生物质燃料常温高压致密成型技术及成型机理研究.doc

生物质燃料常温高压致密成型技术及成型机理研究
生物质燃料常温高压致密成型技术及成型机理研究
回彩娟  
【摘要】： 能源危机和环境污染是全球面临的共同难题,世界各国已经将发展可再生能源作为重要工作来抓。生物质与煤、石油的内部结构和特性相似,可以采用相同或相近的技术进行处理和利用,利用技术的开发与推广难度比较低,通过利用现代化技术进行转换和生产,生物质能可转化为潜力巨大的高品质可再生能源。生物质致密成型燃料具有加工简单、成本较低、便于储存运输、燃烧性能好、热效率高的优点,对生物质能源丰富的贫油、贫煤国家来说,可成为一种发展前景可观的替代能源。 本文的研究目的是以节能、低成本为出发点,通过对常温高压致密成型影响因素及成型机理的研究,找出使成型效果较好的影响因素的参数范围,探讨成型机理,为生物质燃料常温高压致密成型设备的设计及工艺参数优化等提供理论依据,将有利于生物质成型燃料的商业化推广。本研究的主要内容和结论如下: 1.比较分析后,选择生产率、能耗、成本、操作环境等各方面都较好的液压驱动活塞冲压式成型机作为生物质常温高压致密成型技术的主体。 2.对豆秆、锯末、木材削片、芦竹、四倍体刺槐枝这五种原料进行不同成型压力的常温高压致密成型实验,绘制出成型块密度与成型压力的关系图,得出定量关系式和成型效果较好的压力范围;对锯末、小刨花进行了不同含水率的成型实验,得出含水率与压块密度的关系,含水率在15%左右时压块密度最大,成型设备可加工原料的最大含水率为22%左右;综合以上实验的结论,从降低成本考虑,认为加工成型燃料时,可以省去干燥工艺,将自然风干后的原料颗粒进行压缩成型,成型压力在20MPa～35MPa时(作用在成型块上的实际压力为111.2MPa～194.6MPa)即可得到成型效果较好的块状燃料;对九种生物质原料进行压缩实验,所得成型块的密度平均值在1.1g/cm3左右,满足了燃料的燃烧要求,可知常温高压致密成型技术适应于多数生物质原料。 3.首次对常温高压致密成型块状燃料进行抗变形性、抗渗水性的测量,从成型块的抗变形性分析其成型机理,总结出了成型块的承载能力与成型压力的关系、不同原料成型块的平均压块密度对抗渗水性的影响。 4.测量多种生物质成型块的热值,得出常温高压致密成型技术压制的各种原料成型块的热值相当于中质烟煤,林木生物质成型块的热值高于农作物秸秆成型块。
【关键词】：生物质常温高压致密成型技术 含水率 成型压力 成型块密度 成型机理
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TK6
【目录】：
· 摘要3-5
· ABSTRACT5-10
· 1 引言10-24
· 1.1 研究目的和意义10-13
· 1.1.1 不可再生能源的有限性及其对环境的破坏性10-11
· 1.1.2 生物质能源的资源丰富、可再生性及洁净性11-12
· 1.1.3 生物质致密成型技术研究的必要性12-13
· 1.2 生物质燃料高压致密成型技术及成型机理的研究现状13-23
· 1.2.1 成型工艺及成型方式13-14
· 1.2.2 成型设备的研究现状14-17
· 1.2.3 成型燃料燃烧设备的研究现状17-19
· 1.2.4 成型影响因素的研究现状19-21
· 1.2.5 成型机理的研究现状21-23
· 1.3 本研究的主要内容23-24
· 2 成型设备选择、原料准备及成型块的物理特性24-34
· 2.1 实验所用成型设备的选择与介绍24-28
· 2.1.1 比较现有成型设备选择适合的实验设备24-25
· 2.1.2 设备主要参数及工作原理25-28
· 2.1.2.1 主要技术参数26
· 2.1.2.2 工作原理26-28
· 2.2 原料的准备及其物理特性28-31
· 2.2.1 原料准备28-29
· 2.2.1.1 原料加工28-29
· 2.2.1.2 不同含水率的原料准备29
· 2.2.2 原料物理特性分析29-31
· 2.2.2.1 原料颗粒度29-30
· 2.2.2.2 原料密度30
· 2.2.2.3 原料含水率30-31
· 2.3 成型块的物理特性31-33
· 2.3.1 成型块物理特性的评价指标31
· 2.3.2 成型块性能指标的测量方法31-33
· 2.3.2.1 密度31-32
· 2.3.2.2 热值32
· 2.3.2.3 耐久性32-33
· 2.4 小结33-34
· 3 常温高压致密成型实验及结果分析34-46
· 3.1 成型压力对压块密度的影响34-41
· 3.1.1 豆秆在不同压力下的致密成型实验35-36
· 3.1.2 锯末在不同压力下的致密成型实验36-37
· 3.1.3 木材削片在不同压力下的致密成型实验37-38
· 3.1.4 芦竹在不同压力下的致密成型实验38-40
· 3.1.5 四倍体刺槐枝在不同压力下的致密成型实验40-41
· 3.2 含水率对压块密度的影响41-43
· 3.2.1 锯末原料含水率与压块密度的关系42
· 3.2.2 小刨花原料含水率与压块密度的关系42-43
· 3.3 原料种类对压块密度的影响43-44
· 3.4 小结44-46
· 4 成型块的抗变形性、抗渗水性及热值分析46-75
· 4.1 抗变形性测量实验的准备46-49
· 4.1.1 实验设备46-47
· 4.1.2 实验用生物质块状燃料样品的准备47-48
· 4.1.3 实验方法48-49
· 4.2 抗变形性测量实验的结果及其分析49-68
· 4.2.1 小刨花成型块的抗变形性分析49-54
· 4.2.1.1 小刨花成型块轴向承载能力测量49-51
· 4.2.1.2 小刨花成型块径向2 承载能力测量51-53
· 4.2.1.3 小刨花成型块承载能力分析53-54
· 4.2.2 豆秆成型块的抗变形性分析54-57
· 4.2.3 木材削片成型块的抗变形性分析57-60
· 4.2.4 芦竹成型块的抗变形性分析60-63
· 4.2.5 四倍体刺槐枝成型块的抗变形性分析63-66
· 4.2.6 实验结论66-68
· 4.3 抗渗水性测量结果及分析68-71
· 4.3.1 实验器材准备68
· 4.3.2 实验方法68
· 4.3.3 实验结果68-70
· 4.3.4 结果分析70-71
· 4.4 热值测量结果及分析71-73
· 4.4.1 燃料热值概述71-72
· 4.4.2 生物质块状燃料热值测量及结果分析72-73
· 4.5 小结73-75
· 5 生物质燃料常温高压致密成型机理探讨75-93
· 5.1 问题的提出75-78
· 5.1.1 现有的生物质致密成型机理提法75
· 5.1.2 造粒物的成型机理75-78
· 5.1.2.1 粒子间的结合力75-77
· 5.1.2.2 颗粒的成长机理77-78
· 5.2 实验仪器介绍78-84
· 5.2.1 显微镜的选取和工作原理介绍78-81
· 5.2.1.1 光学显微镜概述78-79
· 5.2.1.2 选取实验用光学显微镜79-81
· 5.2.2 辅助装置介绍81-84
· 5.2.2.1 摄像装置81-82
· 5.2.2.2 采集卡82-84
· 5.3 实验所用成型块的准备84-85
· 5.3.1 染色锯末成型块的压制84
· 5.3.2 从现有成型块中选取不同原料的压块84
· 5.3.3 加工待观察的表面84-85
· 5.4 图片采集与处理85
· 5.5 同种原料在不同压力下的显微结构85-92
· 5.5.1 染色锯末85-88
· 5.5.2 豆秆、木材削片、芦竹、四倍体刺槐枝88-92
· 5.5.2.1 豆秆88-89
· 5.5.2.2 木材削片89-90
· 5.5.2.3 芦竹90-92
· 5.5.2.4 四倍体刺槐枝92
· 5.6 小结92-93
· 6 结论及展望93-97
· 6.1 结论93-95
· 6.2 创新点95-96
· 6.3 研究展望96-97
· 附录1 生物质原料及其成型块实物图97-98
· 附录2 抗变形性实验数据（部分）98-99
· 附录3 棒状燃料和颗粒燃料99-100
· 参考文献100-105
· 个人简介105-106
· 导师简介106-107
· 致谢107-108
· 博硕士学位论文同意发表声明108