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摘要
以陕西地区苹果树修剪枝为原料，采用自制的生物质成型燃料多参数调控试验系统，分析了单颗粒成型过程中的压力-位移曲线，并探讨了基质含水率、成型温度和压力对颗粒燃料成型能耗的影响。结果表明，随着压具位移的增加，挤压过程的压力变化呈现三个阶段，而能耗则受到温度和压力的共同影响。在试验范围内，适当提高温度可降低挤压能耗，但推出能耗随温度升高而增加；压力和含水率对能耗也有显著影响。
引言
我国“十三五”能源规划中，生物质成型燃料被视为重要的能源利用途径之一。在生物质能利用的过程中，成型燃料的制备成本和产业发展的关键因素之一是成型过程中的能耗问题。李在峰等人的研究指出，生物质原料在环模常温成型过程中的成型能耗占综合能耗的90%以上。研究不同参数对成型能耗的影响，对于优化生物质成型燃料的生产过程具有重要意义。
本文以陕西地区苹果树修剪枝为原料，通过单颗粒成型试验，主要考察了基质含水率、成型温度、成型压力对颗粒燃料成型能耗的影响，以期为改善陕西地区苹果修剪枝条制备颗粒燃料的规模化生产线提供科学依据。
1 材料、设备及方法
1.1 原料及制备
试验原料：陕西地区苹果树修剪枝，由陕西汉沣新能源有限公司生产提供。
主要设备：包括生物质粉碎机、工业分析仪、元素分析仪等。
原料经过粉碎、筛分、配水、干燥等处理后，收集直径约1mm的木屑作为试验样品。
1.2 试验系统及方法
试验在自行研制的生物质成型燃料多参数调控试验系统进行。该系统由压模、底座、加热装置、力传感器、横梁、电机、温度控制器等组成。
主要的试验步骤包括模具准备、样品称重、加压成型、数据记录等。
1.3 能耗指标
成型能耗包括挤压比能耗和推动比能耗，分别表示挤压原材料团聚粘结过程和将成型颗粒完全推出模具过程中的能耗。
2 结果与讨论
2.1 单颗粒成型燃料的挤压过程
挤压过程中，随着位移的增大，挤压力呈现松散段、过渡段和压紧段的三个阶段。在松散段和过渡段，挤压力呈锯齿状波动，而在压紧段，挤压力则呈指数增长。
2.2 单颗粒成型燃料的推出过程
推出过程中，推出力随位移的增大呈波动下滑的趋势，且初期压力波动范围较大。
2.3 温度对成型能耗的影响
在一定条件下，随着温度的升高，挤压能耗降低而推出能耗增加。这是因为温度影响原料的粘结力和塑性，使得高温下原料更容易压缩和粘结。
2.4 压力对成型能耗的影响
随着成型的压力增大，挤压和推出能耗均增加。压力使原料在径向方向上延展并产生弹性形变，从而增加了成型过程中的能耗。
2.5 含水率对成型能耗的影响
适度的含水率可以降低成型能耗。含水率过低会导致原料难以粘结，而含水率过高则会增加推出过程中的摩擦力。在适当的含水率下（如15%），原料的粘结和成型效果最佳。
3 结论