2020年生物质燃料成形工艺及前景论文VIP

生物质燃料成型工艺及展望论文由于日益紧张的化石能源和环境问题，新能源研究和应用在各国研究中越来越重要1，对太阳能、风能、生物质能、地热、水力发电等能源进行了一定的研究2，其中生物质能利用研究内容包括农作物秸秆、林业残余、动物粪便、城市生活垃圾、城市生活垃圾可再生能源的重要组成部分纤维素型生物质能源具有CO2中性特性。也就是说，利用时产生的二氧化碳与植物光合作用时吸收的二氧化碳量很少，因此减少了利用时产生的烟气对酸雨和温室效应的危险性7，从而使生物量能源的应用前景和发展空间更为广阔。纤维素生物量主要指农作物秸秆、树、草本植物、林业加工残渣和工业和农业产品加工废弃物，如蔗渣、谷壳等，纤维素生物质的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。目前纤维素生物质的生物质能转化技术是物理转化、化学转化和生物转化。生物质能的物理转化主要是机械加压秸秆、稻壳、锯末、锯末等生物质废弃物，将原松散、无定形的原料压缩成一定形状、一定密度的固体成型燃料8，然后应用于加热、烧烤等人们的一般生活和食品服务业9。生物质的致密成型可以减少运输的空间和成本，使能源更加集中应用，例如意大利阿齐夫公司生产的生物质收获高密度成型收割机，农业生物质的高效利用得到了很好的发展。1.1成型工艺生物质燃料的致密成型过程直接决定生物质燃料的形状和特性，根据成型条件可分为常温湿压缩成型、热压成型、碳化成型和冷挤压成型10。(1)湿压缩成型工艺：湿压缩成型是由于水对纤维素的执行上升，纤维素在水中湿润起皱，部分分解，加压成型有了很大改善。在简单的装置下施加压力，挤出水分，形成低密度压缩燃料块。这种方法多用于纤维板生产。(2)热压成型工艺：热压成型工艺是目前更多生物质压缩成型工艺之一，原料粉碎干燥混合挤压模冷却包。对于各种原料类型、粒度、含水量和成型设备，成型工艺参数也必须变更，但是木质素在70 100 开始软化，具有粘性，温度达到200 300 时熔化，粘性高，在11热压工艺中起粘结剂的作用，加热成型温度一般为150 300(4)冷压成型工艺：冷压成型工艺将生物质颗粒挤压到高压，利用挤压过程中颗粒和颗粒间摩擦产生的热量软化木质素，实现具有一定附着力的固定成型效果。冷压成型工艺生产的生物质高密度燃料的物理特性是前几个工艺生产的生物质燃料并不优秀。(5)生物质燃料的致密成型工艺评价指标：松弛密度和耐久性是衡量生物质燃料致密成型物理质量的两个重要指标。添加适当的压缩时间、尽可能小的粒度、适当的压力、温度或粘结剂，可以提高松弛密度。耐用性可细分为防变形、防坠落、防破碎、防漏水和吸湿性15。另外，将内摩擦角用作影响生物质致密成型燃料的评价指标，也有相应的研究16。1.2成型设备(1)螺旋挤压成形机：螺旋挤压成形机采用螺杆挤压生物质，保持一定的模具温度，使生物质的纤维素、半纤维素、木质素软化，减少内摩擦，挤压到生物质高密度成型块。与纤维板生产一样，原料的水分含量过高，在加热压缩过程中，稠密的成型块也容易发生裂纹和“大炮”现象，因此原料的水分含量必须控制在8%到12%之间，成型压力取决于原料和所需的成型块密度。通常，在4.9到12.74kPa之间，成型燃料的形状通常是空心燃料棒，如图1(a)所示。螺旋挤出机工作平稳，生产连续性良好，但螺杆磨损严重，寿命短，因此生产成本增加17-19。中国林业科学研究院林山化学工业研究所开发了螺旋挤压杆燃料成型机，西北农林科技大学开发了JX7.5、JX11、SZJ80A 3种植物燃料成型机。(2)活塞冲压机械：活塞冲压机械根据驱动方式分为机械驱动活塞成型机和液压驱动活塞成型机。其中，液压冲压机通常可以处理用于生产固体燃料棒或燃料块(0.81.1g/cm3)密度的高含水量(20%左右)的原料，减少成型零件在压缩过程中通常不加热的损失。河南农业大学为液压往复活塞双向挤压加热成型开发了棒状燃料成型机，首钢开发了机械活塞冲压生物质批量燃料成型机，中国农业机械化科学研究院开发了CYJ-35冲压成型机。(3)压力辊成型机：压力辊成型机主要生产粒状生物质紧密成型燃料，可分为环形成型机和平模成型机，如图1(c)所示。这台机器的原料水分含量比较宽松，一般在10%到40%之间，颗粒成型燃料的密度在1.0到1.4g/cm3之间，成型时一般不加热，可以根据原料状态适当添加少量粘结剂。压力辊成型机的基本工作部件由压力辊和凹模组成。在这里，压力辊可以绕自己的轴旋转，滚筒的外周加工了齿或凹槽，用于压缩原料，而不会滑动。模具有圆板或环形两种，模具有模孔，原料进入辊子和凹模之间，在辊子的作用下进入模孔。成型孔内压产生的原料为圆柱形或棱柱形，最后用切削刀加工成颗粒型燃料。中南林业科技大学开发了生物质颗粒燃料成型机，河南科学院能源研究所开发了常温生产颗粒燃料的环形模式成型机，清华大学清洁能源研究和教育中心开发了常温生产成型颗粒燃料的设备。2.1原料类型生物质固体成型过程中在高温下熔化的状态软化，在外部压力下流动的木质素的特性上可以起到粘合剂的作用，因此生物质中木质素的含量直接影响燃料的形成。生物质的密度对成型也有一定的影响，密度高的原料很难压缩。2.2原料含水量不同工艺对生物质的含水量有相应的要求。粒子成型过程中使用的原料水分含量通常在15%到25%之间。棒状成型燃料所用原料的水分含量在10%以上。在热压中，水分含量过高会使水蒸气不容易从原料中溢出，从而导致气体阻塞或“大炮”现象。水分含量过低会影响木质素的软化点。2.3原料粒度粒度小的原料容易压缩，可以提高生物质固体燃料的密度。但是在冲压成型中，原材料的粒度太小，为了避免运输不便，需要原材料的尺寸大或长的纤维。2.4成型压力和成型模成型压力影响成型密度，但通过设备容量的限制限制成型压力的增加。压膜的几何图形会影响成型压力和摩擦的大小。2.5模具温度模具温度高，原料本身变软，木质素软化，压缩成型容易，但温度太高，产生模具塑模，耐磨性降低，寿命缩短，材料的碳化状态严重，表面粘结性能降低，可能影响成型。2.6添加剂生物质固体成型过程中使用的添加剂主要是可中和成型燃料颗粒表面和扩散层(水分)之间发生的电动势，使成型块的结合更加牢固的聚环氯乙烷。生物质固体燃料的成型工艺技术已经快速开发，但高产品制造成本、大机器磨损、燃料燃烧性能差异等问题仍然存在。为了将生物质固体燃料用作清洁可再生能源，还需要对提高成型燃料耐久性、减少烟气排放、增加燃烧热值和持续性等进行深入研究。在原料粉碎过程中，为了提高成型燃料的比表面积，改善燃烧特性，必须深入研究原料的精细粉碎方法；研究碳化成型工艺中原料碳化后的结构和化学成分，对选择合适的粘结剂，提高成型燃料