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    甘蔗渣的特性及綜合利用現狀

    分類:行業動態  發布日期:2016-07-25  瀏覽次數:294
        1926年,美國人在美國露易斯安娜州用蔗渣生產紙漿制造紙板,開始了蔗渣替代木材用于    造紙行業的進程。經多年發展,目前蔗渣已成為利用最多的農業作物纖維。目前,阿根廷、哥倫比亞、墨西哥、印度、澳大利亞等國利用蔗渣生產新聞紙及各類文化紙,或者用漂白蔗渣漿混合漂白針葉木漿生產高質量的銅版紙等;
        國內利用現狀及存在的問題
        目前,國內甘蔗渣的主要用途有:①作為鍋爐燃料燃燒發電。甘蔗渣傳統的處理方法主要是作為鍋爐燃料燃燒為制糖生產提供能源。在國內制糖生產中,制糖耗標煤對蔗比下降到5%時,制糖生產消耗的蔗渣量約為總蔗渣量的65%到70%;②制漿造紙。除了作為燃料外,甘蔗渣制漿和造紙是我國甘蔗制糖企業目前份額最大的利用途徑。
    生物質的固化成型技術及發展現狀
        生物質固化成型技術
        固化成型是生物質的一種物理轉換方式。生物質固化就是將生物質粉碎至一定的粒度,通過加壓、加熱方法,將原來分散、無定形的生物質原料壓縮成形狀規則、密度較大的固體成型燃料。生物質固化成型后,其密度、耐久性、燃燒特性都有了質的改善,大大提高了燃料的品位,從而提高生物質的利用效率。
        國內外生物質的固化成型發展現狀
        國外發展情況生物質的固化成型技術主要著重于專用燃燒設備的設計和生物質成型物的應用。國外從上世紀40年代就開始了生物質的成型技術研究開發,目前國外(西歐、北美、日本等)生物質致密成型技術已日臻成熟,生物質致密成型燃料已經商品化,廣泛應用于供熱、取暖和發電領域,同時各國政府為促進生物質致密成型技術的發展提供了政策和資金上的支持(貼息、減稅等),生物質能源近年發展迅速。目前已成功開發的成型技術按成型物形狀分主要有3大類:以日本為代表開發的螺旋擠壓生產棒狀成型物技術;歐洲各國開發的活塞式擠壓制成園柱塊狀成型技術;以及美國開發研究的內壓滾筒顆粒狀成型技術和設備。成型燃料應用于2個方面:其一,進一步炭化加工制成木炭棒或木炭塊,作為民用燒烤木炭或工業用木炭原料;其次,作為燃料直接燃燒,用于家庭或曖房取曖用燃料。日本、美國、加拿大等國家開發了專用爐灶,在北美有50萬戶以上家庭使用這種專用爐灶作為取曖爐
        甘蔗渣的固化成型
        甘蔗渣固化成型工藝甘蔗經破碎和壓榨提取蔗汁后剩下顆粒狀的甘蔗渣,不需破碎即可進行干燥壓縮成型。
        蔗渣干燥新鮮甘蔗渣的水分在48%~50%之間,首先要把甘蔗渣干燥至到12%左右的含水率,才能很好地將甘蔗渣固化成型,否則蔗渣中過多的水分會在加熱擠壓過程中受熱蒸發汽化,汽化所產生的蒸汽因不能及時從成型筒排出,造成生物質成型塊出模開裂,表面粗糙,成型失敗。同時,成型機預熱原料的一部分熱量消耗在多余的水分上,增加壓縮成型的能源消耗。蔗渣的干燥可采用煙道氣干燥+高溫煙氣二級干燥。糖廠鍋爐煙道氣溫度在160~180℃之間[15],仍具有很大的熱能利用價值。鍋爐煙道氣干燥甘蔗渣的流程為:通過引風機將煙道氣從鍋爐尾部煙道抽出送入干燥器,蔗渣在干燥器內受到熱煙氣產生的吹力而處于懸浮狀態,蔗渣與煙道氣充分地混合,蒸發去大量的水分,從而使蔗渣烘干。干燥后的蔗渣通過旋風分離器進行分離回收,經充分換熱后的煙道氣回到煙道排走。經煙道氣干燥后蔗渣的水分可降到40%以下[8,15-18],蔗渣脫水率達20%左右,約占需干燥水分總量的50%。其余的水分需抽取更高溫度的爐膛煙氣或其它熱源進行干燥。
        甘蔗渣壓縮成型蔗渣干燥至合適的水分后即可進行壓縮成型,按壓縮工藝不同,可采用熱壓成型或冷壓成型。熱壓成型是目前普遍采用的一種生物質致密成型工藝。如表1所示,甘蔗渣除了含有豐富的纖維素外,還含有18.6%的木質素。木質素沒有熔點但有軟化點,當溫度為120~160℃時,木質素中的可溶物即開始溶化,木質素在180℃即會軟化和塑化,這時加以一定壓力使其與纖維素緊密粘連并與相鄰顆粒相互膠結。甘蔗渣的熱壓成型,就是以蔗渣加熱后的木質素為粘結劑,纖維素、半纖維素為“骨架”,在一定的溫度和壓力等工藝條件下把碎散的蔗渣壓制成具有固定幾何形狀的規格型體。適合甘蔗渣熱壓成型的成型機分別有活塞沖壓式成型機和螺旋擠壓式成型機:活塞沖壓式成型機的成型溫度在160~220℃之間,其產品為塊狀;螺旋擠壓式成型機最佳成型溫度為220~220℃,其產品為棒狀。冷壓成型工藝不需要外部加熱,對原料含水率要求較寬,但是由于原料沒有加熱軟化,成型時所需壓力較加熱成型大。如輥模擠壓式成型機,該成型方式原料最大含水率可達22%左右,成型壓力在20~50MPa之間。
        蔗渣棒品質的控制
        蔗渣壓縮成型除了提高其燃料特性外,還需要滿足使用、運輸、儲藏等要求。所以在甘蔗渣成型的各種品質中,除燃燒特性外,蔗渣棒的物理特性是最重要的品質特性,而松弛密度和耐久性是衡量成型塊物理品質特性的2個重要指標。
        松弛密度甘蔗渣壓縮成型出模后,由于彈性變形和應力松弛,其密度逐漸減小,一定時間后密度趨于穩定,此時甘蔗渣塊的密度稱為松弛密度。松弛密度是決定蔗渣棒物理性能和燃燒性能的一個重要指標??梢酝ㄟ^以下2種途徑提高蔗渣棒的松弛密度:①通過適宜的壓縮時間控制成型塊在模具內壓縮時的應力松弛和彈性變形,以減少蔗渣棒出模后壓縮密度的減??;②適當提高蔗渣壓縮成型的壓力、溫度,最大限度地降低成型塊內部的空隙率增強結合力。
        耐久性耐久性反映了蔗渣棒的粘結性能。耐久性又具體細化為抗變形性、抗跌碎性、抗滾碎性、抗滲水性和抗吸濕性等特性,這些物理特性體現了蔗渣棒的使用性能和運輸、貯藏性能方面的性能指標。蔗渣棒的耐久性主要由其壓縮條件及松弛密度決定,其影響因素包括:蔗渣的粒度、含水率、成型壓力、加熱溫度等。
        結語
        甘蔗生長周期短,一年一造,產量豐富。甘蔗渣含有豐富的纖維分,灰分少,不含SO2,是一種清潔、優質、可持續發展的生物質能源。固化成型是甘蔗渣生物質能的一種物理轉換方式,甘蔗渣經干燥、壓縮成型后,其密度、耐久性、燃燒特性都有了質的改善,大大提高了蔗渣的品位,方便運輸和儲存。經固化成型的甘蔗渣可用于以下用途:①代替薪柴用于糖廠鍋爐開、停機養爐,以解決糖廠一方面有大量的蔗渣剩余,另一方面又要燃燒大量薪柴的矛盾;②解決當地居民的用能問題。我國的甘蔗糖廠很多處于邊遠地區,甘蔗種植者都居住在缺電少能的邊遠山區,生活用能都是以薪柴為主。甘蔗渣經固化成型后,運輸和儲存方便,可就地供應給當地的居民和甘蔗種植者,滿足其生活用能和燃料需要以減少薪柴砍伐量,保護當地的生態環境,實現甘蔗種植的可持續發展。③壓縮成型的蔗渣棒還可以進一步炭化加工制成木炭棒或木炭塊,以滿足市場對木炭的需求。


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