【摘要】：生物質(zhì)能源是可以很好儲存、運輸?shù)目稍偕茉�，是替代化石燃料的首選。我國生物質(zhì)資源豐富，并且此能源具有清潔、可再生、含S很低、CO2零排放、分布廣的特點。但由于散碎的生物質(zhì)原料不易收藏、運輸、儲存和使用，必須經(jīng)過固化成型才能被很好利用。因此，研究生物質(zhì)成型工藝參數(shù)具有重要意義。 本文利用ANSYS軟件對成型過程的溫度場和應力應變場進行分析，得出不同加熱溫度下生物質(zhì)原料的溫度分布和成型過程中的位移、應力應變分布，為試驗溫度、壓力的選取，以及對成型顆粒性能的控制提供了參考。 以農(nóng)林廢棄物——玉米秸稈、鋸末、棉桿為原料，進行改進后熱壓成型工藝試驗研究，通過松弛密度這一指標得到最佳工藝參數(shù)范圍；并利用OLYMPUS BX51-金相顯微鏡觀察不同條件下成型顆粒的微觀形貌,從微觀角度研究成型工藝參數(shù)與成型顆粒微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。結(jié)果表明，最佳參數(shù)范圍是粒度0~2mm、壓力8MPa、含水率8%~23%，鋸末含水率可高達29%、溫度130℃~150℃和長徑比5.28；草本植物玉米秸稈和棉桿的壓力-密度關(guān)系： A B*p C*p2；木本植物鋸末的壓力-密度關(guān)系： p c (ln)n。微觀形貌分析得出的最佳工藝參數(shù)范圍與試驗得出的基本一致。這些工藝參數(shù)的確定有助于生物質(zhì)顆粒燃料的生產(chǎn)，對可再生能源的利用、農(nóng)林廢棄物的處理和減少溫室氣體的排放有促進作用。
【學位授予單位】：機械科學研究總院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TK6
【圖文】：

可作為生物質(zhì)原料作物的培育基地，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大提供后備支撐，這些都說明了我國生物質(zhì)原料會越發(fā)豐富，為生物質(zhì)能在我國的發(fā)展與應用奠定基礎(chǔ)。我國可利用的五種主要生物質(zhì)資源比例如圖1-1所示。由圖可知，農(nóng)作物秸稈和樹木枝杈在我國可利用生物質(zhì)資源中占據(jù)重要地位，其開發(fā)利用潛力巨大。圖1-1 我國可利用的主要生物質(zhì)資源比例1.3 生物質(zhì)能利用技術(shù)現(xiàn)狀目前，國內(nèi)外生物質(zhì)能利用技術(shù)主要分為三種：物理轉(zhuǎn)換技術(shù)、化學轉(zhuǎn)換技術(shù)和生物轉(zhuǎn)換技術(shù)[6]。生物質(zhì)物理轉(zhuǎn)換技術(shù)是生物質(zhì)能利用技術(shù)的一個重要前提，主要是指生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)，首先粉碎生物質(zhì)原料，使其達到一定粒度，然后在一定條件下擠壓成固定形狀且密度較大的成型物的過程，從而在一定程度上解決生物質(zhì)原料形態(tài)各異、堆積密度小且較松散、運輸和貯存不便等問題[7]。生物質(zhì)化學轉(zhuǎn)換技術(shù)由熱化學轉(zhuǎn)換技術(shù)和傳統(tǒng)化學轉(zhuǎn)換技術(shù)兩種組成[8]。前者主要包括直接燃燒、液化、氣化、熱解4個方面。傳統(tǒng)利用方式——生物質(zhì)直接燃燒就是將生物質(zhì)直接作為原料燃燒獲得能量的過程；生物質(zhì)液化是指通過化學方式將生物質(zhì)轉(zhuǎn)變成液體產(chǎn)品的過程，又可以分為直接液化和間接液化兩類；生物質(zhì)氣化是在高溫下部分氧化轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿涌扇細怏w的

雖然我國生物質(zhì)資源豐富，但存在以下不利因素：資源分散、形態(tài)各異、能量密度低、運輸困難和儲存不便等，是目前制約生物質(zhì)能源規(guī)�；玫闹饕款i[9]。主要是由于生物質(zhì)資源種類繁多，化學組分相差不大，但物理性質(zhì)卻有著較大的差別，其中密度是重要的物理特性參數(shù)之一，在很大程度上對生物質(zhì)作為燃料的鍋爐的設計及其經(jīng)濟性有直接影響。圖 1-2 給出了部分生物質(zhì)原材料在粒度為 15~25mm時的堆積密度[10]。由圖可知，無論是木材、棉柴等所謂的硬材（堆積密度250~300kg/m3），還是玉米秸稈等軟材（堆積密度 50~100kg/m3），密度都較低，限制了其大規(guī)模利用的經(jīng)濟性和可行性。生物質(zhì)作為燃料直接燃燒時，存在揮發(fā)分逸出過快、空氣供給難以控制等問題，并且在一般爐灶中不易解決，而且在上述生物質(zhì)能利用的三項技術(shù)中，無論哪一種都要求有前期的預處理，其中壓縮成型技術(shù)是最重要的預處理技術(shù)之一。生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)是指將分散、形體輕、儲運困難、使用不便的纖維素生物質(zhì)，經(jīng)壓縮成型和炭化工藝加工成塊或顆粒，以提高燃料的熱值，改善燃燒性能的技術(shù)。從在生物質(zhì)資源中占據(jù)重要位置的農(nóng)作物秸稈和林業(yè)廢棄物鋸末入手，進行熱壓縮成型技術(shù)研究，將會為開發(fā)和應用其他生物質(zhì)資源奠定良好的基礎(chǔ)。

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本文編號：2732198