炭粉压缩成型

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1、生物质炭粉成型工艺及燃烧性能研究（中国林业科学研究院林产化学工业研究所；生物质化学利用国家工 程实验室；国家林业局 林产化学工程重点开发实验室，江苏南京210042） 摘要：研究了炭粉压缩成型的工艺方法。通过选择合适的粘结剂使炭 粉（木炭粉、竹炭粉、稻壳炭粉）压缩成型，试验分析得到适合的粘 结剂B配比，即粘结剂与木炭粉之比为0.06、竹炭粉为0.05、稻壳 炭粉为0.04。对制得的成型炭进行了真空高温热处理，显著提高了 成型炭产品的固定炭含量,试验研究的三种成型炭固定炭含量平均提 高10%以上。研究了成型炭的燃烧特性，考察了三种成型炭的热效 率，结果表明：在密实度接近的情况下，成型炭的固定炭含

2、量是影响 其热效率的关键因素。关键词：木炭粉；竹炭粉；稻壳炭粉；压缩成型；燃烧性能；粘结剂 Experimental Study on Technology and Combustion Properties forCharcoal Molding（Institute of Chemical Industry of Forest Products, CAF; National Engineering Lab. For BiomassChemical Utilization; Key and Open Lab. On Forest ChemicalEngineering, SFA, Nanjin

3、g 210042, China）Abstract: Technology on compression molding process of carbon powder was studied. Carbon powder was compressed by the appropriate adhesive. The mass ratio of adhesive B-charcoalpowder, adhesive B-bamboo charcoal powders, adhesive B-rice husk toner, were 0.06, 0.05, 0.04, respectively

4、, by experiment.After three kinds of molding charcoals were treated by vacuum heating, the content of charcoal contained has risen over 10% on the average. And the thermal properties of molding charcoal were investigated. The results showed that with closing density, the content of charcoal containe

5、d was the key factor of influence to the thermal efficiency.Key words: charcoal powder; bamboo charcoal powder; rice husk toner; compression molding; Combustion Properties; adhesive在我国，有许多的果壳、果核农业秸杆等农林副产品的废弃物， 竹木采运，加工过程也伴生着大量的枝丫、梢头、锯末、板皮、截头 等剩余物，如何充分利用这些天然可再生资源，是科技工作者关注的 一个十分重要的研究领域，生物质成型炭的制备就是其中一个重

6、要研 究方向。生物质成型炭具有热值高，燃烧时无二氧化硫产生的特点， 属可再生的清洁能源，可替代传统木炭，更可替代煤、油、气等化石 能源，广泛应用于工业、生活领域。生物质成型炭的制备方法一般分为二条途径比较常见的方法使 将农业废弃物及农村加工剩余物粉碎成屑用螺旋机高温、高压挤压 成型后，再炭化制成生物质成型炭1，但该法生产设备投入费用高， 磨损大，能源消耗强度大，工艺缺陷明显。生物质成型炭制备的另一 个方法是先将生物质材料热解制成炭粉碎后与一定比例的粘结剂捏 合，成型制成具有一定强度、燃烧无烟、无味、安全卫生的成型燃烧 炭，可供烧烤、餐饮、供暖等生产生活使用，该制备工艺生产具有设 备投入费用较低

7、、设备磨损小、生产过程能源消耗强度低等优点。本文利用生物质发电过程中产生的各种炭粉（包括木炭粉、竹炭 粉、稻壳炭粉），研究了成型炭的成型工艺，探讨了提高成型炭固定 炭含量和热值的工艺方法，并对成型同产品的燃烧特性进行了研究。1实验原料与方法1.1主要原料及设备1.1.1回收炭粉：某生物质气化发电厂提供，性质如下：表1炭粉性质Table 1 Properties of carbon powder项目Items木炭粉竹炭粉稻壳炭粉charcoalbamboorice huskpowdercharcoaltonerpowder灰分Ash/%3.033.1516.89含水率Moisture6.027.

8、126.46Content/%挥发份 Volatility/%10.5610.729.47热值 Hot value/ (kJ/g)30.44129.88726.456固定碳Charcoal86.4186.1373.64Contained/%1.1.2粘结剂脲醛树脂（UF水玻璃、糠醛废渣、粘结剂A、粘结 剂B。1.1.3仪器设备 表面皿、带瓷盖坩锅、挥发分特制坩锅、坩锅架和 干燥皿、电光分析天平、捏合机、成型机、马弗炉、氧弹式量热计、 移动层热解燃烧炉。1.2成型炭高温真空热处理工艺将成型炭半成品放入真空炉中，炉内气压经0.8小时抽到1-2 Pa的 真空度，并以5/min的速度将炉内温升到850

9、 C,在该温度下保温 保压2小时，然后以5C/min的速度降压至常温，再将炉内气压在30 分钟内升至常压取出。1.3性能检测1.3.1含水率、灰分、挥发分和固定炭含量 测试参照GB/T 17664 1999木炭和木炭试验方法，测定炭粉含水率、灰分含量、挥发分 含量、固定炭含量（多次测定取平均值）。1.3.2抗跌落强度 将炭粉压制成20x20tm炭棒样品，将一批5个 样品从1 . 5 m自由落下至钢板上，测定产生明显裂纹时的跌落次数， 结果取平均值。1.3.3燃烧特性研究1）燃烧舒适性 炭棒置于红热的电炉上燃烧记录发烟、气味产 生情况和拨动炭棒时是否呈粉状散开或散发火星2 ）相同重量的炭粉成型块

10、燃料的燃烧特性测定 在相同的运行参 数和试验条件下，测定不同种类生物质燃料加热锅中相同重 量水的热性能.锅内水重量为17 . 5 kg。燃料的重量为500g。在燃烧特性实验中，成型块截面尺寸55 mmx55 mm ,内孔直径 15 mm3。且有效热能为：有效热能=水重量x水比热x水的增温+水蒸 发量x水汽化潜热。锅水升温时吸收的热量显热）同蒸发的锅水吸收 的热量（潜热）之和与加入炉胆内的燃料热量之比，即为热效率。测量 重复5次取平均值。2结果与讨论2.1炭粉成型工艺本实验所用原料为生物质气化发电后回收的炭粉采用常规成型 工艺以制取合格产品。通过几次试验确定了其工艺如图I所示：图1炭粉压缩成型工

11、艺图Fig. 1 Compression molding process of carbon powder生物质气化发电回收的炭粉经除杂、磨粉过160目筛后送入成 型设备中。在成型过程中成型压制时间以及粘结剂的选择及用量是炭 粉成型的关键因素。在这我们主要研究粘结剂的选择及用量，而压制 时间为3-4min，且压制过程中加水以保证炭粉的湿含量控制在30% 左右。在成型后经过晾干、真空热处理后得到成型炭产品。2.2粘结剂的优选由于发电回收的炭粉灰分含量较高及其成型困难的特点选择合 适的成型用粘结剂成分该实验的关键。这里作者考虑到各种因素选取 了几种常见的成型剂进行木炭粉实验测定（袤）以确定较好的粘

12、结 剂。表2不同粘结剂的使用效果Table 2 Effects of different adhesion agents on quality of formedcharcoal粘结剂强度燃烧性质burning综合评价AdhesionStrenpropertiesComprehensiveagentsgth气味稳定性evaluationSmellStability脲醛树脂1甲醛味差差UF水玻璃1无味差差Sodiumsilicate糠醛废渣1.6刺激特殊合格差residue粘结剂A1焦糊味良合格Adhesionagents A粘结剂B4微焦味良良Adhesionagents BFurfural气

13、味粘结剂A为，将1.2g NaOH和0.5 g硼砂分别溶解于70对 的水中 配制10%的溶液，然后将20 g淀粉加入100 mL水中配制成悬浮液， 放在80C的电热恒温油浴锅中不断搅拌，加人NaOH溶液，当悬浮 液呈糊状粘稠体时倒入硼砂溶液进行交联，获得凝胶状物体。粘结剂 B为在反应釜中将聚乙烯醇（PVA1799）加热溶解，然后加人淀粉 糊，加热搅拌下加人另一组JTJ（代号）。80C左右反应30 min得粽色 粘稠液体，均匀无明显颗粒，即为粘结剂成品。炭燃烧时是无烟、无味的,因此成型炭燃烧时产生的烟和气味与所用 的粘结剂有关。燃烧时散开与否（稳定性），则与粘结剂在受热时是 否脆化和熔融有关。成

14、型炭的抗跌落性能与高分子复合材料的断裂机 制相关。以UF和水玻璃为粘结剂时成型炭成为类玻璃态固体受应力 作用时通过断键的方式分散能量4。但由于炭粒的影响使交联度很低 因此强度很差。以粘弹性胶为粘结剂时成型炭在受应力后，聚合物分 子链先从炭表面上滑落产生银纹化使能量分散4。优选出的粘结剂B 可以和炭的羟基、羰基等极性基团产生价键作用，则其制的成型炭具 有高强度性。由于木炭粉和竹炭粉、稻壳炭粉在性质和组成上相似， 则在以下实验中亦使用该粘结剂。2.3粘结剂B用量炭粉粘结剂是影响炭粉制品性能的主要因素。实验发现炭粉与粘 结剂必须混合均匀，再经处理，否则炭粉制品容易产生裂纹，湿强度 低。粘结剂用量对制

15、品强度影响见表3表3粘结剂用量对制品强度影响(次)Table 3 Effects of dosage of adhesion agent B on falling strength (times)B 用量/% dosage of 1 2 3 45678B木炭粉强度1. 3. 4. 6. 7.8. 9. 9.strength of charcoal 3 2 6 0 4528powderstrength of bamboo47883186charcoal powder稻壳炭粉强度5.6.7.9.10101010strength of rice husk0375.0.4.6.7竹炭粉强度3. 4. 5. 6. 8. 9. 9. 9.toner由表可知，随