小麥秸稈和玉米秸稈開管壓縮能耗試驗

小麥秸稈和玉米秸稈開管壓縮能耗試驗

0秸稈壓縮成型技術近年來，隨著能源的增加，直接燃燒稻草發(fā)電成為有效的能源利用形式。另一方面，隨著規(guī)模化養(yǎng)殖的發(fā)展，稻草條件堆逐漸成為高效的綠色儲存技術。但秸稈分布分散和結構疏松等特點導致運輸和儲存過程中存在運輸體積大、儲存密度低及貯藏費用高等問題,限制了其大規(guī)模利用的經(jīng)濟性和可行性。秸稈壓縮成型是解決這一問題的重要途徑。秸稈壓縮方式分為“閉式”壓縮和“開式”壓縮,無論哪種壓縮方式,壓縮比能耗均是衡量秸稈壓縮性能的重要指標,直接關系到秸稈生物質(zhì)能的利用效率。目前,國內(nèi)外秸稈壓縮比能耗研究主要集中在秸稈顆粒壓縮成型方面,Faborode中國主要以“閉式”秸桿壓縮為主,各種工藝參數(shù)設計不合理導致壓縮能耗較高、產(chǎn)品質(zhì)量低等問題1材料和方法1.1不同秸稈用量測定收集中國農(nóng)業(yè)大學上莊實驗站小麥秸稈(品種:農(nóng)大211)和玉米秸稈(品種:農(nóng)大108)后作去葉和去毛根處理,并測定株高和稈徑。小麥秸稈和玉米秸稈各取100g左右機械切短至30~40mm長,風干至含水率10%~15%。含水率的測定采用烘干法1.2材料、試劑與儀器試驗器材主要有銀河牌電熱鼓風干燥箱(中國重慶銀河試驗儀器有限公司),AdventurerAB204-E分析天平(奧豪斯國際貿(mào)易有限公司),INSTRON3367材料試驗儀(美國INSTRON公司)。1.3控制秸稈含水率將風干后的秸稈,機械切短至30~40mm長,每種原料各取(500±5)g,通過計算每次加水量,對小麥秸稈進行覆水試驗使其含水率分別控制在(15±1.0)%、(35±2.0)%和(55±4.0)%,對玉米秸稈進行浸泡后風干至所需水分,使其含水率分別控制在(25±2.0)%、(45±4.0)%和(65±5.0)%,然后按照物料種類和含水率分別抽真空裝袋并冷藏待用。1.4預壓壓縮性能的測定“開式”壓縮是在無堵頭的容器中,裝填充物料預壓形成足夠大的預阻力,然后將物料喂入一次壓縮一次,它的阻力來源于壓縮物料的移動和變形阻力,以及壓縮室內(nèi)物料與容器壁的磨擦阻力1.5數(shù)據(jù)采集和處理軟件比能耗E是指生產(chǎn)單位質(zhì)量成型燃料所消耗的能量(J/g)。計算公式式中,E為比能耗,J/g;S為壓縮位移,mm;F為壓縮載荷,N;m為秸稈質(zhì)量g;l為壓縮行程,mm。通過INSTRON公司Bluehill2.0數(shù)據(jù)采集和處理軟件獲取試驗數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)用Matlab7.0計算和作圖,用SPSS16.0軟件的Univarte過程進行多因素方差分析,采用最小顯著差數(shù)法(LeastSignificanceDifference,LSD)進行多重比較等。2結果與分析2.1反復壓縮所需載荷按照1.4完成秸稈“開式”壓縮試驗,通過計算機記錄載荷數(shù)據(jù),分別比較小麥秸稈農(nóng)大211和玉米秸稈農(nóng)大108在壓縮位移固定條件下,同一含水率、不同壓縮頻率試驗中單次壓縮所需載荷,如表1和表2所列。表1和表2中多重比較分析表明,同一含水率水平下,當壓縮次數(shù)大于2且壓縮位移相同時,不同壓縮頻率小麥秸稈單次壓縮所需載荷無顯著差異(P>0.05),玉米秸稈沒有明顯規(guī)律,據(jù)文獻[20]推知秸稈壓縮密度小于200kg/m從表1可以看出,同一壓縮頻率下,高含水率小麥秸稈單次壓縮所需載荷增長速率較低含水率的大,并且壓縮次數(shù)的增加導致不同含水率之間的單次壓縮所需載荷差異變小,壓縮頻率為1次/min時,不同含水率小麥秸稈第8次的單次壓縮所需載荷值均接近4000N。這是由于小麥秸稈的水分主要是通過減小秸稈之間和秸稈與筒壁之間的摩擦來減小壓縮中的阻力所致;經(jīng)過反復壓縮后高含水率的秸稈水分逐漸散失,減小摩擦能力變?nèi)?因此高含水率小麥秸稈經(jīng)反復壓縮后也會出現(xiàn)難壓縮狀況,壓縮載荷或壓縮能耗變大。表2中不同含水率的玉米秸稈隨著壓縮次數(shù)的增加,其單次壓縮所需載荷增長速率無明顯減小趨勢,這主要是由于玉米秸稈是實芯復合結構,有一定的儲水能力,而小麥秸稈是薄壁空心秸稈,因此,經(jīng)反復壓縮后的玉米秸稈水分散失速度不及小麥秸稈快。2.2不同頻率和含水率對小麥秸稈和玉米秸稈體系化能的影響通過計算機記錄的秸稈壓縮位移和載荷數(shù)據(jù),利用MATLAB7.0軟件中積分函數(shù)cumsum編程獲得不同壓縮條件下的壓縮位移-比能耗曲線。以秸稈壓縮試驗結束后的比能耗(J/g)作為壓縮特性評價指標,比能耗結果如表3所列,方差分析和多重比較結果如表4、表5和表6所列。表3中每一數(shù)據(jù)為3次試驗均值。從表3可以看出,“開式”壓縮試驗中,小麥秸稈在含水率55%和壓縮頻率0.5次/min時,壓縮比能耗最小;玉米秸稈在含水率65%和壓縮頻率為0.5次/min時,壓縮比能耗最小。從表4可以看出,壓縮頻率和含水率對小麥秸稈和玉米秸稈壓縮比能耗影響均顯著。隨著壓縮頻率的減慢和含水率的增加,秸稈壓縮比能耗逐漸減小。由公式(1)可知,壓縮比能耗的大小與壓縮載荷直接相關,含水率的增大因減小筒壁摩擦而導致壓縮載荷減小,進而減小壓縮比能耗;壓縮頻率的減慢通過減少壓縮次數(shù)導致壓縮載荷減小,進而降低壓縮比能耗。表5中小麥秸稈壓縮頻率1與0.75次/min比能耗和含水率15%與35%比能耗均沒有顯著差異,說明在一定范圍內(nèi),壓縮頻率的增大和含水率的減小沒有從本質(zhì)上增大比能耗。表6中壓縮頻率0.5與0.75次/min的玉米秸稈比能耗和含水率45%與65%的玉米秸稈比能耗均沒有顯著差異,說明壓縮頻率的減小和含水率的增加對于對玉米秸稈壓縮比能耗的減小是有極限的,本試驗范圍內(nèi),小于0.75次/min壓縮頻率和大于45%含水率對于玉米秸稈壓縮比能耗的減小無實際意義。4含水率、壓縮頻率對比能耗的影響1)同一品種小麥秸稈,當物料含水率在15%~55%時,隨著壓縮頻率的增加,比能耗逐漸增大;同一品種的玉米秸稈,當物料含水率在25%~65%時,隨著壓縮頻率的增加,比能耗也逐漸增大。含水率和壓縮頻率對壓縮系統(tǒng)秸稈比能耗均有顯著影響(P<0.05)。2)同一品種的小麥秸稈和玉米秸稈,當壓縮頻率在0.5~1次/min時,隨著含水率的增加,比能耗相應減小。較高含水率小麥秸稈經(jīng)反復壓縮后壓縮能耗變化速率加快。3)本研究主要針對秸