秸秆环模成型率和燃料密度试验研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇秸秆环模成型率和燃料密度试验研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要 以不同含水率的稻秸、麦秸和玉米秸为原料，采用可调式环模旋转成型装置，研究了秸秆成型燃料密度、成型率与成型装置的环膜成型腔结构、入腔角度和环模转速的关系。结果表明：环膜型腔截面尺寸48 mm×32 mm和长度110 mm，入腔角度45°，环模转速126 r/min时的环模旋转成型装置对秸秆种类和含水率的适应范围较广，成型密度较佳和成型率较高。适合的原料种类为稻秸、麦秸和玉米秸，原料含水率范围为15%～30%，成型燃料密度为600～1 100 kg/m3，成型率达到80%。

关键词 秸秆；环模成型；成型率；燃料密度

中图分类号 S216.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）02-0201-03

Abstract Taking different moisture contents of rice straw，wheat straw and corn straw as raw materials，this experiment used adjustable annular mould forming equipment to make an investigation on the relationship between the molding fuel density of straw，ratio of briquetting and the structure of annular mould forming，the angle entrance of mold cavity，screw rotary speed.The experiment showed that annular mould forming equipment had the large adaptation range mainly included straw species and moisture content when the annular mould mold cavity whose sectional dimension was 48 mm×32 mm and length was 110 mm，the angle entrance of mold cavity was 45°，screw rotary speed was 126 r/min，molding fuel density and ratio of briquetting were comparatively good. The suitable raw materials included rice straw，wheat straw and corn straw，the range of moisture content was 15%～30%，the molding fuel density was 600～1 100 kg/m3，the ratio of briquetting could reach 80%。

Key words straw；annular mould；ratio of briquetting；fuel density

秸秆固化成型技术是规模化利用生物质能源的一种有效途径。秸秆环模成型技术具有生产率高、能耗低、耐磨损等优点，已逐渐成为当前秸秆固化成型的主要技术[1]。环模成型机采用环状压模，成型模孔环状径向辐射均布，工作区接触面积大、模孔多，环模与压辊接触线上各点等速，已经逐渐成为当前欧美等发达国家的主流技术[2]。

目前，国内对生物质压缩成型工艺的研究主要集中在对玉米秆、棉杆、小麦秆、木屑等生物质热压、冷压工艺等试验研究与理论探讨[3]，环模成型机有原料适应性强、生产率高和成型品质好等优势[4]，而秸秆成型加工技术的研究表明环模旋转成型不适宜锯木面、谷壳等小颗粒生物质的成型[5]。尤其是采用可调式环模旋转成型装置进行秸秆环模成型燃料致密性能的相关研究未见报道。

农作物秸秆能源利用基本性能的研究指出：衡量能源材料的主要指标是含水率和热值，即秸秆的含水率越低越好（≤20%），秸秆的热值则越高越好（含水率相同）[6]。该文以麦秸、稻秸和玉米秸为主要原料，采用可调式环模旋转成型装置，研究了秸秆环模成型燃料原料含水率、成型密度、成型率与成型装置的环模转速、环膜成型腔结构和入腔角度的关系，找出了成型密度大、成型率高的参数范围，以利于秸秆成型燃料的规模化生产和商业化应用。

1 材料与方法

1.1 试验参数的选择

试验原料选择稻秸、麦秸和玉米秸，原料的含水率根据四川地区不同年份的平衡含水率选取。稻秸的含水率分别选取21%、23.8%、25.04%、29.4%；麦秸的含水率分别选取17.5%、18.75%、20%、27.5%；玉米秸的含水率为21%左右。

该试验设备采用可调式环模旋转成型装置，可调整参数和结构为环模转速、入腔角度和环模成型腔结构。其中环模转速可调为150 r/min和126 r/min；入腔角度可调为90°和45°；环模成型腔截面尺寸为48 mm×32 mm，型腔长度可调为150 mm和110 mm。

1.2 试验设计

试验原料要求铡切或破碎，长度小于40 mm。

调节环模转速进行成型率的研究，采用直接对比方法，分析环模转速和成型率的关系；分析原料含水率与抗跌碎性和抗渗水性的影响。

调节环模成型腔结构、入腔角度进行成型率和成型燃料密度的研究，采用独立样本非参数检验方法，分析环模成型腔结构和入腔角度对秸秆成型率是否有显著性影响，同时得出成型率较高的型腔结构。采用单因素方差分析法，含水率为控制变量，成型燃料密度为观测变量，分析不同秸秆含水率对成型燃料密度是否有显著性影响，同时寻找同种秸秆较佳成型燃料密度的含水率。独立样本非参数检验和单因素方差分析均采用SPSS20软件包进行统计和分析。

2 结果与分析

2.1 环模转速与秸秆成型率的关系

当环模转速为150 r/min，环模型腔截面尺寸48 mm×32 mm、型腔长度150 mm时，由于环模转数偏高，离心力偏大，型腔内原料挤压太紧，出料困难；型腔长度偏长，导致型腔内的料压不出；这种条件难以成型。

当环模转速为126 r/min，环模型腔截面尺寸48 mm×32 mm、型腔长度为110 mm时，成型率见表1。可以看出，当环模转速为126 r/min，环模型腔截面尺寸为48 mm×32 mm、型腔长度为110 mm时，麦秸、稻秸和玉米秸的成型率都大于80%。

2.2 环模型腔结构和入腔角度与秸秆成型率的关系

在环模转速126 r/min、型腔截面尺寸48 mm×32 mm和型腔长度110 mm的条件下，采用45°和90° 2种入腔角度进行秸秆成型率试验。环模型腔结构A：入腔角度90°，截面尺寸48 mm×32 mm和长度110 mm；环模型腔结构B：入腔角度45°，截面尺寸48 mm×32 mm和长度110 mm。2种环模型腔结构和入腔角度与秸秆成型率的关系见表2。根据表2数据，进行独立样本非参数检验，检查结果见表3，可以看出，由于相伴概率=0.007 9

采用独立样本Wald-Wolfowitz运行检验，结果见图1。

环模型腔结构B的秸秆成型率范围为94.16%～97.21%，环模型腔结构A的秸秆成型率范围为78.10%～89.64%，环模型腔结构B的秸秆成型率要高于环模型腔结构A的秸秆成型率。

试验表明：在环模转速126 r/min、型腔截面尺寸48 mm×32 mm和型腔长度110 mm的条件下，入腔角度45°的成型率高于入腔角度90°的成型率。

2.3 不同秸秆含水率对成型燃料密度的影响

在环模转速126 r/min、入腔角度45°、型腔截面尺寸48 mm×32 mm和型腔长度110 mm条件下，采用单因素方差分析法，研究适宜四川地区不同年份的原料平衡含水率对成型燃料密度的影响，试验数据记录见表4。

根据表4数据，对观测性变量成型燃料密度的均值、标准差、标准误差、极小值和极大值的描述性统计量见表5。方差齐性检验结果见表6。方差齐性检验的假设为方差相等，从表6可以看出，原料为麦秸的相伴概率=0.419>0.05，原料为稻秸的相伴概率=0.264>0.05，说明应该接受假设，即方差相等，所以采用方差相等的检验方法进行单因素方差分析，结果见表7。

由于组间比较的麦秸的相伴概率=0.000

2.4 同种秸秆较佳成型燃料密度的含水率

各种秸秆含水率对成型燃料密度都有显著影响，而同种秸秆含水率为多少时更利于提高成型燃料密度，对同种秸秆采用多个样本均值间进行两两比较。根据表4数据，采用最小显著差数法（Least Significance Difference，LSD）进行多重比较，即同种秸秆不同含水率的成型燃料密度的两两比较，比较结果见表8。

当相伴概率小于0.05时，表明含水率（I）的成型燃料密度与含水率（J）的成型燃料密度有显著差异，当显著性水平大于0.05时，表明含水率（I）的成型燃料密度与含水率（J）的成型燃料密度无明显差异；均值差为正数说明含水率（I）的成型燃料密度高于含水率（J）的成型燃料密度，均值差为负数说明含水率（I）的成型燃料密度低于含水率（J）的成型燃料密度。试验表明：麦秸含水率范围为18.75%～27.50%，成型燃料密度范围为446～1 128 kg/m3，稻秸含水率范围为21.00%～29.40%，成型燃料密度范围为1 093～1 302 kg/m3。麦秸含水率为20.00%时成型燃料密度最高，平均密度为1 023.67 kg/m3，其次是24.00%和18.75%，最低是27.50%；稻秸含水率为21.00%时成型燃料密度最高，平均密度为1 256.96 kg/m3，其次是23.80%和25.04%，最低是29.40%。

3 结论

（1）当环模转速为150 r/min，环模型腔截面尺寸48 mm×32 mm、型腔长度150 mm时，难以成型。

（2）环模型腔结构和入腔角度对秸秆成型率有显著影响。环模转速126 r/min，入腔角度45°，型腔截面尺寸48 mm×32 mm和型腔长度110 mm的环模旋转成型装置适宜于麦秸、稻秸和玉米秸的成型，成型率大于78%。

（3）原料含水率对成型燃料密度有显著影响。麦秸含水率为20.00%时成型燃料密度最高，平均密度为1 023.67 kg/m3，其次是24.00%和18.75%，最低是27.50%；稻秸含水率为21.00%时成型燃料密度最高，平均密度为1 256.96 kg/m3，其次是23.80%和25.04%，最低是29.40%。

（4）对于秸秆类原料，最理想的是在作物收获后即转化为成型燃料，能节约存储和运输成本。可调式环模旋转成型装置原料适应性强，含水率范围广，原料只需自然晾晒即可成型，秸秆的最佳含水率在20%左右，成型燃料的密度最高。

4 参考文献

[1] 陈树人，段建，姚勇，等.环模式成型机压缩水稻秆成型工艺参数优化[J].农业工程学报，2013，29（22）：32-41.

[2] SYLVIA LARSSON.Fuel pellet production from reed canary grass[D].Sweden：Doctoral Thesis of Swedish University of Agricultural Sciences，2008：16-21.

[3] 陈正宇，陆辛，徐德民.生物质压缩成型工艺参数[J].塑性工程学报，2012，19（3）：98-104.

[4] 张百良，任天宝，徐桂转，等.中国固体生物质成型燃料标准体系[J].农业工程学报，2010，26（2）：257-262.

[5] 庹洪章，刘建辉，谢祖琪，等.秸秆成型加工技术的试验研究[J].西南大学学报，2009，31（11）：133-139.

[6] 熊昌国，谢祖琪，易文裕，等.农作物秸秆能源利用基本性能的研究[J].西南农业学报，2010，22（5）：1725-1732.

[7] 高宇博，尼姝丽，王述洋，等.秸秆环模成型机设计[J].安徽农业科学，2013（30）：12213-12215.

[8] 庞利沙，孟海波，赵立欣，等.立式环模秸秆压块成型机作业参数优化[J].农业工程学报，2013（23）：166-172.

[9] 谷志新，徐凯宏，郑文超.秸秆致密环模成型机模孔参数实验分析[J].南京林业大学学报（自然科学版），2013（6）：165-168.

[10] 夏先飞，孙宇，武凯，等.秸秆压块机组合环模的磨损机理[J].农业工程学报，2014（4）：32-39.