农作物秸秆固体成型预处理研究

【摘要】：随农作物秸秆固体成型技术在我国的推广应用,更多遗弃的农作物秸秆得到较好的能源化利用。但我国农作物秸秆来源广泛,渠道分散,造成物料中杂质含量较高,且多种物料混杂,另我国农作物常利用塑料地膜覆盖技术,造成农作物秸秆中混入较多残地膜。这些因素影响固体成型加工稳定性,影响成型设备的寿命,也影响成型燃料的理化特性和燃烧特性。本课题研究农作物秸秆固体成型的预处理阶段,研究杂质的来源与分类、去除机制及除杂设备,研究物料混配机理、混配方案。研究混杂残地膜秸秆的燃烧特性,研究其固体成型为燃料后的燃烧排放特性。获得如下结论与成果： 1)研究农作物秸秆固体成型物料杂质及除杂模式。杂质分为金属、塑料织物、5mm的砂石及5mm的粉尘等。杂质来源主要有收获,运输等环节的杂质，总含量约为0.3%,因场地清理等管理问题带来的杂质,试验中杂质含量达3%以上。农作物秸秆物料中杂质,可以磁铁除去磁性金属杂质,以绞龙除去塑料织物等软质杂质,5mm的砂石杂质可用气体分选装置去除,5mm的粉尘可用滚筒筛分去除。 2)研究农作物秸秆物料粉尘杂质的滚筒筛分,确定筛分参数。农作物秸秆物料筛分中,滚筒筛转速范围为20～32r/min、倾角范围为3-9°最佳,长径比可根据筛分率要求在文中所得拟合曲线进行选择。 3)对农作物秸秆混配燃烧特性及动力学分析进行了研究。加入花生壳的混配物料,在挥发分阶段的活化能有所降低,燃烧的剧烈程度降低,其燃烧特性及动力学参数受花生壳的影响较大；加入小麦秸的混配物料燃烧稳定特性有变差趋向,其燃烧特性及动力学参数受小麦秸的影响较小。 4)农作物秸秆混配固体成型特性研究。花生壳的添加改善了主原料玉米秸的成型特性,小麦秸的添加对于主原料玉米秸成型特性的改善效果不明显。添加花生壳辅料的正交实验表明,花生壳辅料添加比重的较佳范围为10%-20%,混配物料的水分含量较佳范围为21%-24%。 5)秸秆与地膜混合燃烧排放与残留的分析研究。混合物料因加入残地膜,其综合燃烧特性得到改善；混合物料与残地膜燃烧相比,燃烧着火点降低,燃烧时间变长,燃烧更易控制,燃烧充分,可减少发烟量；混合物料在成型为固体成型颗粒燃料后在正常燃烧条件下,CO、SO2、NOx三种气体排放大大降低,改善对环境的影响程度。 【关键词】：农作物秸秆 固体成型 杂质 滚筒筛分 混配
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 插图清单10-12
• 表格清单12-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 研究目的和意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-20
• 1.2.1 国内外产业发展现状14
• 1.2.2 生物质加工工艺路线14-18
• 1.2.3 生物质成型设备及配套设备研究18-20
• 1.2.4 存在的问题20
• 1.3 研究内容和方法20-23
• 1.3.1 研究目标20
• 1.3.2 研究内容20-21
• 1.3.3 技术路线21-23
• 第二章 农作物秸秆固体成型物料杂质研究23-37
• 2.1 实验设备及方法23-25
• 2.1.1 实验样品采集23-24
• 2.1.2 实验设备24
• 2.1.3 实验方法及结果24-25
• 2.2 实验结果分析25-29
• 2.2.1 不同粒径筛分物料低位热值分析25-26
• 2.2.2 杂质类型、物理特性及含量分析26-27
• 2.2.3 各料堆底部、中部与顶部杂质分析27-29
• 2.2.4 玉米秸存放一年的料堆及上料口处各类杂质含量分析29
• 2.3 杂质去除模式29-34
• 2.3.1 粉尘杂质去除模式30
• 2.3.2 砂石杂质去除模式30-31
• 2.3.3 秸秆物料除杂及气力输送系统的设计31-34
• 2.4 本章小结34-37
• 第三章 农作物秸秆物料粉尘杂质滚筒筛分研究37-51
• 3.1 农作物秸秆物料玉米秸与花生壳的物理特性研究37-40
• 3.1.1 实验原料与方法37-40
• 3.1.2 实验仪器40
• 3.2 实验结果与结论40-50
• 3.2.1 筛分应用41-42
• 3.2.2 筛分原理42-44
• 3.2.3 筛分试验设备44-50
• 3.3 本章小结50-51
• 第四章 农作物秸秆混配燃烧特性及动力学分析51-63
• 4.1 实验样品与方法51-52
• 4.1.1 实验样品51-52
• 4.1.2 实验方法—热重分析52
• 4.2 结果与讨论52-61
• 4.2.1 实验结果—热重分析54-55
• 4.2.2 混配物料燃烧指数分析55-57
• 4.2.3 混配物料动力学分析57-61
• 4.3 本章小结61-63
• 第五章 农作物秸秆混配固体成型特性研究63-75
• 5.1 材料与方法63-65
• 5.1.1 试验设备与原料63-64
• 5.1.2 试验方法64-65
• 5.2 实验结果与结论65-73
• 5.2.1 不同含水率玉米秸秆空白样成型实验65-66
• 5.2.2 不同含水率与不同比重花生壳或玉米秸辅料添加成型实验66-67
• 5.2.3 添加不同比例辅料对混配物料生产率的影响67-68
• 5.2.4 添加不同比例辅料对混配物料成型率与机械耐久性的影响68-70
• 5.2.5 实际生产率70-71
• 5.2.6 正交试验分析71-73
• 5.3 本章小结73-75
• 第六章 秸秆与地膜混合燃烧排放与残留的分析研究75-85
• 6.1 实验部分76-77
• 6.1.1 实验原料76
• 6.1.2 试验仪器与方法76-77
• 6.2 残地膜与秸秆混合物料热重实验77-81
• 6.3 混配物料燃烧排放分析81-83
• 6.4 混配物料燃烧灰渣金属元素分析83-84
• 6.5 本章小结84-85
• 第七章 结论与建议85-89
• 7.1 结论85-86
• 7.2 创新点86
• 7.3 建议86-89
• 参考文献89-97
• 致谢97-99
• 个人简介99

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