流通加压热水液化木质生物质

在160～280℃温度范围内,10 MPa,10 mL/min条件下,考察了反应温度对木粉溶解百分比、水溶解部分中半纤维素来源糖类、纤维素来源糖类及降解产物生成的影响,研究了流通加压热水液化生物质的过程。随着温度的升高,木粉溶解百分比逐渐增大,280℃条件下,96.5%的木粉可溶解于水中。水溶解部分中,半纤维素来源糖类和纤维素来源糖类均随温度升高而增大,并分别在250℃和280℃时达最大值,降解产物5-羟甲基糠醛产率和糠醛产率也随温度升高而增大。同时,采用X射线衍射分析水不溶性残渣发现,随着处理温度的升高,残渣相对结晶度逐渐升高,但当温度达到280℃时,相对结晶度骤然下降且（002）晶面衍射峰消失,表明纤维素结晶结构被彻底破坏。残渣的傅立叶红外光谱分析表明,半纤维素在250℃即被完全水解;280℃时,半纤维素和纤维素特征峰均消失,残渣特征峰主要为木质素来源芳香环。研究表明,流通加压热水可以用于木质生物质的全水解来获取糖类。     

胡萝卜微粉碎机盘刀设计及试验

为提高胡萝卜微粉碎机的粉碎效率,降低能耗,该文基于干燥后的胡萝卜力学特性,确定了其较佳粉碎方式为:采用剪切粉碎,胡萝卜片的含水率为5%。在此基础上,试验设计了3种粉碎盘刀(单刃盘刀、双刃盘刀、齿式盘刀),进而对粉碎物料及粉碎盘刀受力分析,表明3种盘刀运行时,受到的最大应力均小于其屈服力,工作稳定,不宜发生断裂。以盘刀类型、转子转速、刀底间隙为因素,以单位耗能粉体产量为试验指标,试验结果表明:齿式盘刀单位耗能粉体产量最高,其次为双刃盘刀,单刃盘刀最低;胡萝卜微粉碎机最佳工作参数为:齿式盘刀、转子转速为1455r/min、刀底间隙为7mm,此时生产120目的胡萝卜微粉单位能耗产量最大,该结果为胡萝卜微粉碎机的设计与推广使用提供了参考。     

轴向振筛式秸秆粉碎机研制与试验

为满足秸秆规模化细粉碎生产的需要,该文研发了一款粉碎产品粒度为1mm,生产率为1000kg/h的秸秆粉碎机,创新设计了振幅方向平行于转子回转轴线的振动筛。运用ANSYS软件对主轴进行了静力学分析和模态分析,对锤片进行了不同载荷下的受力分析;运用ADAMS软件对转子部件进行了动平衡分析。样机试验结果表明:该粉碎机的纯工作生产率为1155kg/h,耗电量33.4kWh/t,粉碎成品粒度小于1.2mm的占样本质量的98%,小于0.9mm的占86%,转子振动烈度符合ISO-2372设备振动良好标准,性能满足设计要求。     

生物质燃料多功能炉设计与性能测试

为了解决当前生物质燃料炉存在的热效率低、排放不达标、有焦油味、炊事取暖不兼顾、炊事高度与烧炕爬烟高度不兼顾等问题,该文结合北方地区农村居民生活习惯,设计了一种集取暖、炊事、洗浴等功能于一体的生物质多功能炉,并对其性能进行了测试。结果显示,其额定热功率为8.0 kW,热效率为69.7%,炊事热效率为39.2%,炊事火力强度为39 926 J/g,综合热效率为78.55%,烟气排放指标低于国家标准。研究结果可为中国北方地区的生物质燃料多功能炉的设计和应用提供参考。     

制冷炊事兼用生物质成型燃料炉具的设计

为了解决当前农村能源紧缺的问题,依据当前农村普遍生活、炊事习惯和严格的热工计算,设计出农户制冷、炊事所需要的生物质成型燃料炉具。测试结果为：热效率40.6%,上火时间15 min,旺火时间62 min,炉具达到了国家的相关标准,符合生物质的燃烧特性,污染物排放量少,燃烧比较稳定,可为制冷系统稳定运行提供能量。     

木质纤维素生物质厌氧发酵沼渣热化学转化利用研究进展

厌氧发酵技术可以将木质纤维素生物质转化为沼气,并伴随副产物沼渣产生。随着大型沼气工程的发展,大量沼渣排放已成为厌氧发酵技术推广应用的主要限制因素之一,亟须对沼渣进行快速有效处理。其中,沼渣的热化学转化利用符合大型沼气工程发展趋势,是当前的研究热点之一。首先分析木质纤维素沼渣的原料特性与热化学转化潜力;再对沼渣成型燃料、热解以及水热炭化等领域的研究现状进行分析,着重对沼渣衍生产物特性、热化学转化过程中存在的问题以及与厌氧发酵结合的潜在优势等方面进行讨论;最后,对沼渣热化学转化的发展趋势进行了展望。木质纤维素生物质厌氧发酵与沼渣热化学转化结合的应用模式研究对大型沼气工程推广应用具有一定的科学意义。     

生物质热解液化生物质油的试验研究

该研究利用闪速热解液化技术将木屑转化为易储存、易运输、易处理、能量密度高的液体产品生物质油,对旋转锥式闪速热解液化系统进行了生物质热解液化生物质油的试验研究,并将生产的生物质油进行了常压精馏和减压精馏试验,用色谱质谱分析仪、核磁共振仪对其部分精馏组分进行了成分分析。     

锤片饲料粉碎机组合形筛片设计改善粉碎性能

针对环流层对环筛式锤片饲料粉碎机性能的影响,设计了组合形筛片,以改变环流运动规律,改善锤片粉碎机性能。论文分析了粉碎机使用组合形筛片对粉碎性能的影响。利用计算流体力学软件Fluent对粉碎机采用环形平筛及组合形筛片的气流场进行数值模拟,比较粉碎机使用2种筛片时的气流场速度、压力分布情况,验证了组合形筛片的使用可有效改善粉碎室气流场特性。在相同工况下,对装有环形平筛及组合形筛片的CPS-280型粉碎机进行粉碎性能比较试验,对比分析不同筛片对物料粉碎效果的影响。结果表明,组合形筛片的使用可提高生产率、改善物料的粉碎质量。尤其当筛片等分数目为4,翼形弧前段圆弧半径为26 mm,后段圆弧半径为200 mm,等边角为120°时,物料粉碎效果更佳,生产率较环形平筛提高28.98%,度电产量提高35.84%,温升降低2℃,物料粒径分布方差降低40.62%。该文采用组合型筛片的粉碎机气流场特征优于环形平筛,有利于改善锤片粉碎机性能。     

柱塞式平模生物质成型机设计与试验

针对传统生物质平模成型机能耗高、磨损严重的问题,该文提出了一种柱塞式平模生物质致密成型方法,并设计了成型机样机。该样机通过斜盘与弹簧配合,驱动柱塞往复运动,柱塞在运动过程中仅对模具内的原料进行挤压。成型模具部分采用组合式设计,主要由平模与成型套筒组成,可在成型套筒外部加热,同时可更换长径比不同的成型套筒以适应不同生物质原料。该文以不同颗粒度玉米秸秆和刺槐为原料,在原料含水率为15%,斜盘转速为50 r/min,原料温度为室温的条件下进行了试验,结果表明柱塞式平模生物质成型方法可行,颗粒成型率均高于98%,成型密度大于1.1 g/cm3,机械耐久性高于97%。该文提出的成型方法为生物质致密成型技术提供参考。     

坚果壳类生物质慢速热解动力学分析

为研究坚果壳生物质的慢速热解动力学过程，对两类坚果壳类生物质(花生壳和葵花瓜子壳)进行了低升温速率下惰性气氛的热重分析实验。采用竞争型热解反应动力学模型描述它们的热解过程。在原有动力学机理函数的基础上，提出了一种新的经验动力学机理函数。利用现代优化技术——模式搜索法，对实验数据进行了动力学分析，结果表明：新动力学机理函数能有效描述坚果壳类生物质的慢速热解动力学过程。     

畜禽粪便与玉米秸秆厌氧消化的产气特性试验

为设计厌氧消化器的有效容积提供参考,该文研究了不同混合比例下的粪便与秸秆在厌氧消化过程中的膨胀特性,同时在35℃条件下,采用批次模拟厌氧消化,对3种典型畜禽粪便和3种不同贮存方式的玉米秸秆进行中温厌氧产气特性试验,分析了6种典型物料的产气规律。试验结果表明:猪粪在厌氧消化过程中会发生膨胀,且干物质含量越高,膨胀系数越大;3种典型畜禽粪便以猪粪的产气效果最好,干物质产气量达到375.5mL/g;不同贮存条件下农作物秸秆的理化特性对产气特性有很大的影响,3种贮存条件的玉米秸秆以黄贮秸秆的产气效果最好,干物质产气量达到445.8mL/g。该文为物料贮存条件选择和优化厌氧消化工艺提供了依据和参考。     

棉秆粉碎收获机的设计

利用旋转甩刀的切割及冲击作用,对棉秆进行粉碎;同时,甩刀高速旋转产生的惯性和气流作用对粉碎的棉秆进行抛送。在田间试验的基础上,通过理论探讨,对棉秆粉碎收获机的基本原理、主要部件及参数进行分析,设计出与中型拖拉机配套的棉秆粉碎收获机。     

潜水磨碎泵磨碎装置的优化设计与试验

为了提高无堵塞磨碎泵的水力性能及改善磨碎效果,在分析影响无阻塞潜水磨碎泵水力性能和磨碎效果的主要几何因素的基础上建立无阻塞潜水磨碎泵的优化方案,结合无堵塞潜水磨碎泵的使用特点,通过数值模拟软件ANSYS-CFX对无阻塞潜水磨碎泵优化方案进行模拟计算及改进,并通过样机试验对CFD模拟结果进行试验验证,结果表明:磨碎泵动刀盘刀头数目是影响泵水力性能的最主要因素,在保证磨碎效果的前提下,应尽量选用较少的刀头数目;动静刀盘间隙对泵外特性的影响是仅次于动刀盘刀头数目,随着间隙的减小,磨碎泵的水力性能下降明显,但磨碎泵的无过载性能有所提升。经综合分析,GSP-22型磨碎泵动刀盘刀头数目为2和动静刀盘间隙为1.5 mm时最优,同时兼顾了磨碎泵的水力性能和磨碎效果,为磨碎泵的优化设计提供参考指导。     

原粮包装机凸轮撑袋机构的设计与试验

针对定量原粮包装机由不同气缸分别驱动撑袋机构与夹袋机构,导致同步难、效率低、低温环境下气动系统易结露、以及工作环境粉尘较大而引起的气动部件动作迟缓甚至失灵等问题,该研究设计了一种随夹袋机构同步运动的凸轮撑袋机构。利用一台电机驱动平面六杆机构带动凸轮撑袋机构与夹袋机构,实现撑袋、夹袋和复位的同步运动;基于几何坐标变换和矢量法建立撑袋机构的凸轮工作廓线参数方程和空间凸轮机构的压力角求解方法,确定撑袋运动规律和凸轮工作廓线;建立凸轮撑袋机构三维模型,利用ADAMS软件对凸轮撑袋机构的撑袋运动规律进行仿真分析,结果表明：撑袋运动规律理论计算与仿真分析结果基本一致,最大压力角23°小于许用压力角,满足机构工作要求;开展气缸驱动与电机驱动撑夹袋机构的对比试验,得到后者的生产率达10袋/min,验证了机构设计的合理性,研究可为北方寒区原粮包装机设计提供一种设计思路和理论分析方法。     

生物质无轴螺旋连续热解装置送料器设计及中试

为解决有轴螺旋送料器存在质量大、能耗高、易产生机械干涉等问题,该文设计了送料能力为150 kg/h的生物质无轴螺旋送料器,并以稻壳为原料开展了冷态输送和热解试验。设计的无轴螺旋送料器关键尺寸为:螺旋外径为400 mm、螺旋轴径为80 mm、螺距为200 mm,送料器采用柴油燃烧机和热解气回烧的方式加热,计算出燃烧机需要提供的功率为95.43 k W。稻壳冷态输送试验表明,当送料频率为50 Hz即无轴螺旋的转速为2.03 r/min时,无轴螺旋送料器输送稻壳的送料量为224.3 kg/h150 kg/h,无轴螺旋送料器的实际送料量高于理论计算值。稻壳热解试验表明,当加热腔最高温度为(700±50)℃时,随着热解时间增加,稻壳炭的挥发分质量分数由22.45%减至13.6%,灰分质量分数由29.38%增至33.44%,固定碳质量分数由48.17%增至52.96%。稻壳炭的高位热值随热解时间增加而增加,但在试验范围内增幅不大。热解时间对生物炭品质影响较大,即传热速率是限制大型连续热解反应器处理效率提高的主要因素,因此,在工业化应用的大型热解反应器的设计中,应着重考虑提高热解传热效率的方法。     

卧式连续生物炭炭化设备研制

针对中国生物炭设备中存在的运行不稳定、炭产出率低、副产品回收利用难等问题,该文设计了卧式连续生物炭炭化设备,热解反应器采用双层套筒结构,内层为炭化室,内置螺旋输送机,外层为高温烟气套筒,利用炭化自身产生的高温烟气燃烧产生的热量进行炭化。选择了热解参数,开展了热工设计和可燃气燃烧器热计算,并对炭化室、高温烟气套筒等关键部件进行了结构设计。采用稻壳原料进行了炭化试验,试验结果表明,卧式连续炭化设备实现了连续稳定运行,炭化设备设计合理,原料适用性广,小时生产率为45kg/h,稻壳炭化终温为500℃,炭化得率质量分数为42%。实现了设计目标,提高了炭化得率,为中国生物炭产业的发展提供了理论基础和技术支持。     

生物质粉料双套管气流式烘干机的设计与试验

为了有效解决生物质压缩成型中的粉料烘干问题,采用双套管结构延长粉料在高温套管中的停留时间和干燥流程,对生物质粉料双套管气流式烘干机的主体部分（干燥管）和辅助设备（旋风分离器、引风机、热风炉）分别进行了参数设计计算和设备选型,并以玉米秸秆粉料为干燥对象,在样机上进行了热平衡和物料平衡试验。试验结果表明,生物质粉料双套管气流式烘干机的输入总热、输出总热、水分蒸发量、物料湿度等性能参数均达到了设计要求,出料湿度达到8%～12%,烘干效率达28.1%,符合国家关于烘干机的标准要求,适用于生物质压缩成型粉料的烘干。