【摘要】：在化石能源日漸匱乏、能源形勢(shì)日益緊張的今天，人類(lèi)尋找替代或輔助能源并提高能源利用效率的要求顯得愈加迫切。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，有豐富的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源，生物質(zhì)能源以其數(shù)量巨大，可再生、再轉(zhuǎn)換、可運(yùn)輸、可儲(chǔ)存的特點(diǎn)，是目前最具有發(fā)展前景的可再生新能源之一。生物質(zhì)成型燃料是以農(nóng)林剩余物為原料，擠壓成型后的形成的一種潔凈低碳的生物質(zhì)可再生能源，由于能量密度高、燃燒特性好、燃燒后對(duì)環(huán)境危害小等優(yōu)勢(shì)而被廣泛關(guān)注。 我國(guó)在70年代末引進(jìn)擠壓型生物質(zhì)成型機(jī)，早期技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品研究較為緩慢。到20世紀(jì)未，隨著國(guó)際油價(jià)的高漲以及我國(guó)能源需要的急劇攀升，生物質(zhì)能源得到飛速發(fā)展。近年來(lái)隨著國(guó)家不繼制訂和出臺(tái)拉動(dòng)生物質(zhì)成型燃料發(fā)展的政策，生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)也在不斷發(fā)展壯大。 但生物質(zhì)成型燃料在發(fā)展過(guò)程中也遇到一些瓶頸和障礙，由于生物質(zhì)秸稈內(nèi)含有較高的Si、Ca、Cl、K、Mg等礦質(zhì)元素，以及在秸稈收集過(guò)程中帶入的許多泥沙（SiO2），造成了在生物質(zhì)擠壓成型過(guò)程中對(duì)生物質(zhì)成型設(shè)備的快速磨損，致使目前生產(chǎn)成型設(shè)備平均使用修復(fù)周期不超過(guò)300h，個(gè)別生產(chǎn)廠家采用45號(hào)鋼不做任何熱處理，其使用時(shí)間甚至不超過(guò)50h。生物質(zhì)成型設(shè)備的快速磨損問(wèn)題已成為制約其發(fā)展的一個(gè)瓶頸。 圍繞上述問(wèn)題，本文主要做了如下研究和工作： 1.對(duì)生物質(zhì)成型設(shè)備的磨損機(jī)理進(jìn)行了理論分析和研究； 2.在理論分析的基礎(chǔ)上，對(duì)活塞沖壓式和平模式生物質(zhì)成型設(shè)備進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)； 3.對(duì)適用于生物質(zhì)成型設(shè)備上的耐磨材料進(jìn)行了選擇分析與研究； 4.將耐磨材料應(yīng)用于模塊化設(shè)計(jì)的生物質(zhì)成型設(shè)備，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究。 通過(guò)上述研究與實(shí)驗(yàn)，取得如下研究成果： 1.通過(guò)對(duì)生物質(zhì)成型設(shè)備的磨損及受力分析可知，生物質(zhì)成型設(shè)備的磨損主要屬于磨料磨損，受微觀切削機(jī)理控制。通過(guò)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的改變，可以有效減小磨損。對(duì)于螺旋擠壓式成型設(shè)備，減小螺旋桿的旋轉(zhuǎn)速度能有效地減少磨損，對(duì)于模壓式成型設(shè)備，同樣也可以有效地減少磨損。 2.對(duì)成型設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)，是解決磨損問(wèn)題的重要方法之一。將成型機(jī)分做若干個(gè)功能化模塊，對(duì)于易損部件模塊采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，，可以極大地提高成型設(shè)備的可維護(hù)性，延長(zhǎng)整體設(shè)備的生產(chǎn)使用壽命。 3.非金屬材料應(yīng)用是解決磨損問(wèn)題的重要選擇，陶瓷材料是以離子鍵、共價(jià)鍵為主的結(jié)合鍵，使得其具有高熔點(diǎn)、高硬度、低摩擦系數(shù)等許多有利于防止磨損的性能。 4.通過(guò)陶瓷耐磨材料在生物質(zhì)成型設(shè)備上的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，證明氧化鋁陶瓷耐磨材料在生物質(zhì)成型設(shè)備上的應(yīng)用是成功的。盡管氧化鋁陶瓷管在生物質(zhì)成型過(guò)程中，出現(xiàn)了裂紋和部分碎裂現(xiàn)象，但并沒(méi)有破壞其自身完整性以及成型效果，用氧化鋁陶瓷作為生物質(zhì)成型設(shè)備的主要磨損部件材料，可以大大延長(zhǎng)生物質(zhì)成型設(shè)備的維修使用周期，具有積極的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【圖文】：

輸水分和養(yǎng)分的中空導(dǎo)管存在，使得生物質(zhì)的密度顯著下降，硬木的密度通常為 0.65m3，軟木的密度為 0.45g/cm3，農(nóng)作物秸稈和水生植物的密度更低[8]。生物質(zhì)在存放過(guò)，由于單個(gè)的生物質(zhì)個(gè)體與個(gè)體之間存在有大量的空隙，使其堆積密度更低。通過(guò)壓縮顆粒之間的空隙，并將植物體內(nèi)的導(dǎo)管等生物結(jié)構(gòu)空間填充就可以改變生物質(zhì)的密度提高生物質(zhì)的能量密度，改善生物質(zhì)的運(yùn)輸性能和燃燒性能，這正是生物質(zhì)壓縮成型的點(diǎn)。密度的改變解決了制約生物質(zhì)規(guī)�；玫捏w積能量密度過(guò)低的瓶頸，同時(shí)，也對(duì)質(zhì)的燃料特性產(chǎn)生了積極的作用。正是由于這些改變，使得生物質(zhì)成型燃料近年來(lái)得到泛的應(yīng)用[9,10]。.2 國(guó)外生物質(zhì)成型燃料的發(fā)展1880 年美國(guó)人 William Smith 發(fā)明了一項(xiàng)專(zhuān)利[11]，將加熱到 66℃的鋸末和其它廢木用蒸汽錘加工成致密的成型塊，這是有記載的最早的“生物質(zhì)固體成型燃料”。1945本人發(fā)明了生物質(zhì)螺旋擠壓成型技術(shù)。生物質(zhì)成型燃料技術(shù)發(fā)展到今天，已可以將生物工成顆粒狀、空心棒狀、實(shí)心棒狀和塊狀等不同形態(tài)的成型燃料，如圖 1.1。

圖 1.2 歐洲顆粒燃料地圖（左）及瑞典和芬蘭顆粒燃料工廠及產(chǎn)能分布（右）Fig. 1.2 The map of pellet fuel of Europe(left) and distribution of pellet fuel Factories and production棒狀或塊狀成型燃料是成型燃料的另一類(lèi)形態(tài)，這類(lèi)成型燃料可以被加工成實(shí)塊狀、空心棒狀等不同的形狀。相對(duì)于顆粒燃料，棒狀或塊狀成型燃料對(duì)原料的適廣泛，不僅可以利用木質(zhì)類(lèi)原料，而且可利用農(nóng)作物秸稈，以及城市有機(jī)垃圾等生物總體來(lái)說(shuō)，國(guó)外生物質(zhì)成型燃料發(fā)展經(jīng)歷了較為漫長(zhǎng)的歷史，在 20 世紀(jì) 80 年的市場(chǎng)銷(xiāo)售量一直徘徊在 500 萬(wàn) t 左右，進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，隨著石油價(jià)格的上漲，
【學(xué)位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TK6

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