稻秸稈生物質(zhì)成型燃料物理特性的研究

第24卷第4期黑龍江八一農墾大學(xué)學(xué)報24(4):11-142012年月Journal of heile文章編號:1002-2090(2012)04-0011-04稻秸稈生物質(zhì)成型燃料物理特性的研究李慶達’,于海明',張偉',胡軍',王黎明',汪春',孫勇2(1黑龍江八一農墾大學(xué)工程學(xué)院,大慶163319;2東北農業(yè)大學(xué)工程學(xué)院摘要:試驗研究了稻秸稈的含水率和原料粒徑對其成型燃料物理特性的影響。試驗結果表明,隨著(zhù)含水率的提高,稻秸稈成型燃料的松弛密度和抗滲水性呈現先增大后減小的變化趨勢,成型燃料的抗跌碎性隨著(zhù)稻秸稈含水率的增加而降低,稻草和稻殼的最佳含水率區間分別為6.50%-7.80%和680%-850%。隨著(zhù)粒徑的增大,稻草成型燃料的松弛密度逐漸減小,抗滲水性明顯增強。稻草粒徑對成型燃料的抗趺碎性影響不顯著(zhù)。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)成型燃料;松弛密度;抗跌碎性;抗滲水性中圖分類(lèi)號:X712文獻標識碼:AStudy on the Physical Performance of the Biomass Densification Briquetting Fuel of StrawLi Qingda, Yu Haiming, Zhang Wei, Hu Jun, Wang Liming, Wang Chun, Sun Yong(1. College of Engineering, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 1633192. College of Engineering, Northeast Agricultural UniversityAbstract: The effect of the moisture content and size of the straw on physical performance of the biomass densification briquettingfuel was studied. The results indicated that with the moisture content increasing, the relax density and water resistance increasedfirstly and then decreased, and the shatter resistance of briquetting fuel decreased. The optimal interval of moisture content of strawand rice husk were 6.50%0-7.80% and 6.80%-8.50%. With the size of the straw increasing, the relax density of straw decreasedand water resistance improved. Influence of size of the straw on the shatter resistance of briquetting fuel was not notableKey words: biomass densification briquetting fuel; relax density; shatter resistance; water resistance水稻植質(zhì)缽育秧盤(pán)是黑龍江八一農墾大學(xué)研制利推廣,加快生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)利用,課題組系統研的以稻草秸稈為原料配以固體膠黏劑及其他特殊物究了生物質(zhì)燃料的壓縮成型技術(shù)。試驗主要硏究了質(zhì)的缽育秧盤(pán)叫。此種秧盤(pán)具有諸多優(yōu)點(diǎn):在土壤中稻秸稈的含水率和原料粒徑對稻秸稈成型燃料物理能夠降解;秧苗栽植時(shí)無(wú)需分離秧盤(pán);可實(shí)現秸稈還特性的影響。田;使水稻生產(chǎn)綠色環(huán)保。水稻植質(zhì)缽育秧盤(pán)的研制有利于實(shí)現秧盤(pán)制造的產(chǎn)業(yè)化、育秧生產(chǎn)的工廠(chǎng)化、1實(shí)驗材料與方法秧苗供應的社會(huì )化、作物栽培的標準化以及水稻生1.1試驗原料與試驗設備產(chǎn)的機械化四。蒸汽烘干植質(zhì)缽育秧盤(pán)可以使秧盤(pán)本1.1.1試驗原料身的各方面性能達到較優(yōu)水平。蒸汽烘干是指蒸汽稻草和稻殼與被烘干物料直接接觸而去除水分的干燥方式。1.1.2試驗設備植質(zhì)缽育秧盤(pán)的蒸汽烘干過(guò)程中,需要消耗大電子天平(YP102型)梅特勒-托利多儀器有限量能源燃料,但傳統的化石能源對環(huán)境會(huì )造成巨大公司;鼓風(fēng)十燥箱(DGG-9070型)上海森信實(shí)驗儀的危害,且成本較高。為實(shí)現水稻植質(zhì)缽育技術(shù)的順器有限公司;數顯式電子萬(wàn)能試驗機(WDW型)濟收稿日期:2012-03-15基金項目:黑龍江農墾總局科技攻關(guān)項目(HNK10A-09-05);黑龍江省科技攻關(guān)項目作者簡(jiǎn)介:李慶達(1982-),男,講師,東北大學(xué)材料學(xué)博土研究生畢業(yè),現主要從事嗎YH中國煤化工CNMHG方面的研究工黑龍江八一農墾大學(xué)學(xué)報第24卷南凱銳機械設備有限公司;萬(wàn)能粉碎機(WF型)翔飛跌碎性的測試參照煤的抗碎強度測定方法(CB粉體工程機械有限公司;螺旋式擠壓秸稈燃料成型T15459-1995),將長(cháng)度為60mm的樣品,從2m高處機(宇龍機械有限公司)。自由落下到堅硬的地板上,然后將落下的燃料棒中大于25mm的料棒再次落下,共落下3次,以破碎后1.2試驗方法大于25mm的燃料棒占原燃料棒的質(zhì)量百分數,表試驗利用螺旋式擠壓成型機,改變原料的含水示燃料棒的抗跌碎強度。率和粒徑,得出不同條件下的成型燃料,對它們進(jìn)行1.23試驗參數的選擇物理特性的試驗研究,為降低成型燃料包裝、運輸和試樣的含水率參照黑龍江大慶地區氣干平衡含貯存成本,保證成型燃料進(jìn)入鍋爐時(shí)的必要物理性水率,選取不同的含水率數值。稻草的含水率分別選狀或成型燃料的進(jìn)一步碳化加工,提供理論依據和取4.50%,5.20%,7.03%,9.11%,11.58%。稻殼的含水基礎資料。率分別選取660%,7.35%,977%,11.21%,13.40%。原1.2.1試驗工藝流程料的粒徑分為三種:(1)所有原料85%以上粉碎顆粒試驗采用螺旋擠壓式成型機,其特點(diǎn)是成型燃的粒度在0-15mm;(2)所有原料85%以上粉碎顆粒料的密度大,表面質(zhì)量好,效率高。生物質(zhì)固化成型的粒度在15-25mm;(3)所有原料85%以上粉碎顆粒的工藝過(guò)程如下:原料→預處理(削片或粉碎)→干的粒度在25~35mm。成型溫度均統一選為200℃燥→加熱→成型1.2.2樣品物理特性的測試2試驗結果與分析樣品的質(zhì)量m和體積V的比值就是成型燃料的21原料的含水率對成型燃料物理特性的影響松弛密度p樣品的質(zhì)量直接用電子天平稱(chēng)出,測得2.11含水率對成型燃料松弛密度的影響樣品的直徑和長(cháng)度直接計算出體積。目前對于生物原料的含水率是生物質(zhì)燃料致密過(guò)程中需要嚴質(zhì)成型燃料的抗滲水性沒(méi)有統一測試方法和評價(jià)指格控制的一個(gè)重要參數,含水率過(guò)高或過(guò)低時(shí)都影標,試驗以樣品在保持完整形態(tài)時(shí)間作為抗滲水性響其松弛密度。不同的試樣,其纖維素、半纖維素和的技術(shù)指標,將成型樣品放入20℃水面下50mm,木質(zhì)素的含量不同,在熱壓成型時(shí)對含水率的要求連續觀(guān)察形態(tài)直至完全剝落分解為止。成型燃料抗也不同。表1稻草和稻殼的含水率對松弛密度的影響Table 1 Effect of different moisture content on relax density稻草試驗號含水率%松弛密度/g稻殼驗號含水率%松弛密度/gcm34.501.181.161.2027357.039.l11581.2351.02表1為稻草和稻殼的含水率對成型燃料松弛密稻殼的含水率分別大于7.03gcm3和907g·cm3度的影響。由表1可知,成型燃料的松弛密度與原料時(shí),由于含水率較高,加熱成型時(shí)原料中的水分被快的含水率關(guān)系密切。稻草的含水率低于7.03%時(shí),含速汽化,水蒸氣不能及時(shí)排除,造成燃料棒出模時(shí)脹水率越大成型燃料的松弛密度越大,含水率大于裂,表面粗糙,松弛密度同樣較低。7.03%時(shí)含水率越大,松弛密度越小,峰值密度為21.2含水率對成型燃料抗滲水性的影響1.2lg·cm3。稻殼成型燃料的松弛密度表現出同樣的生物成型燃料的抗滲水性是評價(jià)其耐久性的變化規律。個(gè)重要指標。生物質(zhì)成型燃料的耐久性直接影響生這主要是因為當原料的含水率較小時(shí),雖然也物質(zhì)燃料的包裝、運輸和儲存性能?？節B水性反映生能壓制成燃料棒,但燃料棒表面碳化嚴重,放置一段物質(zhì)成型中國煤化工主物質(zhì)成型燃貯存時(shí)間后,由于燃料棒含水率較低,導致燃料棒吸濕空性能。CNMHG氣中的水分,導致脹裂變形,密度降低。但當稻草和圖1含水率對稻早成型燃料抗滲水性的影第4期李慶達等:稻秸稈生物質(zhì)成型燃料物理特性的研究13響,圖2為含水率對稻殼成型燃料抗滲水性的影響。要求。由圖1、圖2可知,抗滲水時(shí)間與原料的含水率存在100著(zhù)一定的規律性,并且兩種物質(zhì)表現出相同的規律性,即當含水率較低時(shí),成型燃料的抗滲水性較差含水率為450%的稻草成型燃料的抗滲水時(shí)間僅為4h,含水率為660%的稻殼成型燃料抗滲水時(shí)間僅為6h。隨著(zhù)含水率的提高,兩種成型燃料的抗滲水能力逐漸增強,而后又隨著(zhù)含水率的增強逐漸降低。稻草成型燃料和稻殼成型燃料的峰值含水率分別為7.03%和7.35%,相應的抗滲水時(shí)間分別為24h和4505.2070320h。綜上可知,在試驗范圍內,稻草和稻殼的最佳含含水率/%水率區間分別為650%7.80%和680%~850%。圖3含水率對稻草成型燃料抗跌碎性的影響Fig 3 Effect of different moisture content of strawbriquetting on shatter resistance回幾6789101112含水率/%6607.359.7711.21圖1含水率對稻草成型燃料抗滲水性的影響含水率/%Fig 1 Effect of different moisture content of straw圖4含水率對稻殼成型燃料抗跌碎性的影響briquetting on water resistanceFig 4 Effect of different moisture content of ricehusk briquetting on shatter resistance圖3為含水率對稻草成型燃料抗跌碎性的影響,圖4為含水率對稻殼成型燃料抗跌碎性的影響。圖3和圖4展現出相似的變化規律,即對于具有良渙好的松弛密度的成型燃料棒,相應的抗跌碎性都很強,大部分成型燃料的抗跌碎性都大于95%。稻草成型燃料的抗跌碎性為9%~%6%,稻殼成型燃料的抗跌碎性為92%~96.8%。含水率/%總體上看,稻秸稈成型燃料的抗跌碎性隨著(zhù)含圖2含水率對稻殼成型燃料抗滲水性的影響水率的增加而降低,下降趨勢不明顯,但當含水率較Fig 2 Effect of different moisture content of rice大時(shí),抗跌碎性下降幅度較大,稻草的含水率為husk briquetting on water resistance1158%時(shí)抗跌碎性?xún)H為89%,稻殼的含水率為13.40%時(shí)抗跌碎性為92%。綜上所述,當成型燃料2.1.3含水率對成型燃料抗跌碎性的影響具有較好的松弛密度時(shí),抗跌碎性能力能夠滿(mǎn)足包生物成型燃料的抗跌碎性也是評價(jià)其耐久性的裝、運輸和使用的要求。一個(gè)重要指標,抗跌碎性主要反映生物質(zhì)成型燃料中國煤化工在搬運過(guò)程中承受一定的趺落和翻滾碰撞時(shí)抗破碎2.2稻草粒徑YHCNMHG響的能力,反映生物質(zhì)成型燃料在實(shí)際條件下的運輸22.1稻草粒徑對成型燃料松弛密度的影響黑龍江八二農墾大學(xué)學(xué)報第24卷由于稻殼的粒徑尺寸較小,這里只討論稻草粒弛密度下降到103gcm3,同時(shí)成型燃料不密實(shí),且徑對成型燃料物理特性的影響。選取含水率為7.03%進(jìn)料不暢。這主要是因為當原料的粒徑較大時(shí),其充為試驗原料,成型溫度200℃填特性變差,顆粒間彼此的嵌入不好。由熱壓成型原表2為稻草粒徑對稻草成型燃料松弛密度的影理可知,壓縮成型主要是靠木質(zhì)素的軟化和顆粒逐響,由表可知原料粉碎粒徑的大小對成型燃料的松漸填充物料間的空隙完成,因此大粒徑的稻草成型弛密度和成型效果影響較大。在可壓縮成型范圍內,燃料松弛密度較低。試驗表明,粒徑在0~15mm區稻草成型燃料的松弛密度隨著(zhù)粒徑的增大而減小。間內的原料較適合進(jìn)行熱壓成型。當稻草粒徑大小為σ-15mm時(shí),成型燃料的松弛密λ2.ρ稻草粒徑對成型燃料抗滲水性和抗跌碎性的度較大,成型效果較好,而當粒徑在25~35mm時(shí),松影響表2稻草的粒徑對稻草成型燃料松弛密度的影響Table 2 Effect of size of straw on relax density試驗號含水率%粒徑/mm松弛密度g·cm3成型效果0~15成型效果好,密實(shí),表面光滑成型效果好,密實(shí),進(jìn)料不暢37.031.03不密實(shí),表面碳化,進(jìn)料不暢中的長(cháng)纖維沒(méi)有被破壞,多數纖維膠合在一起,成型505燃料內孔隙較大,當燃料吸水膨脹時(shí)應力相對較小,成型燃料分解時(shí)間延長(cháng)。圖6顯示了原子粒徑對稻回長(cháng)幾草成型燃料抗跌碎性的影響。由圖6可知,稻草成型燃料的抗跌碎性隨著(zhù)粒徑的增大而緩慢提高,抗跌碎性均在90%以上,稻草粒徑對成型燃料的抗跌碎性影響不顯著(zhù)。25-35原料粒徑/ma3結論圖5原料粒徑對稻草成型燃料抗滲水性的影響31稻秸稈的含水率與對成型燃料的松弛密度關(guān)系Fig5 Effect of the size of straw on water resistance密切。隨著(zhù)含水率的提高,兩種成型燃料的松弛密度均呈現先增大后減小的變化趨勢,峰值所對應的含水率分別為703%(稻草)和977%(稻殼)。3.2稻秸稈成型燃料的抗滲水性隨著(zhù)原料含水率的增加呈現先增大后減小的趨勢,稻草和稻殼的最佳含水率區間分別為650%-780%和680%-850%。成型燃料的抗跌碎性隨著(zhù)稻秸稈含水率的增加而降低,下降趨勢不明顯,但當含水率較大時(shí),抗跌碎性5-25下降幅度較大。原料粒徑/mm圖6原料粒徑對稻草成型燃料抗跌碎性的影響Fig 6 Effect of size of straw on shatter resistance33稻草粉碎粒徑的大小對成型燃料的松弛密度和成型效果影響較大。在可壓縮成型范圍內,稻草成型圖5顯示了原料粒徑對稻草成型燃料抗滲水性燃料的松弛密度隨著(zhù)粒徑的增大而減小。試驗表明,的影響。由圖5可知,成型燃料的抗滲水時(shí)間與稻草0-15mm中國煤化工壓成型。粒徑有密切關(guān)系,隨著(zhù)粒徑的增大,成型燃料的抗滲CNMHG水性明顯增強。這是因為,當原料粒徑較大時(shí),原料(下轉第17頁(yè))第4期王亞軒:黑龍江省風(fēng)電建設對環(huán)境的影響分析物帶來(lái)一定的影響。黑龍江省的野生動(dòng)物主要以小型動(dòng)物為主,多為鼠、兔類(lèi)、貓頭鷹、狐貍等。施工期3結論間,取土、建筑機械、運輸工具等產(chǎn)生的施工噪聲可風(fēng)電場(chǎng)建設過(guò)程中對環(huán)境的影響不容忽視,在能會(huì )驚嚇這些動(dòng)物,從而破壞了它們原有的安靜棲我國大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電為國民經(jīng)濟發(fā)展提供能源的息環(huán)境。迫使其離開(kāi)原來(lái)的棲息地,從而使這類(lèi)動(dòng)物同時(shí),我們也要注意其對環(huán)境造成的影響,保證環(huán)境種群大幅度減少。但因為施工規模、強度、時(shí)間相對問(wèn)題在規劃、設計階段得到及時(shí)有效的處理,將其對較短,對野生動(dòng)物環(huán)境的影響可以控制。風(fēng)電杋組運環(huán)境影響降到最低,建立可持續發(fā)展的生態(tài)環(huán)境。行以后,因為各種噪聲大幅度減弱,使部分受驚嚇的動(dòng)物隨著(zhù)生態(tài)環(huán)境的還原和修復漸漸遷徙回來(lái)。參考文獻[1]方創(chuàng )琳,黃金川,張薔等中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展態(tài)勢與2.5水土流失的影響分析對策研究[C上海國際風(fēng)能大會(huì )論文集美國美國學(xué)者在施工過(guò)程中,由于場(chǎng)區建筑物地基開(kāi)挖、風(fēng)機出版社,2008機組基礎開(kāi)挖施工材料及回填土的臨時(shí)堆放等,損[2】科學(xué)技術(shù)部中國農村技術(shù)開(kāi)發(fā)中心風(fēng)能利用技術(shù)M1壞一定量的植被、土地,擾動(dòng)原地貌,形成一定面積北京:中國農業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社,2006的裸露地表,并產(chǎn)生棄土棄渣,在風(fēng)力、降雨等外營(yíng)[3]艾曉燕.黑龍江省風(fēng)電工程水土流失防治技術(shù)探討.中國水土保持,2010(12):16-18力作用下將產(chǎn)生的水土流失。[4]趙大慶,王瑩,韓璽山風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的主要環(huán)境問(wèn)題[J水土流失主要發(fā)生在施工準備期擾動(dòng)地表及臨環(huán)境保護科學(xué),2005,31(6):66-67時(shí)施工材料的堆放流失。因此,水土流失的重點(diǎn)是在(5]趙慧,胡亞娟楊忠國等民用類(lèi)建筑施工對環(huán)境的影響合理安排施工工期、規范主體工程施工工藝的基礎效應分析[J.黑龍江八一農墾大學(xué)學(xué)報,2009,21(6)22-上注重臨時(shí)防護。根據施工區的總體規劃,施工期間,設計臨時(shí)排水溝,施工結束后,對該區域進(jìn)行土[6]于博,何秋艷李風(fēng)鳴風(fēng)電場(chǎng)建設中的水士流失及治理地整治,種植樹(shù)木。在大風(fēng)干燥的季節必要時(shí)采用灑措施[J]中國水土保持,2011(11):23-24.水車(chē)進(jìn)行噴灑,防止風(fēng)蝕。[7]楊小力西北地區風(fēng)力發(fā)電的環(huán)境價(jià)值研究[]生態(tài)經(jīng)濟,2010(7):143-145(上接第14頁(yè)[2]陳恒高,汪春,張吉軍,等水稻植質(zhì)缽育栽植技術(shù)的探討3.4成型燃料的抗滲水時(shí)間與稻草粒徑有密切關(guān)[J]黑龍江八一農墾大學(xué)學(xué)報,2004,163):38-41系,隨著(zhù)粒徑的增大,成型燃料的抗滲水性明顯增3]連政國曹崇文過(guò)熱蒸汽干燥特性的試驗研究[J農業(yè)強。稻草粒徑對成型燃料的抗跌碎性影響不顯著(zhù)。機械學(xué)報,2000,31(1):66-68[4]胡建軍.秸稈顆粒燃料冷態(tài)壓縮成型實(shí)驗研究及數值模擬[D大連:大連理工大學(xué),2008參考文獻:[5]謝啟強.生物質(zhì)成型燃料物理性能和燃燒特性研究[D]南京:南京林業(yè)大學(xué),2008]張欣悅水稻植質(zhì)缽育秧盤(pán)成型工藝試驗研究[D]大慶:[6]盛奎川,吳杰生物質(zhì)成型燃料的物理品質(zhì)和成型機理的黑龍江八一農墾大學(xué),2007研究進(jìn)展[J]農業(yè)工程學(xué)報,2004,20(2):242-245中國煤化工CNMHG