基于工业分析指标的生物质秸秆热值模型构建

为了探讨利用生物质秸秆工业分析指标预测生物质秸秆热值的可行性,建立高、低位热值的预测模型,采集了油菜、小麦、玉米和水稻4种不同作物秸秆总计172个样品,这4种作物秸秆的数量分别为31、36、86和19,按照美国材料与试验协会（ASTM）的标准方法分别测定样本的水分、挥发分、灰分和固定碳等工业分析指标,采用IKA C2000型量热仪测定热值。通过数据统计分析,挥发分和固定碳对热值有极显著的正相关性,而灰分对热值有极显著的负相关,并且水分、挥发分、灰分和固定碳等4项指标之间存在严重的共线性。利用主成分回归方法建立高、低位热值预测模型效果最优,高位热值预测模型的决定系数R2为0.91,预测值标准差SEP为0.20 kJ/g,相对标准差RSD为1.25%;低位热值预测模型的决定系数R2为0.91,预测值标准差SEP为0.20 kJ/g,相对标准差RSD为1.33%。并用20个样品对预测模型进行了外部验证,高位热值和低位热值预测值标准差SEP分别为0.18 kJ/g和0.19 kJ/g,相对标准差RSD分别为1.09%和1.29%,取得较理想的预测结果。试验结果表明,主成分回归方法建立的基于工业分析指标的生物质秸秆热值预测模型可以较准确地预测生物质秸秆热值,利用生物质秸秆工业分析指标预测生物质秸秆热值是可行的,该研究可为生物质秸秆能源化利用提供参考。     

环模式成型机压缩水稻秆成型工艺参数优化

为了确定环模式成型机压缩水稻秸秆最佳的成型工艺参数,该文以水稻秸秆为原料,利用9JYK-2000A型环模式成型机进行压缩成型,寻求工作参数对环模式成型机压缩水稻秸秆成型影响规律和优化工艺参数组合。采用四因素五水平二次回归正交旋转中心组合设计试验方法,以含水率、成型温度、模辊间隙和主轴转速为影响因子,以成型压块的松弛密度和抗破碎性为评价指标。利用Design-expert8.0.6的回归分析法及响应面分析法,建立并分析了4个因子对评价指标影响的数学模型。结果表明：当参数组合含水率为17.5%～27.1%、成型温度为81.9℃～88.1℃、磨辊间隙为2.49～3.78 mm、主轴转速为157.6～186.5 r/min条件下,成型压块的松弛密度大于1.0 g/cm3,成型压块的抗破碎性大于65%;各因素对松弛密度贡献率的主次关系为：主轴转速>磨辊间隙>含水率>成型温度,各因素对抗破碎性贡献率的主次关系为：含水率>主轴转速>磨辊间隙>成型温度。研究可为环模式成型机压缩水稻秸秆成型提供一定理论依据和技术支撑。     

含水率对草坪草常温开模成型的影响

为研究含水率对草坪草常温成型的影响规律,对草坪草修剪剩余物进行了不同含水率不同锥度模具的成型试验。结果在同一锥度模具下,随着含水率的增加,成型块密度都是由小变大再变小;含水率不变的情况下,随模具锥度增大长度减小成型块密度降低;在原料含水率11%、模具锥度25°时,成型块密度达到最大值1.10 g/cm3;原料含水率在20%及以上时,挤出的压块密度都在0.9 g/cm3以下,成型效果差或不成型。研究表明：随着生物质原料含水率增加,常温成型块密度和压缩力的变化趋势一致,都是由小变大再变小。     

立式环模秸秆压块成型机作业参数优化

针对秸秆压块成型燃料生产过程中,由于作业参数不当造成的生产率低、成型燃料质量低、能耗高等问题,以玉米秸秆为原料,通过正交试验,研究原料的粒度、含水率及压块机模辊间隙3种工艺参数的不同组合对生产率、压块燃料成型率、密度、机械耐久性及吨产品能耗的影响。结果表明：从提高成型燃料质量方面来考虑,最佳工艺参数组合为原料粒度为10～20 mm、含水率为15%、模辊间隙为2 mm,从提高生产率和降低吨产品能耗方面来考虑,最佳工艺参数组合为原料粒度为10～20 mm、含水率为20%、模辊间隙为2 mm。在实际使用中,根据压块燃料成型率、密度和机械耐久性的质量要求,在能达到使用要求的情况下,可在含水率10%～20%的范围内,适当提高含水率,有利于提高生产率和降低吨产品能耗。     

基于挤压模拟试验的苜蓿草颗粒成型工艺参数优化

为了确定最佳的苜蓿草颗粒产品制粒成型工艺,以苜蓿草粉为制粒物料,通过环模制粒过程的模拟试验,利用二次回归正交旋转试验设计,探讨了制粒密度与挤出力、物料含水率、草粉粒度的关系,建立了各因素与制粒密度之间的数学模型。试验数据分析显示：建立的回归方程显著;3个因子对制粒密度影响大小顺序为挤出力、含水率、草粉粒度;通过方程模拟选优得出模拟试验条件下的最优参数组合为：挤出力5.47?kN、含水率16.96%、草粉粒度6.34?mm,即制粒密度为最大值1.241?g/cm3。该研究可为提高草颗粒及其它颗粒物料产品的质量提供指导。     

保温时间与粒度对稻秆和棉秆热解产物组成及能量转化影响

热解炭化技术的开发对秸秆的能源化利用具有重要意义。试验研究了保温时间与粒度对水稻和棉花秸秆热解产物理化特性及能源转化的影响。结果表明,保温时间从0到120 min中,秸秆生物炭产率先降低后略增加,热解气中CH_4、C_nH_m和H_2百分含量增加,其高位热值和能量转化率增加,而生物炭的pH值、电导率、灰分、固定碳、C、高位热值增加,保温时间为90 min的生物炭的炭化程度最好。秸秆中能量有1.5%~5.4%保留在热解气中,有50%~57%保留在生物炭中。不同粒度相比,粗粉秸秆的生物炭的炭产率、挥发分、H、O、N及碳转化率最高,细粉秸秆热解气中CO和CH_4百分含量、高位热值和能量转化率最高,而超微秸秆生物炭的pH值、灰分、C最高。棉花秸秆生物炭的挥发分、固定碳、C、H、碳转化率、高位热值和能量转化率高于水稻秸秆生物炭。     

基于焦油炉内裂解的生物质气化特性试验

目前生物质气化炉推广应用过程中最主要技术问题是气化炉的原料适应性差、气化气中焦油含量高、产气热值低等。该文提出一种新型的焦油炉内裂解生物质气化炉,通过内置的U型管导气结构及其中填充多孔陶瓷蓄热材料以期促进气化气中携带焦油的裂解。试验研究表明,使用含水率12.3%的麦秸压块原料,其气化气中焦油含量显著降低至0.02～0.06g/m3,平均气化效率可达到61.9%,气化气平均低位热值达到5.0MJ/m3,即,该气化炉的新型结构能够显著降低气化气中的焦油含量,提高气化气热值,提升气化炉的产气品质。     

含稻秸蔬菜育苗基质块成型工艺参数优化

为了确定黄瓜育苗块成型的最优工艺参数,以育苗基质和水稻秸秆的混合物为原料,育苗块的抗破坏强度和尺寸稳定性为成型质量检测指标,采用四元二次回归通用旋转组合试验设计结合响应面法,探讨了原料含水率、压力、秸秆长度和秸秆含量对育苗块成型的影响,建立了黄瓜育苗块成型特性参数与各因素之间的回归模型.综合分析表明,各因素对育苗块抗破坏强度的影响主次顺序为:压力＞秸秆长度＞含水率=秸秆含量,在交互作用中,含水率与秸秆含量、压力与秸秆长度、秸秆长度与秸秆含量对育苗块抗破坏强度的影响显著(P＜0.05);各因素对育苗块尺寸稳定性的影响主次顺序为:秸秆含量＞含水率＞压力＞秸秆长度,含水率与秸秆长度的交互作用对育苗块尺寸稳定性的影响较显著(P＜0.05).利用Design-Expert8.0.6软件得出理论最优工艺参数,并考虑试验的可操作性,对理论最优工艺参数进行调整及试验验证,得到最优工艺参数:含水率为21％,压力为4.5 kN,秸秆长度为10mm,秸秆质量分数为12％,该组合条件下的育苗块抗破坏强度为23.03 N,尺寸稳定性为82.83％.分析表明,优化后育苗块的理化特性符合黄瓜育苗的农艺要求.该研究可为黄瓜育苗块成型机工艺参数优化提供理论和实践依据.     

肉羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料加工工艺参数优化

针对肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料生产过程中,由于作业参数不当造成的生产率低、成型颗粒质量差、能耗高等问题,以麦秸秆、玉米粒为主要试验材料,以原料精粗配比、物料含水率和喂料速度为试验因素,以颗粒饲料的密度、成型率、粉化率、纯工作小时生产率及吨产品能耗为试验指标,对肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料加工工艺进行了试验研究。通过物料含水率、原料精粗配比、喂料速度对颗粒饲料成型效果影响的单因素试验,在满足行业标准要求的密度、成型率、粉化率数值基础上,确定了各因素合适范围;采用正交试验法、极差法、方差法及综合平衡法,试验分析了3因素对各项指标影响的显著性及主次顺序,确定了肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料部分加工工艺的最优参数组合A_3B_1C_3。试验结果表明:在原料精粗配比4∶6,物料含水率17%,喂料速度500 r/min时,颗粒密度为1 116.48 kg/m~3,成型率为99.51%,粉化率为7.36%,纯工作小时生产率达到716 kg/h,颗粒密度符合国家行业标准要求,成型率与纯工作小时生产率达到最高,粉化率虽然不是最低,但完全符合标准要求。研究结果为肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料的生产加工提供参考数据。     

水稻秸秆冷压成型参数试验研究

利用单孔成型设备对水稻秸秆在不同参数条件下进行冷压成型试验。通过单因子试验和正交试验,观测不同成型压力、原料粒径及含水率等条件下成型颗粒的松弛密度、耐久性及退模压力,研究成型参数对成型颗粒物理性能指标的影响,以寻求冷压成型一般参数范围和各参数对不同成型指标的影响,为秸秆热压成型和连续成型试验提供数据支持。单因子试验结果表明,水稻秸秆各成型参数的范围为成型压力120～180MPa、粒径小于0.9mm、含水率15%～25%。在单变量试验基础上,设计正交试验。正交试验结果表明,针对不同性能指标,各工艺参数成型颗粒的影响力不一致,成型压力对松弛密度、抗碎强度及抗压强度的影响较大;而原料粒径对抗渗水性的影响较大。对于松弛密度和抗碎强度,成型参数中成型压力、原料粒径、含水率的最佳组合为180MPa、0～0.2mm、18%,抗渗水性的成型参数最佳组合为180MPa、0～0.2mm、12%,抗压强度的成型参数最佳组合为180MPa、0.6～0.9mm、18%。     

水稻秸秆热压成型工艺参数试验研究

水稻秸秆冷压成型试验得到的成型燃料能耗较高且质量不佳,为提高水稻秸秆成型燃料质量,本次试验利用水稻秸秆成型设备,在不同成型压力、原料粒径、温度以及含水率等工艺参数条件下对水稻秸秆进行热压成型试验。通过分析成型燃料的物理性能,确定各工艺参数最佳选取范围为：粒径0~2mm、温度70~100℃、成型压力8.89～40MPa、含水率12%～25%。为进一步提高水稻秸秆原料成型燃料的质量,提出通过添加木质素含量较高的木屑原料即形成混合原料,并通过对比试验进行研究。结果表明,混合原料可以有效提高水稻秸秆成型燃料的综合质量。     

香蕉秸秆颗粒燃料固体成型机的设计与试验

针对中国热带农业区香蕉秸秆粗大、含水率高、秸秆固体成型设备少等问题,该文研究设计了香蕉秸秆固体成型机,确定了螺杆挤压装置、搅拌装置、挤出成型装置和排水装置等部件的主要结构参数。样机性能试验结果表明:该机生产率为358kg/h,颗粒燃料的成型率为95.4%,机械耐久性为96.7%,颗粒质量密度为1.35g/cm3,颗粒含水率为2.76%,符合生物质颗粒燃料成型要求。整机工作平稳,成型可靠,经济效益与生态效益明显,在中国热带农业区具有广阔的推广应用前景。     

环模秸秆成型机压辊半径的优选与试验

生物质致密成型技术是生物质能转换的方式之一,秸秆成型机是生物质秸秆致密成型的主要机械。目前,环模秸秆成型机的机械效率较低,在研究环模秸秆成型机机械效率的过程中发现草料一次压进距离与压辊驱动力转矩比值与成型机的机械效率成正比关系。该文通过matlab软件计算出在不同压辊半径与环模半径比值时环模秸秆成型机的草料一次压进距离与压辊驱动力转矩比值,并绘制了其变化曲线,得出在压辊半径与环模半径的最优比为0.4时,成型机的机械效率达到最高,为85.82%。验证了在压辊半径与环模半径的最优比为0.4时,生产率达到最高值为2.28t/h。研究结果可为秸秆成型机压辊半径的优化选取提供理论依据。     

行星轮式内外锥辊固体燃料平模成型机研制与试验

中国热带农业区作物剩余物多为香蕉秸秆、椰壳以及甘蔗叶,目前以其为混合原料的固体成型设备研究较少,因此该文设计了一种行星轮式内外锥辊固体燃料平模成型机,描述了该机进料装置、辊压装置以及成型装置等主要部件结构,并对辊压装置进行了运动和受力分析,确定了其关键参数。研制样机并进行性能试验,试验结果表明:该机在电动机功率为45 k W、锥辊公转转速为190 r/min、锥辊自转转速为543 r/min、配套喂料输送装置功率为3 k W时,生产率为850 kg/h、颗粒燃料成型率为96.5%、质量密度为1.25 g/cm3、成型后含水率为2.82%、机械耐久性为96.74%,符合生物质颗粒燃料成型要求。整机工作过程中噪音低,经济效益与生态效益明显,为中国热带地区固体燃料成型机的发展与推广提供了参考。     

不同粉碎程度与还田方式对稻草焚烧特性的影响

为从根本上禁止稻草焚烧,促进稻草还田,本研究依托自主研发的稻草粉碎均匀抛撒装置,通过大田试验与野外模拟试验,以目前水稻收获的常规模式稻草不粉碎条带还田(T1)及中度粉碎条带还田(T2)为对照,设置稻草粉碎条带还田模式(T3)及稻草粉碎均匀抛撒还田模式(T4),研究不同粉碎程度与还田方式对稻草焚烧特性的影响。结果表明:稻草抛撒均匀度及还田密度随着粉碎程度的增加而显著增加,稻草还田厚度则呈显著减少趋势。T4的稻草平均长度为5.3 cm,分别仅为T1、T2的13.6%、36.8%;稻草抛撒均匀度为87.4%,较T1、T2分别增加49.7个和42.0个百分点;稻草还田厚度为2.7 cm,仅为T1、T2的22.1%、27.8%;稻草还田密度为17.6 kg·m~(-3),较T1、T2分别增加88.3%、17.3%。在稻草条带还田(T1、T2、T3)模式下,粉碎程度越高,含水率下降越慢,燃烧时间越长,燃烧率越低,燃烧速率越慢,灰分越高,燃烧越不充分。T4通过稻草均匀抛撒虽可加速稻草含水率的下降,但燃烧时间、燃烧率及灰分仅分别为0.3min、6.0%、1.7%,均显著低于其他处理,几乎未燃烧。表明稻草粉碎均匀抛撒还田条件下无法燃烧,有利于从根本上实现秸秆禁烧。     

稻秸秆泥皮护坡材料对路基水分迁移影响的初步研究

为研究晴雨天气下,稻秸秆泥皮护坡材料对路基水分迁移的影响,在测定该材料渗透系数和干湿循环抗渗性能基础上,进行室内路堤边坡模拟试验,分别在连续的自然照射和坡面冲刷条件下,测定路基内部含水量变化,以此分析稻秸秆泥皮护坡材料在极端干旱和连续降雨条件下,对路基内部水分迁移特征的影响.结果表明:稻秸秆泥皮材料渗透系数较小,干湿循环不会导致其抗渗性能明显降低;该材料能有效避免坡面泥皮结构失水干裂,减少干旱天气下,路基内部水分向外过度蒸发迁移,保证路基含水量稳定,坡面植被发育后,保水防裂作用更加明显;该材料具备较强的水分隔阻能力,有效减少强降雨期间的坡面雨水人渗及水分进一步向路基内部扩散迁移,同时有效促进植被生长,泥皮+稻秸秆+草根复合泥皮结构,能进一步提高坡面抗雨水冲蚀性能,形成可靠的边坡生态防护系统.该研究对公路路基设计与施工具有重要的指导意义.