生物质颗粒微观成型机理研究

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1、第33卷第6期可再生能源Vol.33No.62015年6月RenewableEnergyResourcesJun.2015生物质颗粒微观成型机理研究邢献军，胡运龙，马培勇，裴钰，李涛，孙亚栋，李慧（合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥230009）摘要：为研究生物质平模成型机的攫取成型机理，将棉花秸秆原料压缩成颗粒，通过场发射扫描电子显微镜对生物质平模成型机的供料区、压紧区、压实区、成型区的原料及压辊磨损前后期成型颗粒的组织进行微观形貌观察研究，对比不同阶段物料的微观形态。结果表明：随着压辊转动，散乱的物料方向变化明显，物料间相互填充，空隙减小。压实区物料主要发生弹性与塑性变形，微观结构

2、被破坏，纤维层与层之间紧密胶合，方向形态基本稳定，以有序的排列进入成型孔。颗粒密度通过成型孔进一步增大，颗粒间结合得更加紧密。压辊磨损后期的成型颗粒纵横方向性较前期的混乱，同时生产效率降低、成型密度减小。研究结果旨在为生物质平模成型机优化设计提供理论参考。关键词：成型；微观机理研究；攫取；平模成型机中图分类号：TK6；S216.2文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）06-0921-05DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.06.0190前言进行压缩成型，利用扫描电镜和电子显微镜，对生生物质平模成型机作为一种能将秸秆压缩成物质颗粒燃料成型过程

3、中的微观形貌进行观察研[1]高密度成型颗粒燃料的设备，其生产技术已基究，探究了散粒体间的结合形式，从微观散粒体结本成熟，但其关键零件压辊使用寿命短等问题成合角度分析了生物质颗粒燃料的成型机理，提出[2]为制约颗粒成型技术发展的瓶颈之一。目前，针了压辊优化方法，旨在为生物质平模成型机的优对生物质成型研究主要集中在宏观成型方面，就化设计提供理论参考。微观理论方面的研究甚少。现有的研究中，徐广1试验条件与方法[3]印采用扫描电子显微镜，在不同压缩成型条件1.1仪器设备下对3种秸秆压缩成型前后微观结构的变化进行试验仪器：场发射扫描电子显微镜系统实验研究，通过秸秆原料和颗粒燃料在纵横截面（SU8020

4、）、生物质平模成型机（ZL550：压力40~微观结构变化的对比分析，得出秸秆压缩成型的80MPa、间隙0.5~1mm、转速250r/min）、粉碎机[4]微观结合方式。霍丽丽以玉米秸秆、木屑为原（筛孔径8mm）、烘干箱、标准网筛一套、电子天料，利用环模式成型机压缩成生物质颗粒燃料，并平、水分仪、切片刀等。对原料、粉碎原料及生物质颗粒燃料进行显微形1.2试验材料貌观察，对比不同原料、成型前后物料的微观形态本试验原料为安徽无为县盛产的棉花秸秆，[5]和散粒体压缩过程的结合形式。吴云玉通过对在自然条件下晾晒，其水分含量为10%~18%，经生物质固化成型微观机理的研究，建立了生物质切碎后颗粒度分布如

5、表1所示。固化成型的微观接触几何模型，确定了压辊对原表1原料颗粒度分布料的正压力与生物质颗粒表面斜角的余弦成正比Table1Thegranularitydistributionstateofrawmaterial关系。目前，国内外针对生物质颗粒燃料的微观>2目2~4目4~6目6~10目<10目12.9%6.9%9.2%31.6%39.4%成型机理研究并不深入，只探讨了压缩后成型颗粒内部结构紧密规律，对散粒体间的结合形式论4目以上的原料以细长的纤维与较少的大颗述仍具有局限性。粒生物质为主，是成型颗粒的“骨架”部分，4~10本试验以棉花秸秆为原料，通过平模成型机目的原料以小颗粒居多，10目以下的

6、原料为细小收稿日期：2014-11-02。基金项目：国家科技支撑计划（2012BAD30B01）。作者简介：邢献军（1964-），男，安徽无为人，教授，博士生导师，主要研究方向为生物质能源工程。E-mail：xxianjun@mail.ustc.edu.cn通讯作者：马培勇（1980-），男，山东济宁人，副教授，主要从事生物质能源研究工作。E-mail：mapeiyong@163.com·921·可再生能源2015，33（6）的颗粒与粉末，它们充当成型时大颗粒之间的填间的空隙被细小的颗粒填充，松散堆积的固体颗充物，利于提高成型颗粒的密度。粒排列结构开始改变，生物质内部孔隙率减小，但1.3试验

7、设计其微观组织和基本形貌没有发生很大的改变，此3本试验以生物质平模成型机压缩区的棉花秸时秸秆密度为0.5~0.8g/cm，不能成型，易散。对秆为研究对象，选取压缩过程中不同区域的生物该区域内原料进行微观观察（图2），经初始攫取质原料，对其纵横方向进行显微观察。当生物质平后原料之间的空隙变小，较大纤维和颗粒充当“骨模成型机停止工作时，取出压辊正下方的原料，对架”沿攫取方向横向排列，小颗粒充当“血肉”，即受压原料