡建军1袁 李晨阳1袁2袁 赵淑蘅1袁 王伟1袁 李在峰2袁 雷廷宙1袁2袁3渊1.河南农业大学机电工程学院袁 河南郑州450002曰 2.河南省生物质能重点实验室袁 河南郑州450008曰3.常州大学城乡矿山研究院袁 江苏常州213164冤摘要院 文章以棉花秸秆为研究对象袁对其进行烘焙预处理以提升燃烧特性与热值并降低粉碎能耗遥采用单因素实验研究了成型压力尧成型温度和原料含水率对烘焙棉秆成型燃料的松弛密度尧吸湿性和抗压强度3 个特性评价指标的影响遥 基于单因素实验开展了正交实验袁探讨三者间的相互作用并对热压成型过程进行工艺优化遥结果表明院 烘焙预处理提高了棉秆的燃烧稳定性及粉碎效率袁 烘焙棉秆的粉碎能耗与棉秆原样相比降低了66.6%曰在烘焙棉秆的热压成型过程中袁成型燃料的特性评价指标在合适的压力范围内渊323 kN冤均随着成型压力的增大逐渐提升曰而随着成型温度和原料含水率的增加袁特性评价指标均呈现先上升后下降的趋势袁并分别在成型温度为115 益和含水率为9%时出现拐点遥 根据正交实验得出烘焙棉秆热压成型的最佳工艺条件院压力为18 kN袁温度为100 益袁含水率为9%袁此时制得的成型燃料的松弛密度尧抗压强度和吸湿性分别达到1.220kg/m3袁8.17 MPa 和8.45%袁完全符合我国生物质颗粒燃料的行业标准遥关键词院 烘焙预处理曰 棉花秸秆曰 热压成型曰 工艺优化中图分类号院 TK6曰 S216文献标志码院 A文章编号院 1671-5292渊2023冤09-1159-080引言我国农作物秸秆年产量丰富且总量逐年增加袁 据统计袁2020 年我国秸秆资源总量达8.56伊108t1遥 目前秸秆处理的主要方式仍为堆肥尧填埋和焚烧袁仅有约2.6%的秸秆废弃物经处理后再利用遥因此袁积极开展农业废弃物资源化利用技术的研究具有重要意义遥 生物质固体成型燃料是以生物质本身所含有的木质素作为粘结剂渊成型过程中也可以添加粘结剂或润滑剂冤袁在压力的作用下将堆积密度较低尧 结构松散的生物质秸秆转化为能量集中的均匀块状物或颗粒状成型燃料遥 成型燃料凭借其拥有低阶煤的特性袁 可作为替代燃料使用而受到了国内外的广泛关注2遥在生物质秸秆的成型过程中袁 成型工艺的优化在成型燃料制备尧 提质和推广方面都有着十分重要的意义遥 盛晨绪3采用三因素实验研究了成型压力变化对成型玉米秸秆炭的抗压强度的影响袁发现成型压力对成型燃料的影响最为显著袁并且在710 kN 内随着压力的增加袁 成型秸秆炭的抗压强度逐渐提高遥 原料含水率也会对成型燃料的品质造成影响袁马超4采用单因素方法研究了成型过程中含水率对松弛密度的影响袁 表明适宜的原料含水率可以有效地提高成型燃料的颗粒密度遥 成型温度则是另一个对成型燃料特性影响较大的参数袁温度过低时袁秸秆中的木质素软化程度较低袁可能会导致成型失败袁而温度过高可能会导致燃料表面发生炭化遥 烘焙可以降低农作物秸秆水分与挥发分含量袁 降低其粉碎能耗并提高固定碳的质量分数57袁有效提高成型燃料的品质遥 因此在固体成型燃料领域引入烘焙技术袁 对生物质进行预处理有着广阔的应用前景袁 对秸秆的合理开发再利用意义重大遥棉花秸秆渊简称棉秆冤木质素含量较高袁将棉秆进行热压成型制备固体颗粒燃料具备很大的优势袁因此本文以棉秆作为研究对象袁对其烘焙前后的燃烧特性及粉碎能耗进行了对比尧评价遥采用自制的成型模具通过单因素实验研究了烘焙棉秆在成型过程中成型温度尧 成型压力与含水率对成型燃料松弛密度尧吸湿性及抗压强度的影响规律袁并基于正交实验优化成型工艺袁 分析因素间的交互作用袁以提高烘焙棉秆成型燃料品质袁为农业废弃物制备成型燃料的产业化发展提供参考遥可再生能源Renewable Energy Resources第 41 卷 第 9 期2023 年 9 月Vol.41 No.9Sept.2023窑1159窑1材料与方法1.1 实验原料及烘焙方案本文采用棉秆渊来自河南省郑州市中牟县三官庙村袁CS0冤作为实验原料遥棉秆原样物性参数如表1 所示遥本实验中的烘焙棉秆是在管式炉渊XD-1200NT冤中慢速热解制备的遥 烘焙流程院在常压无氧条件下袁将棉秆切段渊长度小于4 cm冤后放入炉膛内曰实验前将氮气以200 mL/min 的流速排出空气袁并营造氮气热解氛围袁以6 益/min 的升温速率升至270 益并保持40 min曰 成型实验开始前需将烘焙后的棉秆粉碎尧120 目筛分后在105 益干燥箱中干燥24 h 备用遥烘焙棉秆渊CS冤的物性参数如表2 所示遥1.2 成型实验方法1.2.1 烘焙棉秆成型单因素实验烘焙棉秆的压缩成型单因素实验在电子万能试验机上进行袁加热模具如图1 所示遥在配套的加热系统上设定好实验所需温度后打开模具的加热开关袁 直到模具升至设定温度后自动转为保温模式遥 模具直径为6 mm袁高度为150 mm遥 根据质量比袁 均匀混合一定量的去离子水后分别获得水分为3%15%渊3%袁5%袁9%袁13%袁15%冤 的实验样品遥 实验过程中袁用电子天平称取渊0.35依0.002冤 g样品填入模具中遥开启万能试验机袁调整好压缩程序渊设定压缩速度尧成型压力冤袁在成型压力分别为3袁8袁13袁18袁23 kN袁成型温度为70袁85袁100袁115袁130 益的条件下进行烘焙棉秆的热压成型遥 在压杆对物料施加的压力达到设定值时袁 系统自动停止施压袁保持当前压力60 s 后移除挡块袁以防止成型燃料的回弹袁用万能试验机对已成型燃料进行脱模遥 2 h 后进行物理性能测试遥1.2.2 正交实验为了筛选出烘焙棉秆成型工艺的最佳参数袁根据单因素试验结果袁 将成型过程的原料含水率渊A冤尧成型温度渊B冤和成型压力渊C冤作为正交实验的3 个影响参数袁 以成型燃料的松弛密度渊Y1冤尧抗压强度渊Y2冤和吸湿性渊Y3冤作为评价指标袁设计了三因素三水平的烘焙棉秆正交实验遥其中袁含水率尧 温度和压力的中间水平值分别基于单因素实验得到的较佳参数值选定袁 并以恰当的水平间距左右各取一值组成3 水平遥 正交实验影响因素及水平编码如表3 所示遥1.3 计算方法1.3.1 棉秆粉碎能耗的测定分别粉碎烘焙前后的棉秆30 g袁 并对其粉碎时间T 及总能耗W 进行记录遥棉秆粉碎过程中的Cad43.73Had6.24Oad49.13Nad0.79Sad0.12表 1棉秆原样的元素分析尧工业分析与热值Table 1 Proximate袁ultimate analysis and calorific value of CS0Mad2.78Aad2.88Vad79.31FCad15.03热值MJ/kg17.25元素分析/%工业分析/%图 1加热模具及温控设备Fig.1 Forming mould and temperature control equipment渊b冤温控设备渊a冤加热模具压杆传感器加热层垫片底座温控设备表 3正交实验因素及水平编码Table 3 Orthogonal experimental factors and levelcoding table水平123A/%5913B/益85100115C/kN81318表 2烘焙棉秆的元素分析尧工业分析与热值Table 2 Proximate袁ultimate analysis and calorific value oftorrefied CSCad50.47Had6.38O*ad42.13Nad0.91Sad0.10Mad1.45Aad3.74Vad74.13FCad20.68热值MJ/kg19.66元素分析/%工业分析/%窑1160窑可再生能源2023袁41渊9冤能耗主要是粉碎设备的电耗袁 总能耗通过功率计量电表进行测定遥 为了排除粉碎过程中空载能耗的影响袁 分别在每次物料粉碎实验后启动粉碎机空载运转相应的时间T1袁记录为空载能耗K遥物料的粉碎能耗E渊MJ/kg冤=W-K遥 烘焙前后棉秆的粉碎能耗均通过3 次重复实验进行测定袁取平均值遥1.3.2 成型燃料基本参数实验中用到的参数有成型燃料的质量M渊kg冤袁长度L渊m冤和直径D渊m冤袁由颗粒的质量和体积计算燃料松弛密度遥 其中成型燃料松弛密度是通过游标卡尺和电子天平测量结果计算的遥 成型燃料呈圆柱型袁对其长度测量3 次取平均值遥成型后的燃料放入称量瓶中24 h袁 然后计算成型燃料的松弛密度籽8遥籽=1仔窑4MD2窑1L渊1冤1.3.3 成型燃料的稳定性燃料的稳定性通过抗压强度来体现袁 它直接反映了燃料在外界的压力下抗形变的能力遥 燃料的抗压强度通过压力计确定遥 压力计对成型燃料进行缓慢加压袁直至燃料的结构出现破环袁压力计自动停止施压并记录燃料破环时所承受的最大压力作为燃料的抗压强度遥 由于燃料的添加量尧压力尧温度与样品的含水率均有所不同袁为了避免成型燃料尺寸对抗压强度的评价造成影响袁 将抗压强度经过式渊2冤的计算转换后再进行评价9遥 各个燃料的抗压强度均通过3 次重复试验取平均值遥K=FDL渊2冤式中院K 为成型燃料的抗压强度袁MPa曰F为压力计所示压力袁N遥1.3.4 成型燃料的吸湿性样品的吸湿性渊SS冤在恒温恒湿实验箱渊ModelMD1400袁Snijders袁Netherlands冤中进行测定遥 样品的吸湿性数值越低袁 代表样品从空气中吸湿的能力越低袁其抗渗水性越强袁成型燃料品质越好遥 测定方法如下院将样品置于温度为30 益尧相对湿度恒定为70豫的培养箱中袁 在最初的6 h 内每1 h对样品质量进行称量一次曰此外袁为了观察长时间暴露在潮湿环境下对成型燃料的影响袁在24 h 后再次进行测量4袁通过式渊3冤对燃料的吸湿性进行计算遥SS=M-mm渊3冤式中院SS 为成型燃料的吸湿性袁%曰m 为成型燃料的初始质量袁g曰M 为成型燃料在培养箱中吸湿24h 后的质量袁g遥2结果与讨论2.1 棉秆烘焙提质结果评价图2 为棉秆烘焙前后的燃烧特性曲线遥 对比表1 与表2 可以看出袁 烘焙预处理提高了棉秆的固定碳含量及热值袁 并大幅度降低了挥发分的含量遥 结合图中棉秆烘焙前后的热重燃烧曲线可以发现院 棉秆原样中的挥发物显示出比烘焙棉秆更大的燃烧失重袁 棉秆原样的燃烧速率更快袁在292.45 益时达到-0.86%/益袁而烘焙棉秆的最大燃烧速率出现在336.72 益袁为-0.58%/益曰但在固定碳的燃烧阶段袁 棉秆原样的失重明显小于烘焙棉秆遥这是由于在烘焙过程中袁棉秆中的纤维素和半纤维素发生了部分降解和转化袁 而木质素在较低温度下几乎没有发生热解袁同时袁棉秆中含有大量的小分子物质袁烘焙后挥发性物质释放袁提高了固定碳燃烧阶段的热稳定性遥 棉秆的热值在经过烘焙后也得到了明显的提高袁从17.25 MJ/kg 提升到了19.66 MJ/kg遥粉碎后的烘焙棉秆及其微观结构如图3 所示遥表4 为烘焙前后棉秆粉碎能耗评价遥通过表4可以看出院棉秆经过烘焙后粉碎能耗显著降低袁从1.80 MJ/kg 降低至0.60 MJ/kg袁 降低幅度达到66.6%曰同时粉碎时间明显减少袁从17.14 min 缩短为13.79 min袁为棉秆的粉碎过程节省了大量的图 2棉秆烘焙前后的燃烧特性曲线Fig.2 Combustion characteristic curve of CS before andafter torrefaction0100 200 300 400 500 600 700 800 900100806040200温度/益100 200 300 400 500 600 700 800温度/益0.20.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0烘焙棉秆棉秆原样烘焙棉秆棉秆原样窑1161窑胡建军袁等烘焙棉秆的成型特性影响研究及工艺优化能量并有效提高了粉碎效率遥2.2 成型过程单因素实验结果与分析2.2.1 成型压力对烘焙棉秆成型燃料特性的影响图4 为原料含水率为5%的烘焙棉秆在成型温度为85 益尧不同成型压力下制备的成型燃料的特性变化趋势遥从图4渊a冤中可以看出袁随着成型压力的增大袁抗压强度呈现渐增趋势袁在成型压力为23 kN时获得的成型燃料的抗压强度最大遥 出现上述现象的原因是压力的增加使得烘焙后的棉秆颗粒之间的间隙缩小袁加大了颗粒之间的接触面积袁进而提高了产品的抗压强度遥 但当成型压力从18 kN提高至23 kN 时袁投入了较大的能量而产品抗压强度的提升并不明显遥 这可能是由于在成型压力为18 kN 时袁 烘焙棉秆燃料内部的结构已高度致密化袁导致抗压强度显著降低遥图4渊b冤所示为不同压力下烘焙棉秆成型燃料的松弛密度和吸湿性的变化情况遥 随着压力的不断增加袁 成型燃料的松弛密度先呈现近乎线性的升高袁在压力大于18 kN 时增速平缓遥 在18 kN前袁随着压力的增大袁棉秆中天然的粘结剂渊木质素尧淀粉等冤在挤压的过程中受热袁对颗粒内部的粘结起到促进作用曰 并且颗粒在压杆的作用下发生位移袁填充气体排出所造成的内部空隙袁使成型燃料的内部结构更加紧密10遥 而成型燃料的吸湿性与松弛密度联系密切袁成型燃料的密度越大袁其内部的致密化程度越高袁 水分渗入颗粒燃料的阻力越大袁吸湿性越低袁抗渗水性越高遥 因此在成型压力较小时渊38 kN冤袁烘焙棉秆颗粒在压力的作用下粒子被压缩重排发生塑性变形并填充空隙袁致密化程度得到显著提升袁 提高了成型燃料的抗渗水性遥而随着燃料内部逐渐被压实袁吸湿性呈现出较为缓慢的降低遥尽管随着成型压力的增大袁 成型燃料结合的强度也在逐渐提高袁但是从能源经济性方面考虑袁其松弛密度的增长率已经出现了大幅度的降低袁且继续增加压力甚至可能会使产物出现压溃现象遥 因此成型压力的适宜值为818 kN遥2.2.2 含水率对烘焙棉秆成型燃料特性的影响图5 为不同含水率的烘焙棉秆在成型温度为85 益尧压力为13 kN 条件下制备的成型燃料的特性变化曲线遥从图5渊a冤中可以看出院随着含水率的增加袁图 4成型压力对烘焙棉秆成型燃料特性的影响Fig.4 Effect of forming pressure on characteristics of torrefiedcotton stalk forming fuel渊b冤成型压力对松弛密度和吸湿性的影响05101520251.081.051.020.990.96成型压力/kN松弛密度吸湿性121110渊a冤成型压力对抗压强度的影响05101520255.04.54.03.53.02.52.0成型压力/kN图 3烘焙后的棉秆微观结构渊烘焙温度 270 益尧烘焙时间 40 min冤Fig.3 Torrefied CS and SEM渊temperature 270 益 and time 40 min冤表 4棉秆烘焙前后的粉碎能耗Table 4 Crushing energy consumption of CS before andafter torrefaction样品粉碎时间/min总能耗/MJ 窑 kg-1空载能耗/MJ 窑 kg-1粉碎能耗/MJ 窑 kg-1棉秆原样17.147.325.521.80烘焙棉秆13.795.044.440.60窑1162窑可再生能源2023袁41渊9冤成型燃料的抗压强度先呈现渐升的趋势袁 在含水率为9%时成型燃料的抗压强度最高袁 为6.81MPa曰 随着含水率的继续增加袁 抗压强度出现下降遥 这是由于少量的水分子在成型过程中未起到润滑作用袁而伴随含水率的增加袁水分子使得棉秆颗粒内部的运动更加顺利袁 促进了棉秆内部小分子的充分接触袁分子间的粘结更为紧密遥但是过高的含水率导致成型过程中的水分分布不均匀袁成型燃料的抗压强度降低遥在图5渊b冤中袁随着含水率的增加袁烘焙棉秆成型燃料的松弛密度表现出先增加后降低的趋势袁同样在含水率为9%时达到最高的1.17 g/cm3遥在含水率较低时袁 内部干燥的燃料导致物料粒子间不能紧密结合袁成型燃料的密度较低遥随着含水率的增加袁水分子增多袁粒子得以延展从而更紧密的结合袁同时少量的水分在高温作用下汽化袁有效降低了木质素的软化点袁 促进燃料内部的粘结使松弛密度升高11遥 而过量的水分在温度的作用下会在模具内积聚大量的水蒸气袁 对压杆的施压形成阻力袁同时降低了成型温度袁使原料中木质素难以熔融袁致使成型燃料密度降低12遥图5渊b冤同时呈现了不同含水率的烘焙棉秆成型燃料吸湿性的变化遥随着原料含水率的不断增加袁吸湿性呈现先降低后增加的趋势袁在含水率升至15%时袁吸湿性从8.978%升至10.472%袁抗渗水性明显下降遥 这是因为过低含水率的烘焙棉秆太干燥袁 成型时阻力较大袁导致成型效果差曰而过高的含水率使成型过程中过量的水分被挤出后在粒子层之间形成野水屏障冶袁阻碍了颗粒内部分子间的直接接触袁导致吸湿过程中水分的富集与吸着13遥综上所述袁 烘焙棉秆成型燃料的3 个评价指标渊抗压强度尧松弛密度和吸湿性冤均在含水率为9%时达到最优遥2.2.3 成型温度对烘焙棉秆成型燃料特性的影响在成型压力为13 kN尧 含水率为9%的条件下袁 不同成型温度制备的烘焙棉秆成型燃料的特性变化如图6 所示遥如图6渊a冤所示袁随着温度的升高袁成型燃料的抗压强度呈现先上升后下降的趋势遥 当温度为115 益时袁燃料的抗压强度达到最高的7.27 MPa曰而当温度上升到130 益时袁抗压强度却出现了图 6成型温度对烘焙棉秆成型燃料特性的影响Fig.6 Effect of forming temperature on characteristics oftorrefied cotton stalk forming fuel渊a冤成型温度对抗压强度的影响7080901001101201307.47.27.06.86.66.46.2成型温度/益渊b冤成型温度对松弛密度和吸湿性的影响1.201.181.161.141.121.109.19.08.98.8708090100110120130成型温度/益松弛密度吸湿性渊a冤含水率对抗压强度的影响2468101214167.06.56.05.55.04.54.03.53.0含水率/%图 5原料含水率对烘焙棉秆成型燃料特性的影响Fig.5 Effect of raw material moisture content oncharacteristics of torrefied cotton stalk forming fuel渊b冤含水率对松弛密度和吸湿性的影响1.161.121.081.041.00松弛密度吸湿性10.510.09.59.0246810121416含水率/%窑1163窑胡建军袁等烘焙棉秆的成型特性影响研究及工艺优化降低遥如图6渊b冤所示袁燃料松弛密度的变化趋势与抗压强度的变化趋势一致袁 在115 益时达到最高的1.192 g/cm3遥 这是由于棉秆中的木质素在成型温度为61137 益时出现玻璃化转变袁极大地增加了粘黏性袁使得棉秆内部的粘结力增强袁燃料的密度及抗压强度均得到显著提升11遥 而在温度从115益升至130 益时袁 原料中的水分被大量蒸发形成水气袁对压缩过程造成了阻碍袁导致燃料的抗压强度及松弛密度出现下降遥 从图6渊b冤可以看出院成型温度在115 益以下时袁 成型燃料的吸湿性随着温度的提高而明显降低袁 抗渗水性得到提高袁在115 益时达到8.8%曰而当成型温度达到130 益时袁燃料的吸湿性反而升高遥 这是由于适当的温度使棉秆颗粒软化袁在压力的作用下结合的更为紧密袁提高了燃料的抗渗水性遥 而当温度过高时渊130益冤袁原料中的水分被加热生成水蒸气袁对棉秆内部的结合产生阻碍袁 表层孔隙增多甚至可能出现裂纹袁导致空气中的水分子更容易渗入燃料内部袁造成品质的下降遥烘焙棉秆成型燃料的吸湿性在成型温度由100 益升至115 益时袁预热温度提高了15 益袁而成型燃料吸湿性仅仅降低了0.02%左右遥因此袁综合考虑棉秆的最佳成型温度应在100 益左右遥2.3 正交实验设计尧结果分析与实验验证将正交实验的各因素水平按表3 选定袁 以原料含水率渊A冤尧成型温度渊B冤和成型压力渊C冤为自变量袁以棉秆成型颗粒燃料的松弛密度渊Y1冤尧抗压强度渊Y2冤和吸湿性渊Y3冤为指标袁进行三因素三水平的正交实验袁结果如表5 所示遥由Minitab17 软件分析得到成型燃料松弛密度尧抗压程度及吸湿性的均值响应袁结果分别如表68 所示遥 从表中数据分析可知袁在烘焙棉秆的成型过程中袁3 个因素影响的作用性呈现以下趋势院成型压力跃原料含水率跃成型温度袁成型压力的变化对燃料特性的影响体现出主导作用遥 对于正交实验结果袁根据各因素均值响应表可知院使燃料松弛密度最高的实验条件为A2B2C3曰 使燃料抗压强度最高的实验条件为A2B2C3曰 使燃料吸湿性最低的实验条件为A2B2C3袁 对3 个指标单独进行分析得出的优化条件均一致遥因此袁烘焙棉秆成型的最佳工艺条件院原料含水率为9%渊A2冤袁成型温度为100 益渊B2冤和成型压力为18 kN渊C3冤遥 但在9 次实验中并没有出现最优结果袁追加实验袁以最优实验组合对烘焙棉秆进行热压成型得到的燃料松弛密度为1.220 g/cm3袁抗压强度为8.17 MPa袁吸湿性为8.45%遥为了验证最佳成型参数制备出的烘焙棉秆成型燃料是否符合行业标准袁 根据NY/T1878-2010表 5正交实验设计及实验数据Table 5 Orthogonal experimental design andexperimental data序号123456789A/%555999131313B/益851001158510011585100115C/kN813181318818813Y1/g 窑 cm-31.0701.1651.1801.1701.2201.1101.1971.0601.140Y2/MPa4.876.727.326.818.175.247.884.725.47Y3/%9.908.708.688.778.459.578.529.989.00表 8成型燃料吸湿性的均值响应Table 8 Average response of hygroscopicity of forming fuel水平123Delta排秩A9.0938.9309.1670.2372B9.0639.0439.0830.0403C9.8178.8238.5501.2671表 7成型燃料抗压强度均值响应Table 7 Average response of compressive strength offorming fuel水平123Delta排秩A6.3036.7406.0320.7172B6.5206.5376.0100.5273C4.9436.3337.7902.8471表 6成型燃料松弛密度均值响应Table 6 Average response of loose density of forming fuel水平123Delta排秩A1.1381.1671.1320.0342B1.1461.1481.1430.0053C1.0801.1581.1990.1191窑1164窑可再生能源2023袁41渊9冤叶生物质固体成型燃料技术条件曳袁 选取3 组颗粒燃料样品进行实验袁结果取平均值袁如表9 所示遥表中烘焙棉秆成型燃料的各项性能均符合国家规定标准袁 说明以最佳成型工艺参数制备的成型燃料完全达到技术要求遥3结论淤烘焙预处理可以有效地提高棉秆的燃烧热稳定性袁并且可以降低棉秆的粉碎能耗袁降低幅度达到66.6%袁同时缩短了粉碎时间袁提高了粉碎效率遥于在烘焙棉秆的压缩成型过程中袁 成型压力的变化对成型燃料的品质影响起主导地位遥 基于燃料特性袁烘焙棉秆在含水率为9%尧成型温度为115 益时制备的成型燃料品质最好遥 并且在一定的压力范围内渊323 kN冤袁随着成型压力的增大袁成型燃料的品质可以得到持续提升袁 但在压力超过18 kN 时提升的幅度明显降低遥盂烘焙棉秆制备成型燃料的最佳成型工艺条件院压力为18 kN袁温度为100 益袁含水率为9%遥此时制得的烘焙棉秆成型燃料的松弛密度尧 抗压强度和吸湿性可分别达到1.220 kg/m3袁8.17 MPa和8.45%袁具有良好的机械稳定性袁并且燃料的各项性能均符合国家行业标准遥参考文献院1中国农业绿色发展研究会袁中国农业科学院农业资源与农业区划研究所.中国农业绿色发展报告2020M.北京院中国农业出版社袁2020.2付敏袁张水袁杨沐霖袁等.基于ARIZ-91 的咬合式双层辊模生物质成型机概念设计J.可再生能源袁2019袁37渊3冤院335-341.3盛晨绪袁丛宏斌袁代敏怡袁等.基于焦油作为黏结剂的玉米秸秆炭成型工艺研究J.现代农业科技袁2021渊4冤院141-144.4马超.超声振动玉米秸秆固化成型工艺试验研究D.大庆院黑龙江八一农垦大学袁2021.5周建斌袁马欢欢袁章一蒙.秸秆制备生物质炭技术及产业化进展J.生物加工过程袁2021袁19渊4冤院345-357.6李贤袁韩奎华袁王茜袁等.生物质成型燃料添加剂的研究进展J.可再生能源袁2021袁39渊12冤院1563-1569.7谢腾袁王雅君袁丛宏斌袁等.玉米秸秆炭和典型农业废弃物混合成型与燃烧特性试验J.农业工程学报袁2020袁36渊15冤院227-234.8张宇崴袁俞国胜袁冀雨袁等.柱塞式压辊生物质成型机成型模具的设计J.西北农林科技大学学报渊自然科学版冤袁2021袁49渊4冤院142-154.9曹忠耀袁张守玉袁吴顺延袁等.预处理工艺对生物质成型燃料理化特性的影响研究J.中国电机工程学报袁2019袁39渊11冤院3288-3295.10 李伟振袁姜洋袁饶曙袁等.碱性木质素对玉米秸秆成型特性的影响J.林产化学与工业袁2017袁37渊6冤院35-42.11 饶月袁刘芮袁杨飞袁等.烟秆和木屑生物质颗粒燃料成型工艺参数优化J.可再生能源袁2019袁37渊5冤院650-655.12 李震袁王宏强袁高雨航袁等.沙柳生物质燃料颗粒致密成型粘结机理研究J.农业工程学报袁2019袁35渊21冤院235-241.13 王凤莹袁王黎明袁孙文杨袁等.油泥与玉米秸秆混合成型燃料工艺参数优化J.可再生能源袁2015袁33渊10冤院1548-1552.表 9烘焙棉秆成型燃料基本性能Table 9 Basic properties of torrefied CS pellet particles直径或横截面最大尺寸渊D冤/mm长度/mm成型燃料密度/kg 窑 m-3含水率/%灰分含量/%低位发热量/MJ 窑 kg-1破碎率/%颗粒状燃料渊主要原料为草木类冤臆25臆4D逸1 000臆13臆6逸13.4臆5%烘焙棉秆成型燃料6101 2208.453.719.221.8项目窑1165窑胡建军袁等烘焙棉秆的成型特性影响研究及工艺优化Influence of forming characteristics of torrefied cotton stalk andprocess optimizationHu Jianjun1袁 Li Chenyang1袁2袁 Zhao Shuheng1袁 Wang Wei1袁 Li Zaifeng2袁 Lei Tingzhou1袁2袁3渊1.College of Mechanical and Electrical Engineering袁 Henan Agricultural University袁 Zhengzhou 450002袁 China曰2.Henan Provincial Key Laboratory of Biomass Energy袁 Zhengzhou 450008袁 China曰 3.Institute of Urban&RuralMining袁 Changzhou University袁 Changzhou 213164袁 China冤Abstract院 Taking cotton straw as the research object,torrefaction pretreatment was carried out toimproveitscombustioncharacteristicsandcalorificvalueandreducecrushingenergyconsumption.Then,the effects of forming pressure,forming temperature and moisture content ofraw materials on the loose density,moisture absorption and compressive strength of torrefied cottonstalk molding fuel were studied by single factor experiment.Based on the single factor experiment,the orthogonal experiment was carried out to explore the interaction between the three andoptimize the hot pressing process.The results showed that baking pretreatment improved thecombustion stability and crushing efficiency of cotton stalk,and the crushing energy consumptionof baked cotton stalk was reduced by66.6%compared with the original cotton stalk;In the hotpressing process of baking cotton stalk,the characteristic indexes of forming fuel increasegradually with the increase of forming pressure within the appropriate pressure range(323kN).With the increase of forming temperature and moisture content of raw materials,the characteristicevaluation indexes show a trend of rising first and then decreasing,and inflection points appearwhen the temperature is115益 and the moisture content is9%.According to the orthogonalexperiment,the optimum process conditions for the hot pressing of torrefied cotton stalk are asfollows:pressure18kN,temperature100益 and moisture content9%.At this time,the loosedensity,compressive strength and moisture absorption of the formed fuel reach1.220kg/m3,8.17MPa and8.45%respectively,which fully meet the national industrial standard on biomass granularfuel.Key words院 torrefaction pretreatment曰 cotton stalk曰 hot pressing曰 process optimization窑1166窑可再生能源2023袁41渊9冤