生物質(zhì)壓縮成型

關(guān)于生物質(zhì)壓縮成型第1頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五目錄1.生物質(zhì)固化成型的基本理論2.生物質(zhì)固化成型的工藝3.生物質(zhì)固化成型的影響因素4.生物質(zhì)固化成型的物理性能衡量5.生物質(zhì)固化成型設(shè)備生物質(zhì)固化成型第2頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五第3頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五粗粉碎干燥細(xì)粉碎原料倉顆粒成型冷卻篩分包裝圖1瑞典生物質(zhì)固體成型工藝流程圖第4頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五1.生物質(zhì)固化成型的基本理論第5頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五生物質(zhì)壓縮成型，就是將各類生物質(zhì)廢棄物，如秸稈、稻殼、鋸末、木屑等，采用機(jī)械加壓的方法，使原來分散、無定形的原料壓縮成具有一定形狀、密度較大的固體成型燃料。體積縮小6～8倍，密度為1.1～1.4t/m3能源密度相當(dāng)于中質(zhì)煤。壓縮成型可分為兩個階段：第一階段，在壓力較低時(shí)，壓力使原本較為松散的固體顆粒排列發(fā)生改變，生物質(zhì)內(nèi)部的空隙減少；第二階段，當(dāng)壓力逐漸增大時(shí)，大顆粒破裂變?yōu)樾☆w粒，并發(fā)生變形或塑性流動，小粒子開始填充空隙，使顆粒間更加緊密接觸而互相嵌合，一部分殘余應(yīng)力則存儲在壓縮產(chǎn)品內(nèi)部，使顆粒間的結(jié)合更加牢固。第6頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五農(nóng)林廢棄物的主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素。木質(zhì)素為光合作用形成的天然聚合體，具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，在植物中的含量一般為15%～30%。是非晶體，沒有熔點(diǎn)但有軟化點(diǎn)，當(dāng)70℃～110℃時(shí)開始軟化，具有一定的粘度；當(dāng)200℃～300℃時(shí)粘度很高。第7頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五第8頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五第9頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五1.常溫常壓成型

在常溫下，對纖維類原料進(jìn)行水解處理，即把含有纖維類的原料放入水中浸泡數(shù)日，使纖維變得柔軟、濕潤皺裂并部分將解，然后再壓縮成型，使壓縮特性明顯提高，該工藝適用于原料水分較高的工藝；2.熱壓成型2.生物質(zhì)成型工藝第10頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五是目前普遍采用的生物質(zhì)壓縮成型方法。該成型工藝的特點(diǎn)是原料在擠壓的同時(shí)對原料進(jìn)行加熱。加熱的作用是：①使原料中的木質(zhì)素軟化、熔融而成為天然粘結(jié)劑；②使成型后的燃料外表層炭化，表面粘結(jié)作用減小使其能夠順利脫膜而不粘連，減少擠壓時(shí)動力消耗；③提供物料分子結(jié)構(gòu)變化所需的能量第11頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五3.預(yù)熱成型與熱壓成型相比，先對原料進(jìn)行預(yù)熱處理，使生物質(zhì)中的木質(zhì)素軟化，增強(qiáng)粘結(jié)作用，減少原料與模具之間的摩擦，使成型壓力減少，增加了成型部件的壽命。第12頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五4.炭化成型生物質(zhì)炭化是將松散的生物質(zhì)經(jīng)烘干或曬干、粉碎，然后在制炭設(shè)備中，經(jīng)干燥、干餾、冷卻等工序，將生物質(zhì)制成木炭的過程。通過生物質(zhì)炭化生產(chǎn)的木炭稱有機(jī)木炭。炭化后的原料在壓縮成型后生成的產(chǎn)品力學(xué)性能較差，在存儲、運(yùn)輸和使用時(shí)容易開裂和破碎，所以在成型時(shí)需要加入一定量的粘結(jié)劑，改變其力學(xué)性能。第13頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五炭化成型的兩種工藝流程圖第14頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五1.含水率在壓縮成型時(shí)水分起到粘結(jié)、潤滑和熱傳遞的作用。含水率太低，影響木質(zhì)素軟化，物料內(nèi)摩擦力和抗壓強(qiáng)度增大，壓縮成型時(shí)所需的壓力增大、能耗增高。含水率太高，影響熱量傳遞，并增大了物料與模具間的摩擦力，壓縮成型困難，成型燃料的質(zhì)量差；在高溫時(shí)，大量水變成蒸汽，而沒有及時(shí)從孔中排出可能會發(fā)生氣堵或放炮現(xiàn)象。影響生物質(zhì)固化成型的因素第15頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五2.成型壓力對生物質(zhì)原料施加壓力的主要目的是：①破壞物料原來的物相結(jié)構(gòu)，組成新的物相結(jié)構(gòu)；②加強(qiáng)分子間的作用力，使物料變得致密均實(shí)；③為物料在模內(nèi)成型及推進(jìn)提供動力。

隨著成型壓力的增大，成型塊物質(zhì)的結(jié)合力增大，結(jié)合強(qiáng)度提高，致密度大。當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，顆粒的機(jī)械性能和松弛密度趨于平穩(wěn)，無法產(chǎn)生明顯變化。第16頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五當(dāng)成型壓力不足時(shí),成型燃料的密度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn),成型物料的表面粗糙,物料與模具之間的摩擦力增大,成型過程將會很難進(jìn)行；當(dāng)壓力較大時(shí),物料容易擠壓成形,克服阻力，形成表面光滑且密度較高的燃料；當(dāng)壓力過大時(shí),成型較快，物料內(nèi)部受力不均勻，燃料沒有壓實(shí)，其內(nèi)部密度、強(qiáng)度和熱值不達(dá)標(biāo)第17頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五3.原料種類原料是生物質(zhì)成型燃料的根本,不同原料的相應(yīng)壓縮條件也有差異,這是由原料內(nèi)部的木質(zhì)素和纖維素含量不同而引起的。一般在不加熱條件下(或當(dāng)溫度較低時(shí)),纖維素類植物(如秸稈、樹皮等)較易成型,木材廢料則難壓縮,不易成型;但是在加熱條件下(或當(dāng)溫度較高時(shí)),由于纖維素類植物含木質(zhì)素較少,茹結(jié)能力弱,成型后勃結(jié)程度與低溫狀態(tài)相差不大;而木材廢料中由于含有較多的木質(zhì)素,雖然其本身難以壓縮成型,但木質(zhì)素軟化能夠起到赫結(jié)作用,在高溫條件下成型反而容易。第18頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五第19頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五第20頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五第21頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五4.原料的粒度原料粒度和均勻性的差異影響生物質(zhì)固化燃料的成型質(zhì)量、成型機(jī)的效率、產(chǎn)量及能耗等。小顆粒有充填特性、流動特性和壓縮特性。一般來說,粒度小的原料容易壓縮,粒度大的原料較難壓縮。原料尺寸過大,容易造成成型機(jī)工作不穩(wěn)定、進(jìn)料困難、壓縮設(shè)備能耗大且產(chǎn)品的成型效果不理想。第22頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五5.成型溫度加熱使生物質(zhì)物料達(dá)到適當(dāng)?shù)臏囟?能夠使生物質(zhì)中所含的木質(zhì)素軟化、熔融而成為粘結(jié)劑;使所壓縮燃料的外表層炭化,減少擠壓動力消耗;提供物料分子結(jié)構(gòu)變化所需的能量。如果成型機(jī)模內(nèi)達(dá)不到一定溫度,一則加工原料過于堅(jiān)硬不易被壓縮;再則原料內(nèi)的木質(zhì)素不能軟化,無豁結(jié)作用,使得原料難以成型。第23頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五第24頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五6.添加劑和粘結(jié)劑膨潤土、木質(zhì)素磺酸鹽、甘油、廢棄物包裝紙、亞麻纖維等。不僅可以提高物理性能降低能耗還可以提高熱值。第25頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五1.松弛密度2.耐久性①抗變形性

成型燃料的抗變形性（抗壓強(qiáng)度），是指成型燃料在破裂之前所能承受的最大斷裂載荷，主要反映的成型燃料在承受外界壓力作用條件下抗破壞的能力。②抗沖擊性③抗?jié)B水性和抗吸濕性4.生物質(zhì)固化成型的物理性能衡量第26頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五國內(nèi)外常見的壓縮成型設(shè)備有：㈠螺桿擠壓式成型機(jī)㈡活塞擠壓式成型機(jī)㈢壓輥式成型機(jī)①平板模顆粒成型機(jī)②環(huán)模顆粒成型機(jī)5.生物質(zhì)固化成型設(shè)備第27頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五螺旋擠壓成型技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)：成品密度高，成型棒料的密度都在1100～1400kg/m3；生產(chǎn)連續(xù)性好；成品質(zhì)量好，熱值高，適合于加工成炭化材料。缺點(diǎn)：產(chǎn)量低、能耗高、螺旋桿易磨損等，原料要求苛刻。螺旋擠壓成型機(jī)成型溫度一般在220~280℃，為了避免成型過程中原料水分快速汽化造成型塊開裂，一般將原料的含水率控制在8%～12%，所以要對物料進(jìn)行干燥處理，從而增加了成本。第28頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五活塞沖壓技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：成型密度大，允許物料的含水率較高。缺點(diǎn)：活塞做往復(fù)運(yùn)動導(dǎo)致生產(chǎn)率不高且產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，不適合炭化，活塞容易磨損，維修頻率高。第29頁，共33頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)13分，星期五圖3環(huán)模壓輥式成型部件結(jié)構(gòu)示意圖早在1994~1998年，江蘇正昌集團(tuán)公司聯(lián)合中國林科院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所便承擔(dān)了“林業(yè)剩余物制造顆粒成型燃料技術(shù)研究”項(xiàng)目，該項(xiàng)目成功研制了以木屑和刨花粉為主要原料的顆粒燃料成型機(jī)，其產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了日本“全國燃料協(xié)會”公布的顆粒成型燃料標(biāo)準(zhǔn)的特級或一級。缺點(diǎn)：生產(chǎn)成本高、壽