玉米秸杆生物燃料螺旋压力机设计综述王忠浩[最终版]

第一篇：玉米秸杆生物燃料螺旋压力机设计综述王忠浩[最终版]

玉米秸秆生物燃料能源螺旋压力机设计综述

题目名称：秸秆能源固化成型燃料 学院名称：材料科学与工程

专业班级：材料成型及控制工程0902 指导教师：范亚地 学生姓名：王忠浩

研究的目的：长期以来,秸秆资源一直作为炊事、取暖燃料而直接燃烧,不仅热效率低下,还严重污染了大气环境。在煤炭、石油价格不断上涨,而农作物秸秆日益过剩的现状下,充分利用秸秆资源在农村地区推广适宜的固化成型燃料及其配套的燃烧设备,对增加农民收入,提高农民生活质量,解决环境污染和资源浪费问题,促进农村经济可持续发展都将起到积极作用。也是保障我国能源安全和提高农业地位的战略选择,必然会成为一种发展趋势。

研究的主要内容：秸秆固化成型燃料（也称秸秆压块燃料）是利用机械设备将秸秆粉碎后再压缩制成的块状、棒状或颗粒状燃料。秸秆固化成型燃料既保留秸秆原先所具有的易燃、无污染等优良燃烧性能，又具有耐烧特性，且便于运输、销售和贮存。此外，秸秆固化成型燃料由于取自自然状态的原料，不含易裂变、爆炸等化学物质，因此不会像其他能源那样，发生中毒、爆炸、泄漏等事故。秸秆固化成型燃料既可以作为优质替代燃料供锅炉、采暖炉、茶水炉及炊事等使用，又可用作工农业生产燃料，也可用于替代燃煤发电，还可经过进一步深加工，用于生产人工木炭、活性炭等高附加值产品。

现状： 长期以来，人们一直把秸秆看作是农业的副产品，存在重粮食利用、轻秸秆利用的传统观念。传统农业和简单再生产对秸秆的利用，仅仅是烧火做饭、饲养牲畜、盖房、取暖和肥田等。随着现代农业和现代加工技术发展，对农作物秸秆的认识应有一个转变。我国每年生产7亿多t农作物秸秆,但仅有30%左右被作为造纸工业、建筑业及手工业的原料利用,其余的5亿t秸秆被焚烧或废弃,不仅造成浪费,而且大量焚烧,污染环境,土壤矿化,甚至带来其他社会损失。众所周知，过分使用化石原料已造成严重的环境污染，减排温室气体和减缓全球大气变暖已成为人类的共识。目前我国so：和Co：的排放量分居世界第一和第二位，酸雨区面积已占到国土面积的30%左右。预计到2020年，so：和Co：的排放量将分别达到4000万吨和3500万吨，而环境容量分别仅为1620万吨和1880万吨。高效利用秸秆等生物质资源可以有效地减排Co，如能实现秸秆等生物质资源替代5000万吨石油消费，则每年可减排1.6亿吨C0.因此,大力推广农作物秸秆综合开发利用技术,合理利用好这些资源并发挥其潜力,对农业和农村经济可持续发展具有重要的现实意义。

主要的方法和手段：生物质秸秆固化成型技术概述生物质固化成型技术是将经过粉碎、具有一定粒度的生物质,放入挤压成型机中,在一定压力和温度的作用下,制成棒状、块状或粒状物的加工工艺。成型燃料热性能优于木材,与中质混煤相当,而且点火容易,便于运输和贮存。生产生物质成型燃料的工艺流程如下:秸秆收集→干燥→粉碎→固化成型→成品→燃烧→供热。我国农作物秸秆资源十分丰富，每年产量在7亿吨以上，但由于利用水平和能力的限制，目前还有40%左右的秸秆没能获得有效利用，焚烧后会造成严重的烟气污染。对富余秸秆进行能源化利用，不仅可以变废为宝，有效减少化石能源消耗，促进气体减排，消除秸秆焚烧导致的环境污染，还可以提供丰富的清洁替代能源和化学品，增加农民收人和发展农村经济，实现物质和能量的循环利用。

据统计,目前国外生物质成型的主要技术方式有4种,即颗粒成型机、螺旋连续挤压成型机、机械驱动活塞式成型机和液压驱动活塞式成型机,这些成型机制作精良、运行平稳、生产连续,其中螺旋挤压式成型机一直占据着成型机市场的主导地位。但是由于经济条件、技术水平、管理体制、生活习惯等差异,我国不能照搬这些国家的做法,必须走符合中国实际的道路,使秸秆成型燃料成为我国农村地区能源需求的首选.在技术不断发展的同时我们也看到,虽然针对不同的生产情况,成型机有着不同的结构形式,但在原理上均可总结为物理法 成型。所谓物理法 成型主要指是将经过粉碎、具有一定粒度的秸秆原料,放入挤压成型机中,在一定压力和温度的作用下,直接制成棒状、块状或粒状燃料。其成型机理主要是木质素起胶黏剂的作用,即当温度在70!~110!时黏合力开始增加,在200!~300!时发生软化、液化,此时再加以一定的压力,并维持一定的热压滞留时间,可使木质素与纤维致密黏接,冷却后即可成型。物理法 成型技术的应用是因其具有设备实用化、小型化、简单化等特点,但近年来在我国推广应用中也表现出了一系列的问题,例如成型设备标准不统一、操作弹性小、易出故障、不易连续工作、易损件费用偏高等,限制了广泛应用于实际生产过程中.从成型原理上来讲,粉碎后的秸秆堆积密度一般在0.1~0.25之间,而加工后的燃料块密度在0.7~1.2之间,这个过程完全是通过设备产生的强大的压力或挤压力克服物料的弹性进行强制压缩堆积来完成的。同时由于秸秆物料松散、无粘结性能,在加工过程中需要与设备的接触面强烈摩擦升温,当物料温度升到一定值时,开始失去弹性,同时分解出焦油物,在一定压力下粘结成型。所以在整个的加工过程中需要产生的物料收缩比很大,并且是在高温强摩擦状态下进行,这就要求设备功率要大,构成机构机件强度要高、运行稳定性要好,接触物料的部件表面要耐高温摩擦,这也是导致我国目前物理法 成型技术出现以上缺陷的主要原因。

从秸秆加工的技术原理上分析,技术的改进着重点应放在消除秸秆物料的弹性,改善物料表面状态,使物料具备一定的粘结性能或在少量粘结剂存在条件下可以在常规成型机中在常温条件下成型,目前正在示范中的轻度炭化法生物质成型技术正是对这一思路的实践和展示。该方法首先对秸秆物料进行轻度炭化处理,以改善其表面活性,再与少量粘结剂.可以实现在普通的成型机中成型。该技术有效地克服传统加工设备电耗高、生产过程不稳定等问题,易实现大规模生产。另外它可以与轻度脱水的牛粪或沼渣(50%以下)按比例混合制成生物质成型燃料,开辟了农业废弃物资源综合利用的新途径.能源是人类社会生存和发展的重要物质基础 能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。

人类迄今已有400万年的历史，在这期间，人类从学会使用火开始，经过石器、铁器时代，直到近代工业化革命，各种技术发明使人类文明到达了一个前所未有的高度。同时，人类消耗的能源也日益增长，其中煤、石油等是今天主要的能源来源。今天，能源更是人类社会赖以生存和发展的物质基础，在国民经济中具有特别重要的战略地位。能源相当于城市的血液，它驱动着城市的运转。现代化程度越高的城市对能源的依赖越强，因为能源在维系以下重要功能：照明、交通、餐饮、供暖、降温、自动化管理系统。能源是人类社会进步最为重要的基础“当今社会人类面临着环境与发展的双重压力,化石燃料终将耗尽己是无可辩的事实,它对环境的危害亦是有目共睹”二氧化碳!二氧化硫的大量排放,导致气候变暖酸雨增加,汽车尾气使得城市空气质量每况愈下“许多国家对能源政策进行调整,各国纷纷采取节能和扩大能源开发的新举措”生物质是各种生命体产生或构成生命体的有机质的总称,生物质所蕴含的能量称为生物质能;从能源利用角度来看，生物质能转换技术的研究受到各方面的重视,其中固化成型技术可将生物质压缩成致密的!可替代煤的优质燃料“生物质致密成型燃料具有成本较低!便于储存运输!燃烧性能好!热效率高的优点,对生物质能源丰富的贫油!贫煤国家来说,可成为一种发展前景可观的替代能源”

目前生物质作为能源利用主要通过以下五个途径:(1)生物质发酵制取乙醇,利用是甘蔗!小麦!谷类!甜菜!洋姜!秸秆等为原料,通过

不同的催化酶作用将淀粉转化为糖,然后用发酵剂将糖转化为乙醇,再通过蒸馏除去水分和其他一些杂质,得到最后浓缩的乙醉“尤其是秸秆乙醇技术最热门,国内有很多高校和科研机构正在科技攻关,降低生产成本”河南省天冠集团已经投入试运行了秸秆乙醇生产线,技术在国内处于领先地位.(2)生物质产生沼气,生物质通过细菌作用进行生物质的分解“这个过程也是一个发酵过

程,产生C践和C02气体混合物”在隔绝空气没有污水或者动物废物存在的条件下,生物质通 过腐烂而生成的产物称为生物气(沼气)“这项技术已基本成熟,在我国的很多农村得到了推 广利用”(3)生物质气化,是通过生物质在高温(80()~900e)下部分氧化生成CO!姚!C执等

可燃气体的混合物的过程.产品气可直接用于燃烧或者作为燃气透平的燃料,也可用作化工原 料“我国秸秆气化领域的领军者,当属中国科学院的广州能源研究所和辽宁能源研究所.上述 两个单位在生物质能秸秆气化学科,无论从理论还是技术方面都站在国内的前沿”尤其是广州能源所研制的循环流化床技术,已成功进入了实际应用,进而与发电设备配套“(4)生物质制油,是在低温及高的气体压力下将生物质转化为稳定的液态碳氢化合物”通

过直接液化和间接液化将生物质转化成液体燃料“生物质液化技术是最具有发展潜力的生物质能利用技术之一”目前中国科技大学的科研人员已经成功的从秸秆中制取重油,可进一步经过提炼,作为燃油使用,但由于成本太高,目前还没有推向市场“(5)生物质固化成型,是在一定温度和压力作用下,将各类分散的,没有一定形状的秸秆, 农林废弃物等生物质原料千燥!粉碎后压制成规则的!密度较大的棒状!块状或颗粒状等成型 燃料,从而提高其运输和贮存能力,改善生物质的燃烧性能,提高利用热利用效率,扩大应用 范围”可以取代煤,燃气等作为民用燃料进行炊事!取暖等,也可用于工业锅炉(生物质燃炉, 壁炉,茶水炉.综上，大力开展秸秆能源化利用，对于缓解我国能源紧张、改善环境、促进“三农”问题解决、实现国民经济可持续发展均具有重大的现实和战略意义。参考文献

《新农业》2008年第02期

中国循环经济网

《中国科技财富》2007年12期 《科协论坛(下半月)》2007年11期 《农业环境科学学报》2007年05期 《农产品加工》2007年06期