第13卷第16期2013年6月科學技術(shù)與工程Vol. 13 No. 16 Jun. 20131671-1815(2013)164765-04Science Technology and Engineering⊙2013Sci.Tech. Engrg生物質(zhì)成型技術(shù)的研究任愛玲閆石(河北科技大學,石家莊050018;河北省固體廢物資源化工程技術(shù)研究中心,石家莊050018)摘要以玉米秸稈、楊樹鋸末和桰桐樹葉生物質(zhì)為研究對象,經(jīng)收集、破碎等預處理后,常溫下裝入成型模具進行成型實驗。研究成型壓力、含水率及原料粒徑對生物質(zhì)成型效果與成型成品物理特性的彩響。為生物質(zhì)成型燃料的生產(chǎn)和使用,燃燒設(shè)備的研制以及合理選擇燃燒設(shè)備的種類提供理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞生物質(zhì)成型燃料影響因素松弛密度耐久性中圖法分類號X712;文獻標志碼A生物質(zhì)是一種清潔的可再生能源,我國農(nóng)作物儀器:FE220型粉碎機,上?？坪銓崢I(yè)發(fā)展有限秸稈年產(chǎn)量約7×108t,相當于3.5×103t標準公司;H210電子天平,福州華志儀器有限公司;煤。除此之外,我國每年還有將近1×10t左右XRY-1B微機氧彈量熱計,上海昌吉地質(zhì)儀器有限的林業(yè)廢棄物,如樹枝、樹葉、鋸末、木屑、板片等。公司;SRⅨX4-13可控溫烘箱(箱式電阻爐),北京科農(nóng)村生物質(zhì)作為一種農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品,在我國偉永鑫儀器設(shè)備廠。有著產(chǎn)量大、分布廣的特點,同時也成為一項重要1.2實驗部分的生物質(zhì)資源,具有資源豐富含碳量低的特點2)。1.2.1樣品處理隨著近代科學的進步,生物質(zhì)的利用出現(xiàn)了許將收集到的生物質(zhì)原材料進行晾曬等初步干多新方法新工藝新設(shè)備,其中生物質(zhì)壓縮成型技燥處理,而后使用多粒徑破碎機進行破碎,得到10術(shù)是生物質(zhì)能的一種簡單、實用的利用形式。通mm、15mm、0.5mm粒徑的材料。將一定量樣品過對原材料進行干燥、破碎、加入黏合劑等方法進粉末放置加熱皿中,置于烘箱內(nèi),設(shè)定溫度105℃,行預處理,在成型機高壓條件下,壓縮成柱狀或顆放置時間24h以上。烘干結(jié)束后,將加熱皿置于干粒狀的高密度成型燃料,為高效利用生物質(zhì)提供了燥皿中至常溫。取出一定量的三種生物質(zhì)原料平新途徑4。鋪于培養(yǎng)皿中,噴入水霧,均勻攪拌,調(diào)配出含水率為8%、12%、17%的實驗原料。將所有原料用密封1實驗部分袋密封,防止吸收空氣中水分,放置陰涼處保存。1.1實驗材料及儀器1.2.2元素分析與工業(yè)分析材料:生物質(zhì)原材料為玉米秸稈、楊樹鋸末、梧根據(jù)國家標準GB/T211-1996、GBT212桐樹葉,均產(chǎn)自河北省石家莊市南郊。2001、GB/T212-2001和GB/T213—2008進行了三種生物質(zhì)的工業(yè)分析、元素分析和熱值分析,結(jié)2013年2月8日收到,2013年3月15日修改果見表1第一作者簡介:任愛玲(19653-),女,漢族,河北龐泉人,河北科技大1.2.3生物質(zhì)成型實驗學環(huán)境科學與工程學院教授,研究方向:污染控制和廢物資源化。E成型壓力、含水率將根據(jù)文獻資料和實際情況mal; ailing@163.cm。進行選擇。成型壓力:10MPa、25MPa、50MPa;含通信作者簡介:閆石(1986),男,漢族,河北衡水人,河北科技水率:8%、12%、17%;成型粒徑:0.5mm、1.5mm、大學環(huán)境科學與工程學院碩士研究生,研究方向:污染控制和廢物10mm。將資源化。E-mal:yanshi198677@163.com。中國煤化工n的柱形模具中常溫條件YHCNMHG,為使結(jié)果精476科學技術(shù)與工程13卷確每個條件下成型試驗重復5次,取平均值。從此高度自由落下到鋼板(厚度不小于15mm,長約表1工業(yè)分析、元素分析、熱值分析結(jié)果1200mm,寬約900m),連續(xù)落下5次。將樣品倒入15mm方孔篩內(nèi),經(jīng)過篩分后,稱量篩上物的玉米秸稈楊樹鋸末梧桐樹葉質(zhì)量。含水量%7.367.839.14按下式計算生物質(zhì)壓塊的抗跌碎性:工業(yè)分析揮發(fā)分/%75.11灰分10.26SS15=M5/M×100%。固定碳/%5.49其中SS;-生物質(zhì)壓塊抗跌碎性;M15大于15mm元素分析0.700.920.73C/%43.5745.83的生物質(zhì)壓塊的質(zhì)量(g);M0一裝袋時生物質(zhì)壓塊TOC/%37.33的質(zhì)量(g)。3.825.24抗?jié)B水性:將不同實驗條件下的成型成品浸沒0.130.220.17熱值分析樣品彈熱值(g2)162381942018066于27℃的水面下25m處靜置,觀察并記錄成型燃料完全剝落分解的時間(1)不同成型壓力成型試驗取粒徑均為1.5mm的玉米秸稈、楊樹鋸末、梧2結(jié)果與分析桐樹葉三種原料,成型壓力為10MPa、25MPa、502.1成型壓力對生物質(zhì)成型效果的影響MPa,常溫條件下進行成型實驗。(2)不同含水率成型試驗表2不同成型壓力下生物質(zhì)成型燃料的成型效果將粒徑為1.5mm,含水率為8%、12%、17%的原料種類成型壓力MPa成型效果描述生物質(zhì)原料在成型壓力為25MPa,常溫條件下進行玉米秸稈10成型效果好表面有細小裂紋,密實,硬度較小成型實驗。成型效果好,表面光滑密實,硬度大3)不同粒徑成型試驗50成型效果好,表面光滑,密實,硬度較大楊樹鋸末基本成型,有裂縫松散硬度較小取含水率為8%,粒徑分別為:0.5mm、1.525成型效果好,表面光滑,密實,硬度大mm、10mm的生物質(zhì)原料,在成型壓力為25MPa,50成型效果好表面光滑,密實,硬度較大常溫條件下進行實驗。梧桐樹葉10成型效果好表面較松散較密實硬度適中1.2.4生物質(zhì)成型燃料的物理特性測定成型效果好,表面光滑密實,硬度大(1)松弛密度50成型效果好,表面光滑,非常密實,硬度大將所有實驗條件下的生物質(zhì)成型成品,在密封櫥中放置3天后,測量成型燃料的尺寸及質(zhì)量大小,2.2含水率對生物質(zhì)成型效果的影響按下式計算生物質(zhì)燃料的松弛密度表3不同含水率下生物質(zhì)成型燃料的成型效果原料種類含水率/%成型效果描述其中p松弛密度(g/cm3);m-生物質(zhì)放置3d后玉米秸稈8成型效果好,表面光滑密實,硬度大質(zhì)量(g);V一生物質(zhì)放置3d后體積(cm)。12成型效果好,表面光滑較密實硬度大(2)耐久性17基本成型,底部有裂痕較密實硬度小主要進行生物質(zhì)成型成品的抗跌碎性、抗?jié)B水楊樹鋸末8基本成型,有裂縫松散硬度較小12成型效果好,表面光滑,非常密實,硬度較大性的測定。17不成型,表面有較大裂痕松散抗跌碎性:依照煤的抗碎強度測定方法(GB/樹葉8成型效果好,表面光滑,密實硬度大T15459-1995)對生物質(zhì)成型燃料進行實驗。稱型效果好表面有細小裂痕密實硬度大500g生物質(zhì)成型燃料,裝入袋內(nèi),排除空氣,扎緊袋中國煤化工較密實,硬度小口。用刻度尺量出2m的高度,讓裝有樣品的袋子CNMHG16期任愛玲,等:生物質(zhì)成型技術(shù)的研究47672.3粒徑對生物質(zhì)成型效果的影響由以上測量數(shù)據(jù)可知,成型壓力、原料含水率表4不同成型壓力下生物質(zhì)成型燃料的成型效果及粒徑對成型燃料的松弛密度場均起著至關(guān)重要原料種類粒徑/mm成型效果描述的作用。三種生物質(zhì)都呈現(xiàn)出松弛密度隨成型壓玉米秸稈0.5成型效果好,表面光滑,密實硬度大力的增大而增大的趨勢,說明一定成型壓力范圍內(nèi)1.5成型效果好,表面光滑密實,硬度大10成型效果好,表面有分層現(xiàn)象密實硬度較大增大壓力會對成型材料的松弛密度產(chǎn)生促進作用。楊樹鋸末0.5成型效果好,表面有細小裂紋密實硬度大三種生物質(zhì)均在含水率為12%的條件下產(chǎn)出了最1.5成型效果好,密實,表面光滑硬度大10成型效果好,表面稍有分層現(xiàn)象硬度較大大松弛密度的成型燃料,在8%-12%范圍內(nèi)松弛梧桐樹葉0.5成型效果好,表面光滑密實硬度大密度隨含水率增大而增大,在12%~17%范圍內(nèi)松成型效果好,密實,表面光滑,硬度大弛密度隨含水率增大而減小。這一現(xiàn)象說明了含10成型效果差,表面分層現(xiàn)象明顯,硬度較大水率過大,成型過程中原料中的水分被快速汽化,24生物質(zhì)成型燃料的物理特性造成燃料棒出模時漲裂,表面粗糙,無法成型,即使在生物質(zhì)成型燃料的各種理化品質(zhì)特性中,除成型了,由于成型質(zhì)量不好,松弛密度低,也會增加燃燒特性外,成型燃料的物理品質(zhì)是最重要的理化包裝和運輸成本,在使用過程中造成不便,影響生特性,它直接決定了成型燃料是否符合使用和儲運物質(zhì)成型燃料的使用。要求。而松弛密度和耐久性是衡量成型塊物理品2.4.2耐久性質(zhì)特性的兩個重要指標6。耐久性常用抗跌碎性和抗?jié)B水性指標來描述。2.4.1松弛密度抗跌碎性是指成型燃料在儲運過程中承受一定跌松弛密度是指生物質(zhì)成型后由于彈性變形和落和碰撞時的抗破碎能力。生物質(zhì)成型燃料的耐應力松弛其成型密度逐漸減小,一段時間后密度趨久性直接影響生物質(zhì)成型燃料的儲運性能。于穩(wěn)定,此時成型燃料的密度即為松弛密度。松弛密度要比模內(nèi)最終壓縮密度小。它是決定成型燃表8不同壓力下三種生物質(zhì)的耐久性料物理品質(zhì)和燃燒性能的一個重要指標。玉米秸稈楊樹鋸末梧桐樹葉壓力/MPa抗跌碎抗?jié)B水抗跌碎抗?jié)B水抗趺碎抗?jié)B水表5不同壓力下三種生物質(zhì)成型燃料松弛密度性/%性/h性/%性/h性/%性/h玉米秸稈楊樹鋸末梧桐樹葉壓力松弛密度松弛密度松弛密度2587.45785.6783.205/(g·cm-3)/(g·cm-3)/(g·cm-3)5095.1694.3294.78100.590.表9不同含水率下三種生物質(zhì)的耐久性0.710.650.74令玉米秸稈楊樹鋸末梧桐樹葉表6不同含水率條件下三種生物質(zhì)成型燃料松弛密度率%抗跌碎抗?jié)B水抗跌碎抗?jié)B水抗跌碎抗?jié)B水”性/%性/h性/%性h性/%性h玉米秸稈楊樹鋸末梧桐樹葉含水率4585.67783.206松弛密度松弛密度松弛密度1295.371093.682.98/(g·cm(g·cm3)/(g·cm3)1776.463.750.590.580.0.62表10不同粒徑下三種生物質(zhì)的耐久性0.54粒徑一玉米秸稈楊樹鋸末梧桐樹葉表7不同粒徑下三種生物質(zhì)成型燃料松弛密度抗跌碎抗?jié)B水抗跌碎抗?jié)B水抗趺碎抗?jié)B水玉米秸稈楊樹鋸末梧桐樹葉性/%性h性/%性/性/%性h粒徑松弛密度松弛密度松弛密度0.58487.42(g·cm-3)/(g:cm3)/(g·cm-3)1.596.9396.7895.40100.590.580.62中國煤化工0.74由以上CNMH好松弛密度4768科學技術(shù)與工程13卷的成型燃料,它的抗跌碎性和抗?jié)B水性都很強,尤5)原料粒徑增大,抗?jié)B水時間也相應延長,但其是1.5mm粒徑下的三種生物質(zhì)原料在25MPa燃料表面會變得粗糙,中間會出現(xiàn)裂縫,松弛密度壓力,8%含水率條件下生成的成型燃料,不僅松弛降低,不利成型。密度較大,而且抗跌碎性和抗?jié)B水性均很好。也就(6)粒徑為1.5mm的生物質(zhì)原料在25MPa,是說成型燃料的耐久性與松弛密度大小成正比。含水率在8%~12%范圍內(nèi),玉米秸桿、楊樹鋸末、3結(jié)論梧桐樹葉三種生物質(zhì)材料成型效果最好(1)三種生物質(zhì)的揮發(fā)分均較高而固定碳含量參考文獻較低,發(fā)熱量均高于二類煙煤標準,表明生物質(zhì)的1李美華,俞國勝,生物物質(zhì)燃料成型技術(shù)研究現(xiàn)狀.木材加工機燃燒利用價值很大。械,2005;(2):36-40(2)成型過程中成型壓力、原料含水率及粒徑徐芯惠,王維新,吳杰.棉稈燃料成型壓縮技術(shù)的研究,農(nóng)業(yè)與技術(shù),2005;(2):97-98是影響成型燃料松弛密度及耐久性的主要因素。3盛奎川,吳杰.生物物質(zhì)成型燃料的物理品質(zhì)和成型機理的研(3)松弛密度、抗跌碎性和抗?jié)B水性都隨成型究.農(nóng)業(yè)工程學報,2004;20(2):242-245壓力增大而增大。常溫下的生物質(zhì)成型工藝存在4HanY, Tamer U, Nesim S. Briquetting最低成型壓力,在10MPa左右。壓力在25MPa以 to be used as a rural fuel source. Biomass and Bioenergy,,2010上成型效果比較好,但成型壓力過大,成型燃料物5 Vamvuka D. Troulinos s Kastanaki E. The effect of mineral matter on過于緊實,反而能耗會迅速增大,不利燃燒。the physical and chemical activation of low rank coal and biomass ma-4)原料含水率大小對松弛密度和抗?jié)B水性的terials. Fuel,2006;(85):1763-1771影響很顯著,原料含水率也是關(guān)系到生物質(zhì)能否成6DasP, Ganesh a, Wangikar E. Influence of pretreatment for deashing型的重要因素之一。含水率太高或太低都不能使of sugarcane bagasse on pyrolysis products, Biomass and Bioenergy得生物質(zhì)壓縮成較為理想的成型燃料。實驗表明2004;(27):445-457含水率在8%~12%范圍內(nèi),無論是對燃料的松弛7劉偉軍,王佐民,于曉東,等.生物物質(zhì)型煤燃燒機理分析和燃燒速度試驗研究,煤炭轉(zhuǎn)化,1998;(4):52-57密度還是耐久性均是非常有利的。Biomass Briquetting Technology ResearchREN Ai-ling, YAN ShiHebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, P. R. ChinaSolid Waste Utilization Engineering and Technology Research Center in Hebei province, Shijiazhuang 050018, P. R. China)Abstract] The corn stover, poplar sawdust and tree leaves raw biomass are selected for the study, by collecting, crushing and other pretreatment, room temperature, loaded with molding mold molding experiments. Re-search molding pressure, moisture content, and raw material particle size of of biomass forming effect and moldingfinished physical characteristics. A theoretical basis was provided for biomass molding fuel production and use, de-velopment of combustion equipment and reasonable choice of the type of combustion equpmentI Key words biomass densification briquetting fuel influencing factors relax density durability中國煤化工CNMHG