燃料用木质锯末坯块冷压成型工艺研究

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生物质废料(秸秆、锯末等)目前主要的处理方式是填埋和自由焚烧,填埋容易给农作物造成病虫害,自由焚烧则会造成环境污染。燃料用锯末坯块是一种生物质固体燃料,用于燃烧发电,它以疏松的木质锯末为原料,通过挤压致密成型得来,是处理和利用林业废料的有效方法。锯末热挤压成型需对锯末进行预烘干,使其含水率降低至15%以内,这不仅增加了生产能耗,而且在挤压生产时,车间粉尘污染严重,因此若能使含水率高于20%的锯末冷挤压成型,对简化生产工艺和降低粉尘污染都有明显的作用。针对此情况,本文在常温条件下对较高含水率的锯末进行挤压成型,探讨锯末的变形行为,成型工艺、模具参数和烘干工艺对锯末坯块性能的影响,为生产实践提供指导。本文首先对锯末进行闭塞式压制成型,探讨了含水率、木质素加入量因素对锯末坯块性能的影响,获得了锯末的压缩特性。在此基础上,通过数值模拟分析了锯末正挤压时模具锥角对平均应力、密度和剪应力的影响,确定了正挤压模具的锥角及尺寸。进而对锯末进行正挤压成型,并对坯块进行显微观察,探讨了锯末正挤压过程的变形行为,以及含水率、木质素加入量对棒状锯末坯块性能的影响。最后对棒状锯末坯块进行烘干处理,探讨了烘干工艺对其含水率和性能的影响。研究结果表明:锯末闭塞式压制成型分为三个阶段,压制前期和中期主要是排出锯末颗粒之间的空气和较大孔隙,体积应变和密度增加快,所需载荷和平均压应力较小,压制后期体积应变、密度、载荷和平均压应力均急剧上升。锯末正挤压过程分为四个阶段,挤压前期和中期的载荷变化规律与闭塞式压制成型相同,挤压后期的载荷呈线性上升,最后封闭气体将坯块炸出。锯末含水率越小,压制到相同密度时所需的载荷越大,并随着含水率上升,坯块的性能降低、回弹量增大,正挤压成型要求锯末含水率不高于30%。木质素加入量对锯末闭塞式压制过程、坯块的性能和回弹几乎无影响,而对正挤压成型棒状坯块,木质素加入量有利于提升坯块的性能和降低回弹。棒状坯块在烘干温度为70℃的无风环境下烘干后,其性能上升,但回弹量小幅度增加。棒状坯块经自然阴干后,其性能上升,回弹量增加很小,但无法保证其含水率低于12%。
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