張義田
摘要: 該文以稻殼和鋸木屑作為試驗材料, 利用顆粒成型設備生產生物質顆粒燃料, 研究原料粒度, 含水率和環膜壓縮比等因素對顆粒產品生產效率和質量的影響程度, 確定生產生物質顆粒的最佳生產工藝參數, 為大規模生產提供實踐經驗.
生物質顆粒燃料是以鋸木屑, 作物秸稈, 稻殼, 花生殼等農林生產剩餘物為原料, 經物理方法壓縮成棒狀, 顆粒狀且質地堅實的成型物, 用以替代煤炭等化石能源的可再生能源產品. 它不僅具有燃燒性能好, 熱效率高, 無汙染等優點, 而且還方便貯存和運輸. 在化石能源面臨危機的今天, 可再生的生物質能源受到各國的廣泛重視. 目前, 生物質顆粒燃料市場前景廣闊, 韓國, 日本等國家對此燃料的需求在不斷上升 [1]. 在我國, 可用於生物質能源生產的原料數量多, 價格廉, 為實現大規模生產提供了原料保障, 同時也是農民增收的有效途徑[2-3].
本研究重點探索影響以稻殼和鋸木屑為原料生產生物質顆粒燃料的主要因素及主要工藝參數.
1試驗材料及設備
1.1材料
鋸木屑選取產自遼寧省東港市的針葉樹木材的鋸木屑; 水稻殼選取遼寧省東港市當地的直徑≤7mm, 脫粒後未經粉碎的水稻殼. 從本地區原料來源構成及成本的經濟性方面考慮, 按水稻殼與鋸木屑7︰3比例的混合料作為實驗材料.
1.2設備及工作原理
生物質顆粒生產試驗利用SZLH420型制粒機. 此設備採用環模轉動, 壓輥與環模內嵌式結合的基本結構 [4-5]. 原料進入環模後, 通過壓輥與環模之間的相互擠壓而形成顆粒. 生產顆粒流程包括原料粉碎, 篩選, 混合, 烘乾, 制粒, 冷卻等.
2試驗方法
2.1方案及原料選擇
根據前期初步實驗分析, 原料含水率, 環模壓縮比, 原料粒度可能是影響生物質顆粒產品成型率和密度的主要條件. 而顆粒成型率是決定生產效率的主要因素, 顆粒密度是影響顆粒質量的主要因素[6-8]. 所以, 本次實驗以原料含水率, 環模壓縮比, 原料粒度作為實驗因素, 分析各變異因素的各個水平對顆粒的生產效率和質量的影響程度.
選擇含水率適合, 雜質含量低的水稻殼與鋸木屑, 對其烘乾處理後按7︰3混合後進行顆粒壓縮成型實驗.
2.2方法
根據先期實驗的經驗, 選取含水率18% , 環模壓縮比1︰5.5, 原料粒度≤7mm作為實驗的基礎條件, 對含水率和環模壓縮比分別選取5個水平, 原料粒度選取3個水平進行實驗. 每個水平設3次重複, 取平均值. 具體實驗設計見表1.
3結果與分析
3.1混合原料含水率對顆粒密度和成型率的影響
取環模壓縮比為1∶5.5, 原料粒度小於7mm時, 測試含水率變化對顆粒密度及成型率的影響 (圖1) . 從圖1可見, 混合原料含水率對顆粒產品的密度和成型率影響較大, 並呈現一定的規律: 在原料含水率為14% 時, 原料成型率低, 顆粒密度也最小; 原料含水率達到18% 時, 出現了峰值, 之後隨著原料含水率的增大, 密度和成型率變小; 原料含水率達到22% 時, 成型率低於50% , 密度也變小.
3.2環模壓縮比對顆粒產品密度和成型率的影響
取含水率為18% , 粒度小於7mm的混合料進行測試, 調整環模壓縮比對顆粒密度及成型率的影響 (圖2) .
環模壓縮比對顆粒產品密度和成型率影響較明顯: 壓縮比為1︰4.5時, 成型率和顆粒密度最小; 壓縮比達到1︰5.5時, 成型率出現峰值, 顆粒密度也接近最高水平; 之後隨著環模壓縮比增大, 其產品成型率反而逐步減小, 顆粒密度則變化不明顯.
3.3原料粒度對顆粒產品密度和成型率的影響
含水率為18% , 環模壓縮比為1︰5.5時, 測試原料粒度變化對顆粒密度和成型率的影響 (表2) .
由此可見, 原料粒度對顆粒產品密度和成型率的影響不明顯, 也無明顯規律和峰值.
4結論與討論
綜合上述分析, 含水率和環膜壓縮比對顆粒密度和成型率影響明顯. 當環模壓縮比在1︰5至1︰6.5時, 原料含水率在16% ~ 20% 時, 顆粒質量較好, 成型率也比較高. 當環模壓縮比在1︰5.5時, 原料含水率達到18% 時, 其顆粒產品成型率最高, 顆粒密度也最佳. 以水稻殼與鋸木屑按7︰3混合原料壓縮製造顆粒的最佳實驗條件是: 原料含水率為18% ; 環模壓縮比為1︰5.5; 綜合考慮能耗, 生產效率, 產品成本及產品質量等因素, 確定了在東港地區以水稻殼和鋸木屑按7︰3混合為原料, 生產生物質顆粒最佳化的工藝參數為: 原料含水率控制在16% ~ 20% , 環模壓縮比確定為1︰5.5.
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