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原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下, 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标 明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名:垫土趋 e t 期_ 垫幽 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和 电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名:室立超 导师签名:迎日 期: 趋f 旦:互,窑 目录 目录 目录i c o n t e n t sv 摘要i x a b s t r a c t x i 第1 章绪论1 1 1 课题研究背景1 1 2 课题研究意义2 1 3 成型技术国内外研究现状3 1 3 1 成型理论研究现状4 1 3 2 成型技术概况7 1 4 存在问题1 0 1 5 课题研究内容11 第2 章生物质原料成型技术研究1 3 2 1 成型原料特性1 3 2 2 成型机理分析1 4 2 3 原料成型流变过程研究1 5 2 3 1 成型机结构及工作过程1 5 2 3 2 整个成型过程分析1 5 2 3 3 成型流变过程原料变形1 7 2 3 4 原料成型过程流变模型演变1 7 2 4 模具及原料力学分析1 8 2 5 螺旋进料装置运动分析2 2 2 6 本章小结2 3 第3 章有限元分析的本构关系2 5 3 1 引言2 5 3 2 流变理论2 5 3 3 有限元法2 6 山东大学硕+ 学位论文 3 4 弹塑性有限元法3 0 3 5 本构方程3 1 3 5 1 弹塑性本构关系3 2 3 5 2 流变本构方程3 4 3 6 螺旋进料部件模态分析本构方程3 9 3 7 本章小结4 2 第4 章生物质原料成型流变过程模拟4 3 4 1 引言4 3 4 2 压缩过程流变特性分析4 3 4 2 1 成型特性分析4 3 4 2 2 流变准则4 4 4 2 3 成型阶段非线性接触4 8 4 3 建立分析模型5 0 4 4 选取单元类型及划分网格5 l 4 5 定义接触单元5 3 4 6 施加载荷并求解5 4 4 7 模拟结果分析5 6 4 7 1 流变规律5 6 4 7 2 应力应变分析5 8 4 7 3 载荷与位移关系5 9 4 8 模具优化对比分析6 0 4 9 本章小结6 1 第5 章螺旋进料螺杆有限元分析6 3 5 1 引言6 3 5 2a n s y s 参数化语言a p d l 介绍6 3 5 3 螺杆参数化建模6 4 5 4 参数化网格划分6 7 5 5 施加载荷并求解6 7 5 6 螺杆应力分析6 7 目录 5 7 螺杆模态分析6 8 5 7 1 模态分析有限元方法6 9 5 7 2 模态分析过程7 l 5 7 3 模态分析结果7 2 5 8 本章小结7 4 总结7 5 参考文献7 7 附录8 1 攻读硕士学位期间所发表的学术论文及参与项目8 5 致谢8 7 1 1 1 山尔大学硕十学位论文 1 v c o n t e n t s c o n t e n t s c o n t e n t s ( c h i n e s e ) i c o n t e n t s ( e n g l i s h ) v a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i x a b s t r a c t ( e h g l i s h ) x i c h a p r e r1i n t r o d u t l o n 1 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n d 1 1 2r e s e a r c hs i g n i f i c a n c e 2 1 3s t a t u so fb i o m a s sd e n s i f i c a t i o nt e c h n o l o g ya th o m ea n da b r o a d 3 1 3 1s t a m so f t h e o r yr e s e a r c h 4 1 3 2d e n s i f i c a t i o nt e c h n o l o g yo v e r v i e w 7 1 4m a i np r o b l e m 1 ( ) 1 5r e s e a r c hc o n t e n t s 11 c h a p t e r2r e s ea r c h o nd e n s i f i c a t i o nt e c h n o l o g y 13 2 1p r o p e r t i e so f b i o m a s sm a t e r i a l 1 3 2 2m e c h a n i s ma n a l y s i so fb i o m a s sd e n s i f i c a t i o np r o c e s s 14 2 3r e s e a r c ho nr h e o l o g yp r o c e s so fb i o m a s sm a t e r i a l 15 2 3 1s t r u c t u r eo f b i o m a s sb r i q u e t t i n ge q u i p m e n ta n dw o r k i n gp r o c e s s 15 2 3 2e n t i r eb r i q u e t t i n gp r o c e s sa n a l y s i s 15 2 3 3b r i q u e t t i n gr h e o l o g yp r o c e s so fb i o m a s sm a t e r i a ld e f o r m a t i o n 17 2 3 4r h e o l o g i c a lm o d e le v o l u t i o no f m a t e r i a lb r i q u e t t i n gp r o c e s s 1 7 2 4m e c h a n i c a la n a l y s i sa b o u tm o l da n db i o m a s sm a t e r i a l 18 2 5s p i r a lm o t i o na n a l y s i sa b o u tf e e d i n gd e v i c e 2 2 2 6s u m m a r y :! :; c h a p r e r3c o n s t l t u t i v er e l a t i o no f1 7 1 n i t ee l e m e n t a n s l y s i s 2 5 :;1i n t r o d u c t i o n :! ! ; :;2e n o l u t i o nt h e o r y :! ! ; :;3f i n i t ee l e m e n tm e t h o d 2 6 3 4e l a s t o p l a s t i cf i n i t ee l e m e n tm e t h o d 3 0 : 5c o n s t i t u t i v ee q u a t i o n 3l v 山东大学硕十学位论文 3 5 1c o n s t i t u t i v er e l a t i o no fe l a s t o - p l a s t i c 3 2 3 5 2c o n s t i t i v ee q u a t i o no f r h e o l o g i c a l 3 4 3 6c o n s t i t u t i v ee q u a t i o no f m o d a la n a l y s i sa b o u ts p i r a lf e e d i n gd e v i c e 3 9 3 7s u m m a r y 4 2 c h a p t e r4t h ef i n i t es l m u l a t i o no fb i o m a s sb r i q u e t l n g r h e o l o g y c a lp r o c e s s 一4 3 4 1i n t r o d u c t i o n 4 3 4 2a n a l y s i so fr h e o l o g i c ap h e o l o g i c ap r o p e r t i e sa b o u tb r i q u e t t i n gp r o c e s s 4 3 4 2 1p r o p e r t i e sa n a l y s i s 4 3 4 2 2r h e o l o g i c a lc r i t e r i a 4 4 4 2 3n o n l i n e a rc o n t a c ta n a l y s i sa b o u tb r i q u t t i n gs t a g e 4 8 4 3a n a l y s i sm o d e lo fe s t a b l i s h m e n t 5 0 4 4e l e m e n tt y p es e l e c t i o na n dm e s h i n g 51 4 5c o n t a c tp a i rd e f i n a t i o n 5 3 4 6i m p o s e dl o a da n ds o l v i n g 5 4 4 7s i m u l a t i o nr e s u l ta n a l y s i s 5 6 4 7 1r h e o l o g i c a lr u l e 5 6 4 7 2s t r e s sa n ds t r a i na n a l y s i s 5 8 4 7 3r e l a t i o n s h i pb e t w e e nl o a da n dd i s p l a c e m e n t 5 9 4 8m o l do p t i m i z a t i o nc o m p a r a t i v ea n a l y s i s 6 0 4 9s u m m a r y 6 1 c h a p r e r5f i n i te l e m e n ta n a l y s l so fs p i r a lf e e ds c r e w 6 3 5 1i n t r o d u c t i o n 6 3 5 2a n s y sp a r a m e t r i cd e s c r i p t i o nl a n g u a g ei n t r o d u c t i o n 6 3 5 3s c r e wp a r a m e t r i cm o d e l i n g 6 4 5 4p a r a m e t r i cm e s h i n g 6 7 5 5i m p o s e dl o a da n ds o l v i n g 6 7 5 6s c r e ws t r e s sa n a l y s i s 6 7 5 7s c r e wm o d a la n a l y s i s 6 8 5 7 1f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sm e t h o dt om o d a la n a l y s i s 6 9 1 ;7 2m o d a la n a l y s i s 7 1 5 7 3m o d a la n a l y s i sr e s u l t s 7 2 v i c o n t e n t s 5 8s u m m a r y 7 4 c o n c l u s i o n s 一7 5 r e f e r e n c e s 7 7 a p p e n d i x 81 t h e s i sa n dp r o j e c t 8 5 a c k n o w l e d g e m e n y 8 7 v 1 l 山东大学硕士学位论文 v 1 1 1 山东大学硕士学位论文 x 摘要 摘要 生物质资源非常丰富,其高效开发有助于改善生态环境、缓解能源供应紧 现状。生物质成型技术使松散生物质原料致密化,为其它生物质能源综合利厍 术提供原料供给。但目前该技术还存在成型流变过程研究不全面、成型质量参 不齐、成型设备关键部件使用寿命短、设备振动大等发展问题。开展相关生物 成型技术的研究对开辟能源利用新领域具有重要的意义。 本文以液压式生物质成型技术为研究对象,在对原料成型特性和成型机理 入理论研究与探讨的基础上,分析整个液压成型流变过程,提出原料流变演化 型;通过研究生物质原料与金属粉末和土体成型方面的相似之处,将流变学理 知识融入生物质原料成型过程研究中,针对原料流变不同成型阶段分别建立有 元分析的相关本构方程,并结合弹塑性力学、流变学、粘弹性力学等相关理论 识对成型过程进行数值模拟,得到生物质原料在成型过程中的流变规律、应力, 变分布。研究发现,挤压原料在流变时外层位移滞后于中层位移,模具锥角处, 料流动速度最慢、等效应力和摩擦力最大,模具存在应力集中。研究还发现原; 在成型出模后,仍存有残余应力,这是原料在后期发生应力松弛和蠕变现象的j 因。借鉴机械产品中改善应力集中问题的思路,提出模具改进方案,对模具锥, 处倒圆角处理,改进后的成型模具在锥角处应力值减小,应力分布均匀,成型 料品质改善。成型过程的理论分析和模拟对成型工艺的优化选择提供了理论依据 螺杆是螺旋进料装置核心工作部件,是原料初始流变发生区,在设备运行j = 程中处于旋转的悬臂梁状态。本文运用d a r n e l l - m o l l 理论研究螺旋输送原理,采户 a n s y s 特有的a p d l 语言对螺杆进行参数化建模,并开发了螺杆参数化有限元 用分析程序。首先,对螺杆进行静力分析,研究发现应力在螺旋叶片上按层分布 从螺棱到螺槽,应力逐渐增大,在螺杆前端应力达到最大。其次,对螺杆部件逆 行模态分析,推导了螺杆进行模态分析时的运动方程及质量矩阵,得到螺杆一阿 固有频率为4 9 5 3 6 h z ,激振频率远小于一阶固有频率,螺杆在工作过程中能有效避 开共振区,结构设计合理,从而为成型设备结构优化、可靠性分析奠定理论基础。 关键词:生物质;流变;成型;有限元;模态分析 x i 擗髟翠辫:堑刮阜:雨搿:莓骤:雪路雨 :殴鹈* 。融髯歌蕊犁蓖擗髟飘辈乜、种黔骅勘号飘瑶裂紧型w 酲号托臻脚嚣习磐湃妊 燕骚阜鹬七b 融罂勤工翠斟蓟岔骈晕回蜘一士、f 娶幸酶磐璇z h 9 8 9 6 驴幸断晕回 黝一衅静唾勘捌粥喜酱谣辞华睡娶明期擗髟晕辫岜幂抖渐上畚群擤髟牮辫身 聚勃衅抖游牲澉茸。¥咨唾轻华翠熟翼1 聿辫翠¥融蟓耍华犁群辫唾辫韵w 驰髟看搿丁曹抽辫辫犟华犁磁髯延控擗髟华蟪身聚斟海鞑华翼。犁乱擗髟皆 牟暂谢晕吼壕霉抖旃上髯妊冀辫蕈矾骠霉身琅抖海牲旱璺1 q d v 明单甜s a s n v 茸卷蕊崮聚辫辨渐g 地砚酲 i o i a i 。i i a 明q 目娶莓牢。翠淋卷齄普朝# 饕士骑中辞 轻身娶号橇翠因币髯砸骤斯衅林蓟瞽勒衅勤工门,辫甚臻僻幂觋辫瞢斟辫 。辫狲砚砬上讯蔷辩承种驸朝罪工薤搿牲群斡唑m 髟观蕊明辞释碰鞘。器碗驾智僻 澍硪掰母研驰髟华犁、擞哥华犁涵粤班翠曾辫瑶鞘鲷g 蔡礁蕊涵粤囤田辅 髟拱首斡轻拳华聚龌曾辫帛鬻瑚留朝鹫刨七b 脊华犁晏礁串智辑衅霈幂。图 崮朝学诳蘼磐唑礤科华犁币髯脬当翠林目吾娶华犁号骚阜掣m g 辫f f j 赢鞘翠 僻髫砸髯殛距抱。出脊华犁翠掣曾辫¥窖华斟封瞠华犁骥翁、酎咨翠驻馋骤林 茸涵粤辨曾辫爨玛看中壬璺般爨珥髫q 彭瑚莓骤翠悱崮珥辫砸髯琶抱。啦髟砸 犁华窜、彭群蔓职鲷审乱裂瑶帮翠林自驾卿币0 王彭懈辫哥壕如幂乱科赢搿鞑浓 蟛砚蕊* 卧翕杀华羽,拯琳、杀延磐、杀华羽,酾妊号彩箕醚华鳞牢* 卧朝衅髟些 刮阜覃裂暗髟碍划瓦梢刨业驻骤僻崮胚鸨审距地酷裂压鞘僻崮驺解币y 骝讯嘭 观酿杀驻骤琳骑z 协胖朝堡华瑶搿勒干唑半徘刨等与橼留驺鳓币延地衽疑2 瑶 斡矾草; 距骤徘肖印鬻乱轻蘼骤碰掣珥戮少番揖髟丁啦释明h 辫与延拉砚蕊y 黻蕊衅压鞘唑科群赢搿僻蓟艋翠誓鞑g 拉华半辑硪貊雪鳓币¥珂繇诵茸卓 。百晕明益重阜曾辑鹭鲣茸胜数粥赭取延地明半辑压掣 驺鳓币* 群碧址。酪刨智髯参¥馋磐母蔡、娶粤掣茸辫材衅鹈* 号疆面犁、鬈业 凳霉菩驾压貊迦弓业延拉融裂萃骤面科翠掣娶半辑猛翼目可。粝穆僻留滑瞢半 辑出胜号暂颤鹬碧卿甭罩并紧矶器鹾僻自剪卿韦碑潞班半辑碰鞘骝卿雨。淋醢 诲嵩翠艳颤鹉蟛鸶、辫虹霉雨晕龌壬辑晕髯妊辚掣首晕车粜非熬颈驺卿币 蚤1 5 l 旦皂j 褂 益嘶 x 茸砚斜杀千避杀¥霉甲 a b s t r a c t a b s t r a c t b i o m a s sr e s o u r c e sa r ea b u n d a n t ,i t se f f i c i e n td e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o nc a nn o t o n l yi m p r o v et h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ,b u ta l s o c o n t r i b u t et oa l l e v i a t e e n e r g y s h o r t a g es t a t u sa l lo v e rt h ew o r l d b i o m a s sb r i q u e t t i n gt e c h n o l o g yc a nd e n s i f yl o o s e b i o m a s s ,a n d c a l l s u p p l y r a wm a t e r i a l sf o ro t h e rb i o m a s s e n e r g y u t i l i z a t i o n t e c h n o l o g i e s b u tt h e r ea r es t i l ls o m ed e v e l o p m e n tb o t t l e n e c k s ,s u c ha st h er h e o l o g i c a l f o rd e n s i f i c a t i o np r o c e s ss t u d i e si n c o m p l e t e ,l o wp r o d u c t i v ec a p a c i t y , s h o r tl i f e t i m eo f k e ye q u i p m e n tc o m p o n e n t s ,v i b r a t i o na n ds oo n s ob i o m a s sb r i q u e t t i n gt e c h n o l o g y s t u d yh a sap r o f o u n ds i g n i f i c a n c et oe s t a b l i s hn e wf i e l do fe n e r g y t h eh y d r a u l i cb r i q u e t t i n gt e c h n o l o g yo fb i o m a s si st h er e s e a r c ho b j e c ti nt h i s p a p e r t h r o u g ht h ei n d e p t h t h e o r e t i c a ls t u d ya n dd i s c u s s i o no ft h er a wm a t e r i a l c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h em e c h a n i s mo fb r i q u e t t i n gp r o c e s s ,t h ew h o l eh y d r a u l i c r h e o l o g i c a lb r i q u e t t i n gp r o c e s si sa n a l y z e d ,a n dt h er a wm a t e r i a l sr h e o l o g i c a le v o l u t i o n m o d e li s o b t a i n e d c o m p a r i s o nb i o m a s sr a wm a t e r i a l s t om e t a lp o w d e ra n ds o i l i n d e n s i f i c a t i o np r o c e s s ,f i n dt h e me x i s t s i m i l a r i t i e s ,s o ,t h et h e o r e t i c a lk n o w l e d g eo f r h e o l o g yi s s t u d i e di nb i o m a s sb r i q u e t t i n gp r o c e s s ,a n dt h ed i f f e r e n tc o n s t i t u t i v e e q u a t i o n sa r ee s t a b l i s h e di nt h eb r i q u e t t i n gp r o c e s s b i o m a s sb r i q u e t t i n gp r o c e s si s n u m e r i c a ls i m u l a t e db yu s i n gt h et h e o r e t i c a lk n o w l e d g eo fe l a s t o - p l a s t i c ,r h e o l o g ya n d v i s c o e l a s t i c i t yt h e o r y t h ed e f o r m a t i o np r i n c i p l e sa n dr h e o l o g i cl a w sa r er e v e a l e dd u r i n g b r i q u e t t i n gp r o c e s s ,t h es t r e s sa n ds t r a i nd i s t r i b u t i o ni sa l s oo b t a i n e d t h ea n a l y s i sr e s u l t s s h o wt h a tt h er h e o l o g yd i s p l a c e m e n to ft h eo u t e rl a y e ri ss h o r t e rt h a nt h em i d d l e l a y e r t h el o w e s tf l o wv e l o c i t ya p p e a r so ne d g e so fd i ec o n ea n g l e ,t h es e q va n d f r i c t i o ns t r e s sr e a c h e d t h e h i g h e s t v a l u ea n dh a ds t r e s sc o n c e n t r a t i o n c o r r e s p o n d i n g l y t h es t u d ya l s of o u n d t h a tt h e r ei ss t i l lr e s i d u a ls t r e s si nb r i q u e t t ea f t e r b r i q u e t t i n gp r o c e s s ,w h i c hi st h er e a s o no fs t r e s sr e l a x a t i o na n dc r e e pp h e n o m e n o n t h i s i st h ef i r s tt i m et os t u d yt h er e h o l o g yp h e n o m e n o nt h r o u g hs i m u l a t eb ya n s y s a s i m p r o v e dt h em o l d sl i f e t i m ea n dc o m p a r e dw i t ht h ec u s t o m a r ym o d e l ,t h ed i ec o n e a n g l ea r ef i l l e tp r o c e s s i n g t h es t u d yc o m e st oac o n c l u s i o nt h a tt h ei m p r o v e ds c h e m e c a nr e d u c et h es t r e s sv a l u eo nd i ec o n ea n g l e ,t h es t r e s se v e n l yd i s t r i b u t e da n dt h ef u e l q u a l i t yi m p r o v e m e n t t h er e s e a r c ha n da n a l y s i so fc o m p r e s s i o na n dm o l do p t i m i z a t i o n p r o v i d e dg o o da p p l i c a t i o n a n dr e f e r e n c ev a l u ew i t hb i o m a s sb r i q u e t t i n gp r o c e s s x l 山东大学硕士学位论文 o p t i m i z a t i o n t h es c r e wi st h ec o r ec o m p o n e n t so fs c r e wf e e dd e v i c e t h e r et h er a wm a t e r i a l si s o c c u r r e dt h ei n i t i a lr h e o l o g i c a l i nt h ee q u i p m e n to p e r a t i o n ,t h es c r e wi sa tt h es p i n s t a t e d a r n e l l - m o l lt h e o r yi su s e dt oa n a l yt h es c r e wc o n v e y o rp r i c c i p l ei nt h i sp a p e r t h e s c r e wi sm o d e l e dw i t ha p d ll a n g u a g eo fa n s y s ,a n db u i l tt h e s c r e w s p e c i f i c p a r a m e t r i cf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sp r o g r a m f i r s to fa 1 1 s t u d yt h es t a t i ca n a l y s i so fs c f e w i sc a r r i e do u t t h ea n a l y s i sr e s u l t ss h o wt h a tt h es t r e s si nt h es p i r a lb l a d ei sd i s t r i b u t e d b yl a y e r t h es t r e s sv a l u ei sg r a d u a l l yi n c r e a s e df r o mt h es p i r a lg r o o v ee d g et ot h e t o p ,r e a c h e dt h em a x i m u ms t r e s si nt h es c r e wf r o n t s e c o n d l y , t h es c r e wi sa n a l y z e d ,t h e m o d a le q u a t i o n so fm o t i o na n dt h em a s sm a t r i xa r eg o t t e n ,o b t a i n e dt h ef i r s t o r d e r n a t u r a lf r e q u e n c yo fs c r e wi s19 5 3 6 h z n ee x c i t a t i o nf r e q u e n c yi sm u c hs m a l l e rt h a n t h ef i r s t o r d e rn a t u r a lf r e q u e n c y a n a l y s i ss h o w e dt h a tt h ew o r kf r e q u e n c yi sf a ra w a y f r o mt h ec r i t i c a ls p e e d ,t h es t r u c t u r ec a na v o i dt h er e s o n a n c er e g i o ne f f e c t i v e l y t h e s t u d yl a i daf o u n d a t i o nf o ro p t i m i z i n gs t r u c t u r ed e s i g na n da n a l y z i n gr e l i a b i l i t yo f b r i q u e t t i n ge q u i p m e n t k e yw o r d s :b i o m a s s ;r h e o l o g y ;b r i q u e t t i n g ;f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s ;m o d a l a n a l y s i s x l l 第1 章绪论 1 1 课题研究背景 第1 章绪论 人类正面临着巨大的能源与环境双重压力。煤、石油、天然气是现阶段的主 要能源,同时也是宝贵的有机化工原料,随着其资源量的日益枯竭和造成环境问 题的日趋严重,已引起世界各国的广泛关注。目前我们面临的两个突出问题是: 一方面,矿物能源资源在日益耗尽。按消费量推算,世界石油资源在今后5 0 年到 8 0 年间将最终消耗殆尽,目前石油国际市场价格已是二十年前的5 倍左右;另一 方面,大量使用矿物质能源引起了闩益严重的环境问题。由于过度消耗化石燃料, 导致释放大量的多余能量和碳素,打破了自然界的能量和碳平衡,造成了臭氧层 破坏、全球气候变暖、酸雨等灾难性后果的直接原斟m 】。所以在保护环境的前提 下实现国民经济的持续增长,必须改变传统的能源生产和消费方式,而生物质能 作为世界第四大能源,是唯一能够储存和可运输的洁净能源,其资源总量十分丰 富,分布广泛,开发潜力巨大,所以发展生物质能日益受到全世界的重视1 4 j 。 生物质是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动植物并能再生的物质,从 化学的角度上看,生物质的组成是c h 化合物,它与常规的矿物燃料,如石油、 煤等是同类【5 】。因此生物质的特- t a 播u s u 用方式与矿物燃料有很大的相似性,可以充 分利用已经发展起来的常规能源技术开发利用生物质能。将生物质原料经过能量 转换制造成高品位的气体燃料和液体燃料,可以弥补化石燃料不足,缓解石油紧 张局面,实现能源安全战略。 当代生物质能源利用的主要技术大致分为以下几类:生物质固化成型技术, 把生物质压制成块状燃料( 如块型、棒型燃料) ;生物质气化技术,将生物质转 化为含c o 、h 2 、c h 4 等可燃气体的过程;工业生物技术,以微生物或酶为催 化剂进行物质转化;生物质液化技术,生物质产生热降解反应,生成气体经快 速冷却获得液体生物油;沼气技术,经微生物发酵作用而生成以甲烷为主的可 燃气体。因生物质固化成型技术的产品可为其它相关技术提供原料,还可进一 步用以食草类牲畜的饲料,所以生物质固化成型技术应用的较为广泛。世界有近 2 5 亿人口用生物质作为燃料用于煮饭、取暖和照明等,但目前绝大多数国家和地 山东大学硕十学位论文 区在使用生物质燃料过程中都存在热能利用效率低、耗费量大的问题【6 7 】。 利用固化成型技术开发生物质能源的前景十分广阔,不但可缓解能源短缺, 改善生态环境,还能为其他的生物质能综合利用技术提供原料供给,符合国际生 物质能利用发展总趋势和中国国情,与其它技术相比,成本低、易于实施【8 】。据预 测,到2 0 5 0 年,生物质能用量将占全球燃料直接用量的3 8 ,发电量占全球总电 量的1 7 。我国己将新能源、可再生能源的丌发利用列入“十一五”规划和农业 发展纲要中,国务院批准在农业部设立农业跨越计划项目,加速农业科技成果的 转化,引导和推动农业科技成果尽快转变为现实生产力。根据我国可再生能源 中长期发展规划确定的主要发展目标,到2 0 2 0 年,全国生物质发电装机容量达 到3 0 0 0 万千瓦【9 , 1 0 。但是,目前生物质固化成型技术还存在对生物质原料成型流 变研究不够深入、缺乏理论与实践的有机结合、成型质量参差不齐、成型设备成 本高、能耗高、成型关键部件使用寿命短、设备振动大等问题,这大大增加了成 型成本,限制了成型技术的推广应用范围,成为当今固化成型技术研究的重点和 难点。 1 2 课题研究意义 我国生物质资源非常丰富,但是,作为一种散抛型低容重的能源存在形式, 生物质具有资源分散、能量密度低、容重小、储运不方便等缺点,严重制约了生 物质能的大规模应用。所以生物质高品位转换技术的研究便成为人们开发利用生 物质能的重点。而近年来对生物质压缩成型技术的改进创新发展,为高效利用农 林废弃物、农作物秸秆等重新提供了一条途径。 生物质固化成型技术是将松散细碎的无定型的生物质原料用机械加压( 加热 或不加热) 的方法,压缩成质地致密、形状规则,便于输送、利用的成型燃料。 生物质原料经挤压成型后,密度可达到0 8 - - 1 3 t m 3 ,能量密度与中质煤相当,燃 烧特性较成型前有明显改善,且便于储存与运输,使用方便,干净卫生,在农业 上可完全代替煤、液化气等常规能源,成为农村炊事用能源;在工业可代替煤在 生物质发电厂、工业锅炉、窑炉中使用。依托本技术和相关设备,并在此基础上 建立独立、完整的资源饲料燃料、能源、环境一体化的生物质综合利用系统将大 有可为【1 1 , 1 2 】。 2 第1 章绪论 近年来,生物质压缩成型技术越来越受到国家的重视。在国家“十五”、“十 一五”、“8 6 3 计划及中国可再生能源规模化发展项目( s r e s p ) 中,专门有生物 质压缩成型技术作为生物质发电项目的子课题;2 0 0 6 年国家在江苏省兴化市建设 的“5 w m 生物质气化发电示范工程”中,将生物质压缩成型关键技术进行研究和 应用;在2 0 0 7 年9 月国家发改委颁发的可再

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