稻秸秆生物质成型燃料物理特性的研究

第24卷第4期黑龙江八一农垦大学学报24(4):11-142012年月Journal of heile文章编号:1002-2090(2012)04-0011-04稻秸秆生物质成型燃料物理特性的研究李庆达’,于海明',张伟',胡军',王黎明',汪春',孙勇2(1黑龙江八一农垦大学工程学院,大庆163319;2东北农业大学工程学院摘要:试验研究了稻秸秆的含水率和原料粒径对其成型燃料物理特性的影响。试验结果表明,随着含水率的提高,稻秸秆成型燃料的松弛密度和抗渗水性呈现先增大后减小的变化趋势,成型燃料的抗跌碎性随着稻秸秆含水率的增加而降低,稻草和稻壳的最佳含水率区间分别为6.50%-7.80%和680%-850%。随着粒径的增大,稻草成型燃料的松弛密度逐渐减小,抗渗水性明显增强。稻草粒径对成型燃料的抗趺碎性影响不显著。关键词:生物质成型燃料;松弛密度;抗跌碎性;抗渗水性中图分类号:X712文献标识码:AStudy on the Physical Performance of the Biomass Densification Briquetting Fuel of StrawLi Qingda, Yu Haiming, Zhang Wei, Hu Jun, Wang Liming, Wang Chun, Sun Yong(1. College of Engineering, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 1633192. College of Engineering, Northeast Agricultural UniversityAbstract: The effect of the moisture content and size of the straw on physical performance of the biomass densification briquettingfuel was studied. The results indicated that with the moisture content increasing, the relax density and water resistance increasedfirstly and then decreased, and the shatter resistance of briquetting fuel decreased. The optimal interval of moisture content of strawand rice husk were 6.50%0-7.80% and 6.80%-8.50%. With the size of the straw increasing, the relax density of straw decreasedand water resistance improved. Influence of size of the straw on the shatter resistance of briquetting fuel was not notableKey words: biomass densification briquetting fuel; relax density; shatter resistance; water resistance水稻植质钵育秧盘是黑龙江八一农垦大学研制利推广,加快生物质能源的开发利用,课题组系统研的以稻草秸秆为原料配以固体胶黏剂及其他特殊物究了生物质燃料的压缩成型技术。试验主要硏究了质的钵育秧盘叫。此种秧盘具有诸多优点:在土壤中稻秸秆的含水率和原料粒径对稻秸秆成型燃料物理能够降解;秧苗栽植时无需分离秧盘;可实现秸秆还特性的影响。田;使水稻生产绿色环保。水稻植质钵育秧盘的研制有利于实现秧盘制造的产业化、育秧生产的工厂化、1实验材料与方法秧苗供应的社会化、作物栽培的标准化以及水稻生1.1试验原料与试验设备产的机械化四。蒸汽烘干植质钵育秧盘可以使秧盘本1.1.1试验原料身的各方面性能达到较优水平。蒸汽烘干是指蒸汽稻草和稻壳与被烘干物料直接接触而去除水分的干燥方式。1.1.2试验设备植质钵育秧盘的蒸汽烘干过程中,需要消耗大电子天平(YP102型)梅特勒-托利多仪器有限量能源燃料,但传统的化石能源对环境会造成巨大公司;鼓风十燥箱(DGG-9070型)上海森信实验仪的危害,且成本较高。为实现水稻植质钵育技术的顺器有限公司;数显式电子万能试验机(WDW型)济收稿日期:2012-03-15基金项目:黑龙江农垦总局科技攻关项目(HNK10A-09-05);黑龙江省科技攻关项目作者简介:李庆达(1982-),男,讲师,东北大学材料学博土研究生毕业,现主要从事吗YH中国煤化工CNMHG方面的研究工黑龙江八一农垦大学学报第24卷南凯锐机械设备有限公司;万能粉碎机(WF型)翔飞跌碎性的测试参照煤的抗碎强度测定方法(CB粉体工程机械有限公司;螺旋式挤压秸秆燃料成型T15459-1995),将长度为60mm的样品,从2m高处机(宇龙机械有限公司)。自由落下到坚硬的地板上,然后将落下的燃料棒中大于25mm的料棒再次落下,共落下3次,以破碎后1.2试验方法大于25mm的燃料棒占原燃料棒的质量百分数,表试验利用螺旋式挤压成型机,改变原料的含水示燃料棒的抗跌碎强度。率和粒径,得出不同条件下的成型燃料,对它们进行1.23试验参数的选择物理特性的试验研究,为降低成型燃料包装、运输和试样的含水率参照黑龙江大庆地区气干平衡含贮存成本,保证成型燃料进入锅炉时的必要物理性水率,选取不同的含水率数值。稻草的含水率分别选状或成型燃料的进一步碳化加工,提供理论依据和取4.50%,5.20%,7.03%,9.11%,11.58%。稻壳的含水基础资料。率分别选取660%,7.35%,977%,11.21%,13.40%。原1.2.1试验工艺流程料的粒径分为三种:(1)所有原料85%以上粉碎颗粒试验采用螺旋挤压式成型机,其特点是成型燃的粒度在0-15mm;(2)所有原料85%以上粉碎颗粒料的密度大,表面质量好,效率高。生物质固化成型的粒度在15-25mm;(3)所有原料85%以上粉碎颗粒的工艺过程如下:原料→预处理(削片或粉碎)→干的粒度在25~35mm。成型温度均统一选为200℃燥→加热→成型1.2.2样品物理特性的测试2试验结果与分析样品的质量m和体积V的比值就是成型燃料的21原料的含水率对成型燃料物理特性的影响松弛密度p样品的质量直接用电子天平称出,测得2.11含水率对成型燃料松弛密度的影响样品的直径和长度直接计算出体积。目前对于生物原料的含水率是生物质燃料致密过程中需要严质成型燃料的抗渗水性没有统一测试方法和评价指格控制的一个重要参数,含水率过高或过低时都影标,试验以样品在保持完整形态时间作为抗渗水性响其松弛密度。不同的试样,其纤维素、半纤维素和的技术指标,将成型样品放入20℃水面下50mm,木质素的含量不同,在热压成型时对含水率的要求连续观察形态直至完全剥落分解为止。成型燃料抗也不同。表1稻草和稻壳的含水率对松弛密度的影响Table 1 Effect of different moisture content on relax density稻草试验号含水率%松弛密度/g稻壳验号含水率%松弛密度/gcm34.501.181.161.2027357.039.l11581.2351.02表1为稻草和稻壳的含水率对成型燃料松弛密稻壳的含水率分别大于7.03gcm3和907g·cm3度的影响。由表1可知,成型燃料的松弛密度与原料时,由于含水率较高,加热成型时原料中的水分被快的含水率关系密切。稻草的含水率低于7.03%时,含速汽化,水蒸气不能及时排除,造成燃料棒出模时胀水率越大成型燃料的松弛密度越大,含水率大于裂,表面粗糙,松弛密度同样较低。7.03%时含水率越大,松弛密度越小,峰值密度为21.2含水率对成型燃料抗渗水性的影响1.2lg·cm3。稻壳成型燃料的松弛密度表现出同样的生物成型燃料的抗渗水性是评价其耐久性的变化规律。个重要指标。生物质成型燃料的耐久性直接影响生这主要是因为当原料的含水率较小时,虽然也物质燃料的包装、运输和储存性能。抗渗水性反映生能压制成燃料棒,但燃料棒表面碳化严重,放置一段物质成型中国煤化工主物质成型燃贮存时间后,由于燃料棒含水率较低,导致燃料棒吸湿空性能。CNMHG气中的水分,导致胀裂变形,密度降低。但当稻草和图1含水率对稻早成型燃料抗渗水性的影第4期李庆达等:稻秸秆生物质成型燃料物理特性的研究13响,图2为含水率对稻壳成型燃料抗渗水性的影响。要求。由图1、图2可知,抗渗水时间与原料的含水率存在100着一定的规律性,并且两种物质表现出相同的规律性,即当含水率较低时,成型燃料的抗渗水性较差含水率为450%的稻草成型燃料的抗渗水时间仅为4h,含水率为660%的稻壳成型燃料抗渗水时间仅为6h。随着含水率的提高,两种成型燃料的抗渗水能力逐渐增强,而后又随着含水率的增强逐渐降低。稻草成型燃料和稻壳成型燃料的峰值含水率分别为7.03%和7.35%,相应的抗渗水时间分别为24h和4505.2070320h。综上可知,在试验范围内,稻草和稻壳的最佳含含水率/%水率区间分别为650%7.80%和680%~850%。图3含水率对稻草成型燃料抗跌碎性的影响Fig 3 Effect of different moisture content of strawbriquetting on shatter resistance回幾6789101112含水率/%6607.359.7711.21图1含水率对稻草成型燃料抗渗水性的影响含水率/%Fig 1 Effect of different moisture content of straw图4含水率对稻壳成型燃料抗跌碎性的影响briquetting on water resistanceFig 4 Effect of different moisture content of ricehusk briquetting on shatter resistance图3为含水率对稻草成型燃料抗跌碎性的影响,图4为含水率对稻壳成型燃料抗跌碎性的影响。图3和图4展现出相似的变化规律,即对于具有良渙好的松弛密度的成型燃料棒,相应的抗跌碎性都很强,大部分成型燃料的抗跌碎性都大于95%。稻草成型燃料的抗跌碎性为9%~%6%,稻壳成型燃料的抗跌碎性为92%~96.8%。含水率/%总体上看,稻秸秆成型燃料的抗跌碎性随着含图2含水率对稻壳成型燃料抗渗水性的影响水率的增加而降低,下降趋势不明显,但当含水率较Fig 2 Effect of different moisture content of rice大时,抗跌碎性下降幅度较大,稻草的含水率为husk briquetting on water resistance1158%时抗跌碎性仅为89%,稻壳的含水率为13.40%时抗跌碎性为92%。综上所述,当成型燃料2.1.3含水率对成型燃料抗跌碎性的影响具有较好的松弛密度时,抗跌碎性能力能够满足包生物成型燃料的抗跌碎性也是评价其耐久性的装、运输和使用的要求。一个重要指标,抗跌碎性主要反映生物质成型燃料中国煤化工在搬运过程中承受一定的趺落和翻滚碰撞时抗破碎2.2稻草粒径YHCNMHG响的能力,反映生物质成型燃料在实际条件下的运输22.1稻草粒径对成型燃料松弛密度的影响黑龙江八二农垦大学学报第24卷由于稻壳的粒径尺寸较小,这里只讨论稻草粒弛密度下降到103gcm3,同时成型燃料不密实,且径对成型燃料物理特性的影响。选取含水率为7.03%进料不畅。这主要是因为当原料的粒径较大时,其充为试验原料,成型温度200℃填特性变差,颗粒间彼此的嵌入不好。由热压成型原表2为稻草粒径对稻草成型燃料松弛密度的影理可知,压缩成型主要是靠木质素的软化和颗粒逐响,由表可知原料粉碎粒径的大小对成型燃料的松渐填充物料间的空隙完成,因此大粒径的稻草成型弛密度和成型效果影响较大。在可压缩成型范围内,燃料松弛密度较低。试验表明,粒径在0~15mm区稻草成型燃料的松弛密度随着粒径的增大而减小。间内的原料较适合进行热压成型。当稻草粒径大小为σ-15mm时,成型燃料的松弛密λ2.ρ稻草粒径对成型燃料抗渗水性和抗跌碎性的度较大,成型效果较好,而当粒径在25~35mm时,松影响表2稻草的粒径对稻草成型燃料松弛密度的影响Table 2 Effect of size of straw on relax density试验号含水率%粒径/mm松弛密度g·cm3成型效果0~15成型效果好,密实,表面光滑成型效果好,密实,进料不畅37.031.03不密实,表面碳化,进料不畅中的长纤维没有被破坏,多数纤维胶合在一起,成型505燃料内孔隙较大,当燃料吸水膨胀时应力相对较小,成型燃料分解时间延长。图6显示了原子粒径对稻回长幾草成型燃料抗跌碎性的影响。由图6可知,稻草成型燃料的抗跌碎性随着粒径的增大而缓慢提高,抗跌碎性均在90%以上,稻草粒径对成型燃料的抗跌碎性影响不显著。25-35原料粒径/ma3结论图5原料粒径对稻草成型燃料抗渗水性的影响31稻秸秆的含水率与对成型燃料的松弛密度关系Fig5 Effect of the size of straw on water resistance密切。随着含水率的提高,两种成型燃料的松弛密度均呈现先增大后减小的变化趋势,峰值所对应的含水率分别为703%(稻草)和977%(稻壳)。3.2稻秸秆成型燃料的抗渗水性随着原料含水率的增加呈现先增大后减小的趋势,稻草和稻壳的最佳含水率区间分别为650%-780%和680%-850%。成型燃料的抗跌碎性随着稻秸秆含水率的增加而降低,下降趋势不明显,但当含水率较大时,抗跌碎性5-25下降幅度较大。原料粒径/mm图6原料粒径对稻草成型燃料抗跌碎性的影响Fig 6 Effect of size of straw on shatter resistance33稻草粉碎粒径的大小对成型燃料的松弛密度和成型效果影响较大。在可压缩成型范围内,稻草成型图5显示了原料粒径对稻草成型燃料抗渗水性燃料的松弛密度随着粒径的增大而减小。试验表明,的影响。由图5可知,成型燃料的抗渗水时间与稻草0-15mm中国煤化工压成型。粒径有密切关系,随着粒径的增大,成型燃料的抗渗CNMHG水性明显增强。这是因为,当原料粒径较大时,原料(下转第17页)第4期王亚轩:黑龙江省风电建设对环境的影响分析物带来一定的影响。黑龙江省的野生动物主要以小型动物为主,多为鼠、兔类、猫头鹰、狐狸等。施工期3结论间,取土、建筑机械、运输工具等产生的施工噪声可风电场建设过程中对环境的影响不容忽视,在能会惊吓这些动物,从而破坏了它们原有的安静栖我国大力发展风力发电为国民经济发展提供能源的息环境。迫使其离开原来的栖息地,从而使这类动物同时,我们也要注意其对环境造成的影响,保证环境种群大幅度减少。但因为施工规模、强度、时间相对问题在规划、设计阶段得到及时有效的处理,将其对较短,对野生动物环境的影响可以控制。风电杋组运环境影响降到最低,建立可持续发展的生态环境。行以后,因为各种噪声大幅度减弱,使部分受惊吓的动物随着生态环境的还原和修复渐渐迁徙回来。参考文献[1]方创琳,黄金川,张蔷等中国风电产业总体发展态势与2.5水土流失的影响分析对策研究[C上海国际风能大会论文集美国美国学者在施工过程中,由于场区建筑物地基开挖、风机出版社,2008机组基础开挖施工材料及回填土的临时堆放等,损[2】科学技术部中国农村技术开发中心风能利用技术M1坏一定量的植被、土地,扰动原地貌,形成一定面积北京:中国农业科学技术出版社,2006的裸露地表,并产生弃土弃渣,在风力、降雨等外营[3]艾晓燕.黑龙江省风电工程水土流失防治技术探讨.中国水土保持,2010(12):16-18力作用下将产生的水土流失。[4]赵大庆,王莹,韩玺山风力发电场的主要环境问题[J水土流失主要发生在施工准备期扰动地表及临环境保护科学,2005,31(6):66-67时施工材料的堆放流失。因此,水土流失的重点是在(5]赵慧,胡亚娟杨忠国等民用类建筑施工对环境的影响合理安排施工工期、规范主体工程施工工艺的基础效应分析[J.黑龙江八一农垦大学学报,2009,21(6)22-上注重临时防护。根据施工区的总体规划,施工期间,设计临时排水沟,施工结束后,对该区域进行土[6]于博,何秋艳李风鸣风电场建设中的水士流失及治理地整治,种植树木。在大风干燥的季节必要时采用洒措施[J]中国水土保持,2011(11):23-24.水车进行喷洒,防止风蚀。[7]杨小力西北地区风力发电的环境价值研究[]生态经济,2010(7):143-145(上接第14页[2]陈恒高,汪春,张吉军,等水稻植质钵育栽植技术的探讨3.4成型燃料的抗渗水时间与稻草粒径有密切关[J]黑龙江八一农垦大学学报,2004,163):38-41系,随着粒径的增大,成型燃料的抗渗水性明显增3]连政国曹崇文过热蒸汽干燥特性的试验研究[J农业强。稻草粒径对成型燃料的抗跌碎性影响不显著。机械学报,2000,31(1):66-68[4]胡建军.秸秆颗粒燃料冷态压缩成型实验研究及数值模拟[D大连:大连理工大学,2008参考文献:[5]谢启强.生物质成型燃料物理性能和燃烧特性研究[D]南京:南京林业大学,2008]张欣悦水稻植质钵育秧盘成型工艺试验研究[D]大庆:[6]盛奎川,吴杰生物质成型燃料的物理品质和成型机理的黑龙江八一农垦大学,2007研究进展[J]农业工程学报,2004,20(2):242-245中国煤化工CNMHG