秸秆膨化技术及高效应用的研究

我国拥有丰富的秸秆资源,然而,其中大部分尚未得到有效开发利用,造成了资源的浪费。因此,秸秆膨化技术的发展及其高效利用成为不可回避的趋势。首先对农作物秸秆的主要成分进行了介绍,随后深入综述了螺杆膨化机的工作原理,详述了单螺杆、双螺杆和三螺杆膨化机在秸秆膨化领域的研究历程,并对各类膨化机的优劣进行了分析。同时,还对膨化过程中的影响因素进行了综合总结。根据秸秆膨化的应用,展望了秸秆在制浆、复合板材和乙醇方面的利用,为高效利用秸秆提供了理论指导。

螺杆挤压膨化机加工农作物秸秆的试验研究

利用小型自热式单螺杆挤压膨化机对农作物秸秆进行膨化加工试验。将螺杆螺距、喷嘴出口间隙、秸秆物料含水率、秸秆物料粒度作为试验因素 ,经单因素试验和二次通用旋转组合试验找出其对秸秆膨化加工性能 (膨化压力、生产率、度电产量等 )的影响规律 ,并经优化设计得出最佳参数组合。利用电子显微扫描观察和分析膨化及未膨化玉米秸、豆秸的微观结构的变化 ,对农作物秸秆膨化机理进行了初步探讨 ,并通过膨化和未膨化玉米秸、豆秸的营养成分对照测试分析 ,证实了秸秆膨化能够改善秸秆的理化性状和营养成分 ,为提高秸秆的利用率和可消化率创造了条件。

揉碎玉米秸秆螺旋输送性能试验分析

针对螺旋输送装置输送农业纤维物料功耗大、生产率低、效率低等问题,该文分析了螺旋输送装置的输送性能指标和螺旋叶片受力,找出了影响叶片受力的主要因素。利用自行研制的压力测试系统和功耗测试系统对螺旋叶片受到的压力和输送装置的功耗进行了测试。针对螺旋叶片所受压力、输送功耗、生产率和输送效率等输送性能指标,研究了螺距、螺旋轴转速和喂入量对输送性能的影响。结果表明,在喂入量70 kg/min、螺旋轴转速58 r/min、螺距160~300 mm的范围内,当螺距250 mm时平均输送功耗最低,为294.63 W;螺距为300 mm时输送效率和生产率最高,分别为90%和58 kg/min。在螺距250 mm、喂入量70 kg/min、转速58~148 r/min的范围内,当转速117 r/min时生产率最高,为65 kg/min。在螺距250 mm、螺旋轴转速117 r/min、喂入量10~70 kg/min的范围内,当喂入量70 kg/min时生产率最高,为42 kg/min。该研究为研制适合输送农业纤维物料的螺旋输送装置提供了参考。

揉碎玉米秸秆螺旋输送理论模型分析与试验

针对农业纤维物料螺旋输送机理不明确、输送功耗大、生产率低等问题,该文对揉碎玉米秸秆的螺旋输送过程进行理论分析,建立了同时考虑物料的压缩特性、螺距的变化及螺旋轴离心力作用的物料所受压力、螺旋输送装置的生产率和功耗的数学模型,并通过轴向推力、生产率和功耗试验数据修正了上述模型。结果表明,当喂入量30 kg/min、转速58 r/min、螺距在160～300 mm的范围内变化时,压力、生产率和功耗的理论值与实测值的相对误差分别在11.7%、8.6%和5.9%以内;当螺距250 mm、喂入量30 kg/min、螺旋轴转速在58～148 r/min的范围内变化时,压力、生产率和功耗的理论值与实测值的相对误差分别在5.1%、6.9%和5.4%以内;当螺距250 mm、转速58 r/min、喂入量在10～70 kg/min的范围内变化时,压力及生产率和功耗的理论值与实测值的相对误差分别在5.9%、5.8%和5.2%以内。该研究为适合输送农业纤维物料的螺旋输送装置的设计及生产提供较为精确的理论依据。

揉碎玉米秸秆螺旋-气力耦合输送装置设计

为解决揉碎玉米秸秆螺旋输送过程中的生产率低、功耗大、易堵塞及机件磨损严重等问题,该文设计了一种螺旋-气力耦合输送装置,并以揉碎玉米秸秆为原料开展了试验研究。螺旋-气力耦合输送装置主要由螺旋输送装置和气力辅助输送系统组成。其中气力辅助输送系统主要由喷射角度可调的Y型喷嘴座、喷嘴、最大出气压力为1.6 MPa的空气压缩机、直径为10 mm的PPR(polypropylene random)管和15°弯管及压力表等组成。螺旋输送装置主要由机壳、螺旋叶片和中心轴等组成,其关键参数为:螺旋叶片外径为250 mm,中心轴直径为60 mm,螺距为335 mm,螺旋槽用U型机壳。以比功耗、轴向推力、螺旋叶片及机壳各部位所受压力作为输送性能指标,对施加气流前后各部位所受压力进行测试。结果表明,当螺距为335 mm、螺旋轴转速为100 r/min、喂入量为70 kg/min、气流速度为10～50 m/s时,随着气流速度的增大,输送装置的比功耗先减小后增大。当气流速度为20 m/s时比功耗最小,为10.78 W/kg,比无气流时的比功耗减小了8.3%,轴向推力、叶片和机壳各部位所受压力随着气流速度的增大而减小,且均小于不加气流时的值。

秸秆螺旋挤压脱水机叶片强度和变形的流固耦合分析

运用数值模拟方法,对秸秆螺旋挤压脱水机进行了流固耦合模拟分析,建立了秸秆浆料的流体模型,用Fluent软件模拟了不同出口压力条件下,螺旋挤压脱水机内部压力场分布,并据此对螺旋挤压脱水机的挤压性能进行了分析。同时,通过Workbench-Fluent单向流固耦合的方式,对螺旋叶片的强度和变形进行了分析,得出了出口压力和叶片强度的关系。

螺旋挤压加工秸秆颗粒饲料的试验研究

利用单螺杆挤压机对粉碎后的秸秆物料进行加工试验。通过单因素试验 ,找出秸秆含水率、粉碎粒度、螺杆螺距、螺杆头部与喷孔间隙对试验指标的影响。通过通用旋转组合试验 ,找出各影响因素及各因素间的交互作用对性能指标的影响规律 ,建立了数学模型 。

农作物秸秆膨化机加工性能试验研究

利用小型自热式单螺杆挤压膨化机对农作物秸秆进行膨化加工试验。将螺杆螺距、喷嘴出口间隙、秸秆物料含水率、秸秆物料粒度作为试验因素 ,经单因素试验和二次通用旋转组合设计试验找出其对秸秆膨化加工性能(膨化压力、生产率、度电产量等)的影响规律 。

螺杆挤压连续汽爆玉米秸秆流变性分析

为玉米秸秆在装置内的流场模拟提供重要物性参数,用螺杆挤压连续汽爆装置处理玉米秸秆,对得到的挤出物和汽爆物进行流变性分析。该文研究了玉米秸秆挤出物和汽爆物在不同温度下的流变曲线、温度对其表观黏度的影响,利用测试数据对其流变模式进行了线性拟合。结果表明:玉米秸秆挤出物和汽爆物具有明显的剪切稀化现象,均属假塑性流体;在低剪切速率时,流变曲线受温度的影响不明显,在高剪切速率下,流变曲线受温度的影响较明显;通过运用宾汉、卡森和幂律3种流变模式进行线性拟合发现,玉米秸秆挤出物和汽爆物的拟合效果均为幂律模式最佳,宾汉模式最差;挤出物和汽爆物的幂律模式本构方程可用于计算精确的流场模拟结果,为挤出物在单螺杆内和汽爆物在连续酶解装置的流动状态提供模拟依据。

无轴螺旋连续热解装置上的生物质热解特性

连续热解是一种高效的生物质能转化技术,无轴螺旋式连续热解装置不仅可减轻送料部件的质量,而且为热解挥发性产物的排出提供了有效空间,是极具发展前景的连续热解装置。为了解无轴螺旋式生物质连续热解特性,该文在无轴螺旋连续热解装置上,开展了以稻壳、花生壳和木薯茎秆为生物质原料的热解试验,分析了3种生物质在不同热解温度下的三态产物分布特性、热解气体组分变化规律及热解炭的组织结构和表面形貌特征。结果表明:炭产率随热解温度升高逐渐下降,气体产率逐渐上升,液体产率先上升再下降,在450℃时达到最大,产物分布特性与其他热解反应器的一致;不同原料炭产率由高到低依次为:稻壳>花生壳>木薯茎秆,液体产率由高到低依次为:稻壳>花生壳>木薯茎秆,气体产率与液体产率相反。热解气体组分受温度影响较大,热解温度升高,可燃气体组分含量不断上升,不可燃气体组分含量不断下降,不同原料对气体组分含量影响较小。热解炭的工业分析结果与原料的工业分析结果存在相关性,热解温度升高,热解炭中挥发分含量逐渐下降,固定碳及灰分含量增加,木薯茎秆炭的挥发分含量最高,花生壳炭的固定碳含量最高,稻壳炭的灰分含量最高;低温热解炭的表面官能团较为丰富,随热解温度升高官能团种类逐渐减少;原料自身结构特性对热解炭的表面形貌影响较大,随着热解温度升高,生物质原料的表面结构不断被破坏,热解炭表面出现孔隙结构,花生壳炭与木薯茎秆炭表面孔隙结构比稻壳炭更为发达。

玉米秸秆在LS型螺旋输送机上的性能试验研究

以水平螺旋输送机为对象,研究其输送揉碎后的玉米秸秆的性能。通过试验,分析转速、螺距、含水率对输送量和功耗的影响程度,绘制出趋势图,找出最佳转速、最佳螺距以及最佳含水率;同时,找出一组最佳参数,保证达到一定输送量的情况下功耗最小。试验表明:转速对输送量和功耗的影响最显著,含水率其次,螺距的影响最小。

秸秆膨化机关键部件的设计与研究

我国是农业大国,秸秆资源非常丰富,利用好秸秆资源可极大地解决动物饲料紧缺问题,同时也极大地解决焚烧秸秆带来的环境问题。本文在分析秸秆膨化机工作机理的基础上,对秸秆膨化机中的关键部件螺杆及腔体进行结构设计。为解决膨化机输料堵塞问题,在不更换电机的条件下,通过ANSYS Workbench的流体模块,对螺杆外腔体的速度流场、涡流黏度流场和工作压力流场等进行有限元流场分析,对比得出螺杆与套筒间隙最佳区域。根据标定的生产目标进行试验验证,当螺杆与套筒间隙为5 mm时,秸秆膨化机的结构能达到预期的生产效率,秸秆膨化质量良好。本文研究的秸秆膨化机改变了秸秆的适口性,将适口性差的农作物秸秆变为适口的饲料。

质子交换膜燃料电池建模与控制研究进展

采用小压缩比（压缩比为2：1）螺旋挤压脱水机对水洗后的秸秆进行了挤压脱水试验研究，考察了螺旋转速、物料初始含水量和料塞管长度等主要参数对设备除水率和处理量以及度电产量等的影响规律．响应面分析结果表明：该螺旋挤压设备在物料初始含水量为85％；螺旋转速为50．8 r·min-1；料塞管长度为26．91mm时，既保证了设备处理量和终了物料的性质，也使得设备能高效、平稳、连续运转．

SP-25型秸秆膨化机的研制

用理论与实验数据相结合的方法设计了小型秸秆膨化机,确定了螺杆直径、模孔尺寸等主要参数,并对该机进行了性能试验。

单螺杆挤出机处理秸秆的试验研究及数值模拟

分别采用试验法和数值模拟法进行了L9(34)正交试验,将螺杆转速、调节装置开度及销钉深度作为试验因素,经正交试验找出其对秸秆加工性能(机头压力、产量及功率)的影响规律,并将试验法与数值模拟法进行了对比分析。结果表明,3个因素对机头压力影响程度的主次顺序为调节装置开度>销钉深度>螺杆转速;3个因素对产量影响程度的主次顺序为螺杆转速>调节装置开度>销钉深度;螺杆转速对功率影响程度远大于调节装置开度及销钉深度;数值模拟法得到3个因素对机头压力及产量的影响程度顺序、优化组合及显著性水平均与试验法一致,且对功率的影响因素及其显著性水平也均与试验法一致。

基于离散元法的螺旋进料器物料流动特性分析

针对附属于给定机型颗粒成型机上的螺旋进料器,对玉米秸秆粉料在进料器内的流动特性进行了模拟分析。利用离散元分析软件EDEM,创建了螺旋进料器部件的几何模型,并对玉米秸秆粉料颗粒接触模型和颗粒生成方法进行了研究,通过离散元模拟获得了现有工况下螺旋进料器工作时的粉料流动状态。采用HERTZ-MINDLIN无滑移接触模型,取重力加速度为9.81m·s^(-2),设置接触参数并生成了秸秆颗粒25000个进行仿真模拟。结果表明:在T=13.80~14.30s阶段为一典型的出料波动周期。出料过程中粉料呈浪涌流动状态的不连续脉动流;进一步分别针对颗粒密度、粒径大小、壁面摩擦因数、螺距、螺旋叶片内径参数进行了流态和速度的影响因素分析。颗粒密度分别取40,80,120kg·m^(-3)时,出料所需时间分别为21.37,17.68,15.01s;粒径分别取为2,1.8,1.6mm时,出料所需时间分别为17.68,18.06,19.37s;壁面静摩擦因数分别取为0.58,0.48,0.38时,出料所需时间分别为17.68,16.03,15.84s;螺旋叶片内径分别取为50,60,70mm时,在整个模拟时长20s内出料的平均流量分别为16.73,12.61,8.96g·s^(-1)。其中颗粒密度越大,粒径越大,则出料速度越快,但对粉料流态无明显影响;壁面摩擦因数越小、螺距越大、螺旋叶片内径越小,则出料口流速越快,流场分布越宽,落料范围越大,流态越剧烈。本研究可为适用于生物质颗粒成型机的螺旋进料器的设计和改进提供参考。

单螺杆膨化机的物料输送机理研究

为了建立一种有效的单螺杆膨化机内物料输送计算模型,首先从分析螺槽中物料密度变化及物料微元体的受力入手,建立单螺杆膨化机内物料输送的连续方程与运动方程,进一步推导出单螺杆膨化机内的沿程压力和速度分布公式,以及物料质量流率计算公式,以期为单螺杆膨化机的设计和应用提供理论上的支持。

螺杆挤压连续汽爆装置预处理秸秆试验研究

以玉米秸秆为原料,用螺杆挤压连续汽爆装置进行9组试验,考察了浸渍条件、温度和停留时间对汽爆物组分含量的影响。试验结果表明:从半纤维素水解程度以及汽爆物pH,考察不同浸渍条件的浸渍效果排序为预浸渍>预喷淋浸渍>直接喷淋;采用螺杆挤压连续汽爆装置处理玉米秸秆,在直接喷淋3%稀H2SO4溶液、温度170℃、停留时间25 min的预处理条件下,半纤维素水解成戊糖的效果最好,戊糖得率最高为7.75%。

秸秆螺旋喂料装置工作性能的试验研究

为了深入研究秸秆膨化技术,完善膨化设备的功能,研制了秸秆螺旋喂料装置,并对其工作性能进行了试验研究。结果表明:该装置结构简单,操作方便,能够满足不同粒度和不同含水率的秸秆物料喂料要求。通过单因素试验,考察了试验指标与螺旋转速、螺旋螺距、秸秆含水率和秸秆粒度的关系,为生产过程中的喂料量调节和秸秆膨化设备整体结构优化提供了一定的参考。

半喂入收割机秸秆匀铺搅龙的优化筛选

为改善秸秆还田摊铺效果,考虑在机具上加装秸秆匀铺搅龙。通过大田试验,比较9种不同参数的搅龙对秸秆摊铺的宽幅和均匀度的影响,筛选出秸秆匀铺效果最佳的搅龙,其参数为:动力端右旋,外径248mm,长度450mm;非动力端左旋,外径174mm,长度610mm。秸秆匀铺搅龙装载后共增加成本50.72元/hm2,在秸秆还田时可进行相应的补贴。