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生物质研究范文1
关键词：热重分析；生物质；热解；升温速率；粒径
化石染料的广泛使用对环境的危害已广为人知：一是二氧化碳造成的温室效应；二是二氧化硫所引起的酸雨污染；三是氮氧化物，这些都带来了严重的环境污染和气候变化问题。据资料显示[1]，2012至2013年我国的进口原油接近2.7亿吨，对外的依存度超过了55%，煤炭进口3.2亿吨，供需矛盾的出现势必会严重影响国家的石油安全。化石能源的枯竭和环境的恶化严重制约着当今社会的发展，而生物质能以其独特的特点（可再生性，低二氧化碳排放，几乎不排放二氧化硫）跃然纸上。因此，科学高效地利用生物质能源必将成为解决我国能源环境的有力措施之一。在刚出台的十三五规划中也承诺在2030年实现减排65%，非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右，其中也提到了加快发展生物质能的要求。现阶段最常见的生物质能源利用方式是生物质气化、燃烧将其转化为高效洁净能源产品或燃料物质。
烟草业是贵州省的支柱产业。常年种植烤烟20万公顷左右，产量40万吨左右，约占全国烤烟总量的20%，是全国烤烟生产的第二大省。这就导致每年势必会有大量的烟草废弃物出现，而它们得不到高效利用就会造成资源浪费。近年来，大多数烟草废弃物的研究都着重于提取烟碱、植物蛋白和茄尼醇，制备活性炭、堆肥和生物质类燃料等[3]，而很少有关于烟草废弃物热解特性的研究。所以可以通过研究烟草废弃物热解特性，了解挥发分热解析出规律，使烟草废弃物能够得到广泛高效的利用，实现企业节能减排，达到废物资源化利用的目的，为特定行业的废弃物处理提供新的路径。
文章以烟梗为主要研究对象，同时与烟杆、典型生物质玉米秸秆进行对比，采用热重分析方法研究不同粒径、不同温升速率下烟梗、烟杆及玉米秸秆的热失重曲线，分析其热解特性。
1 实验部分
1.1 采样
实验所用生物质样品是烟梗、烟杆和玉米秸秆，均采自清镇市。将采集来的样品在105℃的鼓风干燥箱中干燥2小时，然后磨制成5个实验样品，分别是：80目烟梗、150目烟梗、200目烟梗、80目烟杆、80目玉米秸秆。
1.2 实验仪器及方法
本实验采用的是德国耐弛同步热分析系统STA409PC。
实验方法：取12.5±0.5mg的实验样品放入热天平坩埚中，在纯氮条件下以不同的升温速率进行实验，从室温升温到900℃。升温速率分别设定为5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min；保持载气流量为40ml/min；保护气为氮气，保持其流量在15ml/min。
记录不同条件下TG-DTG-DSC曲线，通过曲线分析其热解过程。
2 实验结果分析
2.1 热重特性分析
以80目烟梗在氮气40升温速率5℃/min的条件下的TG-DTG曲线（图1）进行分析，由TG-DTG曲线可看出烟梗主要经历了五个热失重阶段。初始失重阶段是从20℃-118.8℃，该阶段DTG存在一个失重峰，主要发生水分的析出[4]；第II个失重阶段是从118.8℃-178.9℃，由于温度低于200℃，所以该阶段主要归因于烟梗中低沸点化合物的析出[4]；第III个失重阶段是从178.9℃-339℃。此过程存在两个失重峰，主要是烟草中的大分子聚合物的热解，析出大量挥发分[4]，失重最多的阶段，其质量损失百分比达到了34.29%。第一个失重峰是在178.9℃-260.6℃期间，主要是半纤维素的热解析出少量挥发分，第二个失重锋是在260.6℃-339℃期间，这是由于纤维素的热解析出大量挥发分[5]，最大失重峰峰值温度为289.6℃；第IV个失重阶段是从339℃-510℃，主要是因为高温使木质素热解，导致质量损失；第V个失重阶段是从510℃-899.5℃，生物炭缓慢形成，产生炭的残留物[6]。
2.2 不同生物质热重特性比较分析
a 不同生物质TG曲线
b 不同生物质DTG曲线
图2
以80目烟梗在氮气40升温速率15℃/min的条件下的TG-DTG曲线（图2）进行分析比较，由几种不同生物质的TG-DTG曲线可知，烟杆热解与烟梗热解过程表现的TG-DTG曲线走势形状大致相同，烟杆的TG曲线向低温区移动，烟杆没有明显的半纤维素热解析出峰，但是在最大失重速率点左边有一个侧肩，这是由于半纤维素和纤维素热解温度区间出现重叠，导致半纤维热解峰的消失[5]；失重过程中的最大失重速率较大，后期失重峰的失重速率较小，但是相差都不是很大。烟杆残留质量百分比为26.87%，烟梗残留质量百分比为30.91%；而玉米秸秆的热解与烟梗热解曲线相比，失重过程只经历了三个热失重阶段，分别是水分的析出，半纤维素、纤维素热解析出挥发分和木质素高温热解阶段，残留质量百分比为24.76%。玉米秸秆在水分析出阶段的失重速率较慢；在半纤维素、纤维素析出挥发分时期，质量急剧失去；在最后的木质素高温热解阶段失重较缓慢。
烟梗、烟杆和玉米秸秆的DTG曲线峰值点对应的温度不同且挥发分析出的起始点和终止点也不同，这是由于不同生物质中半纤维素、纤维素和木质素的含量和矿物质含量不同。整个热失重过程DSC曲线存在一个大的放热峰。烟梗残留质量百分比最多，其次是烟杆，玉米秸秆是残留质量百分比最少的。这是由于烟梗含有较多的木质素，热解析出的挥发分较少；而玉米秸秆是高纤维素，低木质素生物质，在纤维素热解阶段质量急剧变化，大量析出挥发分导致最后残留质量百分比最少。
2.3 不同升温速率下烟梗的热重特性比较分析
a 不同升温速率下烟梗TG曲线
b 不同升温速率下烟梗DTG曲线
图3
由80目烟梗在氮气流量40ml/min不同升温速率下的TG-DTG曲线（图3）比较可知，随着升温速率的升高：DTG曲线向高温区移动且失重速率均增大。即随着升温速率的增大，最大失重速率点的温度向高温区移动，挥发分的析出产生了延迟现象，这是由于升温速率的提高增大了样品颗粒内外的温度差，而生物质的导热率较小，导致传热不良，颗粒内部温度较低，外部温度较高，这便导致了内外反应速率不同。也就是文献[7]中提到的热滞后现象。失重速率的增加是由于升温速率的提高，析出的挥发分在颗粒表面的停留时间缩短，促进了挥发分的析出。烟杆和玉米秸秆的TG-DTG曲线随着升温速率的提高也表现出相似的变化规律。
2.4 不同粒径烟梗热重特性比较分析
由烟梗在氮气流量40ml/min升温速率5℃/min条件下不同粒径TG-DTG曲线（图4）可知，随着粒径的减小，炭的残留百分比分别为32.78%，29.97%，27.02%，呈逐渐减小趋势[6]，峰值温度随粒径的减小向低温区移动[7]，在低温区的热解持续时间较短。这是由于粒径较大，生物质颗粒传热能力较差，内部升温较缓慢，热解能力变差，析出挥发分减少。
3 结束语
文章采用热重分析方法进行了以烟梗为主、烟杆和玉米秸秆为辅的热解实验，比较分析其热解特性，同时研究了不同升温速率及不同粒径对生物质热解的影响。根据实验分析，可以得到以下结论：（1）烟梗和烟杆的热解主要经历了五个热失重阶段：水分析出，低沸点化合物的析出，纤维素和半纤维素热解析出挥发分，木质素高温热解，生物炭的形成。玉米秸秆则明显分为三个热失重阶段。由于不同生物质中半纤维素、纤维素和木质素的含量和矿物质含量不同导致它们峰值温度和挥发分析出的起始点和终止点不同。烟梗热解析出的挥发分较少，残留率多，热稳定性最好；而玉米秸秆大量析出挥发分，残留质量百分比最少。（2）随着升温速率的提高，三种生物质的峰值温度均向高温区移动且最大失重速率增大，产生热滞后现象。即升温速率的提高会导致：挥发分析出困难，峰值向高温区移动，析出量增大。（3）随着烟梗粒径的减小，炭的残留百分比呈逐渐减小趋势，峰值温度随粒径的减小向低温区移动，低温区热解持续时间较短。
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生物质研究范文2
关键词：生物质；燃料；液化；进展；
中图分类号：TK6 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-02
液体燃料的不足已严重威胁到我国的能源与经济安全。我国一次能源消费量仅次于美国成为世界第二大能源消费国， 2006年进口原油已达5000万t，占总量40%。因此，国家提出了大力开发新能源和可再生能源，优化能源结构的战略发展规划[1-2]。生物质燃料是惟一可以转化为液体燃料的可再生能源，将生物质转化为液体燃料不仅能够弥补化石燃料的不足，而且有助于保护生态环境。生物质燃料包括各种农业废弃物、林业废弃物以及各种有机垃圾等。我国生物质资源丰富，理论年产量为50亿t左右，发展生物质液化替代化石燃料有巨大的资源潜力。
目前生物质液化还处于研究、开发及示范阶段。从工艺上，生物质液化又可分为生化法和热化学法。生化法主要是指采用水解、发酵等手段将生物质转化为燃料乙醇。热化学法主要包括快速热解液化和加压催化液化等[3-8] 。本文主要介绍生物质燃料液化制取液体燃料的技术与研究进展。
一、生化法生产燃料乙醇
生物质生产燃料乙醇的原料主要有能源农作物、剩余粮食和农作物秸秆等。美国和巴西分别用本国生产的玉米和甘蔗大量生产乙醇作为车用燃料。从1975年以来，巴西为摆脱对石油的依赖，开展了世界最大规模的燃料乙醇开发计划，到1991年燃料乙醇产量已达130亿L。美国自1991年以来，为维持每年50亿L的玉米制乙醇产量，政府每年要付出7亿美元的巨额补贴[2，3，8]。利用粮食等淀粉质原料生产乙醇是工艺很成熟的传统技术。用粮食生产燃料乙醇虽然成本高，价格上对石油燃料没有竞争力。虽然我国政府于2002年制定了以陈化粮生产燃料乙醇的政策，将燃料乙醇按一定比例加到汽油中作为汽车燃料，已在河南和吉林两省示范。然而我国剩余粮食即使按大丰收时的3000万t全部转化为乙醇来算，可生产1000万t乙醇，也只有2000年原油缺口的1/10；而且随着中国人口的持续增长，粮食很难出现大量剩余。2007年以来，粮食价格高涨，给国家的安定带来威胁，因此，在我国非粮生物质燃料才是唯一可靠的生物质能源。
从原料供给及社会经济环境效益来看，用含纤维素较高的农林废弃物生产乙醇是比较理想的工艺路线。生物质制燃料乙醇即把木质纤维素水解制取葡萄糖，然后将葡萄糖发酵生成燃料乙醇的技术。我国在这方面开展了许多研究工作，比如武汉理工大学开展了农林废弃物真菌分解-碱溶热解-厌氧发酵工艺的研究，转化率在70%以上[9]。中国科学院过程工程研究所在国家攻关项目的支持下，开展了纤维素生物酶分解固态发酵糖化乙醇的研究，为纤维素乙醇技术的开发奠定了基础[10]。以美国国家可再生能源实验室（NREL）为代表的研究者，近年来也进行了大量的研究工作，如通过转基因技术得到了能发酵五碳糖的酵母菌种，开发了同时糖化发酵工艺，并建成了几个具有一定规模的中试工厂，但由于关键技术未有突破，生产成本一直居高不下[11-13]。纤维素制乙醇技术如果能够取得技术突破，在未来几十年将有很好的发展前景。
二、生物质燃料热化学法生产生物质油
生物质燃料热化学法生产生物质油技术根据其原理主要可分为加压液化和快速热解液化。
（一）生物质燃料快速热解液化
生物质燃料快速热解液化是在传统裂解基础上发展起来的一种技术，相对与传统裂解，它采用超高加热速率（102-104K/s），超短产物停留时间（0.2-3s）及适中的裂解温度，使生物质中的有机高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子，使焦炭和产物气降到最低限度，从而最大限度获得液体产品。这种液体产品被称为生物质油（bio-oil），为棕黑色黏性液体，热值达20-22MJ/kg，可直接作为燃料使用，也可经精制成为化石燃料的替代物。因此，随着化石燃料资源的逐渐减少，生物质快速热解液化的研究在国际上引起了广泛的兴趣。自1980年以来，生物质快速热解技术取得了很大进展，成为最有开发潜力的生物质液化技术之一。国际能源署组织了美国、加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国等国的10多个研究小组进行了10余年的研究与开发工作，重点对该过程的发展潜力、技术经济可行性以及参与国之间的技术交流进行了调研，认为生物质快速热解技术比其他技术可获得更多的能源和更大的效益[14]。
世界各国通过反应器的设计、制造及工艺条件的控制，开发了各种类型的快速热解工艺。几种有代表性的工艺、各装置的规模、液体产率等参数见文献 [14]。
（1）旋转锥式反应工艺（Twente rotating cone process），荷兰Twente大学开发。生物质颗粒与惰性热载体一起加入旋转锥底部，沿着锥壁螺旋上升过程中发生快速热解反应，但其最大的缺点是生产规模小，能耗较高。以德国松木粉为原料，反应温度600℃，进料速率34.8kg/h的条件下，液体产率为58.6%。
（2）携带床反应器（Entrained flow reactor），美国Georgia 工学院（GIT）开发。以丙烷和空气按照化学计量比引入反应管下部的燃烧区，高温燃烧气将生物质快速加热分解，当进料量为15kg/h，反应温度745℃时，可得到58%的液体产物，但需要大量高温燃烧气并产生大量低热值的不凝气是该装置的缺点。
（3）循环流化床工艺（Circulating fluid bed reactor），加拿大Ensyn工程师协会开发研制。在意大利的Bastardo建成了650kg/h规模的示范装置，在反应温度550℃时，以杨木粉作为原料可产生65%的液体产品。该装置的优点是设备小巧，气相停留时间短，防止热解蒸汽的二次裂解，从而获得较高的液体产率。但其主要缺点是需要载气对设备内的热载体及生物质进行流化，最高液体产率可达75%。
（4）涡旋反应器（Vortex reactor），美国国家可再生能源实验室（NREL）开发。反应管长0.7m，管径0.13 m，生物质颗粒由氮气加速到1 200m/s，由切线进入反应管，在管壁产生一层生物油并被迅速蒸发。目前建成的最大规模的装置为20kg/h，在管壁温度625℃时，液体产率可达55%。
总之，生物质快速裂解技术具有很高的加热和传热速率，且处理量可以达到较高的规模，目前来看，该工艺取得的液体产率最高。热等离子体快速热解液化是最近出现的生物质液化新方法，它采用热等离子体加热生物质颗粒，使其快速升温，然后迅速分离、冷凝，得到液体产物，我国的开展了这方面的试验研究。
（二）加压液化
生物质加压液化是在较高压力下的热转化过程，温度一般低于快速热解。最著名是PERC法。该法始于20世纪60年代，当时美国的Appell等人将木片、木屑放入Na2CO3溶液中，用CO加压至28MPa，使原料在350℃下反应，结果得到40%-50%的液体产物。近年来，人们不断尝试采用H2加压，使用溶剂及催化剂（如Co-Mo、Ni-Mo系加氢催化剂）等手段，使液体产率大幅度提高，甚至可以达80%以上，液体产物的高位热值可达25-30MJ/kg，明显高于快速热解液化。超临界液化是利用超临界流体良好的渗透能力、溶解能力和传递特性而进行的生物质液化，最近欧美等国正积极开展这方面的研究工作[15-17]。和快速热解液化相比，目前加压液化还处在实验室阶段，但由于其反应条件相对温和，对设备要求不很苛刻，在规模化开发上有很大潜力。
生物质燃料转化为液体后，能量密度大大提高，可直接作为燃料用于内燃机，热效率是直接燃烧的4倍以上。但是，由于生物油含氧量高（约35wt%），精炼成本较高，因而降低了生物质裂解油与化石燃料的竞争力。这也是长期以来没有很好解决的技术难题。
三、结论与建议
随着化石燃料资源的逐渐减少，生物质燃料液化技术的研究在国际上引起了广泛的兴趣。经过近30年的研究与开发，车用燃料乙醇的生产已实现产业化，快速热解液化已达到工业示范阶段，加压液化还处于实验研究阶段。我国生物质资源丰富，每年可利用的资源量达50亿t，仅农作物秸秆就有7亿t，但目前大部分作为废弃物没有合理利用，造成资源浪费和环境污染。如果将其中的50%采用生物质液化技术转化为燃料乙醇和生物质油，可以得到5亿-10亿t油当量的液体燃料，基本能够满足我国的能源需求。因此，发展生物质液化在我国有着广阔的前景。
我国在生物质快速热解液化及加压液化方面的研究工作还很少，与国际先进水平有较大差距，需要加强此项研究。开发生物质油精制与品位提升新工艺，降低生产成本是生物质热化学法液化进一步发展，提高与化石燃料竞争力的关键。
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生物质研究范文3
关键词:生物质;液压式成型机;成型燃料
0引言
我国是一个农业大国,8亿多人口生活在农村,农村能源尤其优质能源普遍短缺。农村能源70%来自生物质能,中国生物质资源非常丰富,资源总量达6.5亿t标准煤以上[1]。由于生物质结构疏松,能量密度低,燃烧效率低,且难以找到合理的利用方式,大量的秸秆被遗弃荒烧,造成空气环境的严重污染,笔者对社会、经济、环境和生态等造成了严重的不良影响。
为开发和利用国内以秸秆为主的生物质能源,笔者对液压式生物质成型机及配套秸秆成型燃料生产线所需的技术与设备进行了设计和试验研究。
1液压式生物质成型机成型机理和技术路线1.1成型机理该系统是在不加任何粘结剂的条件下对生物质进行热压成型的。生物质之所以能够成型,主要是由于生物质中木质素的存在。木材中木质素的含量为27%~32%(绝干原料),禾草类植物木质素含量为14%~25%。通过X射线衍射表明,木质素属非晶体,没有熔点,但有软化点。试验表明:在一定的压力下,当温度在70~100℃时其粘合力开始增加;温度在200~300℃时,可以熔融[2]。热压成型的合适温度为140~200℃。该成型机采用液压驱动往复活塞双向挤压成型机构,在该温度下通过双出杆油缸两端的冲杆挤压成型套筒中的生物质,由于外力的作用,粒子主要以相互靠紧的形式结合[3]。随着外力的增大,生物质体积大幅度减小,密度显着增大,生物质内部胶合外部焦化,并且具有一定的形状和强度。在冲杆的挤压作用下,生物质成为棒状从两端成型套筒中交替挤出,成为既定形状[4]。由于采用了液压驱动,所以成型机的运行稳定性好,噪音比较小,操作环境得到了明显的改善。
1.2成型燃料生产线技术路线
秸秆生物质成型燃料生产线的生产是将收集的秸秆生物质先通过太阳能干燥系统进行自然脱水,通过输送带进入粉碎机;粉碎后的秸秆由气力输送装置送入原料库,再由输送带送入秸秆液压式生物质成型机中,即可得到成型燃料产品[5]。
成型燃料生产线的工艺流程是:太阳能干燥或直接晒干输送带秸秆粉碎机原料库输送带搅龙预压喂入液压式生物质成型机包装成品贮存。
2成型燃料生产线的配套设备
成型燃料生产线设备包括太阳能干燥系统、秸秆粉碎机、液压式生物质成型机、生物质燃烧炉和包装机等;生产线采用的原料主要是秸秆类生物质,如玉米秸秆、豆秸、稻草、棉秆和树枝合木屑等;生产线的关键设备是液压式生物质成型机[6]。
3试验材料与方法
3.1原料及试样制备试验原料取自新郑市周围的玉米秸秆,经自然晒干后,用粉碎机将其粉碎,粉碎后的平均粒度为31㎜,含水率为9.5%。
3.2试验装置与方法
试验采用液压生物质成型机、粉碎机、电热干燥箱、分析天平、台秤、磅秤、干湿温度计、噪音计、游标卡尺、30~100A电度表、秒表和玉米秸秆等。
试验条件:生产环境温度为18℃,湿度为25%。
检测方法:将测试设备与成型机连接好后,使成型机处于稳定运行状态,从测试仪器设备中记录出相应的参数。在每一个成型温度条件下,使成型机平稳运行30min,测试3次,然后取其平均值。
3.3试验结果及分析
上述基本试验条件下,成型机在不同成型温度下生产出的成型棒冷却后直径如表1所示。
表1不同成型温度下成型棒冷却后直径Tab.1 The briquetting staff diameters of different temperature成型温度/℃成型棒直径/㎜成型温度/℃成型棒直径/㎜300 140290 138280 136270 135260 134250 133240 131230 132220 131210 130成型棒冷却后,由于内部的水蒸汽膨胀和吸收空气中的水分,当成型温度高时,成型棒成型后内部会产生较多的水蒸汽,这可以看作是使成型棒膨胀的内在动力;在成型棒冷却过程中,其干燥的表面会吸收空气中的水分,从而使成型棒膨胀,这是造成成型棒膨胀的外部动力[7]。从试验结果以看出,在其它生产条件相同的条件下,成型棒冷却后直径随着成型温度的增加而增加。
不同成型温度下的成型棒膨胀率折线图如图1所示。从图1可以看出,冷却后成型棒膨胀率随着成型温度的上升逐渐增加,其曲线接近线性关系。这说明,冷却后成型棒的密度随着成型温度的升高而减小。在300℃时,成型棒的直径最大,则其密度最低;而在210℃时,成型棒的直径最小,则其密度达到最大值。
所以,在保证成型棒顺利成型的前提下,成型加热温度应该尽量降低。这样既可以减少加热能耗,降低生产成本,又可以保证成型棒的成型效果。
图1不同成型温度对成型棒膨胀率的影响Fig.1 The expansion coefficient of briquetting staff ondifferent temperature根据实际情况,进行了大量的试验,如表2所示。
从表2可以看出:在液压生物质成型机生产过程中,加热温度在230℃以上时,加工出来的成型棒表面光滑程度较好;在220℃和210℃时,其表面光滑程度降低;在200℃几乎不能成型。这说明,加热温度对成型棒的成型效果有很大的影响,是影响成型效果的一个比较关键的因素。所以,加热温度的确定是成型机生产参数确定的关键环节。
加热温度在230℃以上时,成型棒出模比较顺利;加热温度为220℃,成型棒出模开始出现困难;在210℃时,可以看到成型棒出模明显困难;而在200℃时,成型棒几乎不能出模。成型棒的加热温度在210~230℃之间时,其表面颜色为灰褐色,成型棒出模比较困难;在240~260℃之间时,成型棒颜色为灰黑色,且出模相对顺利;在270℃及其以上时,成型棒表面呈焦黑色,出模比较顺利。这说明,加热温度对成型棒出模顺利程度影响很大,加热温度的高低直接决定了成型棒是否出模。
根据试验情况可以得出,要想保证成型棒出模顺利,加热温度必须在230℃以上。成型温度在260℃以上时,成型棒出模冷却后的膨胀率较大,冷却后表面裂纹较多;加热温度在260℃以下时,成型棒冷却后膨胀率较小,表面比较光滑。可以看出,冷却后成型棒表面裂口的大小随着加热温度的降低而减小。
在液压式生物质成型机的整个运行过程中,其空转运行时的最高噪音为82dB,进行生产时的最高噪音稳定在90dB左右。不同成型温度下的成型压力如图2所示。
图2不同成型温度下的成型压力
Fig.2 Briquetting Pressure of different briquetting temperature从图2可以看出,成型机的成型压力随着成型加热温度的升高而逐渐较小,可见增加成型温度可以降低成型压力。这主要是由于温度增加可以使成型棒在成型阶段表面软化,降低了成型棒出模时的摩擦阻力,从而可以降低液压系统的工作阻力,使液压压力下降。由于成型机生产过程中的噪音主要是由液压系统造成的,所以液压压力的下降也可以使生产过程中的噪音降低。这就要求在成型机生产过程中选择合适的成型温度,以充分利用液压能而又不使液压压力过高[8]。
4结论
根据以上试验,可得出以下结论:液压生物质成型机在生产原料的种类、原料粒度、含水率、成型压力、成型套筒的锥长和锥角、成型周期、摩擦力及喂入频率不变化的情况下,环境温度为18℃、环境湿度为25%时,生产线生产方案的制定要考虑以下因素:一是加热温度在230℃以上时,成型棒表面光滑程度较好,所以加热温度应该在230℃以上才能保证加工出来的成型棒的表面光滑度;二是加热温度应在230℃以上时,才能保证成型棒的出模顺利,从而保证成型生产过程的连续性和成型机组运行的稳定性;三是成型棒出模后的表面颜色不是影响成型的主要因素,但是当成型棒表面为焦黑或者灰黑色时成型比较顺利,表面为灰褐色时,成型开始出现困难,所以成型棒的表面颜色可以作为表征秸秆成型顺利程度的指标之一;四是成型棒出模冷却后的膨胀率不应太大,冷却后表面应比较光滑,所以机组正常生产时的加热温度应该控制在260℃以下;五是成型机的成型压力随着加热温度的升高而逐渐较小。在成型机生产过程中,要选择合适的成型温度,以充分利用液压能而又不使液压压力过高;六是在整个试验过程中,液压生物质成型机正常工作时的最高噪音稳定在90dB左右,在人体承受范围之内。
综合考虑影响液压式生物质成型机生产时的生产率、成型部件磨损、原料含水率变化、成型机体寿命以及能耗等因素,把生产时的加热温度稳定在240~250℃之间为适宜温度。
生物质研究范文4
我国生物质资源(农作物秸秆)丰富，但利用率不高。为了高效利用生物质资源，本文就生物质成型燃料的加工技术与装备进行初步研究，以探讨综合利用生物质资源的技术途径。
一、影响生物质成型燃料加工装备性能的因素分析
1、生物质原料的来源与特点
我国是农业大国，农林废弃物资源十分丰富。我国每年总量约有7亿吨的农作物秸秆，另外，我国每年还有大量的林业采伐和林木制品加工厂产生的废弃物。如枝桠、小径木、板片、木屑等，总量也近1亿吨。生物质成型燃料。是以枝条、树皮、秸秆等农林剩余物为原料。这些原料具有来源广泛、分散、种类多、质地不统一等特点。决定了成型燃料加工技术与装备的设计必须做到满足原料来源的广泛性、多样性和方便灵活性。
2、生物质成型燃料的特点要求与使用对象
生物质成型燃料是将生物质原料经过粉碎、调质等处理，在高压条件下，压缩成颗粒状且质地坚实的成型物，除应具有比重大、便于贮存和运输、着火易、燃烧性能好、热效率高(是直接燃烧的5倍以上)的优点外。还应具有灰分小、燃烧时几乎不产生SO2、不会造成环境污染等优点。可作为工业锅炉、住宅区供热、农业暖房及户用炊事、取暖的燃料。成型燃料的这些特点。决定了成型燃料加工技术与装备的设计必须在充分考虑生物质原料特点的基础上，保证生物质原料的粉碎细度达到成型的要求，燃料成型的密度、成型设备的有关模板、模孔、压辊等成型关键部件，在尽可能满足吨料加工能耗较少，加工关键设备使用寿命较长，加工的成型燃料性能具有较好的燃烧性能的要求下，应具有实用性、适应性和经济性。
3、生物质成型燃料加工技术与设备的国内外现状
成型燃料有颗粒状和棒状两大类。根据成型主要工艺特征的差别，国内外生产生物质压缩燃料的工艺大致可划分为湿压(冷压)成型、热压成型、碳化成型等3种。按成型加压的方法不同来区分，技术较为成熟、应用较多的成型燃料加工机有辊模挤压式(包括环模式和平模式)、活塞冲压式(包括机械式、液压式)、螺旋挤压式等三种机型，其中辊模挤压式成型机采用的是湿压(冷压)成型工艺，活塞冲压式、螺旋挤压式成型机都采用的是热压成型工艺。
国外开发工作始于20世纪40年代。1948年日本申报了利用木屑为原料采用螺旋挤压方法生产棒状成型燃料的第1个专利，60年代成立了成型燃料行业协会。70年代初，美国研究开发了环模挤压式颗粒成型机，并在国内形成大量生产。瑞士、瑞典、西欧等发达国家都先后开发研究了冲压式成型机、辊模挤压式颗粒成型机。其中已有120多年历史的世界著名饲料机械生产企业――德国卡尔公司(Kahl)生产的动辊式平模制粒机，不仅能生产中低密度的颗粒饲料，而且还能生产较优高密度的颗粒燃料，成品产量大、能耗低而且质量好，在欧洲和东南亚国家使用较为广泛。在最早开发螺旋挤压成型燃料生产技术的日本也有采用环模颗粒成型机加工木屑成型燃料的大型生产企业。如今，固化成型燃烧在日本、欧、美等地已经商品化，在丹麦的一座叫阿文多的发电厂，还利用木屑压缩颗粒来发电。1985年日本平均每户家庭消耗成型燃料达750kg。1985年美国生产成型燃料达200万t以上。
我国从20世纪80年代中期起开始了成型燃料的开发研究，一方面组织科技攻关，另一方面，引进国外先进机型。经消化、吸收，研制出各种类型的适合我国国情的生物质压缩成型机。用以生产棒状、块状或颗粒生物质成型燃料。全国现有生物质压缩成型厂35个。生物质成型燃料的种类按其密度分为中密度(800―1100Kg/m3)和高密度(1100―1400kg／m3)二种，前者适宜于家庭炉灶或小型锅炉用，也可满足自动炉排机械加料的大型锅炉用，后者更适于进一步加工成为炭化产品。
国内主要的几种成型燃料生产技术的现状分述如下：
1)螺旋挤压技术
螺旋挤压成型技术是目前生产生物质成型燃料最常采用的技术，尤其是以机制炭为最终产品的用户，大都选用螺旋挤压成型机。
1990年中国林科院林产化学工业研究所与江苏省东海粮食机械厂合作，完成了国家“七五”攻关项目――木质棒状(螺旋挤压)成型机的开发研究工作，并建立了1000t／年棒状成型燃料生产线；1 993年前后，中国大陆的一部分企业和省农村能源办公室从日本、中国台湾、比利时、美国引进了近20条生物质压缩成型生产线，基本上都采用螺旋挤压式，以锯木屑为原料，生产“炭化”燃料。棒状成型燃料的形状为直径50*10-3m2左右、长度450*10-3m2左右，横截面为圆形或六角形，每根重约1Kg，用于蒸发量≤1000kg／h工业锅炉或民用炉灶。
国内现已有包括陕西武功县轻工机械厂、河南省巩义合英实业公司等在内的近十家厂家生产此种类型的设备。
螺旋挤压成型机的优点是：
①成品密度高。以木屑、稻壳、麦草等为原料，国内生产的几种螺旋挤压成型机加工的成型棒料的密度都在1100～1400Kg／m3。
②成品质量好、热值高，更适合再加工成为炭化燃料。
螺旋挤压成型机的缺点是：
①产量低，目前国产设备的最高台时产量不到150Kg／h，距离规模化生产的产量要求相差较大。
②能耗高，粉料在螺旋挤压成型前先要经过电加温预热，挤压成型过程的吨料电耗就在90Kwh／t以上。
③易损件寿命短，国产设备主要工作部件――螺杆的最高寿命不超过500h，距离国际先进水平1000h以上还有不小的差距。
④原料要求苛刻。螺旋挤压成型机采用连续挤压，成型温度通常调整在220～280℃之间，为了避免成型过程中原料水分的快速汽化造成成型块的开裂和“放炮”现象发生，一般要将原料含水率控制在8～12％之间，所以对有的物料要进行预干燥处理，增加了加工成本。这一点，对于移动式的成型燃料加工系统来说也许是一个致命伤，因为与旋挤压成型工艺相衔接还需有配套的烘干机。
2)活塞冲压技术
这种设备的优点是成型密度较大，允许物料水分高达20％左右，但因为是油缸往复运动，间歇成型，生产 率不高，产品质量不太稳定，不适宜炭化。活塞式的成型模腔容易磨损，一般100h要修一次，有的含SO2少的生物质材料可维持300h。
另据报道，2003年，河南农业大学承担完成了科技部研究项目“秸秆压块成型燃料产业化生产的可行性研究”，开发了HPB―m2型液压驱动式秸秆成型机，采用活塞套筒双向挤压间歇成型。生产率：400kg／h；吨料成型电耗：60Kwh／t左右。
另外北京三升集团研发了机械传动、活塞挤压成型技术，在工业化生产中密度饲料块的同时，还生产高密度(>900Kg／m3)的燃料块。
3)辊模挤压技术
生物质颗粒燃料的辊模挤压成型技术是在颗粒粒饲料生产技术基础上发展起来的。二者的主要区别在于纤维性物料含量的多少和成型密度的高低。用辊模挤压式成型机生产颗粒成型燃料一般不需要外部加热，依靠物料挤压成型时所产生的摩擦热，即可使物料软化和黏合。对原料的含水率要求较宽。一般在10％～40％之间均能成型。其最佳水份成型条件为18％左右，相比于螺旋挤压和活塞；中压而言，辊模挤压成型法对物料的适应性最好。因此。国内一些生产秸秆颗粒饲料的企业在生产颗粒饲料的同时也生产颗粒燃料，以提高设备的利用率。
以国内知名饲料机械生产企业――江苏正昌集团为代表的我国饲料机械业界，目前在环模制粒机和平模制粒机的设计、制造方面，已积累了丰富的经验，某些方面已达到世界先进水平。在生物质颗粒成型燃料加工机械的研发方面也进行了多年的探索，并取得了可喜的成绩。
4)环模挤压成型技术
1994～1998年，江苏正昌集团公司联合中国林科院林产化学工业研究所承担了国家林业局下达的项目“林业剩余物制造颗粒成型燃料技术研究”。该项目以江苏正昌集团公司生产的KYW32型环模式饲料颗粒成型机为基本结构，研究成功了以木屑和刨花粉为主要原料的颗粒燃料成型机，台时产量在250Kg／h左右，产品规格：直径6*10-3m2，长度为8-15*10-3m2，颗粒密度>1000Kg／m3，其热值为4800kcal／Kg左右。产品质量达到日本“全国燃料协会”公布的颗粒成型燃料标准的特级或一级。但是由于当时在材料和加工工艺等方面的原因，主要易损件环模在面对粗纤维物料时，暴露出了使用寿命短的缺陷。使用成本高，成为环模式制粒机难以在生物质成型燃料领域大面积推广的重要原因。但是，该项目的开展，为我国今后在辊模挤压成型燃料技术的发展打下了良好的基础。
5)平模挤压成型技术。由于在平模制造工艺水平和主要加工物料对象方面与国外的差距等原因，以前国内在对平模式制粒机的研究方面不够深入，国内能生产的最大平模直径只有400*10-3m2。2000年，我所承担了农业部引进国际先进农业科学技术项目(简称“948”项目)――秸秆颗粒饲料加工技术与设备的引进，在引进国际上著名的德国卡尔公司(Kahl)的38-780型大型平模式制粒机的基础上，结合我国实际，又进行了多处技术改进和创新。2003年12月，该项目通过了农业部“948”项目办公室的验收。
与其他生物质成型颗粒(块)加工技术相比。大型平模式制粒机的优点在于：
①原料适应性广。平模式制粒机压制室空间较大，可采用大直径压辊，因而能将诸如秸秆、干甜菜根、稻壳、木屑等体积粗大、纤维较长的原料强行压碎后压制成粒，对原料的粉碎度要求降低了。另外，平模式制粒机在压缩纤维性物料时，原料水分在15～25％(最佳18％左右)都能被压缩成型。大多数情况下，不需要对原料进行干煤。
②产量大。经江苏省农机鉴定站检测，SZLP-780型平模制粒机在以100％苜蓿草粉为原料时，产量可达2100kg／h。在此后进行的以木屑为原料的制粒试验时，当成型颗粒密度在1100Kg／m3时，产量达到1500Kg／h，是国内现有成型颗粒燃料加工设备所达到的最大产量。
③吨料耗电低。一方面，平模式制粒机由于压制室空间大、压辊直径大的原因，能将粒度相当大的原料制成颗粒，因而能克服环模挤压制粒机和螺旋式挤压机在这方面的局限，这就减少了物料在粉碎工段的能耗；另一方面，与环模制粒机相比，平模模孔带面积比值高，出料孔多。而且出料颗粒密度和大小比较一致。
④辊模寿命长。由于工作原理的差异，平模式制粒机压辊的线速度比环模式的低，因而辊、模的磨损比较慢。而且，平模在一侧面工作面磨损后可翻过来使用另一侧面，可以提高使用寿命。
⑤成型密度可调。压辊和压模之间的工作间隙和压力可通过液压式中央螺母调节装置使压辊同步升降，操作简单省时。既可生产中低密度的颗粒饲料，也可生产较高密度的颗粒燃料，一机多用。
但总体来看，目前，我国的生物质固化成型装备在设备的实用性、系列化、规模化上还很不足，距国际先进水平还有不小的差距。这一问题以成型机最为突出，表现在生产率低、成型能耗高、主要工作部件寿命短、机器故障率多、费用高等方面。
4、生物质成型燃料加工技术与设备的发展趋势
进入二十一世纪以来，人们愈加感觉到石化能源渐趋枯竭，在对可持续发展、保护环境和循环经济的追求中，世界开始将目光聚焦到了可再生能源与材料， “生物质经济”已经浮出水面。以生物能源和化工产品生产为主的生物质产业正在兴起，引起了世界各国政府和科学家的关注。许多国家都制定了相应的计划，如日本的“阳光计划”，美国的“能源农场”，印度的“国家战略行动”等。2005年“可再生能源法”在我国正式颁布实施，所有这些。预示着各国在包括生物质成型燃料开发在内的生物质技术领域的竞争进入一个白热化时代。
虽说生物质产业是世界发展之大势和新兴的朝阳产业，但其当前成本与价格尚难与石油基产品竞争，这一点对于成型燃料来说，表现得尤其明显。因此，以降低储运成本和压缩成型成本为目的，寻求技术上的创新、突破，成为生物质成型燃料领域最大的命题。降低颗粒燃料的吨料能耗、降低设备的使用成本。也成为本“863”项目所追求的最大目标。
在生物质固化成型技术装备研究、开发方面，国内外的发展趋势是装备生产专业化、产品生产批量扩大化、生产装备系列化和标准化。尤其在国内应在设备实用性、系列化上下功夫。不断降低成本并提高技术水平，为21世纪大规模开发利用生物质能提供必要的技术储备。
5、生物质成型燃料加工技术与设备的先进性与性价比
生物质成型燃料加工技术与设备先进程度的高低必须与其性价比有机的结合起来综合考虑。单一讲究技术 和设备的先进性，不考虑技术的投入成本和市场的接受程度，不考虑技术和设备的性能与市场接受的价格合理之比，再先进的技术在市场上如得不到应用，也得不到用户的认可，这种技术起码可以说是不完全适用的技术。生物质成型燃料加工技术与装备的先进性主要体现在以下几方面：一是理想的吨料加工耗能量；二是适度的关键部件的使用寿命；三是良好的产品结构组成；四是合理的加工工艺路线等等。因此，在研究和设计生物质成型燃料加工技术和加工设备时，要在尽可能低的吨料耗能的前提下，使得产品的结构优化与合理，在产品得到较高的使用寿命的基础上，保证产品的价格尽可能适应市场的接受程度。使生物质成型燃料加工技术与装备的先进性与产品的性价比有机结合与统一，以利于推广应用。
二、生物质成型燃料加工装备技术方案技术特征
1、技术路线和技术方案
考虑到上述一些因素，我们在研究设计时充分借鉴利用现有技术成果，并在利用国产制粒机进行成型燃料加工试验的基础上，优化创新设计，采用新结构、新材料、新工艺，研发关键部件；其系统技术方案如下所述。
(1)技术方案分析
我们研究设计的技术方案及机组总体配置示意见以下附图：
本技术方案以秸秆等农林废弃物为原料，既可将多物料联合粉碎机、粉料输送组合装置、制粒机等有机集成组装在一台拖车上，形成一个可移动的颗粒燃料加工设备系统，又可将多物料联合粉碎机、粉料输送组合装置、制粒机等有机集成组装在一个固定场所进行加工。系统各部分的设计方案说明如下：
1)多物料一次粉碎机
适应的原料包括经自然风干的玉米秆、棉秆以及麦秆、稻草等，充分考虑到了移动式成型燃料加工系统对原料应具有广泛适应性的要求特点。采用搓揉装置和锤片粉碎、筛分装置的有机组合技术，对原料进行切段粉碎复合作业。粉碎后的粉料过筛后经风管直接输送到粉料暂贮箱中输送至制粒机中；人工只要把待粉碎的原料放到加料斗里即可，大大减轻了劳动强度，并改善了劳动条件。
2)粉料输送组合装置
秸秆类生物质经粉碎后，堆密度很低，输送过程中容易结拱，使送料受阻。本装置的作用是接受由粉碎机经风管输送来的粉料，通过简易脉冲装备向制粒机内连续不断地输送粉料。
该装置将采用料仓防结拱技术，有效地避免因纤维性物料流动性差，而导致喂料不均匀情况的发生。
3)颗粒燃料制粒机
这是本技术装备的核心和关键。根据移动式作业特点考虑上述的多种因素。采用平模制粒技术方案。实施时通过试验，进一步优化设计平模制粒成型模孔，调整颗粒燃料制粒工艺，减小功率，降低主轴转速，增加辊模压力，保证得到较高密度、质量稳定的成型燃料的。
在主要工作部件(同时也是主要易损件)压辊和模具的加工方面。充分利用国内辊模制造领域技术工艺和设备方面的优势，采用新材料和新工艺，进一步提高辊模耐磨性。
4)系统集成技术
上述3部分集成装在1台拖车上，可以灵活方便地在村镇间转移。成为一个流动的加工车间，适应了农村秸秆原料既分散、季节性又强的实际作业条件。同时，可以根据不同的用户要求，也可将上述3部分集成在固定的工作场所进行作业。
本技术方案在粉碎机喂料、粉料输送、成型颗粒筛分等环节充分考虑到了自动化的有机衔接，因此，整个系统的操作工人只要有3―5名即可。
如上所述，本方案全面考虑了农村的实际条件，从有效发挥机组加工效能、减轻人工劳动强度等方面着眼，优化了系统的设计。整个加工系统总功率80KW左右，处理能力500―1000Kg／h。是可以满足课题确定的指标要求。
(2)设备投资分析
本技术方案以枝条、秸秆等农林废弃物为原料，有机集成从原料筛分、粉碎到制粒成型的工艺，形成为一个整体可移动的加工设备系统，其中从粉碎到压缩成型所需的设备投资合计约为20万元。综合分析国内外现有成型燃料加工设备的生产率和设备投资情况，本项目制的成型燃料加工设备系统有较大竞争优势。
2、生物质成型燃料加工技术与装备技术特征
(1)技术特征
1)多物料一次粉碎技术。该技术针对不同来源、不同生物质原料，采用组合粉碎转子等结构，实现多种生物质原料一次粉碎，并达到制粒成型所需的细度要求。
2)物料流量自动调节技术。该技术就是主要是根据成型机加工成型燃料的产量要求，采用简易脉冲、负压输送等机构自动调节来自于粉碎机粉碎后的生物质原料的流量，在保证成型机不发生堵塞的情况下，使输送到成型机的物料流量达到最大。
3)颗粒燃料成型技术。该技术就是将由粉碎机输送来的生物质原料。通过平面辊压和平模将原料压制成颗粒成型燃料。动力通过减速传动机构带动主轴运转，不同直径模孔的平模可以根据需要进行更换，成型燃料加工过程可以通过检查视窗口直接观察并可通过打开视窗进行维护和修理，模辊间隙和压制压力实现自动调节，确保颗粒成型燃料的密度符合规定的要求。
4)既可移动又可固定场所连续生产机组集成技术。该技术就是根据用户需要将多物料一次粉碎机和颗粒燃料成型加工机有机的集成为连续生产机组。这种机组既可安装在固定场所，也可集成在平板机车上，所需加工动力既可适用于电力。也可适用于柴油机动力机等。
(2)主要技术指标
1)成型燃料加工机组
总功率：80KW左右；生产能力：500―1000Kg／h；
可方便地整体转移作业；
2)成型燃料加工成本
农林剩余物固化成型燃料成本低于煤的价格，吨料能耗≤70KWh／t；
3)成型燃料产品性能
密度≥1g／cm3；
水分≤12％。
进料流量可调。
三、生物质成型燃料加工装备的设计与研究
1、多物料一次粉碎机的设计
多物料一次粉碎机采用同轴搓揉旋切装置和锤片式粉碎、下置式筛分装置有机组合技术。电机动力通过皮带盘驱动转子高速旋转，使秸秆通过搓揉旋切装置，搓揉旋切成3～5厘米长，再进入锤片粉碎室，经受锤片撞击剪切而粉碎。另一方面，物料与物料之间、物料与锤片之间相互摩擦进一步破碎。小于筛孔的粉体被排出粉碎室。大于筛孔的原料则继续被锤片打击、粉碎、直至通过筛孔，从而达到粉碎的目的。其结构示意如下图所示。
本粉碎机主要由：转子、机座、上下壳体、操作料斗、传动装置等五大部分组成。考虑到使用与维护的需要，设计了方便安装更换筛片和锤片的简易拆卸机构。可以方便用户使用。
多物料一次粉碎机的主要设计技术参数为：转子直径：720m2m2，主轴转速：2700rpm2一3500rpm2，锤片数量：128片，配用功率：22kw，轴承型号：NSK SN520， 吸风量：3300m3/h，产量：500～1 000Kg／h，整机重量：1200Kg，外形尺寸(m2m2)：2975×1730×1140。筛片面积(m2m2)：1120×540。
2、颗粒燃料成型机的设计
根据技术方案，成型机采用平面辊压和平模的组合结构，而这种结构按执行部件的运动状态分，有动辊式、动模式、模辊双动式三种。由于后两种仅适用于小型平模燃料成型制粒机，较大机型一般用动辊式。因此本机即采用动辊式结构。按磨辊的形状分，又可以分为锥辊式和直辊式两种。考虑到加工的工艺性本机设计为直辊式。其工作原理如下图所示。
由图可以看出，电动机通过减速箱驱动主轴，主轴带动磨辊。磨辊绕主轴公转的同时也绕磨辊轴自转。加工颗粒时，生物质原料被送入平模机的喂料室。在分料器和刮板的共同作用下均匀地铺在平模上，主轴带动的压辊连续不断地滚过料层。将物料挤压进入模孔，物料在模孔中经历成型、保型等过程。具体过程为：供料区内的物料在重力作用下紧贴在平模上，当压辊向前滚动，物料进入变形压紧区。这时因受到挤压，原料粒子不断进入粒子间的空隙内，间隙中的空气被排出，粒子间的相互位置不断更新，粒子间所有较大的空隙逐渐都被能进入的粒子占据。随着压辊继续滚动，被压实的原料进入挤压成型区，模孔的锥孔部分和前半部分都属于挤压成型区，该区内，压力继续增加。粒子本身发生变形和塑性流动，在垂直于最大主应力的方向被延展。并继续充填周围较小的空隙，由于压辊和物料间的摩擦作用加剧而产生大量热量。导致原料中含有的木质素软化。粘合力增加，软化的木质素和生物质中固有的纤维素联合作用。使生物质逐渐成形，这时部分残余应力贮存于成型块内部，粒子结合牢固但不甚稳定。成型块在挤压作用下进入模孔的保型段，在该段不利于形状保持的残余应力被消除，颗粒被定型。一定时间后以圆柱状态被挤出，旋转的切刀将物料切断，形成颗粒。由扫料板将颗粒送出。
本燃料成型机主要由：电动机、传动箱、主轴、喂科室、压辊、平模、切刀、扫料板、出料口等九大部分组成。考虑到加工密度的调节和辊模间间隙的调整，设计有液压调节机构，一是保证加工过程中的加工压力的稳定。二是保证辊模问间隙的自动调节。同时考虑到安装与维修的方便性。在制粒室周围设计有观察与调节窗口。
颗粒燃料成型机设计的主要技术参数为：平模直径：520m2m2。压辊转速：56rpm2，压辊压强：100m2pa，配用功率：45Kw，整机重量：1 500Kg，外形尺寸(m2m2)：1530×840×2047，产量：500―1000Kg／h。颗粒直径：10m2m2一20m2m2，颗粒长度：30m2m2，颗粒产品密度：≥1g／m3。
3、生物质成型颗粒燃料加工装备的集成设计
生物质成型颗粒燃料加工装备的集成设计，就是将多物料一次粉碎机和颗粒燃料成型机，通过负压简易脉冲风网系统有机的连接起来，一方面要求加工系统在加工过程中确保生物质原料的输送均匀，防止堵塞与结拱，另一方面要保证加工系统在加工过程中不会对环境造成严重污染，同时尽可能少用人工作业，减少作业劳动强度和用工量。因此。系统的集成设计成两种方案，一是直接将集成系统安装在固定场所。二是将系统集成安装在可移动的平板车上。
4、生物质成型燃料加工装备有关重要技术参数的研究结论
(1)生物质原料压缩特性
粉碎后的生物质原料(秸秆)在压缩过程中。是在一定压力下，通过秸秆的塑性变形和其本身的木质素软化固化成型的。在压缩过程中可分为3个阶段：松软阶段、过渡阶段和压紧阶段。在压力较小时，成型密度随压力的增大显著增大，但达到压紧阶段后，变化缓慢，趋于常数。一般情况下，在压力为85m2Pa时，制粒的成型效果就较好，将压力控制在85―100m2Pa范围内就可以达到较理想的成型要求。同时通过试验，探索了生物质压缩力和压缩密度的关系。确定了压缩力、压缩密度、压缩量的关系。
(2)生物质原料的特性对成型的影响
生物质原料具有流动性差、相互牵连力较大的特性，是成型喂入和压缩的瓶颈。对于不同的原料、不同的含水率、不同的粒度，压缩特性有很大的差异，并对成型过程和产品质量有很大的影响。当原料水分过高时，加热过程中产生的蒸汽不能顺利地从燃料中心孔排出，造成表面开裂，严重时产生爆鸣。但含水率太低。成型也很困难，这是因为微量水分对木素的软化、塑化有促进作用。成型原料的含水率一般在16％左右。植物秸秆易压缩，在压力作用下变形较大，压缩比在9～12之间，木屑废料较难压缩，压缩比在5～9之间。粒度小的原料轻易成型，粒度大的较难压缩。试验与研究的结果表明，生物质的特性对于解释和说明物质的机械变化过程很有价值。
生物质研究范文5
关键词：广豆根；生物碱类；积累机理；综述
中图分类号：R285 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）06-0193-02
1 引言
广豆根（Radix So phorae Tonkinensis）也称山豆根，为豆科植物越南槐的干燥根及根茎。广豆根含有多种生物碱，其主要的有效成分是苦参碱和氧化苦参碱，二者在一定条件下可以相互转化，并且具有多方面的药理作用和功效，如抗菌、抗炎、抗风湿、抗肿瘤、抗过敏、抗病毒、抗寄生虫、抗心律失常、消肿利尿、免疫及生物反应调节作用等。广豆根植物体在次生代谢过程中可合成苦参碱、氧化苦参碱等生物碱类物质，这是广豆根在长期进化中适应环境的结果。而对药用植物次生代谢产物进行开发利用，是新药研究与筛选的重要途径，也是解决目前世界面临的西药毒副作用大，一些疑难病症（如癌症、艾滋病等）无法医治等难题的一条充满希望的途径，现已成为国内外生物学、植物化学、植物药学研究非常热门的课题。但目前国内外有关的研究还主要集中于次生代谢产物在药用植物体内的分布和代谢，以及次生代谢产物的分类、化学、药理药效等方面，从分子水平上对次生代谢产物积累机理的研究才刚刚起步。同时，由于广豆根地域分布相当有限，只零星生长于石山岩缝之中，随着市场需求量的不断增加，野生广豆根资源濒临枯竭。因此，选择广豆根作为研究材料，揭示广豆根有效药用成分积累机理和发掘调节广豆根药用有效成分合成、积累和释放的功能基因，对于人工调控广豆根生物碱的合成，提高药材质量，保护和利用现有广豆根资源等都具有极其重要的意义。
2 地域分布
广豆根在自然界中的分布具有很强的地域特性，主产于广西的西南部至西北部，广东、云南和贵州也有少量分布。由于广豆根地域分布较窄，一般零星生长在海拔高度500～800 m的石山岩缝之中。因此，在富有喀斯特地貌的广西，广豆根又主要分布在靖西、德保、那坡、凌云等县。据报道，作为广豆根的主产区和集散地，广西目前市场上的广豆根货源仍靠采挖野生资源而来，而广豆根自然繁殖速度较慢，从而导致了广豆根野生资源面临枯竭。因此，广豆根野生资源的保护和通过种子繁殖、扦插繁殖、组培快速繁殖等多种方式进行广豆根的人工繁育迫在眉睫。
3 药理作用
广豆根是我国传统的中药药材，始载于宋代的《开宝本草》。广豆根主要含生物碱0.93%，其中苦参碱0.52%，氧化苦参碱0.35%，微量臭豆碱，甲基金雀花碱和槐果碱。苦参碱和氧化苦参碱是广豆根的主要活性成分，也是其药效的物质基础。国内外经过多年来的研究探讨和临床应用，发现广豆根具有多方面的药理作用和较好的开发前景。
3.1 抗肿瘤作用
张良等报道，利用复方山豆根注射液进行小鼠抑瘤试验发现，复方山豆根注射液对B16黑色素瘤、Lewis肺癌荷瘤有较好的抑瘤作用，有显著的延长小鼠生存期效果。且对小鼠处死后进行剖检显示，此药无毒无副作用，对脏器无损伤，肝、脾、肾脏正常，随着用药量的加大，抑瘤率增高，生存期延长。毛俐等利用苦参碱Fe（Ⅲ）化合物进行体外抗肿瘤活性测试，结果表明，苦参碱Fe（Ⅲ）化合物对肝癌细胞BEL7404和结肠癌细胞HCT116表现出较强的抑制活性。
3.2 抗炎作用
彭百承等对山豆根颗粒及其饮片抗炎作用的比较研究发现，山豆根颗粒各剂量组能显著抑制二甲苯致小鼠耳廓肿胀，中、高剂量组能显著抑制冰醋酸所致小鼠腹腔毛细血管通透性的增高及棉球致肉芽肿；山豆根饮片中、高剂量组能显著抑制二甲苯致小鼠耳廓肿胀及冰醋酸所致小鼠腹腔毛细血管通透性的增高，高剂量组能明显抑制棉球肉芽肿，这表明山豆根颗粒及其饮片均有明显的抗炎作用，对急、慢性炎症都有效。杜仕明等研究表明：山豆根水提物高、中剂量组能降低二甲苯致小鼠耳肿胀度；对小鼠实验性腹膜炎及大鼠实验性皮肤炎症有显著的抑制作用。
3.3 治疗肝炎的作用
近年来，有关广豆根治疗肝炎的药理实验和临床用药证明，广豆根对由CCL4引起的肝损害有明显的保护作用。对于慢性乙型肝炎患者，由广豆根制成的肝炎灵注射液或片剂具有明显缓解乏力、纳差、腹胀、肝区不适等症状，能够提高患者免疫功能，保护肝细胞膜，降低ALT，改善肝功能的作用，且毒性小，安全系数大。
3.4 抑菌作用
丁凤荣等用K-B纸片扩散法研究山豆根的体外抑菌作用，实验结果证明山豆根浸出液滤纸片对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色葡萄球菌、甲型链球菌、乙型链球菌均有明显抑菌作用。吴达荣等用沙氏培养基二倍稀释法测定北豆根、山豆根水煎液对白色念珠菌的抑菌作用，测定结果表明广豆根水煎液对白色念珠菌的抑菌作用较强。
3.5 其他作用
广豆根除了具有上述主要药理作用以外，广豆根醇提物还能够清除体外羟自由基和超氧阴离子，并能对抗过氧化氢诱导的红细胞氧化溶血。广豆根配以其他清热、疏风、解表中药对急性咽喉炎治疗效果较好；广豆根配以玄麦甘桔汤对慢性咽喉炎治疗收效较好；广豆根按1：5比例，以食用植物油浸取，外搽可治疗体癣、面癣、手脚癣等皮肤病；广豆根氧化苦参碱具有降低血压的作用等。
生物质研究范文6
（常州工学院，江苏 常州 213000）
摘 要：本文采用2000-2011 年的时间序列样本数据，对江苏省农村生物质能源消费及影响因素进行了实证分析。研究发现，人均纯收入水平、农村传统资源状况等因素对农户人均沼气消费量具有显著影响；产生沼气的生物质资源量、农村商品能源价格等因素对农村人均沼气消费量影响不显著。最后文章提出了相应的促进沼气消费的政策建议。
关键词 ：农村生物质能源；沼气消费；影响因素
中图分类号：F062.1
文献标志码：A
文章编号：1000-8772（2014）16-0090-02
一、引言
自 20 世纪 70 年代的世界性能源危机以来，世界许多国家越来越重视生物能和生物燃料的开发利用。与其它不可再生能源相比，生物质资源具有地域性、一般不进行地区间的贸易、不易输送、能源密度低、不确定性程度大等特点。
江苏是能源消费大省，能源消费量约占全国的7%。但江苏的能源资源十分匮乏，一次能源自给率在 20%～25%之间，而且呈现逐年下降的趋势。其中，原煤自给率在25%左右，原油自给率仅为 10%左右。因此开发利用好生物质资源是江苏社会经济和能源环境可持续发展的战略选择。沼气作为一种重要的生物质能源，目前已经成为农村生活能源消费的一个重要组成部分。很多学者的研究都证实了这一观点，如Wang et al（2006）通过对江苏省射阳县农村的调查发现，沼气占当地农村生活能源消费总量的 2.1%，并认为农村沼气消费的增加有助于减少农村对商品能源的需求。Wang et al.（2007）通过对江苏、安徽两省的调查指出，农户沼气主要用于炊事，在一些地区，农户炊事所用的能源约有1/3 来自沼气，沼气已经成为农户生活能源消费的首要来源。Li et al.（2005）通过对云南省农村能源消费状况的研究指出，沼气将是未来农村能源发展的重点领域之一。
由于中国农村居民的生物质能源消费存在着较大差异，那么，江苏省农村生物质能源消费状况及影响因素又是怎样的？本文主要以沼气作为生物质能源的代表，立足于江苏省的实际情况，探讨江苏省农村生物质能源——沼气消费的状况并对其影响因素进行分析，以更好的为发展生物质能源提供相关政策建议。
二、模型的建立
农村生物质能源是农村居民生活能源消费的重要组成部分。而农村居民生活能源消费受到多种因素的影响。收入水平是农村居民生活能源消费的重要影响因素，其对农民生活能源消费的影响主要体现在能源消费总量和能源消费结构两个方面：关于收入水平对生活能源消费量的影响，虽然学者们做了大量的实证性研究，但目前尚未发现经济增长与生活能源消费之间普遍存在着长期或短期关系的证据（杨冠琼，2006）；而收入水平对生活能源消费结构的影响，大部分学者认为，随着收入水平的提高，优质能源在农民生活能源消费总量中的比例将会增加（Tonookaet al.，2006；陆慧等，2006）。
人口因素也是影响农村居民生活能源消费的因素之一，主要表现在两个方面：一是人口数量对生活能源消费量有正向影响，即人口的增加会导致生活能源消费的增加（王桂新等，2005）；二是居民的能源消费观念或消费习惯会影响生活能源消费的品种结构。
农村生活能源消费可能还受到农村能源资源的数量和供给的稳定性的影响。一些研究指出，尽管商品能源的消费不断增加，但大部分农村家庭在未来相当长的一段时间内，仍会将生物质能源作为生活能源消费的主要来源（Wang et al.，2006）。这表明，农村薪柴、秸秆等传统生物质资源状况和煤炭、液化气等商品能源的供给状况对农村居民的生活能源消费都有着重要的影响。
基于以上研究成果，农村生物质能源消费可能受人口规模、收入水平、当地可供利用的能源资源状况、能源消费观念或习惯、生物质资源的拥有量等因素的影响。出于便于比较和数据可获得性等方面的考虑，本文将农村生物质能源消费量（以农村沼气消费量表示）作为因变量，农民人均纯收入等可以量化的因素作为解释量，建立以下模型 ：
Y=C0+C1X1+C2X2+C3X3+C4X4+C5X5+u （1）
（1）式中，Y 表示农村居民人均沼气消费量；X1表示农村居民人均纯收入；X2表示当地可供利用的秸秆资源；X3表示当地可供利用的薪柴资源；X4表示当地商品能源价格；X5表示人均产生沼气的生物质资源量。其中，当地可供利用的秸秆资源X2用人均农作物播种面积来表示；当地可供利用的薪柴资源X3用人均果园面积来表示。
三、数据来源
本文采用江苏省农村2000-2011年时间序列数据进行实证分析。农村居民人均沼气消费量由农村沼气生活消费量与农村居民人口数相除得到，其中，沼气生活消费量（实物消费）来源于《中国能源统计年鉴》，农村居民人口数来源于《江苏省统计年鉴》。农村居民人均纯收入、农作物播种面积和果园面积数据均来源于《江苏省统计年鉴》。
由于产生沼气的原料主要是人畜粪便等有机垃圾，因此，产生沼气的生物质资源量可以用农村人、猪和牛产生的粪便量求和计算而得。其中，人的粪便量为0.03 吨干物质/年，猪的粪便量为0.22吨干物质/年，牛的粪便量为1.10 吨干物质/年（袁振宏等，2005）；猪、牛数量用各地区年末存栏头数来表示，该数据来源于国家统计局统计。
出于数据可获得性的考虑，农村商品能源价格用各地区农村居民消费价格分类指数（水电、燃料）来表示，该数据来源于《江苏省统计年鉴》。
四、模型回归结果分析
本文借助 EViews软件，对模型进行回归分析，并对估计的结果进行经济意义分析。具体结果如下（表1）：
从计量结果来看，模型R2 值十分接近于1，拟合优度较好；除了当地商品能源价格和人均产生沼气的生物质资源量未能通过t检验，其余变量均通过t检验，其中，农村居民人均纯收入在1%的显著性水平下显著，当地可供利用的秸秆资源、当地可供利用的薪柴资源在10%的显著性水平下显著；由F检验可知回归方程在总体上显著成立。
农村居民人均收入的回归系数为正，说明随着收入水平的增加，农村居民追求方便、清洁能源消费的意识有所提高，于是，很多农村居民选择了沼气，不仅可以使农村居民从传统烟熏火燎的炊事中解放出来，还可以废物利用、发展循环经济。
人均粮食作物播种面积表征了农作物秸秆资源在当地的可获得性，即农村居民使用农作物秸秆作为生活能源的可能性。X2的回归系数为负数，说明指标对农村人均沼气消费量具有反向影响且较为显著，表明农作物秸秆使用增加，农村居民会减少沼气的消费。这说明，沼气与秸秆是可相互替代的生活能源。
人均果园面积指标表征了薪柴作为生活能源的可获得性。从回归结果看，该指标对农村人均沼气消费量具有正向影响且较为显著，表明即使薪柴增加，农村居民也不会减少沼气的消费。这说明，沼气是比秸秆更受农村居民欢迎的生活能源，从某种程度上说明了发展农村沼气对制止滥砍乱伐、保护生态的积极作用。
当地商品能源价格对农村人均沼气消费量具有负向影响，这与经验的观点相悖，可能是因为本文采用的价格数据是水电、燃料价格指数，不能全面地反映农村电力、煤炭和液化气等能源价格的信息，造成估计结果不理想。另外，若考虑到生产沼气使用的劳动力成本因素，则可以理解为水电、燃料等价格上涨导致沼气池建造成本、劳动力成本等上涨，农民不愿意花费更多的劳动去生产（使用）沼气，导致沼气消费下降。
人均生物质资源量对农村人均沼气消费量具有正向影响，表明农户饲养牲畜数量越多，农户消费沼气越多。该变量不显著，表明研究沼气消费量与生物质资源量之间的关系时，不能忽略一个重要环节——沼气池，若较多的生物质资源不能通过沼气池转换为沼气，较多的沼气消费则无从谈起。
五、总结与讨论
目前，生物质能源已经成为农村生活能源消费的一个重要组成部分。在已有研究文献的基础之上，本文采用江苏省农村2000-2011年时间序列数据，实证研究了江苏省农村人均沼气消费量的影响因素。研究发现，人均纯收入水平、农村薪柴资源状况、当地秸秆资源情况等因素对农户人均沼气消费量具有显著影响；产生沼气的生物质资源量、农村商品能源价格等因素对农村人均沼气消费量影响不显著。
根据以上分析，本文认为，促进农村沼气消费应从以下几个方面着手：（1）加大对农村沼气的宣传和扶持力度，让更多农户了解和使用沼气。（2）减少农民的劳动付出，探索沼气小规模集中供应模式。（3）继续加大对森林资源实行封山育林等保护性措施的力度，坚决制止滥砍乱伐。（4）促进畜牧业与农村沼气协调发展，开展农村生物质资源的综合利用。
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