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棉秆燃料机制木炭压缩成型技术
澳门金沙9159官方网站 加入时间:2014/11/14 14:59:01 浏览:880次
    棉秆作为一种可再生的资源,在新疆年产量十分巨大,但绝大部分被废弃,未得到充分利用。如何将棉秆转化为高级能源,替代部分石油、煤炭等化学燃料,缓解农村资源紧张,值得探讨。
1、棉秆压缩成型过程:
    棉秆压缩成型技术就是将松散、无固定形状的原料压缩成具有规则形状、密度较大的固体成型燃料和碳化产品。经过粉碎、干燥、混合、挤压成型、包装等一系列工艺。
1.1、压缩成型原理:
    植物细胞中除含有纤维素、半纤维素,还含有木质素(木素),木素是具有芳香族特性的结构单体,为丙烷型的立体结构高分子化合物。木素属非晶体,没有熔点但有软化点,当温度为70°C~110℃时,开始软化,粘合力增加,在温度达到200°C~300℃时熔融。因此,松散的物料在一定的压力和温度下,就以熔融的木质素为粘合剂与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相胶接,冷却后即固化为棉秆压块。
2、压缩成型条件:
2.1、原料的含水率:

表1原料含水率对成型的影响
    当原料水分过高时,加热过程中产生的蒸汽不能顺利地从燃料中心孔排出,造成表而开裂,严重时产生爆鸣,但含水率太低成型也很困难,这是因为微量水份对木素的软化、塑化有促进作用。
    从表1可以得到这样的结论,棉秆成型的适宜含水率范围为6%~10%。
2.2、成型温度:
    过低的温度(<200°C)传入出料筒内的热量很少,不足以使原料中木素塑化,加大原料与出料筒之间的磨擦,造成出料筒堵塞,无法成型;过高的温度(>280°C)原料分解严重,输送过快,不能形成有效的压力,也无法成型。总之,成型温度一般控制在240°C~260°C之间。
表2温度对成型的影响
3、压缩成型的工艺:
    棉秆燃料压缩成型工艺从广义上,可以划分为常温压缩成型,热压成型,碳化成型三种主要形式。
3.1、常温压缩成型:
    也叫湿压成型。利用简单的杠杆和木模,将部分降解后棉秆原料的水分挤出,即可形成低密度的压缩成型燃料块,热值为29.3MJ/kg--33.SMJ/kg,被称为“绿色碳”。
3.2、热压成型:
    其工艺过程一般可分为:原料粉碎、干燥混合→挤压成型→冷却→包装等几个环节。
3.3、碳化成型:
    碳化成型工艺包括先碳化后成型和先成型后碳化两种。现分别先容:
     A、先碳化后成型:
    先将棉秆原料碳化为粉粒状木炭,然后再添加一定量的粘合剂,用压缩成型机挤压成一定规格和形状的成型木炭。其工艺流程如下:原料→粉碎除杂→炭化→添加粘合剂→挤压成型→成品干燥→包装。由于原料纤维结构在挤压过程中受到破坏,高分子组分受热裂解转换成炭并且释放出挥发份(包括可燃气体、木醋素和焦油等),使其挤压成型特性得到改善。
      B、先成型后碳化:
    用压缩成型机将松散破细的棉秆压缩成具有一定密度和形状的燃料棒,然后用碳化炉将燃料棒碳化为机制木炭。其工艺流程为:原料→粉碎→干燥→成型→碳化→冷却→包装。
3.4、各种压缩成型工艺的比较:
    加热可增加原料的塑性。棉秆在压缩时,采用加热方法更容易使原料成型。温度增加,原料的流动性明显增加。因而,热压成型工艺是目前得到最普遍应用的工艺形式。碳化虽不是生物质固化成型技术不可或缺的,但在很多情况下却是主要的辅助手段。
4、压缩成型装置:
    压缩成型装置包括干燥设备、固化成型设备和碳化设备。
4.1、干燥设备:
    因为生物质压缩成型要求原料的含水率低于10%,所以原料干燥是必不可少的步骤。干燥方式一般采用气流式干燥,其热源为生物质燃烧产生的烟道气,在烟道气温度最高处加热,干燥管路的长度不少于30m。
4.2、热压成型工艺机组主要有螺杆挤压式成型机、冲压成型机和压辊式成型机等几种形式。
4.2.1、螺杆挤压式成型机:
    利用螺杆挤压棉秆,靠外部加热,维持成型温度150°~300°C,使木质素、纤维素软化,挤压成棉秆压块。启动时,成型部件和物料温度低于成型温度,因此,需要电热元件加热成型部件。运行中,根据成型部件温度变化,由温度控制器自动控制温度于设定温度。为避免成型过程中原料水分快速汽化造成成型块的快速开裂和“放炮”现象发生,一般将原料的含水率控制在8%~12%之间,成型压力的大小随原料和所要求成型块密度的不同而异,一般在4900Pa~12740Pa之间,成型燃料形状通常为50mm~60mm的空心燃料棒。
4.2.2、冲压式成型机:
    冲压式成型机分为机械式和液压式两种。机械式冲压式成型机是利用飞轮存储的能量通过曲柄连杆机构,带动活塞压块,将松散的棉秆冲压成棉秆压块。液压式冲压成型机是利用液压油缸所提供的压力,带动冲压活塞把棉秆冲压成型。冲压式成型机通常用于生产实心燃料棒或燃料块。其中液压式冲压成型机对原料的含水率要求不高,允许原料的含水率高达20%左右。
4.2.3、压辊式成型机:
    压辊式成型机的基本工作部件由压辊和压模组成。其中,压辊可以绕自己的轴转动。压辊的外周加工有齿或槽,用于压紧原料而不至于打滑。压模有圆盘形和圆环形两种,压模上加工有成型孔,原料进入压辊和压模之间,在压辊的作用下被压入成型孔内。从成型孔内压出的原料就变成圆柱形或棱柱形,最后用切断刀切成颗粒状成型燃料。用压辊式成型机生产颗粒状成型燃料一般不需要外部加热,可根据原料状况添加少量的粘结剂。
5、结束语:
    以棉秆为原料进行燃料压缩成型,原料来源广泛,所需机组并不复杂,可以减少空气污染,有显著的生态环保效益。根据目前能源的利用现状及未来可再生资源的趋势,棉秆从收集、粉碎、成型到燃烧在中国农村、城镇中实行产业化有着广阔的应用前景。

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