生物质成型以及炭化技术讲解.ppt

;主要教学内容及要求：;第一节 生物质致密成型原理及工艺;1.1 基本概念;⑵生物质压缩成型燃料： 松散的秸杆、籽壳、树枝、锯末等纤维质、木质生物质废料经热挤压工艺制成的固形燃料。 ;①生物质压缩成型燃料类型： 粒状、棒状、块状等;②用途： 家庭取暖炉 小型热水锅炉 热风炉 小型发电设施等等。;③生物质压缩成型燃料特点： 密度高、强度大：体积缩小6~8倍，密度约为1.1~1.4t/m3； 热值高：热值可达到16.7MJ/kg，能源密度相当于中质烟煤； 燃烧性能好：使用时火力持久，炉膛温度高，燃烧特性明显得到改善。 形状和性质均一：便于运输和装卸、适应性强、燃料操作控制方便等。;1.2 生物质压缩成型原理;⑵成型物内部粒子的粘结机制 1962年德国的Rumpf针对不同材料的压缩成型，将成型物内部的粘结力类型和粘结方式分成5类: ①固体颗粒桥接或架桥(Solid bridge)； ②固体粒子间的充填或嵌合； ③自由移动液体的表面张力和毛细压力； ④非自由移动粘结剂作用的粘结力； ⑤粒子间的分子吸引力(范德华力)或静电引力。;⑶压缩过程的影响粒子变化的因素 ①含水率。生物机体内适量的结合水和自由水是一种润滑剂，使粒子间的内摩擦变小，流动性增强，从而促进粒子在压力作用下滑动而嵌合。 ②颗粒尺寸。构成成型块的粒子越细小，粒子间充填程度就越高，接触越紧密；当粒子的粒度小到一定程度(几百至几微米)后，成型块内部的结合力方式和主次甚至也会发生变化，粒子间的分子引力、静电引力和液相附着力(毛细管力)开始上升为主导地位。;（二）压缩成型时生物质的化学成分变化 （1）木质素是生物质固有的最好的内在粘接剂。 木质素100℃才开始软化，160℃开始熔融形成胶体物质。在压缩成型过程中，木质素在温度与压力的共同作用下发挥粘结剂功能，粘附和聚合生物质颗粒，提高了成型物的结合强度和耐久性。 （2）水分是一种必不可少的自由基。 水分流动于生物质团粒间，在压力作用下，与果胶质或糖类混合形成胶体，起粘结剂的作用。水分还有降低木质素的玻变(熔融)温度的作用，使生物质在较低加热温度下成型。;（3）半纤维素与纤维素的作用。半纤维素水解转化为木糖，也可起到粘结剂的作用。纤维素分子连接形成的纤丝，在粘聚体内发挥了类似于混凝土中“钢筋”的加强作用，成为提高成型块强度的“骨架”。 （4）其它化学成分的作用。生物质所含的腐殖质、树脂、蜡质等对压力和温度比较敏感。当采用适宜的温度和压力时，也有助于在压缩成型过程中发挥粘结作用。 生物质中的纤维素、半纤维素和木质素在不同的高温下，都能受热分解转化为液、固和气态产物。将生物质热解技术与压缩成型工艺结合，利用热解反应产生的热解油或木焦油作为黏结剂，有利于提高粒子间的黏聚作用，提高成型燃料的品位和热值。;1.3 生物质压缩成型的工艺类型;⑵“冷压缩”颗粒成型技术 也称湿压成型工艺技术。对原料含水率要求不高。其成型机理是在常温下，通过特殊的挤压方式，使粉碎的生物质纤维结构互相镶嵌包裹而形成颗粒。 因为颗粒成型机理的不同，“冷压缩”技术的工艺只需粉碎和压缩2个环节。 特点：“冷压缩”技术与“热压缩”技术相比，具有原料适用性广，设备系统简单、体积小、重量轻、价格低、可移动性强，颗粒成型能耗低、成本低等优点。;⑶炭化成型技术根据工艺流程分为两类：先成型后炭化、先炭化后成型 ①先成型后炭化：先用压缩成型机将生物质物料压缩成具有一定密度和形状的棒料，然后在炭化炉内炭化成为木炭。 ②先炭化后成型：先将生物质原料炭化或部分炭化，然后加入一定量的黏结剂压缩成型。 特点：炭化过程高分子组分受热裂解转化成炭，并释放出挥发分，因而其挤压加工性能得到改善，功率消耗也明显下降。炭化后的原料在挤压成型后维持既定形状的能力较差，故成型时一般都要加入一定量的黏结剂。;1.4 生物质成型影响因素;⑴成型压力 压力的作用：破坏原生物质的物相结构，组成新的物相结构；加强分子间的凝聚力，提高成型体的强度和刚度；为生物质在模具成型提供必要的动力。 当压力较小时，密度随压力增加而增加的幅度较大，当压力增加到一定值以后，成型物密度的增加就变得缓慢。 成型压力与模具的形状尺寸有密切的关系。;⑵原料含水率 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，造成表面开裂，严重时会伴有爆鸣。 但含水率若过低，成型也很困难，因为微量水分对木质素的软化、塑化有促进作用。 如： 对于颗粒成型燃料，一般要求原料的含水率在15% ~25%；对于棒状成型燃料，则要求原料的含水率不大于10%。;⑶原料颗粒度 在相同的压力及实验条件下，原料粒径越小，越易成型。 当成型方式已定，原料粒度应不大于成型料尺寸。 如：对于直径6mm的颗粒燃料