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生物质爱博体育app下载燃料成型影响因素分析

摘要:生物质爱博体育app下载燃料作为生物质能源(解释:向自然界提供能量转化的物质)的 重要利用形式,研究其成型过程中的 影响因素有着重要意义。本文主要从原料、过程、设备(shèbèi)三方面研究分析了影响生物质爱博体育app下载燃料固态成型的 因素,及其对爱博体育app下载质量系数(PQF)和爱博体育app下载耐久性指数(PDI)等指标的 影响,各因素间的 作用是相互关联的 ,其中设备孔型参数是分析研究的 重点因素,是爱博体育app下载成型设备研究开发进行的 前期基础研究。
  在全球高速发展的 今天,生产生活对能源的 依赖程度越来越高,能源已成为制约经济发展的 基本物质。石化能源作为一次能源,因储量有限不能再生趋于枯竭,而引起全球各国的 高度重视。生物质能源作为可再生资源,在石化替代能源中占有重要地位[1]。开发生物质能源不仅能够补充石化能源的 短缺,还可产生重大的 环境效益。将松散的 生物质原料经固态成型技术转化为爱博体育app下载燃料是生物质能源的 一种高效简单实用的 利用形式。我国有着丰富的 生物质资源,对开发生物质能的 利用技术提供了广泛的 原料保证。虽然我国在该技术领域研究开发起步晚,但随着市场及环境需求日益增高,研究生物质能源爱博体育app下载的 成型因素,对开发推进我国生物质固化成型技术及其设备的 规模化起到很大的 促进作用。
  生物质(Biomass)爱博体育app下载燃料(fuel)成型的 过程,实际为生物质中的 部分物质发生塑变相互嵌合并伴有有机物的 软化胶合的 物化过程。这一过程以物理变化为主体,化学变化为辅助,受到了原料成分、原料粒度、原料湿度、成型温度、物料层厚、挤压速度、挤压压强及成型型孔参数等多方面影响[2-3]。
  1原料因素
  1.1原料成分
  由于原料一般是由几种不同成分(ingredient)组成,而不同成分对爱博体育app下载固化成型的 影响是不同的 。有些成分如生物质中的 蛋白质、木质素等,在一定压力(pressure)或温度下发生软化、塑变从而形成具有胶合性质的 有机质,有些成分如木屑中的 纤维(Fiber)素、生物垃圾中的 无机爱博体育app下载等等,是不易分解或者裂解,在爱博体育app下载成型过程中象分散剂一样阻碍了爱博体育app下载成型,而生物质原料中大部分物质不是很容易分解或软化的 。原料成分是影响爱博体育app下载耐久性指数(以下简称PDI)的 主要因素。原料成分对PDI的 影响,在各种影响因素中所占的 比例约为40%左右[4]。原料中的 各种成分对整个PDI的 贡献率是不同的 ,根据不同物质对PDI的 贡献率大小不同,把一些常用的 原料给出不同的 爱博体育app下载质量系数(以下简称PQF)见表1[5]。
  PQF越大的 原料,制出的 爱博体育app下载越紧密,PDI越高,反之则越低。如膨润土、木质素等,其PQF较高,一般可作为粘结剂来使用,如酸性油等,其PQF值为-40,这是由于油脂类原料组分很多,从而在微粒间相互产生油膜,而油膜的 存在导致了微粒的 分散隔离,而使得制出的 爱博体育app下载不能有效结合,越是松散,则爱博体育app下载的 PDI越低。当原料中各成分的 爱博体育app下载质量系数加权和>4.7能获得较好的 爱博体育app下载质量,见式
  (1):
  1.2原料粒度
  粒度越细,粒子的 表面积越大,粒子之间越容易结合,同时混合调质时更容易吸收热量和水份,生物质的 软化糊化度越好,从而使得制出的 爱博体育app下载越密实光滑,不易发生开裂(kāi liè)和细粉。然而粒度越细小,粉碎工序能耗就越高,故而也不过分追求较小的 粒度[6]。原料粒度的 均匀性也很重要,粉碎后的 原料中不能有过大的 爱博体育app下载,过大的 爱博体育app下载不容易和其它原料结合,影响混合调质均匀性,制粒后爱博体育app下载表面易产生凸凹不平的 现象,且在大爱博体育app下载周围容易产生辐射式裂纹,造成爱博体育app下载易破损。从制粒角度来讲,原料粒度越细小,制粒强度(strength)高,但不宜调节湿度,易于结团粘结,且原料粉碎过细,造成粉碎能耗过高;粒度过粗,型孔进入困难,增加模孔及压辊的 磨损(零部件失效的一种基本类型),制粒成形困难,尤其是小孔径(aperture)模具成形更难,并造成物料软化糊化效果差,导致物耗高、产量低、产出爱博体育app下载含粉率高。因此,原料粒度一般为爱博体育app下载直径的 1/2~2/3或粉碎控制时采用于半爱博体育app下载直径的 筛板,更大不宜>10mm。
  这样就能避免粉碎能耗过大,又保证了加湿混合调质所需的 粒度,利于减少爱博体育app下载的 含粉率。生物质爱博体育app下载燃料由秸秆、稻草、稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉籽壳等以及“三剩物”经过加工产生的块状环保新能源。生物质爱博体育app下载的直径一般为6~10毫米。另外应注重制粒前的 混合均匀(jūn yún)度,使混合均匀度变异系数达到5%左右,将给后面制粒工序奠定良好基础。
  1.3原料湿度
  在生物质原料中化合水和自由水起到润滑剂(作用:能减少或避免摩擦磨损)的 作用,使粒子间的 内摩擦减小,流动性增强,从而促进粒子间的 结合,而且由于水解作用及生物质的 吸水软化增进了塑变粘合化作用,合适的 湿度可促进爱博体育app下载的 成型,一般不同的 原料适用湿度不尽相同,宜受温度成分等影响,大部分原料的 湿度为8%~15%,但也有个别物料的 湿度要求较高,如柚木木屑甚至达到50%等,不常见的 原料更好进行测试,以保证爱博体育app下载效果。对于湿度过大的 原料在进行制粒前必须经过处理降低(reduce)水份,通常采用烘干工艺处理[7-8]。
  2过程因素
  2.1成型温度
  生物(Organism)质成型的 过程主要就是部分有机成分在一定的 温度和压力下软化塑变粘合成型的 过程,所以成型温度是生物质爱博体育app下载燃料成型的 重要影响因素[9]。生物质能源爱博体育app下载若使用添加剂,则应为农林产物,并且应标明使用的种类和数量。欧盟标准对生物质爱博体育app下载的热值没有提出具体的数值,但要求销售商应予以标注。一般来说,生物质中的 有机成分开始软化的 温度为70℃~80℃,大约160℃时塑变粘合,而到240℃时部分有机成分开始液化。所以当成型时的 温度达到60℃时,原料开始软化,流动性提高,随着温度的 升高,物料运动阻力越来越小,成型阻力也随之降低。据测定常温成型与热态成型的 压力相差近2倍。但也不是温度越高越好,温度过高会造成生物质碳化,不利于成型,且由于这种碳化的 不均匀和不可控,将会影响爱博体育app下载品质及热值。
  2.2物料层厚
  物料进入挤压区,使得压辊与模具间形成一个间隙,这一间隙就是物料层厚。物料层厚是物料进入挤压区前的 一个预处理阶段,这时压辊对料层中的 物料有一个预压缩力。对于不同模孔直径的 成型模具来说,一般压制小直径的 爱博体育app下载选用较小的 间隙,压制较大直径的 爱博体育app下载选用较大的 间隙。
  物料层厚不仅与成品爱博体育app下载直径有关,还影响着制粒过程的 功耗,相同条件下不同物料层厚会导致挤压力的 变化,物料层厚过小时,挤压力小,进入模孔中的 物料也少,生产率低,甚至造成物料进入模孔过少而形不成挤压,不能生产出爱博体育app下载;物料层厚过大时,挤压力急速提升,物料进入模孔量过大,造成爱博体育app下载过于致密出料困难,功率加大,甚至造成过载引发设备故障(fault)。1显示了物料层厚对挤压力的 影响。其中B为合理物料层厚,A为过大状态下的 物料层厚,C为过薄的 物料层厚。物料所受挤压力为压辊与物料接触的 垂直分力,也就是式
  (2):
  从1中可以清楚地看出,料层厚度为A时的 挤压力F由于挤压区长,从而导致挤压力大幅上升,而C区的 挤压力又过小。故而合理的 物料层厚是高效生产的 保障。
  3设备因素
  3.1挤压速度
  挤压速度直接影响着物料在模孔中的 停留时间。生物质锅炉燃料生物质爱博体育app下载作为一种新型的爱博体育app下载燃料以其特有的优势赢得了广泛的认可;与传统的燃料相比,不仅具有经济优势也具有环保效益,完全符合了可持续发展的要求。物料在模孔中停留时间对成型质量有很大的 影响,当物料在模孔中受挤压的 时间较短,单位产量消耗的 功率就较少,但易造成生产爱博体育app下载压实度不够;而物料在模孔中停留时间越长,受挤压的 时间就越长,爱博体育app下载的 组织就越致密,爱博体育app下载质量就得到提高,但相对的 单位能耗也上升了;当物料在模孔中停留时间过长,压缩过于致密造成摩擦加剧,移动困难,相应也会出现过热导致的 爱博体育app下载炭化甚至模孔被压实而停机停产。挤压速度受压辊转速、压辊直径等影响,合理的 挤压速度是设备连续作业和使用较低能耗的 保证。
  3.2挤压强度
  挤压强度即物料所受到的 物理挤压力,这是爱博体育app下载致密程度的 主要因素[10]。只有在较高的 挤压强度下,才能使得原料中的 部分生物质发生软化,并且在较高的 挤压强度下产生的 摩擦热也促进了原料中部分成分的 塑化及粘合作用,从而使得爱博体育app下载胶合成型。当挤压强度不足时,原料得不到有效挤压,爱博体育app下载不能成型;而挤压强度过大又会加剧模具的 磨损,不利于成本的 控制。
  3.3成型型孔参数
  成型(Forming)型孔参数是一个综合因素,受到原料成分、原料粒度、挤压速度、挤压强度等多方面的 制约,又反过来影响着这些因素,综合影响爱博体育app下载成型的 过程(process)。如型孔参数中的 压缩比,较大的 压缩比提高了挤压强度,降低了挤压速度,对于原料爱博体育app下载质量因子较低的 物料有促进作用;型孔参数中的 入口形式则影响着原料进入到型孔的 数量及速度,并影响着物料层厚的 变化。
  经过前期的 试验研究,已经在试验的 基础上对生物质爱博体育app下载燃料(fuel)成型模具的 孔型数据有了一定的 积累,为成型理论的 完善奠定了基础。目前,对制造爱博体育app下载的 模盘,根据不同的 原料配比,一般根据需要的 成型孔径φ选择适当的 系数来确定模盘的 盘厚
  H、锥口
  D、锥深h。
  针对不同的 原料,对制粒设备成型孔成型参数进行调整,可以得到成型制粒效果优、单位生产耗能低的 爱博体育app下载,利于实现生产利润扩大化。
  4结语
  本文分析了爱博体育app下载成型的 主要影响因素,这些因素对爱博体育app下载成型的 影响是多方面的 ,原料成分和湿度含量直接决定了制粒成型效果,对于湿度高的 原料必须进行降低水份含量的 处理,否则不能成型制粒;制粒过程是一个相对严格的 控制过程,温度(temperature)、层厚不能超过要求范围否则也不能正常出粒;而设备因素更是一个复杂的 综合因素,其中型孔参数的 选择调整可以改善调整其他因素的 作用。良好的 型孔成型参数对原料的 适用范围广,生产过程单位能耗也低,而且爱博体育app下载成型质量好。通过对成型设备和型孔参数的 优化及改进,能够有效地提高爱博体育app下载质量及产量,并促进生物质爱博体育app下载燃料应用及推广。
2019/05/23 14:19:54 140 次

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