连续式秸秆炭化炉的设计

炭化是解决秸秆、稻壳、农林废弃物等生物质资源化开发利用的有效途径.设计一种连续式秸秆炭化炉,介绍炭化炉的整体结构设计,详细说明其主要部件的设计方案及参数选择.经验证,该炭化炉结构合理,制造工艺简单,操作方便,性能可靠,具有较好的经济性和市场前景.     

基于棉花秸秆炭的高品质生物质炭化炉设计

在掌握棉秆炭化期间热解失重规律、力学和能量指标及燃烧特性的基础上,针对小型炭化炉展开研究,完成设计和优化,解决了以高温电阻炉作为炭化设备时炭化单批盛放量有限及升温降温速度过慢不利于试验开展的问题。该装置主要由自动进出料装置、加热部件、盛料部分和尾气处理部分组成,对其中关键部件如进出料系统、炭化炉及燃烧器进行设计及试验,并试制了样机。试验结果表明:制炭成型率达93.6%,燃烧性能达标率95.3%,单炉炭化秸秆棒和秸秆粉末达到设计指标,可以高效完成棉花秸秆炭化工作,满足设计要求。      

基于专家模糊PID控制的生物炭炭化炉的研究

加热炉的特性参数由于受负荷或干扰因素的影响,具有时变性、大滞后、大惯性及一定非线性的特点。生物炭作为一种新型土壤改良剂与全球温室效应缓解良药吸引了各国研究人员的兴趣,其制取设备—生物炭炭化炉是一种特殊的加热炉,它不仅要求精准控温避免超调,还要求可控升温速率,这对于该炉的设计提出了不小的挑战。为此,应用专家模糊PID控制系统实现了生物炭的精确制备,并在Mat Lab/Simulink仿真的基础上,验证了该设计满足生物炭炭化高精度、无超调的要求。     

棉秆炭吸附糠醛机理研究

以不同热解温度(400℃、600℃、800℃)制得棉秆炭(棉-400、棉-600、棉-800),研究热解温度对棉秆炭孔隙特征与表面性质的影响,以及棉秆炭对糠醛的吸附特性。结果表明:棉-400表面含有大量有机基团,孔隙结构较差;随着热解温度的提高,含氧有机成分进一步分解,棉秆炭表面酸性官能团逐渐减少,而类吡喃酮结构的碱性官能团不断增加,孔结构得到改善;棉秆炭中氢碳摩尔比、表面酸碱官能团含量是影响其对糠醛吸附的主要因素;随着炭化程度的提高,酸性官能团含量减少,碱性官能团含量增加,使得棉秆炭表面石墨层与糠醛分子间的π-π色散力作用增强,所以棉-800对糠醛脱除率最高。     

生物质外热式连续炭化炉的设计及可行性分析

化石能源日益枯竭的今天,利用生物质能替代传统能源研究成为研究的焦点,新疆棉秆资源丰富,合理利用生物质资源具有很大的意义。为此,以棉秆为实验样本,分析现有炭化工艺,依照节能环保的原则,设计了一种生物质外热式连续炭化炉,并介绍了炭化炉的整体结构设计,详细说明了其主要部件的设计方案及参数选择。同时,对所设计的炭化炉进行热平衡计算,得出炭化反应产生的天然气完全燃烧的热值为727MJ,炭化室热损耗为501.23MJ;理论验证了该炭化炉结构合理、制作工艺简易、操作方便、性能可靠,具有较好的市场前景。     

棉秸秆二次炭化实验分析

针对新疆大量的生物质秸秆资源,尤其是棉花秸秆,在外热式炭化炉中炭化后比表面积不高、利用率低的问题,利用二次炭化的方法提高炭的比表面积。将干燥的棉秸秆在外热式炭化炉中以500℃炭化,再将炭化产物粉碎后分别在800℃和900℃的高温下,进行二次炭化,制得高活性生物质炭。同时,比较一次炭化产物、二次炭化不同温度产物的比表面积和吸附能力得出:温度越高,保温时间越长,制得炭的比表面积越大,吸附效果越好。实验结果表明:二次炭化有利于制得活性炭,提高生物质炭的经济价值。     

棉秆热裂解工艺参数优化与固体产物性质分析

对未经粉碎的棉秆进行了直接热解炭化实验研究。研究表明,未经粉碎的棉秆在热解温度400℃时进行热解炭化后,生成的秸秆炭的比例最高,且秸秆炭中的固定碳含量最高。在棉秆热解过程中,随着反应温度的增加,热解固体产物质量不断减小;热解温度高于400℃以后,随着反应温度的增加,固体产物中固定碳含量开始下降。通过正交试验得到了最优组合的热解工艺参数为：热解温度400℃,升温速率5℃/min,保温时间2 h。得炭率可达49.98%。     

移动式玉米秸秆热解炭化原位还田设备研究

针对目前秸秆炭化还田主要以异位为主,移动式热解设备结构复杂,难以实现秸秆田间炭化还田等问题,基于秸秆内热式低氧炭化原理,建立自供热反应系统,研制热解炭化反应器和热解气清洁燃烧室等关键部件,集成秸秆捡拾收集、粉碎输送、烟气回用烘焙、生物炭原位还田技术,研发移动式热解炭化原位还田设备。样机试制后,进行了静态调试试验,结果表明：该设备原料处理量为50 kg/h,炭得率为21%,系统能量利用率74.6%;排放烟气中NO_x质量浓度为184 mg/m³,SO₂质量浓度为26 mg/m³,颗粒物质量浓度为17.8 mg/m³,达到烟气排放要求;生物炭中总碳、固定碳及金属元素含量符合DB21/T 3314—2020《生物炭直接还田技术规程》中的Ⅰ级生物炭要求。该设备能够实现低碳排放、炭化能源自给、田间作业等功能,为秸秆还田提供支撑平台。     

棉秆资源利用现状分析

棉花秸秆是一种可再生资源,如何科学有效的对其利用,引起国内外学者对其资源化研究的日益重视。本文阐述了棉花秸秆的利用现状,并介绍棉秆的各种综合利用技术。     

棉秆起拔力关键因素的研究及试验

棉秆起拔力是设计棉秆拔秆收获机械的一个重要指标参数。为了研究收获期的棉秆高度、棉秆直径、土壤含水率、土壤坚实度等因素对棉秆起拔力的影响,在新疆农垦科学院的试验田进行了棉秆起拔力的测试试验,采集了其中5块试验田棉秆起拔力、棉秆直径、土壤坚实度、土壤含水率和棉秆高度的数据。试验结果表明:在已测得5块试验田的数据中,第3组棉秆起拔力最大,单株棉秆最大起拔力为821.1 N,平均起拔力为534.49N;第2块试验田的棉秆起拔力最小,单株棉秆最大起拔力为7 2 6.1 N,棉秆平均起拔力为473.62 N。对已获取的5块试验田数据做的回归分析表明:同一块试验田的棉秆起拔力与棉秆直径成正相关关系;土壤含水率越高,起拔力越小;土壤紧实度越大,起拔力越大;棉秆高度与棉秆直径成正比。     

棉秆拔取力测试装置正交优化分析研究

针对目前我国棉秆资源利用率低下、棉秆回收机械急需深入发展研究等问题,设计了一种移动式棉秆拔取力学参数性能测定装置.在静置状态以土壤含水率、起拔角度和起拔线速度为影响因素,利用Design Expert软件设计三因素三水平试验,结果表明:棉秆起拔角度、土壤含水率、起拔线速度的P-vaule分别为0.00539、0.019...     

不同炭化温度和时间下牛粪生物炭理化特性分析与评价

高含水率是牛粪现有处理方式的限制性因素之一。水热炭化技术不受牛粪高含水率的限制,是安全处置与资源化利用牛粪的极具潜力的技术措施之一。将新鲜牛粪在190℃和260℃下水热炭化处理不同时间(1、6、12h),收集并测定生物炭性质,并用熵权TOPSIS模型评价其农学应用价值。结果表明,牛粪生物炭理化性质因炭化温度和时间而异。炭化温度从190℃升高到260℃,反应时间由1h延长至12h,牛粪生物炭碳、全磷、全钾含量分别增加17.88%、39.06%和85.19%,而产率、氢与碳原子比、氧与碳原子比、氧氮与碳原子比、铵态氮含量、交换态磷含量和交换态钾含量则分别降低26.65%、24.00%、68.42%、64.29%、98.91%、89.26%和42.30%,炭化程度显著提高。牛粪生物炭红外谱图官能团吸收峰位置变化较小,随着炭化温度升高和时间延长,含氧官能团吸收峰强度降低,金属-卤素化合物吸收峰强度增加。提高炭化温度,延长反应时间,牛粪生物炭表面电荷量及其pH值依变性减弱,比孔容和比表面积也降低。整体而言,炭化温度对牛粪生物炭性质影响大于反应时间。低温短时间处理制备牛粪生物炭的农学应用潜力较大,更适宜作为土壤调理剂。     

棉秆生物炭去除水中Zn(Ⅱ)的试验研究

为探究棉秆生物炭(棉秆炭)对重金属Zn(Ⅱ)的去除作用,利用水平管式炉分别在400℃、500℃、600℃热解温度下制备棉秆炭,进行Zn(Ⅱ)的吸附试验。对比棉秆炭、木质和煤质活性炭对不同浓度溶液中Zn(Ⅱ)的去除效果。分析棉秆炭的元素含量和官能团变化等性质,以揭示吸附机理。结果表明,棉秆的DTG曲线在327℃出现最大值,温度高于600℃时,DTG曲线趋于稳定,棉秆的热解基本完成。随热解温度的升高,炭产率、H/C和O/C元素比均下降,说明棉秆炭芳香化程度和碱性增强,含氧极性官能团数量减少,红外分析印证了以上结论。去除率上,棉秆炭与Zn(Ⅱ)初始浓度和热解温度负相关,木质活性炭与Zn(Ⅱ)初始浓度正相关;吸附量上,棉秆炭、木质和煤质活性炭与Zn(Ⅱ)初始浓度正相关,棉秆炭与热解温度负相关。当Zn(Ⅱ)溶液浓度为2 mg/L时,棉秆炭的吸附性能优于木质和煤质活性炭,当Zn(Ⅱ)溶液浓度为10 mg/L、50 mg/L时,木质活性炭的吸附性能优于棉秆炭和煤质活性炭。棉秆炭吸附Zn(Ⅱ)的机理包含配位反应和离子交换。     

棉秆拉拔阻力的研究

为研究收获期的棉秆根部直径和土壤硬度对棉秆拉拔阻力的影响,为棉秆拔秆收获机械的设计和使用提供参考依据,在山东省无棣县棉花生产全程机械化示范基地进行了棉秆拔秆试验,采集了棉秆拉拔阻力、根部直径和土壤硬度的数据。试验结果表明:在较长时间跨度里,棉秆的拉拔阻力变化很大,呈先增大后减小的趋势。已采集的6批次数据中,第2批次(2014.12.26)棉秆拉拔阻力最大,单株棉秆最大拉拔阻力为1031.6N,平均拉拔阻力为679.0N;第6批次(2015.03.21)棉秆拉拔阻力最小,单株棉秆最大拉拔阻力达到471.1N,平均拉拔阻力为340.76N。对采集的数据进行的回归分析表明:同批次的棉秆拉拔阻力与棉秆根部直径成正相关关系,直线回归关系不显著;同批次的棉秆拉拔阻力土壤硬度成正相关关系,直线回归关系不显著。     

棉秆压缩与剪切力学性能的研究

棉秆的力学性能是棉秆收获、粉碎和压缩成型等机械设计中的重要参数.为此,采用电子万能试验机对棉秆茎干进行了顺纹压缩、横纹压缩和横纹剪切试验.通过试验得到棉秆茎干应力-应变的有关规律和强度极限.棉秆茎干顺纹压缩在弹性阶段应力应变呈线性关系,平均强度极限为21.26MPa,弹性模量为2082.65MPa;横纹压缩的强度极限仅为顺纹压缩的12.70%,两者的比例与木材接近;横压弹性模量为124.0 MPa;棉秆横纹剪切的强度极限约为顺纹压缩的76.55%.     

工艺参数对棉秆重组方材尺寸稳定性的影响研究

尺寸稳定性是衡量棉秆重组方材质量的重要指标之一。为此,通过正交试验研究了密度、施胶量、热压温度和时间4个工艺参数对棉秆重组方材尺寸稳定性的影响。结果表明:在试验范围内,棉秆重组方材的干缩湿胀性表现出很强的方向性,方材上下方向的尺寸干缩率和吸湿膨胀率均小于前后方向;棉秆重组方材上下、前后方向的干缩率和吸湿膨胀率随着方材密度的增加而增大;随着施胶量的增加、热压温度和时间的升高和延长而有所降低。     

棉秆轴向压缩特性的试验研究

采用电子万能试验机对棉秆进行轴向压缩试验研究。结果表明：干棉秆的弹性模量和轴向抗压强度明显高于湿棉秆；直径对棉秆的弹性模量和轴向抗压强度有影响，但无统一变化趋势；弹性模量和轴向抗压强度受节问影响。其平均值在节问2最大，节问5最小，节问3和节问4的值变化很小。     

3MP-200型棉秆剥皮机的研制

3MP-200型棉秆剥皮机主要功能是把棉秸秆表皮与木质部分分离出来,其中木质部是很好的造纸原料,为棉秸秆的利用提供了一个新的途径。介绍了3MP-200型棉秆剥皮机的主要结构、工作原理、技术参数等。