前言：中文期刊網精心挑選了生物質研究范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
生物質研究范文1
關鍵詞：熱重分析；生物質；熱解；升溫速率；粒徑
化石染料的廣泛使用對環境的危害已廣為人知：一是二氧化碳造成的溫室效應；二是二氧化硫所引起的酸雨污染；三是氮氧化物，這些都帶來了嚴重的環境污染和氣候變化問題。據資料顯示[1]，2012至2013年我國的進口原油接近2.7億噸，對外的依存度超過了55%，煤炭進口3.2億噸，供需矛盾的出現勢必會嚴重影響國家的石油安全?；茉吹目萁吆铜h境的惡化嚴重制約著當今社會的發展，而生物質能以其獨特的特點（可再生性，低二氧化碳排放，幾乎不排放二氧化硫）躍然紙上。因此，科學高效地利用生物質能源必將成為解決我國能源環境的有力措施之一。在剛出臺的十三五規劃中也承諾在2030年實現減排65%，非化石能源占一次能源消費比重達到20%左右，其中也提到了加快發展生物質能的要求。現階段最常見的生物質能源利用方式是生物質氣化、燃燒將其轉化為高效潔凈能源產品或燃料物質。
煙草業是貴州省的支柱產業。常年種植烤煙20萬公頃左右，產量40萬噸左右，約占全國烤煙總量的20%，是全國烤煙生產的第二大省。這就導致每年勢必會有大量的煙草廢棄物出現，而它們得不到高效利用就會造成資源浪費。近年來，大多數煙草廢棄物的研究都著重于提取煙堿、植物蛋白和茄尼醇，制備活性炭、堆肥和生物質類燃料等[3]，而很少有關于煙草廢棄物熱解特性的研究。所以可以通過研究煙草廢棄物熱解特性，了解揮發分熱解析出規律，使煙草廢棄物能夠得到廣泛高效的利用，實現企業節能減排，達到廢物資源化利用的目的，為特定行業的廢棄物處理提供新的路徑。
文章以煙梗為主要研究對象，同時與煙桿、典型生物質玉米秸稈進行對比，采用熱重分析方法研究不同粒徑、不同溫升速率下煙梗、煙桿及玉米秸稈的熱失重曲線，分析其熱解特性。
1 實驗部分
1.1 采樣
實驗所用生物質樣品是煙梗、煙桿和玉米秸稈，均采自清鎮市。將采集來的樣品在105℃的鼓風干燥箱中干燥2小時，然后磨制成5個實驗樣品，分別是：80目煙梗、150目煙梗、200目煙梗、80目煙桿、80目玉米秸稈。
1.2 實驗儀器及方法
本實驗采用的是德國耐弛同步熱分析系統STA409PC。
實驗方法：取12.5±0.5mg的實驗樣品放入熱天平坩堝中，在純氮條件下以不同的升溫速率進行實驗，從室溫升溫到900℃。升溫速率分別設定為5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min；保持載氣流量為40ml/min；保護氣為氮氣，保持其流量在15ml/min。
記錄不同條件下TG-DTG-DSC曲線，通過曲線分析其熱解過程。
2 實驗結果分析
2.1 熱重特性分析
以80目煙梗在氮氣40升溫速率5℃/min的條件下的TG-DTG曲線（圖1）進行分析，由TG-DTG曲線可看出煙梗主要經歷了五個熱失重階段。初始失重階段是從20℃-118.8℃，該階段DTG存在一個失重峰，主要發生水分的析出[4]；第II個失重階段是從118.8℃-178.9℃，由于溫度低于200℃，所以該階段主要歸因于煙梗中低沸點化合物的析出[4]；第III個失重階段是從178.9℃-339℃。此過程存在兩個失重峰，主要是煙草中的大分子聚合物的熱解，析出大量揮發分[4]，失重最多的階段，其質量損失百分比達到了34.29%。第一個失重峰是在178.9℃-260.6℃期間，主要是半纖維素的熱解析出少量揮發分，第二個失重鋒是在260.6℃-339℃期間，這是由于纖維素的熱解析出大量揮發分[5]，最大失重峰峰值溫度為289.6℃；第IV個失重階段是從339℃-510℃，主要是因為高溫使木質素熱解，導致質量損失；第V個失重階段是從510℃-899.5℃，生物炭緩慢形成，產生炭的殘留物[6]。
2.2 不同生物質熱重特性比較分析
a 不同生物質TG曲線
b 不同生物質DTG曲線
圖2
以80目煙梗在氮氣40升溫速率15℃/min的條件下的TG-DTG曲線（圖2）進行分析比較，由幾種不同生物質的TG-DTG曲線可知，煙桿熱解與煙梗熱解過程表現的TG-DTG曲線走勢形狀大致相同，煙桿的TG曲線向低溫區移動，煙桿沒有明顯的半纖維素熱解析出峰，但是在最大失重速率點左邊有一個側肩，這是由于半纖維素和纖維素熱解溫度區間出現重疊，導致半纖維熱解峰的消失[5]；失重過程中的最大失重速率較大，后期失重峰的失重速率較小，但是相差都不是很大。煙桿殘留質量百分比為26.87%，煙梗殘留質量百分比為30.91%；而玉米秸稈的熱解與煙梗熱解曲線相比，失重過程只經歷了三個熱失重階段，分別是水分的析出，半纖維素、纖維素熱解析出揮發分和木質素高溫熱解階段，殘留質量百分比為24.76%。玉米秸稈在水分析出階段的失重速率較慢；在半纖維素、纖維素析出揮發分時期，質量急劇失去；在最后的木質素高溫熱解階段失重較緩慢。
煙梗、煙桿和玉米秸稈的DTG曲線峰值點對應的溫度不同且揮發分析出的起始點和終止點也不同，這是由于不同生物質中半纖維素、纖維素和木質素的含量和礦物質含量不同。整個熱失重過程DSC曲線存在一個大的放熱峰。煙梗殘留質量百分比最多，其次是煙桿，玉米秸稈是殘留質量百分比最少的。這是由于煙梗含有較多的木質素，熱解析出的揮發分較少；而玉米秸稈是高纖維素，低木質素生物質，在纖維素熱解階段質量急劇變化，大量析出揮發分導致最后殘留質量百分比最少。
2.3 不同升溫速率下煙梗的熱重特性比較分析
a 不同升溫速率下煙梗TG曲線
b 不同升溫速率下煙梗DTG曲線
圖3
由80目煙梗在氮氣流量40ml/min不同升溫速率下的TG-DTG曲線（圖3）比較可知，隨著升溫速率的升高：DTG曲線向高溫區移動且失重速率均增大。即隨著升溫速率的增大，最大失重速率點的溫度向高溫區移動，揮發分的析出產生了延遲現象，這是由于升溫速率的提高增大了樣品顆粒內外的溫度差，而生物質的導熱率較小，導致傳熱不良，顆粒內部溫度較低，外部溫度較高，這便導致了內外反應速率不同。也就是文獻[7]中提到的熱滯后現象。失重速率的增加是由于升溫速率的提高，析出的揮發分在顆粒表面的停留時間縮短，促進了揮發分的析出。煙桿和玉米秸稈的TG-DTG曲線隨著升溫速率的提高也表現出相似的變化規律。
2.4 不同粒徑煙梗熱重特性比較分析
由煙梗在氮氣流量40ml/min升溫速率5℃/min條件下不同粒徑TG-DTG曲線（圖4）可知，隨著粒徑的減小，炭的殘留百分比分別為32.78%，29.97%，27.02%，呈逐漸減小趨勢[6]，峰值溫度隨粒徑的減小向低溫區移動[7]，在低溫區的熱解持續時間較短。這是由于粒徑較大，生物質顆粒傳熱能力較差，內部升溫較緩慢，熱解能力變差，析出揮發分減少。
3 結束語
文章采用熱重分析方法進行了以煙梗為主、煙桿和玉米秸稈為輔的熱解實驗，比較分析其熱解特性，同時研究了不同升溫速率及不同粒徑對生物質熱解的影響。根據實驗分析，可以得到以下結論：（1）煙梗和煙桿的熱解主要經歷了五個熱失重階段：水分析出，低沸點化合物的析出，纖維素和半纖維素熱解析出揮發分，木質素高溫熱解，生物炭的形成。玉米秸稈則明顯分為三個熱失重階段。由于不同生物質中半纖維素、纖維素和木質素的含量和礦物質含量不同導致它們峰值溫度和揮發分析出的起始點和終止點不同。煙梗熱解析出的揮發分較少，殘留率多，熱穩定性最好；而玉米秸稈大量析出揮發分，殘留質量百分比最少。（2）隨著升溫速率的提高，三種生物質的峰值溫度均向高溫區移動且最大失重速率增大，產生熱滯后現象。即升溫速率的提高會導致：揮發分析出困難，峰值向高溫區移動，析出量增大。（3）隨著煙梗粒徑的減小，炭的殘留百分比呈逐漸減小趨勢，峰值溫度隨粒徑的減小向低溫區移動，低溫區熱解持續時間較短。
參考文獻
[1]閆金定.我國生物質能源發展現狀與戰略思考[J].林產化學與工業，2014，34（4）：151-158.
[2]吳創之.生物質氣化發電技術講座_3_生物質焦油裂解技術[J].可再生能源，2003，109（3）：54-57.
[3]彭國勛，李平，吳錫剛，等.煙草廢棄物資源化利用研究進展[J].安徽農業科學，2013，41（9）：4036-4038.
[4]童保云，張曉宇，孔俊，等.烤煙煙葉葉片及其煙梗的熱分解過程和動力學[J].煙草化學，2013（12）：54-58.
[5]廖艷芬，曾成才，馬曉茜，等.中國南方典型生物質熱解及燃燒特性熱重分析[J].華南理工大學學報，2013，41（8）：1-8.
[6]王貝貝，孫家偉，許開立，等.熱分析_質譜聯用技術在生物質熱失重特性中的應用[J].環境科學與技術，2015，38（6P）：316-319.
[7]肖瑞瑞，楊偉，陳雪莉，等.三種常見生物質熱解動力學特性的研究[J].化學世界，2012（11）：663-667.
[8]王冠，趙立欣，孟海波，等.我國生物質熱解特性及工藝研究進展[J]技術，2014，32（184）：120-124.
[9]呂博，劉建國，楊魯斌，等.棉稈催化熱解的TG_MS分析[J].安徽農業科學，2013，41（26）：10785-10787.
[10]晶博，郭晟，馮宇，等.熱重_質譜聯用研究城市生活垃圾熱解特性[J].工業安全與環保，2015，41（4）：65-68.
[11]林宏，俞海淼.生物質組分熱解氣化特性研究現狀[J].能源研究與信息，2015，31（1）：9-13.
[12]于娟，章明川，沈鐵，等.生物質熱解特性的熱重分析[J].上海交通大學學報，2002，36（10）：1475-1478.
[13]楊海平，陳漢平，王賢華，等.生物質熱解研究的進展[J].煤氣與熱力，2006，26（5）：18-21.
生物質研究范文2
關鍵詞：生物質；燃料；液化；進展；
中圖分類號：TK6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-01-00-02
液體燃料的不足已嚴重威脅到我國的能源與經濟安全。我國一次能源消費量僅次于美國成為世界第二大能源消費國， 2006年進口原油已達5000萬t，占總量40%。因此，國家提出了大力開發新能源和可再生能源，優化能源結構的戰略發展規劃[1-2]。生物質燃料是惟一可以轉化為液體燃料的可再生能源，將生物質轉化為液體燃料不僅能夠彌補化石燃料的不足，而且有助于保護生態環境。生物質燃料包括各種農業廢棄物、林業廢棄物以及各種有機垃圾等。我國生物質資源豐富，理論年產量為50億t左右，發展生物質液化替代化石燃料有巨大的資源潛力。
目前生物質液化還處于研究、開發及示范階段。從工藝上，生物質液化又可分為生化法和熱化學法。生化法主要是指采用水解、發酵等手段將生物質轉化為燃料乙醇。熱化學法主要包括快速熱解液化和加壓催化液化等[3-8] 。本文主要介紹生物質燃料液化制取液體燃料的技術與研究進展。
一、生化法生產燃料乙醇
生物質生產燃料乙醇的原料主要有能源農作物、剩余糧食和農作物秸稈等。美國和巴西分別用本國生產的玉米和甘蔗大量生產乙醇作為車用燃料。從1975年以來，巴西為擺脫對石油的依賴，開展了世界最大規模的燃料乙醇開發計劃，到1991年燃料乙醇產量已達130億L。美國自1991年以來，為維持每年50億L的玉米制乙醇產量，政府每年要付出7億美元的巨額補貼[2，3，8]。利用糧食等淀粉質原料生產乙醇是工藝很成熟的傳統技術。用糧食生產燃料乙醇雖然成本高，價格上對石油燃料沒有競爭力。雖然我國政府于2002年制定了以陳化糧生產燃料乙醇的政策，將燃料乙醇按一定比例加到汽油中作為汽車燃料，已在河南和吉林兩省示范。然而我國剩余糧食即使按大豐收時的3000萬t全部轉化為乙醇來算，可生產1000萬t乙醇，也只有2000年原油缺口的1/10；而且隨著中國人口的持續增長，糧食很難出現大量剩余。2007年以來，糧食價格高漲，給國家的安定帶來威脅，因此，在我國非糧生物質燃料才是唯一可靠的生物質能源。
從原料供給及社會經濟環境效益來看，用含纖維素較高的農林廢棄物生產乙醇是比較理想的工藝路線。生物質制燃料乙醇即把木質纖維素水解制取葡萄糖，然后將葡萄糖發酵生成燃料乙醇的技術。我國在這方面開展了許多研究工作，比如武漢理工大學開展了農林廢棄物真菌分解-堿溶熱解-厭氧發酵工藝的研究，轉化率在70%以上[9]。中國科學院過程工程研究所在國家攻關項目的支持下，開展了纖維素生物酶分解固態發酵糖化乙醇的研究，為纖維素乙醇技術的開發奠定了基礎[10]。以美國國家可再生能源實驗室（NREL）為代表的研究者，近年來也進行了大量的研究工作，如通過轉基因技術得到了能發酵五碳糖的酵母菌種，開發了同時糖化發酵工藝，并建成了幾個具有一定規模的中試工廠，但由于關鍵技術未有突破，生產成本一直居高不下[11-13]。纖維素制乙醇技術如果能夠取得技術突破，在未來幾十年將有很好的發展前景。
二、生物質燃料熱化學法生產生物質油
生物質燃料熱化學法生產生物質油技術根據其原理主要可分為加壓液化和快速熱解液化。
（一）生物質燃料快速熱解液化
生物質燃料快速熱解液化是在傳統裂解基礎上發展起來的一種技術，相對與傳統裂解，它采用超高加熱速率（102-104K/s），超短產物停留時間（0.2-3s）及適中的裂解溫度，使生物質中的有機高聚物分子在隔絕空氣的條件下迅速斷裂為短鏈分子，使焦炭和產物氣降到最低限度，從而最大限度獲得液體產品。這種液體產品被稱為生物質油（bio-oil），為棕黑色黏性液體，熱值達20-22MJ/kg，可直接作為燃料使用，也可經精制成為化石燃料的替代物。因此，隨著化石燃料資源的逐漸減少，生物質快速熱解液化的研究在國際上引起了廣泛的興趣。自1980年以來，生物質快速熱解技術取得了很大進展，成為最有開發潛力的生物質液化技術之一。國際能源署組織了美國、加拿大、芬蘭、意大利、瑞典、英國等國的10多個研究小組進行了10余年的研究與開發工作，重點對該過程的發展潛力、技術經濟可行性以及參與國之間的技術交流進行了調研，認為生物質快速熱解技術比其他技術可獲得更多的能源和更大的效益[14]。
世界各國通過反應器的設計、制造及工藝條件的控制，開發了各種類型的快速熱解工藝。幾種有代表性的工藝、各裝置的規模、液體產率等參數見文獻 [14]。
（1）旋轉錐式反應工藝（Twente rotating cone process），荷蘭Twente大學開發。生物質顆粒與惰性熱載體一起加入旋轉錐底部，沿著錐壁螺旋上升過程中發生快速熱解反應，但其最大的缺點是生產規模小，能耗較高。以德國松木粉為原料，反應溫度600℃，進料速率34.8kg/h的條件下，液體產率為58.6%。
（2）攜帶床反應器（Entrained flow reactor），美國Georgia 工學院（GIT）開發。以丙烷和空氣按照化學計量比引入反應管下部的燃燒區，高溫燃燒氣將生物質快速加熱分解，當進料量為15kg/h，反應溫度745℃時，可得到58%的液體產物，但需要大量高溫燃燒氣并產生大量低熱值的不凝氣是該裝置的缺點。
（3）循環流化床工藝（Circulating fluid bed reactor），加拿大Ensyn工程師協會開發研制。在意大利的Bastardo建成了650kg/h規模的示范裝置，在反應溫度550℃時，以楊木粉作為原料可產生65%的液體產品。該裝置的優點是設備小巧，氣相停留時間短，防止熱解蒸汽的二次裂解，從而獲得較高的液體產率。但其主要缺點是需要載氣對設備內的熱載體及生物質進行流化，最高液體產率可達75%。
（4）渦旋反應器（Vortex reactor），美國國家可再生能源實驗室（NREL）開發。反應管長0.7m，管徑0.13 m，生物質顆粒由氮氣加速到1 200m/s，由切線進入反應管，在管壁產生一層生物油并被迅速蒸發。目前建成的最大規模的裝置為20kg/h，在管壁溫度625℃時，液體產率可達55%。
總之，生物質快速裂解技術具有很高的加熱和傳熱速率，且處理量可以達到較高的規模，目前來看，該工藝取得的液體產率最高。熱等離子體快速熱解液化是最近出現的生物質液化新方法，它采用熱等離子體加熱生物質顆粒，使其快速升溫，然后迅速分離、冷凝，得到液體產物，我國的開展了這方面的試驗研究。
（二）加壓液化
生物質加壓液化是在較高壓力下的熱轉化過程，溫度一般低于快速熱解。最著名是PERC法。該法始于20世紀60年代，當時美國的Appell等人將木片、木屑放入Na2CO3溶液中，用CO加壓至28MPa，使原料在350℃下反應，結果得到40%-50%的液體產物。近年來，人們不斷嘗試采用H2加壓，使用溶劑及催化劑（如Co-Mo、Ni-Mo系加氫催化劑）等手段，使液體產率大幅度提高，甚至可以達80%以上，液體產物的高位熱值可達25-30MJ/kg，明顯高于快速熱解液化。超臨界液化是利用超臨界流體良好的滲透能力、溶解能力和傳遞特性而進行的生物質液化，最近歐美等國正積極開展這方面的研究工作[15-17]。和快速熱解液化相比，目前加壓液化還處在實驗室階段，但由于其反應條件相對溫和，對設備要求不很苛刻，在規模化開發上有很大潛力。
生物質燃料轉化為液體后，能量密度大大提高，可直接作為燃料用于內燃機，熱效率是直接燃燒的4倍以上。但是，由于生物油含氧量高（約35wt%），精煉成本較高，因而降低了生物質裂解油與化石燃料的競爭力。這也是長期以來沒有很好解決的技術難題。
三、結論與建議
隨著化石燃料資源的逐漸減少，生物質燃料液化技術的研究在國際上引起了廣泛的興趣。經過近30年的研究與開發，車用燃料乙醇的生產已實現產業化，快速熱解液化已達到工業示范階段，加壓液化還處于實驗研究階段。我國生物質資源豐富，每年可利用的資源量達50億t，僅農作物秸稈就有7億t，但目前大部分作為廢棄物沒有合理利用，造成資源浪費和環境污染。如果將其中的50%采用生物質液化技術轉化為燃料乙醇和生物質油，可以得到5億-10億t油當量的液體燃料，基本能夠滿足我國的能源需求。因此，發展生物質液化在我國有著廣闊的前景。
我國在生物質快速熱解液化及加壓液化方面的研究工作還很少，與國際先進水平有較大差距，需要加強此項研究。開發生物質油精制與品位提升新工藝，降低生產成本是生物質熱化學法液化進一步發展，提高與化石燃料競爭力的關鍵。
參考文獻：
[1]倪維斗，靳輝，李政. 中國液體燃料的短缺及其替代問題[J]. 科技導報，2001， （12）：9-12.
[2]閻長樂. 中國能源發展報告2001[M]. 北京：中國計量出版社，2001.15-35.
[3]何方，王華，金會心. 生物質液化制取液體燃料和化學品[J]. 能源工程，1999， （5）：14-17.
[4]袁振宏，李學鳳，藺國芬. 我國生物質能技術產業化基礎的研究 [A].吳創之，袁振宏.2002中國生物質能技術研討會論文集[C]. 南京：太陽能學會生物質能專業委員會， 2002. 1-18.
[5]李文. 生物質的熱解與液體產物的精制[J]. 新能源，1997， 19（10）： 22-28.
[6]Kloprise B， Hodek W， Bandermann F. Catalytic hydroliquefaction of biomass with mud and CoO-MoO3 catalyst[J]. Fuel， 1990，69（4）： 448-455.
[7]Amen-Chen C， Parkdel H， Roy C. Production of monomeric phenols by thermochemical conversion of biomass： a review [J]. Bioresource Technology， 2001，79： 277-299.
[8]Chornet E， Overent R P. Biomass liquefaction： an overview [A]. In： Overrnd R P. Fundamentals of thermochemical biomass conversion [M]. Essex： Elsevier，1985.967-1002.
[9]楊穎.生物質載體生物膜堿溶熱解厭氧發酵的試驗研究[學位論文].武漢理工大學，2006
[10]陳洪章，李佐虎. 汽爆纖維素固態同步糖化發酵乙醇[J]. 無錫輕工業大學學報，1999，18（5）：78-81.
[11]Cook J， Beyea J. Bioenergy in the United States：progress and possibilities [J]. Biomass and Bioenergy，2000，18：441-455.
[12]McKendry P. Energy production from biomass （part2）： conversion technologies[J]. Bioresource Technology，2002，83：47-54.
[13]Mielenz J R. Feasibility studies for biomass to ethanol production facilities in Florida and Hawaii [J].Renewable Energy， 1997，10（2-3）：279-284.
[14]郭艷，王，魏飛，等. 生物質快速裂解液化技術的研究進展[J]. 化工進展，2001，20（8）：13-17.
[15]Demirbas A. Yields of oil products from thermochemical biomass conversion processes[J]. Energy Conversion & Management， 1998， 39（7）：685-690.
生物質研究范文3
關鍵詞:生物質;液壓式成型機;成型燃料
0引言
我國是一個農業大國,8億多人口生活在農村,農村能源尤其優質能源普遍短缺。農村能源70%來自生物質能,中國生物質資源非常豐富,資源總量達6.5億t標準煤以上[1]。由于生物質結構疏松,能量密度低,燃燒效率低,且難以找到合理的利用方式,大量的秸稈被遺棄荒燒,造成空氣環境的嚴重污染,筆者對社會、經濟、環境和生態等造成了嚴重的不良影響。
為開發和利用國內以秸稈為主的生物質能源,筆者對液壓式生物質成型機及配套秸稈成型燃料生產線所需的技術與設備進行了設計和試驗研究。
1液壓式生物質成型機成型機理和技術路線1.1成型機理該系統是在不加任何粘結劑的條件下對生物質進行熱壓成型的。生物質之所以能夠成型,主要是由于生物質中木質素的存在。木材中木質素的含量為27%~32%(絕干原料),禾草類植物木質素含量為14%~25%。通過X射線衍射表明,木質素屬非晶體,沒有熔點,但有軟化點。試驗表明:在一定的壓力下,當溫度在70~100℃時其粘合力開始增加;溫度在200~300℃時,可以熔融[2]。熱壓成型的合適溫度為140~200℃。該成型機采用液壓驅動往復活塞雙向擠壓成型機構,在該溫度下通過雙出桿油缸兩端的沖桿擠壓成型套筒中的生物質,由于外力的作用,粒子主要以相互靠緊的形式結合[3]。隨著外力的增大,生物質體積大幅度減小,密度顯著增大,生物質內部膠合外部焦化,并且具有一定的形狀和強度。在沖桿的擠壓作用下,生物質成為棒狀從兩端成型套筒中交替擠出,成為既定形狀[4]。由于采用了液壓驅動,所以成型機的運行穩定性好,噪音比較小,操作環境得到了明顯的改善。
1.2成型燃料生產線技術路線
秸稈生物質成型燃料生產線的生產是將收集的秸稈生物質先通過太陽能干燥系統進行自然脫水,通過輸送帶進入粉碎機;粉碎后的秸稈由氣力輸送裝置送入原料庫,再由輸送帶送入秸稈液壓式生物質成型機中,即可得到成型燃料產品[5]。
成型燃料生產線的工藝流程是:太陽能干燥或直接曬干輸送帶秸稈粉碎機原料庫輸送帶攪龍預壓喂入液壓式生物質成型機包裝成品貯存。
2成型燃料生產線的配套設備
成型燃料生產線設備包括太陽能干燥系統、秸稈粉碎機、液壓式生物質成型機、生物質燃燒爐和包裝機等;生產線采用的原料主要是秸稈類生物質,如玉米秸稈、豆秸、稻草、棉稈和樹枝合木屑等;生產線的關鍵設備是液壓式生物質成型機[6]。
3試驗材料與方法
3.1原料及試樣制備試驗原料取自新鄭市周圍的玉米秸稈,經自然曬干后,用粉碎機將其粉碎,粉碎后的平均粒度為31㎜,含水率為9.5%。
3.2試驗裝置與方法
試驗采用液壓生物質成型機、粉碎機、電熱干燥箱、分析天平、臺秤、磅秤、干濕溫度計、噪音計、游標卡尺、30~100A電度表、秒表和玉米秸稈等。
試驗條件:生產環境溫度為18℃,濕度為25%。
檢測方法:將測試設備與成型機連接好后,使成型機處于穩定運行狀態,從測試儀器設備中記錄出相應的參數。在每一個成型溫度條件下,使成型機平穩運行30min,測試3次,然后取其平均值。
3.3試驗結果及分析
上述基本試驗條件下,成型機在不同成型溫度下生產出的成型棒冷卻后直徑如表1所示。
表1不同成型溫度下成型棒冷卻后直徑Tab.1 The briquetting staff diameters of different temperature成型溫度/℃成型棒直徑/㎜成型溫度/℃成型棒直徑/㎜300 140290 138280 136270 135260 134250 133240 131230 132220 131210 130成型棒冷卻后,由于內部的水蒸汽膨脹和吸收空氣中的水分,當成型溫度高時,成型棒成型后內部會產生較多的水蒸汽,這可以看作是使成型棒膨脹的內在動力;在成型棒冷卻過程中,其干燥的表面會吸收空氣中的水分,從而使成型棒膨脹,這是造成成型棒膨脹的外部動力[7]。從試驗結果以看出,在其它生產條件相同的條件下,成型棒冷卻后直徑隨著成型溫度的增加而增加。
不同成型溫度下的成型棒膨脹率折線圖如圖1所示。從圖1可以看出,冷卻后成型棒膨脹率隨著成型溫度的上升逐漸增加,其曲線接近線性關系。這說明,冷卻后成型棒的密度隨著成型溫度的升高而減小。在300℃時,成型棒的直徑最大,則其密度最低;而在210℃時,成型棒的直徑最小,則其密度達到最大值。
所以,在保證成型棒順利成型的前提下,成型加熱溫度應該盡量降低。這樣既可以減少加熱能耗,降低生產成本,又可以保證成型棒的成型效果。
圖1不同成型溫度對成型棒膨脹率的影響Fig.1 The expansion coefficient of briquetting staff ondifferent temperature根據實際情況,進行了大量的試驗,如表2所示。
從表2可以看出:在液壓生物質成型機生產過程中,加熱溫度在230℃以上時,加工出來的成型棒表面光滑程度較好;在220℃和210℃時,其表面光滑程度降低;在200℃幾乎不能成型。這說明,加熱溫度對成型棒的成型效果有很大的影響,是影響成型效果的一個比較關鍵的因素。所以,加熱溫度的確定是成型機生產參數確定的關鍵環節。
加熱溫度在230℃以上時,成型棒出模比較順利;加熱溫度為220℃,成型棒出模開始出現困難;在210℃時,可以看到成型棒出模明顯困難;而在200℃時,成型棒幾乎不能出模。成型棒的加熱溫度在210~230℃之間時,其表面顏色為灰褐色,成型棒出模比較困難;在240~260℃之間時,成型棒顏色為灰黑色,且出模相對順利;在270℃及其以上時,成型棒表面呈焦黑色,出模比較順利。這說明,加熱溫度對成型棒出模順利程度影響很大,加熱溫度的高低直接決定了成型棒是否出模。
根據試驗情況可以得出,要想保證成型棒出模順利,加熱溫度必須在230℃以上。成型溫度在260℃以上時,成型棒出模冷卻后的膨脹率較大,冷卻后表面裂紋較多;加熱溫度在260℃以下時,成型棒冷卻后膨脹率較小,表面比較光滑。可以看出,冷卻后成型棒表面裂口的大小隨著加熱溫度的降低而減小。
在液壓式生物質成型機的整個運行過程中,其空轉運行時的最高噪音為82dB,進行生產時的最高噪音穩定在90dB左右。不同成型溫度下的成型壓力如圖2所示。
圖2不同成型溫度下的成型壓力
Fig.2 Briquetting Pressure of different briquetting temperature從圖2可以看出,成型機的成型壓力隨著成型加熱溫度的升高而逐漸較小,可見增加成型溫度可以降低成型壓力。這主要是由于溫度增加可以使成型棒在成型階段表面軟化,降低了成型棒出模時的摩擦阻力,從而可以降低液壓系統的工作阻力,使液壓壓力下降。由于成型機生產過程中的噪音主要是由液壓系統造成的,所以液壓壓力的下降也可以使生產過程中的噪音降低。這就要求在成型機生產過程中選擇合適的成型溫度,以充分利用液壓能而又不使液壓壓力過高[8]。
4結論
根據以上試驗,可得出以下結論:液壓生物質成型機在生產原料的種類、原料粒度、含水率、成型壓力、成型套筒的錐長和錐角、成型周期、摩擦力及喂入頻率不變化的情況下,環境溫度為18℃、環境濕度為25%時,生產線生產方案的制定要考慮以下因素:一是加熱溫度在230℃以上時,成型棒表面光滑程度較好,所以加熱溫度應該在230℃以上才能保證加工出來的成型棒的表面光滑度;二是加熱溫度應在230℃以上時,才能保證成型棒的出模順利,從而保證成型生產過程的連續性和成型機組運行的穩定性;三是成型棒出模后的表面顏色不是影響成型的主要因素,但是當成型棒表面為焦黑或者灰黑色時成型比較順利,表面為灰褐色時,成型開始出現困難,所以成型棒的表面顏色可以作為表征秸稈成型順利程度的指標之一;四是成型棒出模冷卻后的膨脹率不應太大,冷卻后表面應比較光滑,所以機組正常生產時的加熱溫度應該控制在260℃以下;五是成型機的成型壓力隨著加熱溫度的升高而逐漸較小。在成型機生產過程中,要選擇合適的成型溫度,以充分利用液壓能而又不使液壓壓力過高;六是在整個試驗過程中,液壓生物質成型機正常工作時的最高噪音穩定在90dB左右,在人體承受范圍之內。
綜合考慮影響液壓式生物質成型機生產時的生產率、成型部件磨損、原料含水率變化、成型機體壽命以及能耗等因素,把生產時的加熱溫度穩定在240~250℃之間為適宜溫度。
生物質研究范文4
我國生物質資源(農作物秸稈)豐富，但利用率不高。為了高效利用生物質資源，本文就生物質成型燃料的加工技術與裝備進行初步研究，以探討綜合利用生物質資源的技術途徑。
一、影響生物質成型燃料加工裝備性能的因素分析
1、生物質原料的來源與特點
我國是農業大國，農林廢棄物資源十分豐富。我國每年總量約有7億噸的農作物秸稈，另外，我國每年還有大量的林業采伐和林木制品加工廠產生的廢棄物。如枝椏、小徑木、板片、木屑等，總量也近1億噸。生物質成型燃料。是以枝條、樹皮、秸稈等農林剩余物為原料。這些原料具有來源廣泛、分散、種類多、質地不統一等特點。決定了成型燃料加工技術與裝備的設計必須做到滿足原料來源的廣泛性、多樣性和方便靈活性。
2、生物質成型燃料的特點要求與使用對象
生物質成型燃料是將生物質原料經過粉碎、調質等處理，在高壓條件下，壓縮成顆粒狀且質地堅實的成型物，除應具有比重大、便于貯存和運輸、著火易、燃燒性能好、熱效率高(是直接燃燒的5倍以上)的優點外。還應具有灰分小、燃燒時幾乎不產生SO2、不會造成環境污染等優點?？勺鳛楣I鍋爐、住宅區供熱、農業暖房及戶用炊事、取暖的燃料。成型燃料的這些特點。決定了成型燃料加工技術與裝備的設計必須在充分考慮生物質原料特點的基礎上，保證生物質原料的粉碎細度達到成型的要求，燃料成型的密度、成型設備的有關模板、?？住狠伒瘸尚完P鍵部件，在盡可能滿足噸料加工能耗較少，加工關鍵設備使用壽命較長，加工的成型燃料性能具有較好的燃燒性能的要求下，應具有實用性、適應性和經濟性。
3、生物質成型燃料加工技術與設備的國內外現狀
成型燃料有顆粒狀和棒狀兩大類。根據成型主要工藝特征的差別，國內外生產生物質壓縮燃料的工藝大致可劃分為濕壓(冷壓)成型、熱壓成型、碳化成型等3種。按成型加壓的方法不同來區分，技術較為成熟、應用較多的成型燃料加工機有輥模擠壓式(包括環模式和平模式)、活塞沖壓式(包括機械式、液壓式)、螺旋擠壓式等三種機型，其中輥模擠壓式成型機采用的是濕壓(冷壓)成型工藝，活塞沖壓式、螺旋擠壓式成型機都采用的是熱壓成型工藝。
國外開發工作始于20世紀40年代。1948年日本申報了利用木屑為原料采用螺旋擠壓方法生產棒狀成型燃料的第1個專利，60年代成立了成型燃料行業協會。70年代初，美國研究開發了環模擠壓式顆粒成型機，并在國內形成大量生產。瑞士、瑞典、西歐等發達國家都先后開發研究了沖壓式成型機、輥模擠壓式顆粒成型機。其中已有120多年歷史的世界著名飼料機械生產企業――德國卡爾公司(Kahl)生產的動輥式平模制粒機，不僅能生產中低密度的顆粒飼料，而且還能生產較優高密度的顆粒燃料，成品產量大、能耗低而且質量好，在歐洲和東南亞國家使用較為廣泛。在最早開發螺旋擠壓成型燃料生產技術的日本也有采用環模顆粒成型機加工木屑成型燃料的大型生產企業。如今，固化成型燃燒在日本、歐、美等地已經商品化，在丹麥的一座叫阿文多的發電廠，還利用木屑壓縮顆粒來發電。1985年日本平均每戶家庭消耗成型燃料達750kg。1985年美國生產成型燃料達200萬t以上。
我國從20世紀80年代中期起開始了成型燃料的開發研究，一方面組織科技攻關，另一方面，引進國外先進機型。經消化、吸收，研制出各種類型的適合我國國情的生物質壓縮成型機。用以生產棒狀、塊狀或顆粒生物質成型燃料。全國現有生物質壓縮成型廠35個。生物質成型燃料的種類按其密度分為中密度(800―1100Kg/m3)和高密度(1100―1400kg／m3)二種，前者適宜于家庭爐灶或小型鍋爐用，也可滿足自動爐排機械加料的大型鍋爐用，后者更適于進一步加工成為炭化產品。
國內主要的幾種成型燃料生產技術的現狀分述如下：
1)螺旋擠壓技術
螺旋擠壓成型技術是目前生產生物質成型燃料最常采用的技術，尤其是以機制炭為最終產品的用戶，大都選用螺旋擠壓成型機。
1990年中國林科院林產化學工業研究所與江蘇省東海糧食機械廠合作，完成了國家“七五”攻關項目――木質棒狀(螺旋擠壓)成型機的開發研究工作，并建立了1000t／年棒狀成型燃料生產線；1 993年前后，中國大陸的一部分企業和省農村能源辦公室從日本、中國臺灣、比利時、美國引進了近20條生物質壓縮成型生產線，基本上都采用螺旋擠壓式，以鋸木屑為原料，生產“炭化”燃料。棒狀成型燃料的形狀為直徑50*10-3m2左右、長度450*10-3m2左右，橫截面為圓形或六角形，每根重約1Kg，用于蒸發量≤1000kg／h工業鍋爐或民用爐灶。
國內現已有包括陜西武功縣輕工機械廠、河南省鞏義合英實業公司等在內的近十家廠家生產此種類型的設備。
螺旋擠壓成型機的優點是：
①成品密度高。以木屑、稻殼、麥草等為原料，國內生產的幾種螺旋擠壓成型機加工的成型棒料的密度都在1100～1400Kg／m3。
②成品質量好、熱值高，更適合再加工成為炭化燃料。
螺旋擠壓成型機的缺點是：
①產量低，目前國產設備的最高臺時產量不到150Kg／h，距離規?；a的產量要求相差較大。
②能耗高，粉料在螺旋擠壓成型前先要經過電加溫預熱，擠壓成型過程的噸料電耗就在90Kwh／t以上。
③易損件壽命短，國產設備主要工作部件――螺桿的最高壽命不超過500h，距離國際先進水平1000h以上還有不小的差距。
④原料要求苛刻。螺旋擠壓成型機采用連續擠壓，成型溫度通常調整在220～280℃之間，為了避免成型過程中原料水分的快速汽化造成成型塊的開裂和“放炮”現象發生，一般要將原料含水率控制在8～12％之間，所以對有的物料要進行預干燥處理，增加了加工成本。這一點，對于移動式的成型燃料加工系統來說也許是一個致命傷，因為與旋擠壓成型工藝相銜接還需有配套的烘干機。
2)活塞沖壓技術
這種設備的優點是成型密度較大，允許物料水分高達20％左右，但因為是油缸往復運動，間歇成型，生產 率不高，產品質量不太穩定，不適宜炭化?；钊降某尚湍Ｇ蝗菀啄p，一般100h要修一次，有的含SO2少的生物質材料可維持300h。
另據報道，2003年，河南農業大學承擔完成了科技部研究項目“秸稈壓塊成型燃料產業化生產的可行性研究”，開發了HPB―m2型液壓驅動式秸稈成型機，采用活塞套筒雙向擠壓間歇成型。生產率：400kg／h；噸料成型電耗：60Kwh／t左右。
另外北京三升集團研發了機械傳動、活塞擠壓成型技術，在工業化生產中密度飼料塊的同時，還生產高密度(>900Kg／m3)的燃料塊。
3)輥模擠壓技術
生物質顆粒燃料的輥模擠壓成型技術是在顆粒粒飼料生產技術基礎上發展起來的。二者的主要區別在于纖維性物料含量的多少和成型密度的高低。用輥模擠壓式成型機生產顆粒成型燃料一般不需要外部加熱，依靠物料擠壓成型時所產生的摩擦熱，即可使物料軟化和黏合。對原料的含水率要求較寬。一般在10％～40％之間均能成型。其最佳水份成型條件為18％左右，相比于螺旋擠壓和活塞；中壓而言，輥模擠壓成型法對物料的適應性最好。因此。國內一些生產秸稈顆粒飼料的企業在生產顆粒飼料的同時也生產顆粒燃料，以提高設備的利用率。
以國內知名飼料機械生產企業――江蘇正昌集團為代表的我國飼料機械業界，目前在環模制粒機和平模制粒機的設計、制造方面，已積累了豐富的經驗，某些方面已達到世界先進水平。在生物質顆粒成型燃料加工機械的研發方面也進行了多年的探索，并取得了可喜的成績。
4)環模擠壓成型技術
1994～1998年，江蘇正昌集團公司聯合中國林科院林產化學工業研究所承擔了國家林業局下達的項目“林業剩余物制造顆粒成型燃料技術研究”。該項目以江蘇正昌集團公司生產的KYW32型環模式飼料顆粒成型機為基本結構，研究成功了以木屑和刨花粉為主要原料的顆粒燃料成型機，臺時產量在250Kg／h左右，產品規格：直徑6*10-3m2，長度為8-15*10-3m2，顆粒密度>1000Kg／m3，其熱值為4800kcal／Kg左右。產品質量達到日本“全國燃料協會”公布的顆粒成型燃料標準的特級或一級。但是由于當時在材料和加工工藝等方面的原因，主要易損件環模在面對粗纖維物料時，暴露出了使用壽命短的缺陷。使用成本高，成為環模式制粒機難以在生物質成型燃料領域大面積推廣的重要原因。但是，該項目的開展，為我國今后在輥模擠壓成型燃料技術的發展打下了良好的基礎。
5)平模擠壓成型技術。由于在平模制造工藝水平和主要加工物料對象方面與國外的差距等原因，以前國內在對平模式制粒機的研究方面不夠深入，國內能生產的最大平模直徑只有400*10-3m2。2000年，我所承擔了農業部引進國際先進農業科學技術項目(簡稱“948”項目)――秸稈顆粒飼料加工技術與設備的引進，在引進國際上著名的德國卡爾公司(Kahl)的38-780型大型平模式制粒機的基礎上，結合我國實際，又進行了多處技術改進和創新。2003年12月，該項目通過了農業部“948”項目辦公室的驗收。
與其他生物質成型顆粒(塊)加工技術相比。大型平模式制粒機的優點在于：
①原料適應性廣。平模式制粒機壓制室空間較大，可采用大直徑壓輥，因而能將諸如秸稈、干甜菜根、稻殼、木屑等體積粗大、纖維較長的原料強行壓碎后壓制成粒，對原料的粉碎度要求降低了。另外，平模式制粒機在壓縮纖維性物料時，原料水分在15～25％(最佳18％左右)都能被壓縮成型。大多數情況下，不需要對原料進行干煤。
②產量大。經江蘇省農機鑒定站檢測，SZLP-780型平模制粒機在以100％苜蓿草粉為原料時，產量可達2100kg／h。在此后進行的以木屑為原料的制粒試驗時，當成型顆粒密度在1100Kg／m3時，產量達到1500Kg／h，是國內現有成型顆粒燃料加工設備所達到的最大產量。
③噸料耗電低。一方面，平模式制粒機由于壓制室空間大、壓輥直徑大的原因，能將粒度相當大的原料制成顆粒，因而能克服環模擠壓制粒機和螺旋式擠壓機在這方面的局限，這就減少了物料在粉碎工段的能耗；另一方面，與環模制粒機相比，平模?？讕娣e比值高，出料孔多。而且出料顆粒密度和大小比較一致。
④輥模壽命長。由于工作原理的差異，平模式制粒機壓輥的線速度比環模式的低，因而輥、模的磨損比較慢。而且，平模在一側面工作面磨損后可翻過來使用另一側面，可以提高使用壽命。
⑤成型密度可調。壓輥和壓模之間的工作間隙和壓力可通過液壓式中央螺母調節裝置使壓輥同步升降，操作簡單省時。既可生產中低密度的顆粒飼料，也可生產較高密度的顆粒燃料，一機多用。
但總體來看，目前，我國的生物質固化成型裝備在設備的實用性、系列化、規?；线€很不足，距國際先進水平還有不小的差距。這一問題以成型機最為突出，表現在生產率低、成型能耗高、主要工作部件壽命短、機器故障率多、費用高等方面。
4、生物質成型燃料加工技術與設備的發展趨勢
進入二十一世紀以來，人們愈加感覺到石化能源漸趨枯竭，在對可持續發展、保護環境和循環經濟的追求中，世界開始將目光聚焦到了可再生能源與材料， “生物質經濟”已經浮出水面。以生物能源和化工產品生產為主的生物質產業正在興起，引起了世界各國政府和科學家的關注。許多國家都制定了相應的計劃，如日本的“陽光計劃”，美國的“能源農場”，印度的“國家戰略行動”等。2005年“可再生能源法”在我國正式頒布實施，所有這些。預示著各國在包括生物質成型燃料開發在內的生物質技術領域的競爭進入一個白熱化時代。
雖說生物質產業是世界發展之大勢和新興的朝陽產業，但其當前成本與價格尚難與石油基產品競爭，這一點對于成型燃料來說，表現得尤其明顯。因此，以降低儲運成本和壓縮成型成本為目的，尋求技術上的創新、突破，成為生物質成型燃料領域最大的命題。降低顆粒燃料的噸料能耗、降低設備的使用成本。也成為本“863”項目所追求的最大目標。
在生物質固化成型技術裝備研究、開發方面，國內外的發展趨勢是裝備生產專業化、產品生產批量擴大化、生產裝備系列化和標準化。尤其在國內應在設備實用性、系列化上下功夫。不斷降低成本并提高技術水平，為21世紀大規模開發利用生物質能提供必要的技術儲備。
5、生物質成型燃料加工技術與設備的先進性與性價比
生物質成型燃料加工技術與設備先進程度的高低必須與其性價比有機的結合起來綜合考慮。單一講究技術 和設備的先進性，不考慮技術的投入成本和市場的接受程度，不考慮技術和設備的性能與市場接受的價格合理之比，再先進的技術在市場上如得不到應用，也得不到用戶的認可，這種技術起碼可以說是不完全適用的技術。生物質成型燃料加工技術與裝備的先進性主要體現在以下幾方面：一是理想的噸料加工耗能量；二是適度的關鍵部件的使用壽命；三是良好的產品結構組成；四是合理的加工工藝路線等等。因此，在研究和設計生物質成型燃料加工技術和加工設備時，要在盡可能低的噸料耗能的前提下，使得產品的結構優化與合理，在產品得到較高的使用壽命的基礎上，保證產品的價格盡可能適應市場的接受程度。使生物質成型燃料加工技術與裝備的先進性與產品的性價比有機結合與統一，以利于推廣應用。
二、生物質成型燃料加工裝備技術方案技術特征
1、技術路線和技術方案
考慮到上述一些因素，我們在研究設計時充分借鑒利用現有技術成果，并在利用國產制粒機進行成型燃料加工試驗的基礎上，優化創新設計，采用新結構、新材料、新工藝，研發關鍵部件；其系統技術方案如下所述。
(1)技術方案分析
我們研究設計的技術方案及機組總體配置示意見以下附圖：
本技術方案以秸稈等農林廢棄物為原料，既可將多物料聯合粉碎機、粉料輸送組合裝置、制粒機等有機集成組裝在一臺拖車上，形成一個可移動的顆粒燃料加工設備系統，又可將多物料聯合粉碎機、粉料輸送組合裝置、制粒機等有機集成組裝在一個固定場所進行加工。系統各部分的設計方案說明如下：
1)多物料一次粉碎機
適應的原料包括經自然風干的玉米稈、棉稈以及麥稈、稻草等，充分考慮到了移動式成型燃料加工系統對原料應具有廣泛適應性的要求特點。采用搓揉裝置和錘片粉碎、篩分裝置的有機組合技術，對原料進行切段粉碎復合作業。粉碎后的粉料過篩后經風管直接輸送到粉料暫貯箱中輸送至制粒機中；人工只要把待粉碎的原料放到加料斗里即可，大大減輕了勞動強度，并改善了勞動條件。
2)粉料輸送組合裝置
秸稈類生物質經粉碎后，堆密度很低，輸送過程中容易結拱，使送料受阻。本裝置的作用是接受由粉碎機經風管輸送來的粉料，通過簡易脈沖裝備向制粒機內連續不斷地輸送粉料。
該裝置將采用料倉防結拱技術，有效地避免因纖維性物料流動性差，而導致喂料不均勻情況的發生。
3)顆粒燃料制粒機
這是本技術裝備的核心和關鍵。根據移動式作業特點考慮上述的多種因素。采用平模制粒技術方案。實施時通過試驗，進一步優化設計平模制粒成型模孔，調整顆粒燃料制粒工藝，減小功率，降低主軸轉速，增加輥模壓力，保證得到較高密度、質量穩定的成型燃料的。
在主要工作部件(同時也是主要易損件)壓輥和模具的加工方面。充分利用國內輥模制造領域技術工藝和設備方面的優勢，采用新材料和新工藝，進一步提高輥模耐磨性。
4)系統集成技術
上述3部分集成裝在1臺拖車上，可以靈活方便地在村鎮間轉移。成為一個流動的加工車間，適應了農村秸稈原料既分散、季節性又強的實際作業條件。同時，可以根據不同的用戶要求，也可將上述3部分集成在固定的工作場所進行作業。
本技術方案在粉碎機喂料、粉料輸送、成型顆粒篩分等環節充分考慮到了自動化的有機銜接，因此，整個系統的操作工人只要有3―5名即可。
如上所述，本方案全面考慮了農村的實際條件，從有效發揮機組加工效能、減輕人工勞動強度等方面著眼，優化了系統的設計。整個加工系統總功率80KW左右，處理能力500―1000Kg／h。是可以滿足課題確定的指標要求。
(2)設備投資分析
本技術方案以枝條、秸稈等農林廢棄物為原料，有機集成從原料篩分、粉碎到制粒成型的工藝，形成為一個整體可移動的加工設備系統，其中從粉碎到壓縮成型所需的設備投資合計約為20萬元。綜合分析國內外現有成型燃料加工設備的生產率和設備投資情況，本項目制的成型燃料加工設備系統有較大競爭優勢。
2、生物質成型燃料加工技術與裝備技術特征
(1)技術特征
1)多物料一次粉碎技術。該技術針對不同來源、不同生物質原料，采用組合粉碎轉子等結構，實現多種生物質原料一次粉碎，并達到制粒成型所需的細度要求。
2)物料流量自動調節技術。該技術就是主要是根據成型機加工成型燃料的產量要求，采用簡易脈沖、負壓輸送等機構自動調節來自于粉碎機粉碎后的生物質原料的流量，在保證成型機不發生堵塞的情況下，使輸送到成型機的物料流量達到最大。
3)顆粒燃料成型技術。該技術就是將由粉碎機輸送來的生物質原料。通過平面輥壓和平模將原料壓制成顆粒成型燃料。動力通過減速傳動機構帶動主軸運轉，不同直徑模孔的平?？梢愿鶕枰M行更換，成型燃料加工過程可以通過檢查視窗口直接觀察并可通過打開視窗進行維護和修理，模輥間隙和壓制壓力實現自動調節，確保顆粒成型燃料的密度符合規定的要求。
4)既可移動又可固定場所連續生產機組集成技術。該技術就是根據用戶需要將多物料一次粉碎機和顆粒燃料成型加工機有機的集成為連續生產機組。這種機組既可安裝在固定場所，也可集成在平板機車上，所需加工動力既可適用于電力。也可適用于柴油機動力機等。
(2)主要技術指標
1)成型燃料加工機組
總功率：80KW左右；生產能力：500―1000Kg／h；
可方便地整體轉移作業；
2)成型燃料加工成本
農林剩余物固化成型燃料成本低于煤的價格，噸料能耗≤70KWh／t；
3)成型燃料產品性能
密度≥1g／cm3；
水分≤12％。
進料流量可調。
三、生物質成型燃料加工裝備的設計與研究
1、多物料一次粉碎機的設計
多物料一次粉碎機采用同軸搓揉旋切裝置和錘片式粉碎、下置式篩分裝置有機組合技術。電機動力通過皮帶盤驅動轉子高速旋轉，使秸稈通過搓揉旋切裝置，搓揉旋切成3～5厘米長，再進入錘片粉碎室，經受錘片撞擊剪切而粉碎。另一方面，物料與物料之間、物料與錘片之間相互摩擦進一步破碎。小于篩孔的粉體被排出粉碎室。大于篩孔的原料則繼續被錘片打擊、粉碎、直至通過篩孔，從而達到粉碎的目的。其結構示意如下圖所示。
本粉碎機主要由：轉子、機座、上下殼體、操作料斗、傳動裝置等五大部分組成?？紤]到使用與維護的需要，設計了方便安裝更換篩片和錘片的簡易拆卸機構?？梢苑奖阌脩羰褂谩?/p>
多物料一次粉碎機的主要設計技術參數為：轉子直徑：720m2m2，主軸轉速：2700rpm2一3500rpm2，錘片數量：128片，配用功率：22kw，軸承型號：NSK SN520， 吸風量：3300m3/h，產量：500～1 000Kg／h，整機重量：1200Kg，外形尺寸(m2m2)：2975×1730×1140。篩片面積(m2m2)：1120×540。
2、顆粒燃料成型機的設計
根據技術方案，成型機采用平面輥壓和平模的組合結構，而這種結構按執行部件的運動狀態分，有動輥式、動模式、模輥雙動式三種。由于后兩種僅適用于小型平模燃料成型制粒機，較大機型一般用動輥式。因此本機即采用動輥式結構。按磨輥的形狀分，又可以分為錐輥式和直輥式兩種?？紤]到加工的工藝性本機設計為直輥式。其工作原理如下圖所示。
由圖可以看出，電動機通過減速箱驅動主軸，主軸帶動磨輥。磨輥繞主軸公轉的同時也繞磨輥軸自轉。加工顆粒時，生物質原料被送入平模機的喂料室。在分料器和刮板的共同作用下均勻地鋪在平模上，主軸帶動的壓輥連續不斷地滾過料層。將物料擠壓進入模孔，物料在?？字薪洑v成型、保型等過程。具體過程為：供料區內的物料在重力作用下緊貼在平模上，當壓輥向前滾動，物料進入變形壓緊區。這時因受到擠壓，原料粒子不斷進入粒子間的空隙內，間隙中的空氣被排出，粒子間的相互位置不斷更新，粒子間所有較大的空隙逐漸都被能進入的粒子占據。隨著壓輥繼續滾動，被壓實的原料進入擠壓成型區，?？椎腻F孔部分和前半部分都屬于擠壓成型區，該區內，壓力繼續增加。粒子本身發生變形和塑性流動，在垂直于最大主應力的方向被延展。并繼續充填周圍較小的空隙，由于壓輥和物料間的摩擦作用加劇而產生大量熱量。導致原料中含有的木質素軟化。粘合力增加，軟化的木質素和生物質中固有的纖維素聯合作用。使生物質逐漸成形，這時部分殘余應力貯存于成型塊內部，粒子結合牢固但不甚穩定。成型塊在擠壓作用下進入?？椎谋Ｐ投?，在該段不利于形狀保持的殘余應力被消除，顆粒被定型。一定時間后以圓柱狀態被擠出，旋轉的切刀將物料切斷，形成顆粒。由掃料板將顆粒送出。
本燃料成型機主要由：電動機、傳動箱、主軸、喂科室、壓輥、平模、切刀、掃料板、出料口等九大部分組成?？紤]到加工密度的調節和輥模間間隙的調整，設計有液壓調節機構，一是保證加工過程中的加工壓力的穩定。二是保證輥模問間隙的自動調節。同時考慮到安裝與維修的方便性。在制粒室周圍設計有觀察與調節窗口。
顆粒燃料成型機設計的主要技術參數為：平模直徑：520m2m2。壓輥轉速：56rpm2，壓輥壓強：100m2pa，配用功率：45Kw，整機重量：1 500Kg，外形尺寸(m2m2)：1530×840×2047，產量：500―1000Kg／h。顆粒直徑：10m2m2一20m2m2，顆粒長度：30m2m2，顆粒產品密度：≥1g／m3。
3、生物質成型顆粒燃料加工裝備的集成設計
生物質成型顆粒燃料加工裝備的集成設計，就是將多物料一次粉碎機和顆粒燃料成型機，通過負壓簡易脈沖風網系統有機的連接起來，一方面要求加工系統在加工過程中確保生物質原料的輸送均勻，防止堵塞與結拱，另一方面要保證加工系統在加工過程中不會對環境造成嚴重污染，同時盡可能少用人工作業，減少作業勞動強度和用工量。因此。系統的集成設計成兩種方案，一是直接將集成系統安裝在固定場所。二是將系統集成安裝在可移動的平板車上。
4、生物質成型燃料加工裝備有關重要技術參數的研究結論
(1)生物質原料壓縮特性
粉碎后的生物質原料(秸稈)在壓縮過程中。是在一定壓力下，通過秸稈的塑性變形和其本身的木質素軟化固化成型的。在壓縮過程中可分為3個階段：松軟階段、過渡階段和壓緊階段。在壓力較小時，成型密度隨壓力的增大顯著增大，但達到壓緊階段后，變化緩慢，趨于常數。一般情況下，在壓力為85m2Pa時，制粒的成型效果就較好，將壓力控制在85―100m2Pa范圍內就可以達到較理想的成型要求。同時通過試驗，探索了生物質壓縮力和壓縮密度的關系。確定了壓縮力、壓縮密度、壓縮量的關系。
(2)生物質原料的特性對成型的影響
生物質原料具有流動性差、相互牽連力較大的特性，是成型喂入和壓縮的瓶頸。對于不同的原料、不同的含水率、不同的粒度，壓縮特性有很大的差異，并對成型過程和產品質量有很大的影響。當原料水分過高時，加熱過程中產生的蒸汽不能順利地從燃料中心孔排出，造成表面開裂，嚴重時產生爆鳴。但含水率太低。成型也很困難，這是因為微量水分對木素的軟化、塑化有促進作用。成型原料的含水率一般在16％左右。植物秸稈易壓縮，在壓力作用下變形較大，壓縮比在9～12之間，木屑廢料較難壓縮，壓縮比在5～9之間。粒度小的原料輕易成型，粒度大的較難壓縮。試驗與研究的結果表明，生物質的特性對于解釋和說明物質的機械變化過程很有價值。
生物質研究范文5
關鍵詞：廣豆根；生物堿類；積累機理；綜述
中圖分類號：R285 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）06-0193-02
1 引言
廣豆根（Radix So phorae Tonkinensis）也稱山豆根，為豆科植物越南槐的干燥根及根莖。廣豆根含有多種生物堿，其主要的有效成分是苦參堿和氧化苦參堿，二者在一定條件下可以相互轉化，并且具有多方面的藥理作用和功效，如抗菌、抗炎、抗風濕、抗腫瘤、抗過敏、抗病毒、抗寄生蟲、抗心律失常、消腫利尿、免疫及生物反應調節作用等。廣豆根植物體在次生代謝過程中可合成苦參堿、氧化苦參堿等生物堿類物質，這是廣豆根在長期進化中適應環境的結果。而對藥用植物次生代謝產物進行開發利用，是新藥研究與篩選的重要途徑，也是解決目前世界面臨的西藥毒副作用大，一些疑難病癥（如癌癥、艾滋病等）無法醫治等難題的一條充滿希望的途徑，現已成為國內外生物學、植物化學、植物藥學研究非常熱門的課題。但目前國內外有關的研究還主要集中于次生代謝產物在藥用植物體內的分布和代謝，以及次生代謝產物的分類、化學、藥理藥效等方面，從分子水平上對次生代謝產物積累機理的研究才剛剛起步。同時，由于廣豆根地域分布相當有限，只零星生長于石山巖縫之中，隨著市場需求量的不斷增加，野生廣豆根資源瀕臨枯竭。因此，選擇廣豆根作為研究材料，揭示廣豆根有效藥用成分積累機理和發掘調節廣豆根藥用有效成分合成、積累和釋放的功能基因，對于人工調控廣豆根生物堿的合成，提高藥材質量，保護和利用現有廣豆根資源等都具有極其重要的意義。
2 地域分布
廣豆根在自然界中的分布具有很強的地域特性，主產于廣西的西南部至西北部，廣東、云南和貴州也有少量分布。由于廣豆根地域分布較窄，一般零星生長在海拔高度500～800 m的石山巖縫之中。因此，在富有喀斯特地貌的廣西，廣豆根又主要分布在靖西、德保、那坡、凌云等縣。據報道，作為廣豆根的主產區和集散地，廣西目前市場上的廣豆根貨源仍靠采挖野生資源而來，而廣豆根自然繁殖速度較慢，從而導致了廣豆根野生資源面臨枯竭。因此，廣豆根野生資源的保護和通過種子繁殖、扦插繁殖、組培快速繁殖等多種方式進行廣豆根的人工繁育迫在眉睫。
3 藥理作用
廣豆根是我國傳統的中藥藥材，始載于宋代的《開寶本草》。廣豆根主要含生物堿0.93%，其中苦參堿0.52%，氧化苦參堿0.35%，微量臭豆堿，甲基金雀花堿和槐果堿?？鄥A和氧化苦參堿是廣豆根的主要活性成分，也是其藥效的物質基礎。國內外經過多年來的研究探討和臨床應用，發現廣豆根具有多方面的藥理作用和較好的開發前景。
3.1 抗腫瘤作用
張良等報道，利用復方山豆根注射液進行小鼠抑瘤試驗發現，復方山豆根注射液對B16黑色素瘤、Lewis肺癌荷瘤有較好的抑瘤作用，有顯著的延長小鼠生存期效果。且對小鼠處死后進行剖檢顯示，此藥無毒無副作用，對臟器無損傷，肝、脾、腎臟正常，隨著用藥量的加大，抑瘤率增高，生存期延長。毛俐等利用苦參堿Fe（Ⅲ）化合物進行體外抗腫瘤活性測試，結果表明，苦參堿Fe（Ⅲ）化合物對肝癌細胞BEL7404和結腸癌細胞HCT116表現出較強的抑制活性。
3.2 抗炎作用
彭百承等對山豆根顆粒及其飲片抗炎作用的比較研究發現，山豆根顆粒各劑量組能顯著抑制二甲苯致小鼠耳廓腫脹，中、高劑量組能顯著抑制冰醋酸所致小鼠腹腔毛細血管通透性的增高及棉球致肉芽腫；山豆根飲片中、高劑量組能顯著抑制二甲苯致小鼠耳廓腫脹及冰醋酸所致小鼠腹腔毛細血管通透性的增高，高劑量組能明顯抑制棉球肉芽腫，這表明山豆根顆粒及其飲片均有明顯的抗炎作用，對急、慢性炎癥都有效。杜仕明等研究表明：山豆根水提物高、中劑量組能降低二甲苯致小鼠耳腫脹度；對小鼠實驗性腹膜炎及大鼠實驗性皮膚炎癥有顯著的抑制作用。
3.3 治療肝炎的作用
近年來，有關廣豆根治療肝炎的藥理實驗和臨床用藥證明，廣豆根對由CCL4引起的肝損害有明顯的保護作用。對于慢性乙型肝炎患者，由廣豆根制成的肝炎靈注射液或片劑具有明顯緩解乏力、納差、腹脹、肝區不適等癥狀，能夠提高患者免疫功能，保護肝細胞膜，降低ALT，改善肝功能的作用，且毒性小，安全系數大。
3.4 抑菌作用
丁鳳榮等用K-B紙片擴散法研究山豆根的體外抑菌作用，實驗結果證明山豆根浸出液濾紙片對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色葡萄球菌、甲型鏈球菌、乙型鏈球菌均有明顯抑菌作用。吳達榮等用沙氏培養基二倍稀釋法測定北豆根、山豆根水煎液對白色念珠菌的抑菌作用，測定結果表明廣豆根水煎液對白色念珠菌的抑菌作用較強。
3.5 其他作用
廣豆根除了具有上述主要藥理作用以外，廣豆根醇提物還能夠清除體外羥自由基和超氧陰離子，并能對抗過氧化氫誘導的紅細胞氧化溶血。廣豆根配以其他清熱、疏風、解表中藥對急性咽喉炎治療效果較好；廣豆根配以玄麥甘桔湯對慢性咽喉炎治療收效較好；廣豆根按1：5比例，以食用植物油浸取，外搽可治療體癬、面癬、手腳癬等皮膚病；廣豆根氧化苦參堿具有降低血壓的作用等。
生物質研究范文6
（常州工學院，江蘇 常州 213000）
摘 要：本文采用2000-2011 年的時間序列樣本數據，對江蘇省農村生物質能源消費及影響因素進行了實證分析。研究發現，人均純收入水平、農村傳統資源狀況等因素對農戶人均沼氣消費量具有顯著影響；產生沼氣的生物質資源量、農村商品能源價格等因素對農村人均沼氣消費量影響不顯著。最后文章提出了相應的促進沼氣消費的政策建議。
關鍵詞 ：農村生物質能源；沼氣消費；影響因素
中圖分類號：F062.1
文獻標志碼：A
文章編號：1000-8772（2014）16-0090-02
一、引言
自 20 世紀 70 年代的世界性能源危機以來，世界許多國家越來越重視生物能和生物燃料的開發利用。與其它不可再生能源相比，生物質資源具有地域性、一般不進行地區間的貿易、不易輸送、能源密度低、不確定性程度大等特點。
江蘇是能源消費大省，能源消費量約占全國的7%。但江蘇的能源資源十分匱乏，一次能源自給率在 20%～25%之間，而且呈現逐年下降的趨勢。其中，原煤自給率在25%左右，原油自給率僅為 10%左右。因此開發利用好生物質資源是江蘇社會經濟和能源環境可持續發展的戰略選擇。沼氣作為一種重要的生物質能源，目前已經成為農村生活能源消費的一個重要組成部分。很多學者的研究都證實了這一觀點，如Wang et al（2006）通過對江蘇省射陽縣農村的調查發現，沼氣占當地農村生活能源消費總量的 2.1%，并認為農村沼氣消費的增加有助于減少農村對商品能源的需求。Wang et al.（2007）通過對江蘇、安徽兩省的調查指出，農戶沼氣主要用于炊事，在一些地區，農戶炊事所用的能源約有1/3 來自沼氣，沼氣已經成為農戶生活能源消費的首要來源。Li et al.（2005）通過對云南省農村能源消費狀況的研究指出，沼氣將是未來農村能源發展的重點領域之一。
由于中國農村居民的生物質能源消費存在著較大差異，那么，江蘇省農村生物質能源消費狀況及影響因素又是怎樣的？本文主要以沼氣作為生物質能源的代表，立足于江蘇省的實際情況，探討江蘇省農村生物質能源——沼氣消費的狀況并對其影響因素進行分析，以更好的為發展生物質能源提供相關政策建議。
二、模型的建立
農村生物質能源是農村居民生活能源消費的重要組成部分。而農村居民生活能源消費受到多種因素的影響。收入水平是農村居民生活能源消費的重要影響因素，其對農民生活能源消費的影響主要體現在能源消費總量和能源消費結構兩個方面：關于收入水平對生活能源消費量的影響，雖然學者們做了大量的實證性研究，但目前尚未發現經濟增長與生活能源消費之間普遍存在著長期或短期關系的證據（楊冠瓊，2006）；而收入水平對生活能源消費結構的影響，大部分學者認為，隨著收入水平的提高，優質能源在農民生活能源消費總量中的比例將會增加（Tonookaet al.，2006；陸慧等，2006）。
人口因素也是影響農村居民生活能源消費的因素之一，主要表現在兩個方面：一是人口數量對生活能源消費量有正向影響，即人口的增加會導致生活能源消費的增加（王桂新等，2005）；二是居民的能源消費觀念或消費習慣會影響生活能源消費的品種結構。
農村生活能源消費可能還受到農村能源資源的數量和供給的穩定性的影響。一些研究指出，盡管商品能源的消費不斷增加，但大部分農村家庭在未來相當長的一段時間內，仍會將生物質能源作為生活能源消費的主要來源（Wang et al.，2006）。這表明，農村薪柴、秸稈等傳統生物質資源狀況和煤炭、液化氣等商品能源的供給狀況對農村居民的生活能源消費都有著重要的影響。
基于以上研究成果，農村生物質能源消費可能受人口規模、收入水平、當地可供利用的能源資源狀況、能源消費觀念或習慣、生物質資源的擁有量等因素的影響。出于便于比較和數據可獲得性等方面的考慮，本文將農村生物質能源消費量（以農村沼氣消費量表示）作為因變量，農民人均純收入等可以量化的因素作為解釋量，建立以下模型 ：
Y=C0+C1X1+C2X2+C3X3+C4X4+C5X5+u （1）
（1）式中，Y 表示農村居民人均沼氣消費量；X1表示農村居民人均純收入；X2表示當地可供利用的秸稈資源；X3表示當地可供利用的薪柴資源；X4表示當地商品能源價格；X5表示人均產生沼氣的生物質資源量。其中，當地可供利用的秸稈資源X2用人均農作物播種面積來表示；當地可供利用的薪柴資源X3用人均果園面積來表示。
三、數據來源
本文采用江蘇省農村2000-2011年時間序列數據進行實證分析。農村居民人均沼氣消費量由農村沼氣生活消費量與農村居民人口數相除得到，其中，沼氣生活消費量（實物消費）來源于《中國能源統計年鑒》，農村居民人口數來源于《江蘇省統計年鑒》。農村居民人均純收入、農作物播種面積和果園面積數據均來源于《江蘇省統計年鑒》。
由于產生沼氣的原料主要是人畜糞便等有機垃圾，因此，產生沼氣的生物質資源量可以用農村人、豬和牛產生的糞便量求和計算而得。其中，人的糞便量為0.03 噸干物質/年，豬的糞便量為0.22噸干物質/年，牛的糞便量為1.10 噸干物質/年（袁振宏等，2005）；豬、牛數量用各地區年末存欄頭數來表示，該數據來源于國家統計局統計。
出于數據可獲得性的考慮，農村商品能源價格用各地區農村居民消費價格分類指數（水電、燃料）來表示，該數據來源于《江蘇省統計年鑒》。
四、模型回歸結果分析
本文借助 EViews軟件，對模型進行回歸分析，并對估計的結果進行經濟意義分析。具體結果如下（表1）：
從計量結果來看，模型R2 值十分接近于1，擬合優度較好；除了當地商品能源價格和人均產生沼氣的生物質資源量未能通過t檢驗，其余變量均通過t檢驗，其中，農村居民人均純收入在1%的顯著性水平下顯著，當地可供利用的秸稈資源、當地可供利用的薪柴資源在10%的顯著性水平下顯著；由F檢驗可知回歸方程在總體上顯著成立。
農村居民人均收入的回歸系數為正，說明隨著收入水平的增加，農村居民追求方便、清潔能源消費的意識有所提高，于是，很多農村居民選擇了沼氣，不僅可以使農村居民從傳統煙熏火燎的炊事中解放出來，還可以廢物利用、發展循環經濟。
人均糧食作物播種面積表征了農作物秸稈資源在當地的可獲得性，即農村居民使用農作物秸稈作為生活能源的可能性。X2的回歸系數為負數，說明指標對農村人均沼氣消費量具有反向影響且較為顯著，表明農作物秸稈使用增加，農村居民會減少沼氣的消費。這說明，沼氣與秸稈是可相互替代的生活能源。
人均果園面積指標表征了薪柴作為生活能源的可獲得性。從回歸結果看，該指標對農村人均沼氣消費量具有正向影響且較為顯著，表明即使薪柴增加，農村居民也不會減少沼氣的消費。這說明，沼氣是比秸稈更受農村居民歡迎的生活能源，從某種程度上說明了發展農村沼氣對制止濫砍亂伐、保護生態的積極作用。
當地商品能源價格對農村人均沼氣消費量具有負向影響，這與經驗的觀點相悖，可能是因為本文采用的價格數據是水電、燃料價格指數，不能全面地反映農村電力、煤炭和液化氣等能源價格的信息，造成估計結果不理想。另外，若考慮到生產沼氣使用的勞動力成本因素，則可以理解為水電、燃料等價格上漲導致沼氣池建造成本、勞動力成本等上漲，農民不愿意花費更多的勞動去生產（使用）沼氣，導致沼氣消費下降。
人均生物質資源量對農村人均沼氣消費量具有正向影響，表明農戶飼養牲畜數量越多，農戶消費沼氣越多。該變量不顯著，表明研究沼氣消費量與生物質資源量之間的關系時，不能忽略一個重要環節——沼氣池，若較多的生物質資源不能通過沼氣池轉換為沼氣，較多的沼氣消費則無從談起。
五、總結與討論
目前，生物質能源已經成為農村生活能源消費的一個重要組成部分。在已有研究文獻的基礎之上，本文采用江蘇省農村2000-2011年時間序列數據，實證研究了江蘇省農村人均沼氣消費量的影響因素。研究發現，人均純收入水平、農村薪柴資源狀況、當地秸稈資源情況等因素對農戶人均沼氣消費量具有顯著影響；產生沼氣的生物質資源量、農村商品能源價格等因素對農村人均沼氣消費量影響不顯著。
根據以上分析，本文認為，促進農村沼氣消費應從以下幾個方面著手：（1）加大對農村沼氣的宣傳和扶持力度，讓更多農戶了解和使用沼氣。（2）減少農民的勞動付出，探索沼氣小規模集中供應模式。（3）繼續加大對森林資源實行封山育林等保護性措施的力度，堅決制止濫砍亂伐。（4）促進畜牧業與農村沼氣協調發展，開展農村生物質資源的綜合利用。
參考文獻：
[1] 馮禎鈱，王效華，郝先榮，等.沼氣池建設對農村家庭能源消 費的影響：以江蘇漣水為例[J].中國沼氣，2008，26（6）：22－25.
[2] 李京京，任東明，莊幸.可再生能源資源的系統評價方法及實例[J].自然資源學報，2001，16（4）：373－380.
[3] 顏培兵，吳衛民，王效華.生物質能資源查詢系統設計初探： 以江蘇溧陽市為例[J].能源研究與利用，2008（3）：20－22.
[4] 李萍，王效華.基于環境費用：效益分析的農村戶用沼氣池效益分析[J].中國沼氣，2007，25（2）：31－33.
[5] 李莉莉，王一線，王效華.農村沼氣協會建立、運行機制及發展對策：以江蘇省漣水縣小李集為例[J].中國沼氣，2009，27
