生物质固化技术

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生物质压缩成型技术

中国拥有丰富的生物质能资源,目前可供利用开发的资源主要为生物质废弃物,包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废弃物、城市固体有机垃圾等。生物质能是唯一的一种既可再生,又可储存与运输的能源。我国生物质资源丰富,总量达9亿多吨,但存在能量密度低、生产具有季节性、资源分散、运输难、储运损耗大等缺点,成为制约我国生物质规模化利用的主要瓶颈。生物质固化技术是指具有一定粒度的农林废弃物干燥后在一定的压力作用下,可连续挤压制成棒状、粒状、块状等各种成型燃料的加工工艺,该技术大大提高了单位体积燃料的品质,便于储存和运输。

生物质压缩成型原理植物细胞中含有纤维素、半纤维素和一定量的木质素。其中具有一定含水率的纤维素在力的作用下可以形成一定的形状,而木质素具有胶黏作用。当温度达到70~100℃时,木质素开始软化,并有一定的黏度,当达到200~300℃时,呈熔融状,黏度变高,此时若施加一定的外力,可使它与因受热分子团变形的纤维素紧密粘结,并与相邻颗粒互相胶接,使体积变小,密度增大,取消外力后,由于非弹性或粘弹性的纤维分子间的相互缠绕和绞合,其仍能保持给定形状,冷却后强度进一步增加,成为成型燃料。

生物质压缩成型工艺一般流程为:生物质收集、粉碎、脱水、预压、压缩、加热、保型、切割、包装、储存运输。(1)生物质收集是十分重要的工序。在工厂加工的条件下要考虑三个问题:一是加工厂的服务半径;二是农户供给加工厂原料的形式是整体式还是初加工包装式;三是原料的枯萎度,也就是原料在田间经风吹、日晒,自然状态的脱水程度。(2)粉碎一般高压设备的颗粒可以适当大些,10mm 左右为好;中、低压应小些,但螺旋式设备不能小于2mm,否则要影响密度和生产率。(3)脱水成型中水分含量很重要,国内外使用的都是经验数据,不是理论计算数据。水分含量超过经验上线值时,加工过程中,温度升高,体积突然膨胀,易产生爆炸,造成事故;若水分含量过低,会使成型成为问题。因此生物质原料粉碎后,要一个脱水程序。(4)预压预压是为了提高生产率,即在推进器“进刀”前把松散的物质预压一下,然后退到成型模前,被主推进器推到“模子”中压缩成型。预压多采用螺旋推进器、液压推进器。(5)压缩目前我国最常用的是螺旋挤压式成型。螺旋挤压式成型机利用螺杆挤压生物质,靠外部加热,维持成型温度为150~300℃使木质素、纤维素等软化,挤压成生物质压块。(6)保型该程序是在生物成型后的一般套筒内进行的,其内径略大于压缩成型的最小部位直径,以便使已成型的生物质消除部分应力,随着温度的降低,使形状固定下来。

但压缩成型技术依然存在很多问题

(1)机组可靠性较差,易损件使用寿命短,维修和更换不便,导致设备不能连续生产,只能断续小量生产,影响了产量和效益。

(2)生产能力偏低,单位产品能耗过大。

(3)对原料的粒度和含水率要求较高,必须配套成具有粉碎、烘干、输送等功能的生产线,才能较完善的解决这一问题。

(4)成型燃料的包装和燃烧设备不配套,制约了商品化生产和成型燃料的推广应用。尤其是适合农户使用的燃烧方式及其装置急需解决。

(5)成型设备适应范围小,规范标准不统一。

(6)产品价格要高于化石能源,大多数人对生物质颗粒产品具有高能、环保、使用方便的特性认识不够,更谈不上应用。因此,需要政府对生物质颗粒产品进行大力宣传及推广。

生物质压缩成型的原料来源广泛,具有良好的经济效益,且其利用秸秆、稻壳等生物质纤维为原料,具有绝对的环保性。随着该技术和设备的进一步完善,保护自然生态环境意识地日益加强,生物压缩成型技术将覆盖在更广阔的空间。但现在还有很多因素制约它的全面应用。我们应该在设备实用性、原料适用性、降低消耗等多方面入手,为更好的利用生物质能做准备。

对课程的建议

新能源课程形式很好,可以让同学们很好的主动查资料学习相关知识,提高了大家的积极性,比单纯的上完课之后考试效果要好。但仍有一些不足之处,建议如下:(1)课程与周慧老师上的能源与节能技术课程有很大程度上的重复,建议两门课合并成一门并提前到大三下学期上,大四还天天满课确实很不方便;(2)在分组制作完PPT上台讲课前小组成员都上台,由老师随机指定讲课组员进行讲课。这样可以更大程度的调动同学们课下学习的积极性。

参考文献

[1]中国电力科学研究院生物质能研究室,生物质能及其发电技术,2008:121~123.

[2] 崔昌龙,王伟,秸秆固化技术现状及发展趋势分析,应用能源技术,2010年第6期.

[3] 张大雷,姜洋,辽宁省能源研究所生物质固化成型技术及其展望,2010.