【摘要】：作為“五谷”之首的谷子是山西特色小雜糧中一種重要的農(nóng)作物,在山西的種植面積穩(wěn)定在20萬hm2左右,占到了我國谷子栽培面積的21%左右,全國排名第二。大規(guī)模的種植,其收獲后產(chǎn)生的秸桿處理逐漸成了普遍關注的問題,一般傳統(tǒng)處理方式為青貯飼料、腐爛制肥等,隨著環(huán)保和能源意識的增強,熱壓成型后作為固體燃料成了一種趨勢。生物質固體燃料具有高密度、高熱值、易于運輸和儲存等多種優(yōu)勢。關于玉米秸稈、小麥秸稈、杉木、檸條等農(nóng)林廢棄物的熱壓成型技術國內(nèi)外已經(jīng)做了相關研究。然而,對谷子秸稈固體燃料能源化利用的研究還未見報道,為此本論文針對性地進行谷子秸稈固體成型燃料成型機理與物性及燃燒特性的研究,主要探索谷子秸稈固體燃料原料的含水率、顆粒度和成型壓力、溫度等因素對燃料成型效果的影響,嘗試量化成型機理中幾種微觀粘結力,建立顆粒間作用力模型,分析成型因素對顆粒間作用力的影響,最后研究了谷子秸稈固體燃料的結渣特性及燃燒特性,建立燃燒動力學模型,為相關加工利用裝備的設計提供基礎。主要內(nèi)容和結論如下:(1)對谷子秸稈固體成型燃料的物理性質及影響因素進行了單因素分析。得出各因素與燃料密度、耐久性和抗跌碎性的影響曲線及關系式,并確定合理的成型參數(shù)范圍。結果表明:在試驗測試范圍內(nèi)燃料的密度隨著顆粒度的減小而增加,隨著壓力的增加而先速增后緩增的趨勢,但是卻隨著溫度和含水率的增加出現(xiàn)先增加后減小的趨勢,結合耐久性和抗跌碎性的變化趨勢發(fā)現(xiàn)成型質量較好的固體成型燃料的含水率在8%～10%之間,成型溫度在80～110℃之間,最佳壓力在90～11OMPa之間為宜,而顆粒度則應小于 1.25mm。(2)研究了含水率、顆粒度、壓力和溫度對燃料成型效果(密度)影響的主次順序。利用正交試驗和Taguchi方法分析了谷子秸稈固體燃料的4個影響因子中對響應變量影響的貢獻率和主次。試驗結果表明:含水率、顆粒度、壓力和溫度的貢獻率分別為19.83%、46.11%、17.52%和 16.55%。(3)應用最小馬氏距離法對谷子秸稈固體燃料的密度、耐久性和抗跌碎性進行了多響應優(yōu)化分析,得到各響應變量最優(yōu)時的最佳處理方案(即最佳工藝參數(shù)),含水率10.7%,溫度97℃,壓力107 MPa,此條件下密度、耐久性和抗跌碎性分別達到1.18 g/cm3、99.75%和 99.77%。(4)從微觀和細觀角度對谷子秸稈固體燃料顆粒間的相互作用力進行研究,建立固體燃料顆粒之間的力學模型,同時利用激光粒度儀、接觸角分析儀、微電泳儀等分析壓縮成型時的溫度、壓力、顆粒度和含水率對接觸角、Zeta電位的影響。結果表明:成型過程中顆粒間的范德華力、機械摩擦力、靜電引力、液橋力等對谷子秸稈固體燃料強度的建立起到了關鍵作用,同時不同壓縮條件對影響顆粒間作用力的相關物理量——接觸角、Zeta電位也有顯著的影響,從而建立起宏觀試驗條件和粘結機理的關系。(5)應用熱分析法對谷子秸稈燃料的熔融特性、燃燒特性及燃燒動力學性質進行了研究,求解了燃燒動力學方程,并對谷子秸稈的結渣特性進行了分析。結果表明,谷子秸稈固體燃料點火溫度較低,點火容易,燃盡率高,但是底灰容易結渣。研究結論為谷子秸稈固體燃料形式的能源化利用提供了參考依據(jù),對實際生產(chǎn)具有指導意義。
【學位授予單位】：山西農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK16
【圖文】：

２．１．２壓縮試驗逡逑本此試驗壓縮設備采用的是ＷＡＷ－３００型力＇能材料試驗機。壓縮參數(shù)設置為程控，壓逡逑縮速率為0．0５ＭＰａ／ｓ，保壓時間為１０ｓ。壓縮模具采用自制的圓筒壓縮模具，如圖２－ｌａ逡逑所示。料筒的高度為１２０ｍｍ，內(nèi)徑為４０ｍｍ。為了能夠考察溫度對成型質量的影響，在料逡逑筒的外圍可以加上可以控制溫度的陶瓷加熱環(huán)。溫控的測溫探頭采用Ｅ型熱電偶，精度逡逑為邋±０．邋５°Ｃ。逡逑９逡逑

邐含水牛：：１６％邐含水韋：１８％邋＿邋＾邋＾逡逑圖２－２逡逑谷子秸稈固體燃料成型質量隨含水率變化試驗結果逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｍｉｌｌｅｔ邋ｓｔｒａｗ邋ｓｏｌｉｄ邋ｆｕｅｌ邋ｍｏｌｄｉｎｇ邋ｑｕａｌｉｔｙ邋ｃｈａｎｇｅｓ邋ｗｉｔｈ邋ｍｏｉｓｔｕｒｅ邋ｃｏｎｔｅｎｔ邋ｔｅｓｔ邋ｒｅｓｕｌｔｓ逡逑從表２－１和圖２＿２中可以含水率對固體燃料成型質量的影響。當含水率在５邋—１０％，逡逑Ｈ體燃料的成增質量良Yu。／Ｉ：含水率升至１２％時，發(fā)現(xiàn)壓縮模具的底部開始出現(xiàn)潮濕現(xiàn)逡逑象，并且出投／ｒ；？的鬧休燃料的底部松散，容易破碎。這是由于較多的水分會使固休燃料逡逑顆粒之間過度潤滑，機械摩擦力減小，而且較多的水分形成多層水分子膜使顆粒之間的逡逑吸附力山扢鍵變?yōu)榱碎Lg髯鞔Γ傭檔土蘇辰嶁Ч�。当含水率冀{逹徧迦劑系膩義轄裘艸潭蓉⑹跡私擔＃盞撞磕岬乃指用饗裕琓在以縮過程中模具內(nèi)部出現(xiàn)了逡逑爆鳴聲，這足山ｒ較多的水分超出了防Ｉ休燃料顆粒的吸附能力，在高溫高）ｋ邋ｆ形成水蒸逡逑氣

縮試驗設置含水率為１０％，壓力９０ＭＰａ，顆粒度＜０．邋６３W，溫度梯度則設置為：５（ＴＣ、逡逑７（ｒｃ、９0ｒ、ｉｉｏ°ｃ和ｉ３（ｒｃ，然后按照試驗設計方案進行壓制，每個處理ｒｉ＜：制Ｈ體燃料逡逑６個。試驗結果如圖２－４和表２－２所示。逡逑表２－２谷子秸稈固體燃料成型質量隨溫度變化試驗結果逡逑Ｔａｂ２－２邋Ｍｉｌｌｅｔ邋ｓｔｒａｗ邋ｓｏｌｉｄ邋ｆｕｅｌ邋ｍｏｌｄｉｎｇ邋ｑｕａｌｉｔｙ邋ｃｈａｎｇｅｓ邋ｗｉｔｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｔｅｓｔ邋ｒｅｓｕｌｔｓ逡逑顆粒度邋含水韋逡逑溫度邐樂力邐Ｐａｒｔｉｃｌｅ邋Ｗａｔｅｒ邐密度邐耐久性邐抗跌碎性逡逑＾ｉｉｉｊ＇邋ｊ邐Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邐Ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋Ｓｉｚｅ邐Ｃｏｎｔｅｎｔ邐Ｄｅｎｓｉｔｙ邐Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ邐Ｒｅｓｉｓｔａｎｃ逡逑Ｃｏｄｅ邐（°Ｃ）邐（ＭＰａ）邋（ｍｍ）邐（％）邋（ｇ邋？邋ｃｎｖ３）邐（％）邐（％）逡逑１邐５０邐９０邐＜０．６３邐１０邐１．邋１２邐９７．１５邐９７．８逡逑２邐７０邐９０邐＜０．６３邐１０邐１．２１邐９９．６８邐９９．４２逡逑３邐９０邐９０邐＜０．６３邐１０邐１．２６邐９８．９２邐９９．１７逡逑４邐１１０邐９０邐＜０．６３邐１０邐１．２４邐９９．邋１邐９８．邋８逡逑８邐１３０邐９０邐＜０．６３邐１０邐１．２１邐９８．邋７６邐９８．５５逡逑１邐ｉ邐，＇丨逡逑溫度５０°Ｃ邐溫度７0°Ｃ邐溫度：９０Ｘ逡逑溫度ｉｉｏ°ｃ邐溫度：ｉ３0

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本文編號：2760025