生物质（秸秆）成型燃料燃烧动力学特性及液压秸秆成型机改进设计研究

【摘要】： 本研究是结合省科技厅攻关项目“秸秆生物质成型关键技术及配套设备产业化技术研究”进行的。通过对“生物质成型机(以下简称BBP)的进展”、“液压秸秆成型机主要设计参数”、“秸秆成型燃料燃烧动力学特性”、“液压秸秆成型机的改进设计”、“生物质成型燃料燃烧装置技术方案和应用”等方面的系统研究，获取了一系列关于生物质成型方面的相关数据和规律性认识，为我国在生物质成型技术领域的研究开发和应用进行了有益的探索。主要研究成果有： 1 查阅了大量国内外相关资料，对以下内容进行了详细而系统的文献综合研究。①压缩理论的研究概况；②影响生物质成型过程的影响因素；③生物质成型的机理；④生物质成型的工艺类型；⑤现有生物质成型技术及研究现状；⑥现有生物质成型技术存在的问题。并对各种压缩设备进行了比较研究，认为中国河南农业大学研究的HPB-Ⅰ型BBP的双向液压压缩设计思路是可取的。 2 以HPB-Ⅰ型BBP为试验装置，通过对成型部件参数的改变，找出影响HPB系列BBP生产率和单位能耗的重要因素，并对试验数据回归，找出了它们之间的规律，为设计不同规模HPB系列BBP相关参数的选择提供了依据。 3 利用热分析技术，采用动态热重实验法，对我国的三大农作物秸秆在不同升温速率下的燃烧动力学特性进行了较系统的研究。得到了各原料在不同升温速率下的动力学参数；建立了秸秆燃烧的动力学模型，该模型反映了秸秆迅速燃烧区的动力学过程。 4 对秸秆成型燃料的燃烧特性进行了试验研究。着重研究了秸秆 河南农业大学博士学位论文 巫 的种类、温度、空气供给量、成型燃料密度、直径、质量对成型燃料 燃烧速度的影响并得出如下主要结论：①秸秆成型燃料的燃烧方式属 于静态渗透式扩散燃烧。②秸秆成型燃料燃烧速度受温度的影响大于 通风量燃烧速度的影响：燃烧温度越高，挥发分析出速度越快，燃烧 平稳性愈差。③成型燃料密度影响成型燃料挥发分的析出速度，影响 燃烧速度。④成型燃料直径和质量的增加，使得燃烧初期的平均燃烧 速度增大，中后期的平均燃烧速度相对平稳。⑤秸秆成型燃料含挥发 分比例高，因此合理配风下的控温燃烧是保证其完全燃烧的关键。 5运用已取得的试验和理论分析结果，以液压驱动、双向成型为基 础，从产业化的角度对HBP型成型机进行了液压系统和成型部件的改 进设计；同时采用了二级预压机构，使该成型机的生产率达到 500kg．hd；单位能耗 60kwh．上‘左右，磨损件修复周期 300小时左右， 基本解决了影响生物质固化技术在国内推广的技术难题。 6对秸秆成型燃料燃烧待性进行试验研究后，又设计出一小型热水 锅炉，对不同直径的成型燃料的燃烧性能进行了燃烧试验。对燃料直 径、炉膛大小、燃烧效果之间的关系进一步作了研究，为确定合理的 成型设备生产率及高效配套燃烧设备设计提供了科学和实用的参考依 据。 本文是以解决我国秸秆成型燃料推广中的技术问题，设计一种合 乎国情，又有应用价值的成型机为目的的研究论文，着力点放在基础 研究上，因为这是国内外多年来在固化研究上的缺陷。因此论文的许 多试验研究在国内外都找不到借鉴，难免在方法上有不当之处，但取 得的结果对成型机的改进设计，燃烧设备设计起到有效指导作用。研 究期间设计的成型机己在洛阳试点运行，受到了政府和农民的欢迎。 【关键词】：燃烧 动力学特性 液压成型机 秸秆
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TK6
【目录】：

• 致谢4-6
• 目录6-10
• 中文摘要10-12
• 英文摘要12-15
• 第一章 总论15-44
• 1 生物质成型技术的国内外理论研究现状15-33
• 1．1 秸秆物理特性对压缩的影响15-17
• 1．2 压缩力与压缩密度的关系17-22
• 1．3 压块能耗的研究22-23
• 1．4 其他因素的影响23-33
• 1．4．1 摩擦力23
• 1．4．2 压模直径23-24
• 1．4．3 压模的几何尺寸24-25
• 1．4．4 喂入量25-26
• 1．4．5 含水率26-29
• 1．4．6 喂入频率29
• 1．4．7 保压时间29-30
• 1．4．8 粘结剂30-31
• 1．4．9 加热温度31-32
• 1．4．10 成型套锥角与锥长32-33
• 2 国内外成型机研究现状33-37
• 3 成型机类型及成型方法37-40
• 3．1 活塞式成型机37
• 3．2 螺旋式成型机37-38
• 3．3 模压颗粒成型机38
• 3．4 卷扭式成型机38-39
• 3．5 HPB-Ⅰ型生物质成型机39-40
• 4 存在的问题40-41
• 5 研究课题的确定及总体研究思路41-44
• 5．1 研究的重要意义41-42
• 5．2 总体思路42-44
• 第二章 液压秸秆成型机主要设计参数确定的试验研究44-68
• 1 秸秆压缩成型机理及成型过程44-47
• 1．1 秸秆压缩成型机理44-46
• 1．2 秸秆活塞压缩成型过程46-47
• 2 试验部分47-65
• 2．1 正交试验48-58
• 2．1．1 试验条件选择48
• 2．1．2 因素水平表的制定48
• 2．1．3 试验数据的测试48-50
• 2．1．4． 试验结果与分析50-58
• 2．2 生产率与冲杆直径和单位能耗关系试验58-64
• 2．3 锥度、锥长与压力、密度关系试验64-65
• 3 本章小结65-68
• 第三章 秸秆成型燃料燃烧动力学特性试验研究68-94
• 1 秸秆燃烧动力学特性实验研究68-81
• 1．1 实验方法的选择68-69
• 1．2 实验装置69-70
• 1．3 原料试样制备70-71
• 1．4 实验条件71
• 1．5 实验结果与分析71-76
• 1．6 秸秆挥发分析出过程的动力学特性参数76-80
• 1．6．1 秸秆燃烧动力学模型的建立76-78
• 1．6．2 求解动力学参数78-80
• 1．7 差热峰面积（S）80
• 1．8 差热实验分析80-81
• 2 秸秆成型燃料燃烧动力学特性试验研究81-92
• 2．1 秸秆成型燃料燃烧的理论分析81-82
• 2．2 影响秸秆成型燃料燃烧速度因素的试验82-87
• 2．2．1 试验装置和方法83
• 2．2．2 单个秸秆成型燃料燃烧速度影响因素的试验83-87
• 2．3 试验结果与讨论87-92
• 3 本章小结92-94
• 第四章 液压秸秆成型机的改进设计94-104
• 1 设计思路94
• 2 HPB-Ⅱ型液压系统设计94-96
• 3 成型机结构设计96-97
• 3．1 设计指标96-97
• 3．2 设计参数计算97
• 4 HPB-Ⅱ秸秆液压成型机结构与工作原理97-103
• 5 HPB-Ⅱ秸秆液压成型机运行结果103
• 6 本章小结103-104
• 第五章 秸秆成型燃料的燃烧试验104-112
• 1 BBFB的设计104-108
• 1．1 BBFB设计原则104-105
• 1．2 结构设计105-108
• 1．2．1 整体结构105
• 1．2．2 工作原理105-107
• 1．2．3 性能特点107-108
• 2 秸秆成型燃料燃烧参数检测108-111
• 2．1 检测内容与方法108
• 2．2 结果与分析108-111
• 2．2．1 检测结果108-110
• 2．2．2 检测结果分析110-111
• 3 本章小结111-112
• 第六章 秸秆液压成型技术经济效益分析112-118
• 1 经济评价及计算方法112-116
• 1．1 经济评价指标112-113
• 1．2 成本和收益113-115
• 1．3 经济分析115-116
• 2 敏感性分析116-117
• 3 本章小结117-118
• 第七章 结论与建议118-121
• 1 主要结论118-119
• 2 问题讨论与建议119-121
• 参考文献121-131
• 发表文章目录131

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