生物质致密成形机理研究

随着能源危机的出现、对环境污染的限制、循环经济的需要、使得象秸秆、树枝等生物质能源已经引起了世界各国的重视, 生物质能源作为一种可再生能源,可以转化为液体燃料（如酒精、柴油）、气体燃料（沼气）和固体燃料等，有着良好的发展前景。当前在中国生物质燃料发展的瓶颈问题是生物质原料的收集、储存和运输，而生物质的致密化则是解决该问题的关键技术之一。目前在我国还没有能够适合量大面广的生物质原料分布的情况下进行现场致密成型的小型低成本、低能耗的压机，现有的压机功率较大成本较高，不适合这种分散的收集。而这种设备的设计制造将依赖于深入研究生物质致密成型机理以获得相应的参数来设计和制造。本项目将探索生物质材料的致密性常数K和幂指数n与生物质成形性能的关系，以及生物质材料成形机理；建立生物质材料成形的本构关系；研究生物质秸秆的成形工艺；研究生物质秸秆压块机的性能要求及设备优化设计；生物质材料致密成形机的模拟

我们星球上丰富的植物是太阳能和化学能的天然仓库，不管是人为栽培，还是野生繁殖，我们将这种数量巨大的可再生资源称为生物质…”生物质能是人类用火以来，最早直接应用的能源，是唯一一种可固定碳的可再生能源。由森林资源、农业资源、杂草资源、农村废弃物、城市废弃物以及可消化的工业废液组成。例如农作物、树木和其它植物及其残体, 畜禽粪便及其它有机物废弃物、利用边缘土地和水面种植和养殖非食用性动植物和藻类，以及考虑到消化过剩农产品的需要也涵盖了农产品的淀粉与脂肪酸等。是一种很有开发价值的绿色能源。生物质能源包括固态（如固化成形燃料）、液态（如燃料乙醇、生物柴油）和气态（如沼气）燃料，以及其燃烧所产生的热能或电能。生物质压缩成形(或生物质固化成形),即利用机械方法将低能量密度的生物质压缩变型成具有高密度的产品（颗粒状、立方体状、砖块状），原料经挤压成型后, 密度可达1.1～1.4t/cm 3。与普通的薪柴燃料相比，它具有密度高、强度大、便于运输和装卸、形状和性质均一、燃烧性能好、热值高、适应性强、燃料操作控制方便等特点。可用于锅炉和煤气发生炉，也可做工业、家庭和农业园林暖房的取暖。世界各国普遍认为，它是一种极有竞争力的燃料。.本项目通过对玉米秸秆、棉花秸秆和木屑等生物质材料的致密化压缩实验，通过对几个影响致密化的重要参数包括温度、压力、湿度等进行的测定，分别计算出几种材料的致密化常数K和n,从而分析了生物质材料在致密化过程中的基本规律。实验表明：干的生物质材料比湿的生物质材料成形时需要更多的力和能量；在这三种材料中干的玉米秸秆成形最难；为了更精确的建立生物质固化的模型，必须建立每一种生物质材料以及不同含水量的实验曲线，一般性的规律是无法真实的应用于生产实际的，因为，材料不同；含水量不同则致密度常数K值和指数常数n值就不同。通过本研究的成果，已经设计出四个型号的生物质材料致密化成形机，在本课题研究期间已生产出生物质材料致密化颗粒一万两千吨。同时附带着也帮助企业设计出适合生物质颗粒应用的终端产品，这种终端产品的应用使得生物质颗粒燃料产业链得以形成。这一产业链的运行，促进了这一产业链中的一些关键技术不断的提高和成熟。成熟的重要标志是：生产的稳定性提高，设备和模具可以稳定生产300小时以上。因此该课题的成果为生物质燃料的应用奠定了基础。