相同溫度不同含水率條件下秸稈成型參數(shù)關(guān)系的試驗(yàn)研究

翁偉

摘 要：秸稈含水率會(huì)對(duì)秸稈成型質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響，為提升秸稈成型的整體質(zhì)量，筆者利用溫度相同但含水率存在差異的秸稈樣本展開秸稈成型的相關(guān)試驗(yàn)，得出了在相同溫度下含水率與成型壓力、生產(chǎn)率、單位產(chǎn)品能耗及成型效果的關(guān)系，并計(jì)算出含水率為13.8%時(shí)生產(chǎn)率最高；含水率為13.2%時(shí)的單位產(chǎn)品能耗最小；含水率為14.9%時(shí)有較好的成型效果，所需壓力偏小；秸稈成型所需含水率最佳值為14%～15%。

關(guān)鍵詞：秸稈；含水率；溫度；試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：S210 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160832008

農(nóng)作物秸稈能量密度低，結(jié)構(gòu)疏松、分布分散，因此收集、運(yùn)輸、儲(chǔ)存困難，使用很不方便。解決這一問題的措施之一是利用秸稈成型技術(shù)，將松散細(xì)碎的無定型秸稈擠壓成質(zhì)地致密、形狀規(guī)則的成型燃料。原料擠壓成型后，密度可達(dá)0.8～1.3g/cm3，能量密度與中值煤相當(dāng)，成型后的秸稈成型燃料燃燒特性較成型前有明顯改善，火力持久、黑煙小、爐膛溫度高，且儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用方便、干凈衛(wèi)生，可代替礦物能源用于生產(chǎn)和生活領(lǐng)域[1-3]。

影響秸稈成型的變量很多，總的分為2大類：工藝變量和物料特性變量[5]。工藝變量包括：成型部件的幾何尺寸、保型筒的長度、成型加熱溫度、對(duì)物料施加的最高壓力和壓縮速度。物料特性[4]變量包括：秸稈的含水率、秸稈的形狀和尺寸、尺寸分布、物料的生物化學(xué)特性和機(jī)械特性[6]。關(guān)于物料特性和部分工藝變量對(duì)成型的影響，國內(nèi)外已經(jīng)做了比較多的研究[4-8]，但未見秸稈含水率對(duì)秸稈成型的影響的報(bào)道。為此，筆者設(shè)計(jì)本次試驗(yàn)，以研究相同溫度下含水率對(duì)秸稈成型所需壓力、生產(chǎn)率、單位產(chǎn)品能耗以及成型效果的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)裝置采用由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部機(jī)電工程學(xué)院研制的HPB-Ⅲ型液壓式生物質(zhì)（秸稈）成型機(jī)（出口直徑為130mm）；其他配套裝置：磅秤、粉碎機(jī)、干燥箱、溫度計(jì)、噴霧器、天平、FD-G2稻麥草水分測(cè)定儀、噪音計(jì)、游標(biāo)卡尺、30～100A電度表、秒表等。

1.2 不同含水率試驗(yàn)原料

筆者選擇的玉米秸稈由新鄭市郊區(qū)生產(chǎn)，在對(duì)其進(jìn)行自然曬干和粉碎處理后，獲得的玉米秸稈原料粒度在0～6cm之間，經(jīng)隨機(jī)抽取計(jì)算其平均力=粒度在3.1cm左右，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其平均含水率在9.5%左右，為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性，筆者人工在空氣流通非常小的相對(duì)封閉環(huán)境中對(duì)原料進(jìn)行加濕處理，并在加濕的同時(shí)對(duì)原料進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁ＷC其濕度均勻，在此過程中共對(duì)此操作重復(fù)11次。加水量逐次加大。

1.3 方法

試驗(yàn)于2005年11月，在河南省新鄭市秸稈成型機(jī)推廣試點(diǎn)進(jìn)行。試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)環(huán)境溫度為16～19℃，環(huán)境濕度為26%。

筆者將成型機(jī)指示溫度設(shè)定為250℃，并將原料的種類、粒度、喂入頻率等可能影響成型機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和試驗(yàn)連續(xù)性、可操作性的因素設(shè)定為相對(duì)穩(wěn)定或固定的定值。

測(cè)試方法為：讀出電表的初始值，成型機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后，筆者在相同的環(huán)境中，將含水率存在差異的原料分別加入，并保持持續(xù)生產(chǎn)30min，每次分別記錄電表的初始值和最后讀數(shù)。每5min讀1次壓力表和噪音計(jì)的讀數(shù)，同時(shí)利用成型棒料，在原料的溫度達(dá)到常溫的情況下，對(duì)直徑進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算其平均值；確定生產(chǎn)量。

2 測(cè)試結(jié)果與分析

測(cè)試結(jié)果如表1所示：

結(jié)合以上數(shù)據(jù)和信息得出以下結(jié)論：

由圖1看出，生產(chǎn)率和含水率之間的關(guān)系可以通過拋物線曲線進(jìn)行表示，其擬合曲線為：

y = -2.6908x2+74.169x-39.304、相關(guān)系數(shù)R = 0.9172

計(jì)算得出含水率為13.8%時(shí)生產(chǎn)率最高。

由圖2得出，單位產(chǎn)品能耗與含水率的關(guān)系曲線接近拋物線，其擬合曲線為：

y = 0.225x2-5.9493x+85.763、相關(guān)系數(shù)R = 0.8821

在含水率為13.2%的情況下，單位產(chǎn)品能耗也將達(dá)到最低程度。

由圖3看出，含水率變化同時(shí)對(duì)應(yīng)的成型棒直徑變化趨勢(shì)可以通過近似直線表示，其擬合曲線為：

y =1.4407x+117.75、相關(guān)系數(shù)R = 0.9672

在含水率為9.5%的情況下的成型棒直徑雖然達(dá)到最低程度，但密度卻上升到最大值，原料含水率與秸稈成型棒的出模直徑之間表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性。

通過測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果分析如圖4，壓力與含水率的關(guān)系曲線呈拋物線，其擬合曲線為：

y = 0.1442x2-4.3182x+56.946、相關(guān)系數(shù)R = 0.9547

計(jì)算得出有較好的成型效果的原料含水率為14.9%，此時(shí)對(duì)成型壓力的依賴性較低。通過試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，在含水率過低的情況下，成型機(jī)工作壓力會(huì)表現(xiàn)出較高的水平，而且產(chǎn)生的噪音也非常大，加劇了設(shè)備的損耗和烘干生物質(zhì)的能量消耗，在經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境性等方面均不理想；而在含水率過高的情況下，如果成型溫度條件不發(fā)生改變，秸稈的傳熱速度會(huì)相對(duì)降低，蒸發(fā)多余的水分過程中能量被消耗，使成型套內(nèi)易出現(xiàn)一定的高壓蒸汽，為“放炮”現(xiàn)象的發(fā)生提供了條件，此時(shí)秸稈正常成型也會(huì)受到嚴(yán)重的影響，膨脹較大的成型塊數(shù)量明顯增多[8]。

3 小結(jié)

秸稈含水率是影響秸稈成型的主要因素之一，不同含水率的秸稈在成型過程中，其生產(chǎn)率、單位產(chǎn)品能耗、設(shè)備工作壓力及成型效果差別很大。試驗(yàn)表明：含水率為13.8%時(shí)的生產(chǎn)率最高；含水率為13.2%時(shí)的單位產(chǎn)品能耗最小；含水率為14.9%時(shí)有較好的成型效果，所需壓力偏小。并得出秸稈成型最佳的含水率范圍為14%～15%，為秸稈成型機(jī)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)提供了一定的依據(jù)。

本次試驗(yàn)是對(duì)實(shí)驗(yàn)中的部分因素進(jìn)行了強(qiáng)制性的統(tǒng)一，如原料的種類和粒度等方面，具有一定的局限性，因此在多因素的影響下含水率和壓力、單位產(chǎn)品能耗等的關(guān)系還需進(jìn)一步試驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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