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        速生林桉木屑與天然林木屑的成型特性比較

        2019-05-14 08:59:55李偉振姜洋陰秀麗羅光輝
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019年1期
        關(guān)鍵詞:顆粒

        李偉振 姜洋 陰秀麗 羅光輝

        摘要[目的]比較速生林桉木屑與天然林木屑的成型特性。[方法]對比速生林桉木屑與現(xiàn)有應(yīng)用成熟的天然林硬雜木屑的成型差異,在WD-100KE型電子壓力機(jī)上進(jìn)行桉木屑與硬雜木屑的單顆粒壓縮成型試驗(yàn),研究成型參數(shù)水分8%~16%、溫度80~160℃、壓力4000~8000N、粒徑1~5mm對成型指標(biāo)松弛密度、比能耗、Meyer強(qiáng)度的影響。[結(jié)果]水分12%~14%、溫度100~120℃、壓力5000~6000N、粒徑2~3mm為桉木屑及硬雜木屑較佳的成型參數(shù)范圍;相同成型條件下,桉木屑與硬雜木屑相比松弛密度相差不大,但比能耗明顯較高、顆粒Meyer強(qiáng)度明顯較低。[結(jié)論]為了降低桉木屑成型能耗、提高顆粒強(qiáng)度及提高現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備的原料適應(yīng)性,可采用與現(xiàn)有硬雜木屑混配成型的方式,以提高成型效果。

        關(guān)鍵詞桉木屑;顆粒;比能耗;能源化

        中圖分類號S789文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

        文章編號0517-6611(2019)01-0103-04

        doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2019.01.032

        開放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識碼(OSID):

        天然林木屑是目前國內(nèi)常用的生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)原料,針對其成型特性的研究較為深入,生產(chǎn)技術(shù)較為成熟,已有規(guī)?;瘧?yīng)用[1-3]。隨著市場規(guī)模的擴(kuò)大,天然林原料資源受限,價(jià)格不斷上漲,嚴(yán)重制約產(chǎn)業(yè)的規(guī)?;l(fā)展。2015年,華南地區(qū)天然林木屑原料價(jià)格已由原來400元/t左右上漲到650元/t左右[4],直接導(dǎo)致企業(yè)利潤下降,使企業(yè)處于虧損或微利狀態(tài)運(yùn)行。因此,部分企業(yè)開始尋求以農(nóng)作物秸稈、速生林剩余物、樹皮、果殼等為原料進(jìn)行成型燃料生產(chǎn)。

        桉樹具有速生、豐產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn),已成為我國速生林的戰(zhàn)略樹種[5],目前,我國桉樹林種植面積達(dá)368萬hm2,其中廣東省種植面積達(dá)110萬hm2,在桉樹加工過程中每年有150多萬t的剩余物被廢棄[6],不僅造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,還造成資源浪費(fèi)[7]。將大量的桉樹加工剩余物加工為成型燃料,進(jìn)行能源化利用,不僅能解決桉樹加工企業(yè)廢棄物無法處理的難題,而且還能解決成型燃料生產(chǎn)企業(yè)原料資源量受限問題[8]。但是,由于對桉樹加工剩余物的成型特性研究較少,其是否適應(yīng)于成型燃料生產(chǎn)及對現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備的適應(yīng)特性未知,筆者以桉樹加工剩余物——桉木屑為原料,進(jìn)行單顆粒壓縮成型試驗(yàn),考察水分、溫度、壓力、粒徑4個(gè)參數(shù)對比能耗、松弛密度、Meyer強(qiáng)度的影響,系統(tǒng)研究其成型特性,同時(shí),以現(xiàn)有應(yīng)用成熟的天然林硬雜木屑為參照物,對比2種原料成型特性的差異,分析桉木屑作為成型燃料生產(chǎn)原料的可行性,以期為桉木屑的能源化利用提供一定理論支撐。

        1材料與方法

        1.1材料

        桉木屑取自廣東陽山一造紙廠,為生長在該地區(qū)典型人工速生林尾葉桉的剩余物;硬雜木屑取自廣東廣州一家具廠,為天然林橡木、樟木等的剩余物。原料經(jīng)自然風(fēng)干、粉碎和篩分后置于105℃干燥箱至恒重后摻入一定質(zhì)量的去離子水,均勻混合后獲得不同水分含量的樣品,密封后放置陰涼干燥處。參考美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的方法測定原料的三大組分[9],結(jié)果見表1。

        2.2SEC

        圖2為成型參數(shù)對SEC的影響。由圖2a可知,水分增加,SEC減小,桉木屑SEC由36.22kJ/kg(水分8%)減小到25.31kJ/kg(水分16%),減小了30.12%,桉木屑與硬雜木屑SEC相差最大比例為45.98%(水分16%)。由圖2b可知,溫度提高,SEC增大,桉木屑SEC由11.96kJ/kg(溫度80℃)增大到36.57kJ/kg(溫度160℃),增大了205.77%,桉木屑與硬雜木屑SEC相差最大比例為57.73%(溫度80℃)。由圖2c可知,壓力增大,SEC提高,桉木屑SEC由24.91kJ/kg(壓力4000N)增大到38.28kJ/kg(壓力8000N),增大了53.67%,桉木屑與硬雜木屑SEC相差最大比例為58.04%(壓力8000N)。由圖2d可知,粒徑增大,SEC先減小再增大,桉木屑SEC由30.75kJ/kg(粒徑1mm)減小到29.04kJ/kg(粒徑3mm),減小了5.56%,再增大到36.25kJ/kg(粒徑5mm),增大了24.83%,桉木屑與硬雜木屑SEC相差最大比例為40.00%(粒徑4mm)。

        結(jié)果表明,溫度和壓力提高,SEC增大,水分增加,SEC降低;粒徑增大,SEC先減小再增大,粒徑3mm時(shí)桉木屑SEC最小。相同成型條件下,桉木屑SEC明顯高于硬雜木屑。

        2.3HM

        圖3為成型參數(shù)對HM的影響。由圖3a可知,水分增加,HM先增大后減小,桉木屑顆粒HM由13.39N/mm2(水分8%)增大到14.07N/mm2(水分12%),增大了5.08%,再降低到13.03N/mm2(水分16%),減小了7.39%,桉木屑與硬雜木屑顆粒HM相差最大比例為-41.52%(水分8%)。由圖3b可知,溫度提高,HM增大,桉木屑顆粒HM由11.77N/mm2(溫度80℃)增大到16.31N/mm2(溫度160℃),增大了38.57%,桉木屑與硬雜木屑顆粒HM相差最大比例為-40.32%(溫度80℃)。由圖3c可知,壓力增大,HM增大,桉木屑顆粒HM由11.00N/mm2(壓力4000N)增大到16.67N/mm2(壓力8000N),增大了51.62%,桉木屑與硬雜木屑顆粒HM相差最大比例為-37.33%(壓力6000N)。由圖3d可知,粒徑增大,HM先增大再減小,桉木屑顆粒HM由9.66N/mm2(粒徑1mm)增加到14.07N/mm2(粒徑3mm),增加了45.65%,再減小到7.79N/mm2(粒徑5mm),減小了44.63%,桉木屑與硬雜木屑顆粒HM相差最大比例為-64.29%(粒徑5mm)。

        結(jié)果表明,溫度和壓力增加,HM增大,水分和粒徑增加,HM先增大后減小,水分12%、粒徑3mm時(shí),桉木屑顆粒HM最大。相同成型條件下,桉木屑顆粒HM明顯低于硬雜木屑。

        由以上分析可知,水分12%~14%、溫度100~120℃、壓力5000~6000N、粒徑2~3mm時(shí),桉木屑及硬雜木屑顆粒RDS≥1000kg/m3、SEC適中、HM較高,是較佳的成型參數(shù)范圍。但是,相同成型條件時(shí),桉木屑顆粒RDS與硬雜木屑相差不大,但SEC明顯高于硬雜木屑、顆粒HM明顯低于硬雜木屑,說明雖然2種原料較佳的生產(chǎn)條件基本一致,但是在RDS相差不大的情況下,壓縮桉木屑時(shí)所消耗能量較大,成型后桉木屑顆粒的強(qiáng)度較低,現(xiàn)有成熟的硬雜木屑生產(chǎn)設(shè)備直接生產(chǎn)桉木屑原料存在電機(jī)不匹配及模具壓縮比調(diào)整的問題。為了降低桉木屑成型能耗、提高顆粒強(qiáng)度及提高現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備的原料適應(yīng)性,可采用與現(xiàn)有硬雜木屑混配成型的方式,以提高成型效果。

        一般認(rèn)為生物質(zhì)壓縮成型主要是利用原料中木質(zhì)素的軟化黏結(jié)作用,木質(zhì)素含量越高,原料越易成型,成型效果越好[17]。該研究發(fā)現(xiàn),雖然桉木屑與硬雜木屑木質(zhì)素含量相差不大(表1),但2種原料成型效果相差較大,這說明成型效果不但與木質(zhì)素含量有關(guān),原料其他組分含量和結(jié)構(gòu)對成型效果也有很大影響。

        3結(jié)論及建議

        為了研究桉木屑是否適應(yīng)于成型燃料生產(chǎn),考察了水分、溫度、壓力、粒徑4個(gè)參數(shù)對比能耗、松弛密度、Meyer強(qiáng)度的影響,同時(shí),以現(xiàn)有應(yīng)用成熟的天然林硬雜木屑為參照物,對比2種原料成型特性的差異,主要結(jié)論如下。

        (1)桉木屑及硬雜木屑較佳的成型參數(shù)范圍是水分12%~14%、溫度100~120℃、壓力5000~6000N、粒徑2~3mm。

        (2)相同成型條件時(shí),桉木屑顆粒RDS與硬雜木屑相差不大,但SEC明顯高于硬雜木屑,最大相差比例58.04%(壓力8000N),顆粒HM明顯低于硬雜木屑,最大相差比例-64.29%(粒徑5mm)。

        (3)為了降低桉木屑成型能耗、提高顆粒強(qiáng)度及提高現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備的原料適應(yīng)性,可采用與現(xiàn)有硬雜木屑混配成型的方式,以提高成型效果。

        參考文獻(xiàn)

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