水稻秸秆热压成型及其成型燃料热重试验研究

【摘要】：生物质能源作为一种可再生能源,具有零污染零排放的特点。本课题组前期对水稻秸秆进行了冷压成型试验,试验得到的成型燃料颗粒质量不佳且能耗较大。为了改善水稻秸秆成型燃料质量,本文进行了以下工作:(1)以水稻秸秆为原料,以松弛密度和耐久性作为衡量标准,通过单因素试验设计方法,得到水稻秸秆原料热压成型参数一般范围为:粒径0-2mm、温度70-100℃、成型压力8.89-40MP、含水率12%-25%。与冷压成型相比成型压力大大减小,原料粒径范围较大。同时由于考虑了温度这一因素使得含水率选取范围扩大,在一定程度上降低了生产成本,为水稻秸秆燃料实际生产中工艺参数的选择提供了数据支持。(2)为进一步提高水稻秸秆成型燃料质量提出在水稻秸秆原料中加入木质素含量较高的木屑原料形成混合原料。以水稻秸秆原料、木屑原料及混合原料为研究对象,分别进行热压成型试验。试验结果表明:相对于单一水稻秸秆原料成型燃料,加入了木屑原料的1:1质量混合原料成型燃料具有较好的物理性能,并且与传统的提高成型燃料质量方法相比,此方法工艺程序更为简便,且不会增大成型燃料的灰分含量也不会降低它的热值。(3)由于木屑原料本身的结构特性使得1∶1混合原料成型燃料的抗渗水性较弱。因此利用正交试验方法研究对于混合原料成型燃料各物性指标而言最显著影响因素及最佳参数组合并通过试验加以论证。试验结果表明:针对不同性能指标,各工艺参数的影响力不一致。对于松弛密度、抗碎强度及抗压强度而言,压力对其影响较大;而对于抗渗水性而言,原料混合比影响较大。松弛密度最佳成型参数(混合比、温度、压力)组合为0.5∶1,70℃、31.11 MPa,抗碎强度的成型参数最优组合为2∶1,110℃、31.11 MPa,抗渗水性和抗压强度的最佳成型参数组合为1.5∶1,90℃、31.11 MPa。在以上试验的基础上进行了一组曲面响应试验。选取混合比、温度及成型压力为变量,松弛密度为响应值,得到了松弛密度的回归数值模型,且模型显著。通过软件预测最佳工艺参数:成型压力32Mpa、温度71.22℃、混合比1.83:1,松弛密度0.9958 g·cm-3,经过验证,预测值在误差范围内。(4)以成型试验得到的水稻和木屑成型燃料为研究对象,通过研究在氩气气氛下成型燃料的热解过程得出:水稻秸秆成型燃料热解过程划分为三个重要阶段即预热解阶段、快速热解和慢速热解阶段;热解最大速率会随着热解升温速率的升高而增大,这事有利于热解的,但会造成反应不彻底等问题,因此温升速率不宜过高;通过对比两种成型燃料的热解性能得到,木屑成型燃料的热稳定性优于水稻秸秆成型燃料;对水稻秸秆成型燃料热解进行了动力学参数计算得到:活化能和指前因子会随着升温速率的升高而增大,线性拟合系数均在0.99之上,说明主反应阶段符合一级反应模型。