秸秆切碎及压缩成型特性与设备研究

【摘要】： 我国各类农作物秸秆资源十分丰富，每年产出量多达6.4亿t。随着经济和社会的发展，农业主产区秸秆资源大量过剩问题日趋突出，农民就地焚烧秸秆，造成严重的环境污染和资源浪费。因此，研究生物质能转换技术，将丰富的农林废弃物资源变废为宝，转换为优质燃料，是保护生态环境，促进农业可持续发展的重要课题。将农林废弃物用机械加压的方法压缩成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料，已越来越受到人们的重视。 本文以棉秆等硬茎秆为研究对象，研究秸秆原料特性和压缩特性，成型块的松弛特性与粘接成型机理；研制秸秆切碎样机并进行性能试验；对柱塞式压缩成型设备进行方案设计。 1．试验分析秸秆原料的力学特性和物理化学性能。棉秆、桑枝的灰分含量小，含硫量低，作为生物质燃料具有明显的优点。木质素含量较高，热压成型有利于提高成型的粘接力。剪切强度大于麦秆等软茎秆，与高级木材的剪切强度相当，切碎时必须充分考虑其具有较大剪切强度的特点。 2．设计了适合于农作物硬茎杆切碎的直刃刀切碎机，其喂入机构能适应硬茎杆的物料特性而自动调节喂入高度，样机的性能试验结果表明：实际切碎生产率与理论切碎生产率基本接近，切碎机技术参数设计合理。该机具有细小颗粒产量高的特点，切碎物料粒度为0～10.0mm的约占71％。同时，该机具有产率高、能耗低、使用方便等特点。 3．试验研究了棉秆高密度压缩成型的规律，切碎棉秆压缩成型可分为3个阶段：松散阶段(压力0-8MPa)、过渡阶段(压力8-40MPa)和压紧阶段(压力＞40MPa)。建立了压缩过程中压缩密度与压力的数学模型方程，其表达式为：研究了压缩比能受压力、粒度和含水率变化的影响。在初始密度相同的条件下，随着压力增大，压缩比能增大，但在压紧阶段，压缩比能增加对提高棉秆的压缩密度效果不明显：在最大压力相同条件下，粒度越小或含水率越低，压缩比能也越小。 4．试验研究了压力、温度、粒度和含水率变化对成型块松弛特性的影响。随着压 摘要 力增大，成型块的松弛密度增大，松弛比相应减小。棉秆常温压缩比加温压缩的松弛比 大，但温度在120－180’C范围内变化时，成型块的松弛比变化不明显。棉秆的切碎粒度 越小，松弛比越小。但粒度在 0－10 mm变化时，松弛密度没有明显差异。棉秆的含水率 越低，松弛比越大，耐久性也越差，过干干燥的物料难以压缩成型。另外，从物理特性 和生化特性等方面揭示了成型块的粘结机理。 5．在比较现有成型工艺。成型设备的基础上，提出了预热成型新工艺，确定了秸 秆预热成型的工艺参数，设计了预热器和柱塞式压缩成型装置。 【关键词】：生物质 秸秆 棉秆 切碎 压缩 成型块 松弛密度 粘结机理
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：S216.2;S226
【目录】：

• 致谢4-5
• 中文摘要5-10
• 第一章 绪论10-23
• 1．1 研究的目的和意义10-11
• 1．2 秸秆综合利用现状11-13
• 1．3 秸秆压缩成型研究现状13-21
• 1．3．1 秸秆的物理特性13
• 1．3．2 秸秆的切碎特性13-14
• 1．3．3 秸秆的压缩特性14
• 1．3．4 压缩成型方式14
• 1．3．5 压缩成型影响因素14-15
• 1．3．6 压缩成型工艺15-17
• 1．3．7 压缩成型设备17-21
• 1．4 本文的研究内容21-23
• 第二章 秸秆原料分析23-29
• 2．1 组织结构23-25
• 2．2 化学成分25
• 2．3 吸水性25-26
• 2．4 燃料特性26-27
• 2．5 力学特性1827-29
• 2．5．1 试验材料与方法27-28
• 2．5．2 试验结果与讨论28-29
• 第三章 秸秆切碎机结构设计29-38
• 3．1 切碎器设计29-33
• 3．1．1 切碎方式选择29-30
• 3．1．2 切碎原理分析30-31
• 3．1．3 割刀参数分析31-32
• 3．1．4 主要技术参数确定32-33
• 3．2 喂入机构设计33-34
• 3．3 传动系统设计34-35
• 3．4 总体结构设计35-36
• 3．5 样机的性能试验36-38
• 第四章 秸秆的压缩特性分析38-51
• 4．1 概述38-41
• 4．2 缩过程试验与分析41-44
• 4．2．1 材料与方法41-43
• 4．2．2 结果与讨论43-44
• 4．3 压力与压缩密度的关系44-47
• 4．3．1 模型方程的建立44
• 4．3．2 非线形回归分析44-47
• 4．4 压缩过程能耗分析47-50
• 4．4．1 压缩比能的计算方法47-48
• 4．4．2 压缩比能的影响因素48-50
• 4．5 结论50-51
• 第五章 成型块的松弛特性与粘结机理51-59
• 5．1 成型块的物理性能51-52
• 5．1．1 松弛密度51
• 5．1．2 耐久性51-52
• 5．2 松弛特性试验分析52-55
• 5．2．1 试验条件与方法52-53
• 5．2．2 试验结果与讨论53-55
• 5．2．3 结论55
• 5．3 压缩成型的粘合机制55-59
• 5．3．1 成型过程的物理特性56-57
• 5．3．2 成型过程的化学特性57-59
• 第六章 秸秆成型机方案设计59-69
• 6．1 成型工艺方案选择59-62
• 6．1．1 成型工艺方案比较59-61
• 6．1．2 预热成型工艺路线61-62
• 6．2 成型部件的力学分析62-67
• 6．2．1 成型块成型过程分析62-63
• 6．2．2 压模筒及物料的受力分析63-67
• 6．3 成型设备结构设计67-69
• 6．3．1 柱塞式成型机67-68
• 6．3．2 预热器68-69
• 第七章 总结与展望69-71
• 7．1 总结69-70
• 7．2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 英文摘要75-76

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