【摘要】：在化石能源日漸匱乏、能源形勢日益緊張的今天，人類尋找替代或輔助能源并提高能源利用效率的要求顯得愈加迫切。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，有豐富的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源，生物質(zhì)能源以其數(shù)量巨大，可再生、再轉(zhuǎn)換、可運輸、可儲存的特點，是目前最具有發(fā)展前景的可再生新能源之一。生物質(zhì)成型燃料是以農(nóng)林剩余物為原料，擠壓成型后的形成的一種潔凈低碳的生物質(zhì)可再生能源，由于能量密度高、燃燒特性好、燃燒后對環(huán)境危害小等優(yōu)勢而被廣泛關(guān)注。 我國在70年代末引進擠壓型生物質(zhì)成型機，早期技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品研究較為緩慢。到20世紀(jì)未，隨著國際油價的高漲以及我國能源需要的急劇攀升，生物質(zhì)能源得到飛速發(fā)展。近年來隨著國家不繼制訂和出臺拉動生物質(zhì)成型燃料發(fā)展的政策，生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)也在不斷發(fā)展壯大。 但生物質(zhì)成型燃料在發(fā)展過程中也遇到一些瓶頸和障礙，由于生物質(zhì)秸稈內(nèi)含有較高的Si、Ca、Cl、K、Mg等礦質(zhì)元素，以及在秸稈收集過程中帶入的許多泥沙（SiO2），造成了在生物質(zhì)擠壓成型過程中對生物質(zhì)成型設(shè)備的快速磨損，致使目前生產(chǎn)成型設(shè)備平均使用修復(fù)周期不超過300h，個別生產(chǎn)廠家采用45號鋼不做任何熱處理，其使用時間甚至不超過50h。生物質(zhì)成型設(shè)備的快速磨損問題已成為制約其發(fā)展的一個瓶頸。 圍繞上述問題，本文主要做了如下研究和工作： 1.對生物質(zhì)成型設(shè)備的磨損機理進行了理論分析和研究； 2.在理論分析的基礎(chǔ)上，對活塞沖壓式和平模式生物質(zhì)成型設(shè)備進行了模塊化設(shè)計； 3.對適用于生物質(zhì)成型設(shè)備上的耐磨材料進行了選擇分析與研究； 4.將耐磨材料應(yīng)用于模塊化設(shè)計的生物質(zhì)成型設(shè)備，并進行了試驗研究。 通過上述研究與實驗，取得如下研究成果： 1.通過對生物質(zhì)成型設(shè)備的磨損及受力分析可知，生物質(zhì)成型設(shè)備的磨損主要屬于磨料磨損，受微觀切削機理控制。通過設(shè)備運行參數(shù)的改變，可以有效減小磨損。對于螺旋擠壓式成型設(shè)備，減小螺旋桿的旋轉(zhuǎn)速度能有效地減少磨損，對于模壓式成型設(shè)備，同樣也可以有效地減少磨損。 2.對成型設(shè)備模塊化設(shè)計，是解決磨損問題的重要方法之一。將成型機分做若干個功能化模塊，對于易損部件模塊采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，，可以極大地提高成型設(shè)備的可維護性，延長整體設(shè)備的生產(chǎn)使用壽命。 3.非金屬材料應(yīng)用是解決磨損問題的重要選擇，陶瓷材料是以離子鍵、共價鍵為主的結(jié)合鍵，使得其具有高熔點、高硬度、低摩擦系數(shù)等許多有利于防止磨損的性能。 4.通過陶瓷耐磨材料在生物質(zhì)成型設(shè)備上的應(yīng)用實驗，證明氧化鋁陶瓷耐磨材料在生物質(zhì)成型設(shè)備上的應(yīng)用是成功的。盡管氧化鋁陶瓷管在生物質(zhì)成型過程中，出現(xiàn)了裂紋和部分碎裂現(xiàn)象，但并沒有破壞其自身完整性以及成型效果，用氧化鋁陶瓷作為生物質(zhì)成型設(shè)備的主要磨損部件材料，可以大大延長生物質(zhì)成型設(shè)備的維修使用周期，具有積極的經(jīng)濟價值。
【圖文】：

輸水分和養(yǎng)分的中空導(dǎo)管存在，使得生物質(zhì)的密度顯著下降，硬木的密度通常為 0.65m3，軟木的密度為 0.45g/cm3，農(nóng)作物秸稈和水生植物的密度更低[8]。生物質(zhì)在存放過，由于單個的生物質(zhì)個體與個體之間存在有大量的空隙，使其堆積密度更低。通過壓縮顆粒之間的空隙，并將植物體內(nèi)的導(dǎo)管等生物結(jié)構(gòu)空間填充就可以改變生物質(zhì)的密度提高生物質(zhì)的能量密度，改善生物質(zhì)的運輸性能和燃燒性能，這正是生物質(zhì)壓縮成型的點。密度的改變解決了制約生物質(zhì)規(guī)模化利用的體積能量密度過低的瓶頸，同時，也對質(zhì)的燃料特性產(chǎn)生了積極的作用。正是由于這些改變，使得生物質(zhì)成型燃料近年來得到泛的應(yīng)用[9,10]。.2 國外生物質(zhì)成型燃料的發(fā)展1880 年美國人 William Smith 發(fā)明了一項專利[11]，將加熱到 66℃的鋸末和其它廢木用蒸汽錘加工成致密的成型塊，這是有記載的最早的“生物質(zhì)固體成型燃料”。1945本人發(fā)明了生物質(zhì)螺旋擠壓成型技術(shù)。生物質(zhì)成型燃料技術(shù)發(fā)展到今天，已可以將生物工成顆粒狀、空心棒狀、實心棒狀和塊狀等不同形態(tài)的成型燃料，如圖 1.1。

圖 1.2 歐洲顆粒燃料地圖（左）及瑞典和芬蘭顆粒燃料工廠及產(chǎn)能分布（右）Fig. 1.2 The map of pellet fuel of Europe(left) and distribution of pellet fuel Factories and production棒狀或塊狀成型燃料是成型燃料的另一類形態(tài)，這類成型燃料可以被加工成實塊狀、空心棒狀等不同的形狀。相對于顆粒燃料，棒狀或塊狀成型燃料對原料的適廣泛，不僅可以利用木質(zhì)類原料，而且可利用農(nóng)作物秸稈，以及城市有機垃圾等生物總體來說，國外生物質(zhì)成型燃料發(fā)展經(jīng)歷了較為漫長的歷史，在 20 世紀(jì) 80 年的市場銷售量一直徘徊在 500 萬 t 左右，進入 21 世紀(jì)以來，隨著石油價格的上漲，
【學(xué)位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TK6

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本文編號：2652101