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稻秸机械热力脱水过程研究

王欣  
【摘要】: 稻秸作为一种较常见的农作物副产品,在农业发展和环境保护中的影响越来越大,其能源化利用有利于减轻我国能源紧张状况。如何提高此种生物质的利用效率是一个非常重要的问题。但是稻秸水分、碱金属含量较高的缺点给热化学应用造成了很多困难。水分高的稻秸不易燃烧,热化学应用通常需要水分含量低于15%。 为了了解稻秸等几种生物质(包括稻秸、麦秸、花生秸、玉米秸、黄豆秸、玉米芯、花生壳、杨树枝、桑树枝)的特性,本文进行了以下实验研究:(1)生物质元素分析;(2)生物质工业分析;(3)生物质热值分析;(4)生物质微量元素分析;(5)生物质灰分微量元素分析等。 实验表明:稻秸等几种生物质收到基平均低位发热值16000kJ/kg,生物质及其灰分中所含的对环境有害及潜在有害的元素数量少,含量低,但是K元素含量较高,处于热解易挥发状态。 为更好的了解稻秸的机械热力脱水过程,本文利用自行设计制造的机械热力脱水实验台进行稻秸机械热力脱水研究。 通过稻秸等几种生物质机械热力脱水实验过程研究发现,机械热力脱水设备对几种生物质具有较好的脱水效果。机械热力脱水的相关机制包括:(1)热力脱水对水分析出的影响;(2)压缩塑型;(3)碱金属析出。在低温条件下,压力大小是脱水的主要因素;但是随着温度升高,热力脱水的作用逐渐提高。重点研究了稻秸机械热力脱水过程参数,包括温度(10℃、140℃),压力(0.1~0.9MPa),机械热力脱水时间(1~10min)。 稻秸压缩塑型包括三个阶段:(1)松散压缩塑型阶段;(2)过渡压缩塑型阶段;(3)压紧压缩塑型阶段。机械热力脱水后的稻秸密度可达1.0g/cm~3,结构紧密不易破碎。 稻秸脱水也分三个阶段:(1)压缩快速脱水阶段;(2)缓慢脱水阶段;(3)内在水分蒸发析出阶段。机械热力脱水对于初始水分不同的稻秸试样具有相近的压缩塑型和脱水效果。 机械热力脱水表现出了良好的碱金属脱出效果,65%左右的Na元素和40%左右的K元素被脱出。机械热力脱水没有表现出比机械脱水更好的脱出碱金属效果,两者脱出碱金属效率相差不大。这主要是由于脱出的碱金属多数是跟随外在水分析出而被脱出。 根据实验数据总结出本稻秸机械热力脱水设备的理想工况为:压力0.6~0.9MPa,温度140℃,机械热力脱水时间10min。 结合实验,本文对自行设计制造的设备的机械热力脱水性能进行了评价,给出进一步改进实验系统的意见,为以后的深入研究提供指导作用。


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