压块干甘蔗叶通过新闻泥浆,牛粪,水牛粪便作为粘结剂

文摘

世界人口迅速增加。这意味着能源消耗和对能源的需求也以同样的速度增加。据估计,能源需要提供到9到2040年的100亿人。印度是世界上主要能源消费国。特别是,它消耗了大量的石油和天然气来满足其能源需求。由于不确定性在石油和天然气的供应和价格以及环境污染,有必要转向其它能源。生物质是第一个能源与特定的属性和丰富的可用性。今天,世界能源供应的10%到14%是由生物质来源。利用农业废弃物(生物质)加工成发电可以另一种解决问题的处置和污染。目前调查工作干甘蔗叶片的最佳比率绑定和最佳负载并选择最好的粘合剂(牛粪、牛的粪便,按泥)进行高质量的加工。 The physical parameters and proximate analysis of the dry sugarcane leaf briquettes with the cow dung, buffalo dung, and press mud binders are investigated. The dry sugarcane leaf briquettes with the cow dung binder have the highest gross calorific value, net calorific value, split tensile strength, tumbling resistance, shatter resistance, and energy density ratio (16262.31 kJ/kg, 15362.1 kJ/kg, 7.164 kN/m²、87.84%、12.75%和0.9296,分别)。估计结果表明,牛粪是更好的粘结剂制造高质量的干比布法罗甘蔗叶加工成粪和按下泥绑定。

1。介绍

能源是一个重要的参数在一个平民的生活。今天,平民的生活方式在很大程度上是依赖于能源和能量所需的人口和工业部门正在增加。对能源的需求永远是高于能源供应。实现对能源的需求,因此需要从各种可再生资源发电1]。履行其对能源的需求,印度在很大程度上是依赖于石油和天然气。石油总需求的70%是进口的,影响国家的经济(2]。此外,石油和天然气的使用作为一个能源导致环境污染。可再生能源因此紧急污染和经济问题的解决方案。例子的生物质可再生能源,核能,水力、潮汐、地热、太阳能和风能3]。

1.1。能源生物质

生物量、有机物质或生物材料来源于生物体,是最好的替代石油和天然气。它可以转化为固态、液态和气态燃料在燃烧发电(4]。大量生物量中以不同形式可在发展中国家。生物量占能源需求的11.5%,预计到2050年增加到15%和50% [5,6]。生物质能源的成本相对较低(7]。2020年世界生物质能源潜力提出了表1(8]。

人类排泄物、食品加工、动物粪便、农业废弃物,林业生物质能的例子(9]。总共3.2亿吨的农业废弃物,如干甘蔗叶、甘蔗渣、稻草、稻壳、麦秸、玉米是由印度。这残渣通常是在一个开放的氛围,创造烟和粉煤灰的问题。大约1亿吨的农业废弃物燃烧在开放领域,创建空气污染(10]。燃烧这农业废弃物导致巨大损失的能量。然而,伟大的任务是将这种生物质转化为加工产生能量(11- - - - - -13]。

1.2。干燥的甘蔗叶

甘蔗的植物是最好的例子自然为我们提供了可再生生物质发电。研究了这些植物可以替代煤炭、石油和天然气。例如,将甘蔗植物的废物转化为固体燃料等加工成森林砍伐可能是最好的解决方案,这是一个热门话题14]。大量的甘蔗生产在全球范围内,尤其是在印度(15]。2015年,全球1877105几千吨甘蔗生产。印度排在第二位,有3.412亿吨后,巴西(7.39267亿吨)与中国在第三(1.25536亿吨)。十大sugarcane-producing国家展示在表2(14,16)和三大sugarcane-producing州在印度北方邦,马哈拉施特拉邦和卡纳塔克邦(132427.6842、69648.0768和3573.2万吨,分别)。十大sugarcane-producing州在印度展示在表3(17]。

农业部门的修改产生了大量的废弃物,有可能产生低成本能源相对于石油和天然气18- - - - - -21]。清洗后大量农业废弃物生产甘蔗茎。这个农业废弃物主要是由树叶和上衣,仍未使用的糖生产过程(22]。大约2.79亿吨的残渣干燥的叶子和甘蔗渣等产生的甘蔗产业(15]。虽然3500公斤干甘蔗叶片产生一公顷甘蔗作物和干甘蔗叶片的总热量含量16919.667 kJ /公斤,将干燥的甘蔗叶转化为生物燃料几乎一直探索(23]。干燥的甘蔗叶是能源的主要来源,可以用来制造加工。

1.3。压块

压实松散的生物质技术被称为压块(12,14]。技术包括高压和低压压块。这些分类根据方法加工,如使用活塞机、螺旋压力机,制片机,液压机。类型的绑定用于制造干甘蔗叶加工成淀粉、蛋白质、纤维、脂肪/油、木质素,牛粪,按泥,糖蜜,纸浆和纸张。

本研究的目的是探讨不同绑定让干燥的甘蔗叶加工和检查加工成的权宜之计决定他们的物理参数和近似分析。

2。材料和方法

2.1。材料

干甘蔗叶片的物种86032,用于制造加工,收集从农业领域在戈尔,印度马哈拉施特拉邦。品种86032年在印度马哈拉施特拉邦和大量种植。牛粪和牛的粪便收集绑定用来加工成从本地奶牛场西部马哈拉施特拉邦和媒体泥浆粘结剂收集从一个糖制造商在西部马哈拉施特拉邦。

2.2。仪器

以下仪器被用来分析甘蔗叶、干牛粪,水牛粪便,按泥,砖。数字资产(模型:SJ,摆动,孟买,印度)是用来衡量所需数量的煤饼”。干热灭菌器(模型没有。实验室Hosp:数字1874年,孟买,印度)被用来测量样品的水分含量。马弗炉(模型没有。:591010,Shital科学,孟买,印度)被用来确定挥发性物质和灰分。总热值(GCV)使用弹式热量计测量(模型:BCA,动态工程,孟买,印度)。翻滚的机器(Shital-Gayatree企业、Rajkot、印度)被用来测量电阻(TR)暴跌。将抗拉强度(STS)用液压机(模型没有测量。:好Spavy Associates分公司。TUE-C400 Miraj、印度)。

2.3。实验装置

液压机或万能试验机(模型没有。:超细检测设备UTM-86/08/003戈尔、印度)被用于制造加工。切割机(Minache Arihant制造和工程,戈尔,印度)被用来减少甘蔗叶干燥。没有数字的体重平衡(模型。:Padmini行业PNM101 Sangli)是用来测量所需数量的样本。干燥的甘蔗叶和绑定被放置在一个死于内径0.15米和0.13米的高度。样本压缩与一块直径0.147米和0.075米的高度。两个板块之间的举行了死亡和块直径0.117米的万能试验机。

2.4。方法

2.4.1。实验过程进行干燥的甘蔗叶加工成不同的绑定

首先,重0.2公斤干甘蔗叶采用电子称重的平衡。干燥的甘蔗叶是粘结剂的混合1公斤(牛粪、牛的粪便,按泥单独绑定)。混合物放置在模具和样品块调整。负载逐渐应用于样品。在高负载,原来的水分存在于样品连同一些粘合剂。这个负载22岁kN牛粪粘合剂,水牛粪粘合剂11 kN, 12 kN媒体泥浆粘结剂。从模具样品的去除后,煤球解体。进一步的实验进行了低负荷(20 kN牛粪粘合剂,9 kN水牛粪粘结剂,按泥粘结剂和10 kN)。

以下重量比率的实验干甘蔗叶绑定:1:0.5,1:1,1:1.5,1:2、1:2.5,1:3,1:3.5,1:4,1:4.5,1:5。选择最佳重量比根据团块的形成。干燥的最佳重量比甘蔗叶牛粪粘合剂是1:3.5,水牛粪粘合剂是1:4,向媒体和泥浆粘结剂是1:2。这些都是合适的团块形成的比率。最佳重量比样本应用不同的负载。合适的团块形成发生的牛粪粘合剂18 kN,水牛粪粘合剂在9 kN,和媒体在10 kN泥浆粘结剂。在最优加载之前,没有形成团块发生。然后,样品测试通过添加水和2毫升(1毫升)。当水被添加到样本,水分出来的一些粘合剂和压块是解体后从死亡中删除。的甘蔗叶加工成干牛粪粘合剂(DSL / CD),水牛粪粘合剂(DSL / BD),并按泥浆粘结剂(DSL / PM)分析了基于最佳重量比和最佳负载。

2.5。分析性程序

2.5.1。物理参数

(1)体积密度(BD):加工成的BD决心通过使用一个标准的程序。一个空的容器与一个已知的体积重。容器就充满了样例,重。BD是计算使用以下方程(24]: 在哪里W₂是容器的重量+样本,W₁是空的集装箱的重量,V是容器的体积。(2)放松的密度(RD)或加工成的BD几何测量:如果加工成圆柱,它们的密度可以计算几何。RD是使用以下公式计算(24]: 在哪里D团块的直径和吗H是团块的高度。(3)BD的加工利用水驱替方法:煤球都涂上一个胶带(cellux胶带),以防止任何渗水当淹没在水里。加工成的重量测量之前和之后与胶带涂层。涂布煤球就淹没在水中了,排开的水的体积测量。加工成的双相障碍得到使用以下公式: (4)致密化程度(DD): DD生物量的跳跃能力。在干密度增加甘蔗叶和绑定将压块。这是计算使用以下方程(25]: (5)压缩比(CR):铬团块的密度比干密度的甘蔗叶。增加压块负载的增加,CR在BD(类似的方式25]。(6)STS: STS的最大负载故障的团块。两个平行平面板之间举行了煤球。逐渐增加负载应用使用液压机(模型没有。:好Spavy Associates分公司。TUE-C400 Miraj、印度)直到煤球的失败发生。的负载煤球的失败发生。STS是使用以下公式计算26]: 在哪里P是破解的负载时,D是团块直径,l是团块长度。(7)TR测试:TR是抵抗压力或团块的力。团块的重量测量并放置在金属圆筒内径0.2米和0.24米的长度。开幕式在缸的顶部关闭。在翻滚旋转缸机(Shital-Gayatree企业,Rajkot、印度)在70 rpm 5分钟。暴跌后的坯块的重量测试发现和TR计算使用以下方程(25]: 在哪里W₃是团块的重量在翻滚测试吗W₄暴跌后的坯块的重量测试。 (8)粉碎阻力(SR)测试:煤球的硬度决定使用一个老的测试。团块的重量之前SR测试测量。样品就掉在水泥地上从1米高度。这个过程是重复10滴。团块的重量在10滴被测量。SR煤球的计算使用下面的方程(25]: 在哪里W₅是团块的重量在粉碎前测试和W₆粉碎后的坯块的重量测试。

2.5.2。近似分析

(1)水分:水分含量测定用标准方法(ASTM)。压块干燥之前测量的重量,然后压块放置在烤箱(模型没有。实验室Hosp:数字1874年,240年印度孟买)在378 K到300分钟,直到达到恒重。样品烘干后的重量。这种方法测量含水率称为烘箱干燥法。样品的水分含量计算使用以下方程(25]: 在哪里W₇坩埚的重量,W₈坩埚的重量+样品在干燥之前,然后呢W₉坩埚的重量+干燥后样品。(2)挥发分:干压块节中描述的过程2.4。1被用来计算挥发分。的坩埚干带盖子的样本覆盖。然后,它将被放置在一个马弗炉(模型没有。:591010,Shital科学,孟买,印度在873 K) 10分钟根据标准方法(ASTM)。坩埚从炉中删除,在空气中冷却,然后在干燥器。坩埚的重量。挥发性物质的百分比是使用以下公式计算25]: 在哪里W₁₀坩埚的重量,W₁₁坩埚+样品的重量,W₁₂坩埚的重量+样品在马弗炉中,然后呢W₁₃坩埚的重量+加热后样品。(3)灰分:剩余样品的挥发分含量在马弗炉加热没有盖在973 K 240到300分钟,直到达到恒重。坩埚从炉中删除,在空气中冷却,然后在干燥器。灰分含量的百分比计算后ASTM标准。坩埚的重量被记录。灰分含量的百分比是使用以下公式计算25]: 在哪里W₁₄坩埚的重量,W₁₅坩埚+样品的重量,W₁₆是坩埚的重量+灰。(4)固定碳含量:固定碳含量的百分比确定使用下列方程(25]: (5)GCV: GCV测量通过使用一个标准的程序(ASTM)。样品的完全燃烧进行了在绝热弹式热量计(模型:BCA,动态工程,孟买,印度)在25 atm的氧气。测量仪器的水当量,0.01公斤纯粉和干苯甲酸燃烧在相同条件下弹式热量计。总共6324卡路里/通用苯甲酸的热值。GCV的决心使用以下公式: 在哪里X样品的质量是煤球的坩埚。(6)低热值(中译):中译计算如下:

2.5.3。能量密度比(EDR)

EDR措施的单位体积能量团块。BD和GCV被用来计算功能(13]:

3所示。结果与讨论

物理分析和近似分析后进行了一周的生产煤球。以往被晒干的305和310 K之间的温度和湿度在62%和69%之间。

3.1。加工成不同的粘结剂的物理参数

3.1.1。BD的加工

图1显示最高的BD为216.8公斤/米³DSL / BD。DSL的BDs / CD和DSL / PM 198.1公斤/米³和191.9公斤/米³,分别。一个高质量的压块应该有一个高BD,将燃烧更长时间,单位体积内的含量高的能源,容易处理和存储27]。由于高负载应用程序中,粒子之间的固体桥可能发达。范德瓦尔斯力开发的帮助下水分也聚合粒子。木质素,在干燥的甘蔗叶和水牛粪粘合剂,充当粘合剂和帮助绑定过程。在高负载,木质素来源于生物质颗粒,帮助它们之间形成一个固体桥(28]。因为这个过程,DSL的BD / BD很高。随着加工成粘结剂的量的增加,双相障碍也在不断增加。它还依赖于加载申请压块(29日]。水牛粪粘结剂的比例出现在干甘蔗煤球是18.12%。负载应用煤球是9 kN。DSL / BD和DSL / CD的BDs高于小麦秸秆草砖加工成的,据报道,100公斤/米³到120公斤/米³(29日]。

3.1.2。RD或BD加工的几何测量

图2表明,随着负载的增加,一个团块的高度降低。这个下降高度降低了压块的体积。因此,RD减少(30.]。DSL / CD和DSC / BD的卷是0.00257米³和0.002629³,分别。RD被发现低DSL / CD, 169.40公斤/ m³和高对于DSL / BD, 174.95公斤/ m³。DSL的RD / PM 171.31公斤/米³。RDs的DSL / CD, DSL / BD和DSL / PM高于棉杆,向日葵茎、和地面加工成简而言之,94.58公斤/米³111.78公斤/米³和90.127公斤/米³分别为(30.]。

3.1.3。BD位移法加工使用的水

BD使用水时位移的方法取决于固体颗粒的大小和形状。当固体浸没在水里,排开的水的体积是一样的固体颗粒的体积(31日,32]。DSL的体积/ BD, DSL的BD使用水时位移方法/ BD价值最高,而相同BDs的DSL / CD, DSL / BD和DSL / PM 3.28公斤/米³3.46公斤/米³和1.923公斤/米³分别如图3。一个高质量的压块使用水时应该有一个更高的BD位移法(33]。

3.1.4。DD的加工

DD的比例是一个团块的密度的差异和原料原料的密度。计算DD,煤球和干燥的BDs甘蔗叶。图4表明,DSL / CD的DD 0.033, DSL / BD是0.1315,DSL / PM 0.00156。DD是生物量的跳跃能力,它取决于负载应用和颗粒大小(25,34]。最高的DD DSL / BD被发现。

3.1.5。CR的加工

CR的密度之比是一个煤球原料的密度。加工和干的BDs甘蔗叶被认为是计算CR。最高的1.131被发现DSL CR / BD和最低的CR DSL / PM 1.0015被发现;DSL的CR / CD为1.033,如图5。随着压块负载增加,CR以类似的方式增加BD。高铬有利于包装加工。其他加工成3.80的CRs记录米糠加工成4.2,加工成花生(35,36]。

3.1.6。STS的加工

STSs DSL / CD, DSL / BD和DSL /点被发现是7.164 kN / m²5.59 kN / m²和6.98 kN / m²分别如图6。牛粪中的纤维素和hemicellulosic纤维粘结剂分别为1.10%和13.10%,分别高于水牛的粪便并按泥绑定。在压缩荷载,纤维变得扭曲或裹入和褶皱相互联锁。这个联锁增加了STS阻力测试(37]。STS的煤球增加比例增加粘结剂和干燥的甘蔗叶比例,这本身就是一个高密度材料(38]。越来越负载在煤球,STS的煤球增加由于塑性变形。负载应用,使加工成牛粪粘合剂18岁kN,高于DSL用来制造的负载/ BD和DSL / PM的煤饼”。STS也可能取决于生物的物理性质。高STS观察DSL / CD,这有利于运输和储存的煤饼”(39]。

3.1.7。TR的加工

TR是抵抗压力或团块的力。图7表明,DSL的TR / CD是87.84%,DSL / BD是84.13%,DSL /点为86.66%。因此最大的TR是DSL / CD。一个高质量的压块应该有一个高TR易于处理,运输和存储。TR的增加是由于粘结剂比例在高负载的加工和应用煤球做(40]。粘结剂的比例和负载应用使DSL / CD是20.55%和18 kN,高于DSL / BD和DSL /点。

3.1.8中。老的加工

团块的硬度是由使用SR测试来测量其电阻的影响。DSL / CD显示一些耐冲击性和DSL / BD和DSL / PM解体后下降,如表所示4。SR用于装卸卡车加工以及储存在筒仓和垃圾箱28]。TR的增加是由于粘结剂比例在高负载的加工和应用煤球做(41,42]。粘结剂的比例和负载应用使DSL / CD是20.55%和18 kN,高于DSL / BD和DSL /点。

3.2。加工成不同的绑定的近似分析

的值固定碳、挥发分、灰分的煤球取决于成分干甘蔗叶和绑定。变化是观察到混合异构材料(43]。

3.2.1之上。水分含量的煤饼”

加工是难以处理的去除死后。他们晒干一个星期在305和310 K之间的温度和湿度在62%和69%之间。干燥后,加工成容易处理。观察加工成的含水率为25.61% DSL / CD, DSL / BD 33.89%, 6.52%, DSL / PM,如图8。这个应该降低含水率小于18%以前燃烧生成的最大热44]。briquette-making过程中,水是一种天然粘合剂在绑定。这有助于开发颗粒之间的范德华力结合在一起。然而,加工成高含水率很难处理。因此,一个合适的含水率在煤球是重要的简单的处理和煤球稳定。据报道,煤球的热值的增加可以因为较低的含水量45]。低水分含量的加工是由把水分从混合物压缩在煤球做(46]。水分含量最低的是观察到的DSL / PM。

3.2.2。灰分的煤饼”

燃烧后留下的杂质被称为灰。加工成的灰分增加压块的粘结剂的比例增加。低灰分增加煤球的热值,确保合适的热生物转换,降低了设备的腐蚀(47]。灰分含量也影响氧气扩散和传热的团块48]。图9内容显示,火山灰DSL / CD, DSL / BD和DSL / PM是10.99%,9.86%,和18.88%,分别。发现灰分较低的DSL / BD,因为最初的灰分水牛粪粘结剂降低了4.23%的牛粪和按下泥绑定。加工成的粘结剂比例低于18.12%的DSL / CD和DSL /点。火山灰内容DSL / BD和DSL / CD是低于甘蔗叶和稻草的煤饼”,记录为12.85%43]。

3.2.3。固定碳含量的煤饼”

固定碳含量是固体燃料(煤)用于燃烧汽化后的挥发性物质。固定碳含量更高的价值有积极影响的热值。它增加了在煤球烧热一代(49]。图10表明,固定碳含量是2.93% DSL / CD, DSL / BD 7.96%, 6.87% DSL / PM。DSL的固定碳内容/ BD和DSL /点更比椰子叶加工成的,被发现是4.72%。这个值是令人鼓舞的,因为它可以延长能量释放50]。

3.2.4。挥发分含量的煤饼”

DSL的挥发分内容/ CD, DSL / BD和DSL /点是60.47%,48.29%,和67.73%,分别如图11。这相当于组件的碳,氢,氧,会导致容易点火和火焰长度增加。低挥发分含量导致不完全燃烧,导致烟尘和有害气体的排放。稻壳煤球的挥发物记录为68.20%,加工成木屑炭是71%,稻草/甘蔗叶加工成74.67% (50- - - - - -52]。DSL / CD和DSL / PM的挥发分含量的要求加工。大多数加工转化成蒸汽和燃烧室燃烧的气体51]。最大的挥发分含量是67.73%的加工与媒体泥浆粘结剂(DSL / PM)。

3.2.5。GCV的加工

GCV的燃烧时所产生的热量产生的水被允许回归液态。GCV加工成高品质的一个重要属性。GCV取决于原料的组成和GCV值(53)以及含水率的团块45]。在高压缩荷载,干燥的甘蔗叶加工成报道好热含量(44]。GCV的最大值(16262.308 kJ /公斤)DSL / CD。最低GCV被发现为DSL / PM 15257.428 kJ /公斤。GCV的DSL / BD 16232.999 kJ /公斤,如图12。gcv的DSL / CD, DSL / BD和DSL /下午被发现是高于米糠加工,加工成花生壳,豇豆煤球,和大豆加工,测量为15175焦每千克,12600 kJ /公斤(54),14372.93 kJ /公斤,分别和12953 kJ /公斤(55,56]。gcv的DSL / CD, DSL / BD和DSL / PM是更高的国内和工业应用。最大GCV煤球燃烧没有困难和优于低GCV [55]。

3.2.6。加工成的中译

中译是燃烧时所产生的热量仍以蒸气形式产生的水。团块的中译是一个重要的属性。它是取决于GCV,水分含量和氢含量。氮气、氧气、灰分少影响NCV [53]。最大NCV煤球燃烧没有困难和优于低NCV [55]。最大的病例被发现15362.103 kJ /公斤DSL / CD。最低病例被发现是DSL / BD 13473.766 kJ /公斤。DSL的中译是13972.019 kJ /公斤/点,如图13。一个高质量的团块应该有更高的中译。

3.3。功能的产品加工

功能是压块燃料的能量单位体积的能量生物质原料单位体积(25]。计算功能,GCV和双相障碍。图14显示最高的功能被发现0.9296 DSL / CD和DSL的最低功能被发现是0.8478 /双相障碍。DSL / PM的功能是0.9003。

3.4。比较DSL / CD, DSL / BD和DSL / PM选择最好的粘合剂

本研究旨在找到最好的粘合剂制造高质量的甘蔗叶加工成干。表5比较了物理参数、工业分析和元素分析的DSL / CD, DSL / BD和DSL / PM。

国内和工业加工成高质量的应用程序需要更高的价值GCV的中译,BD, STS, TR, SR,功能和低水分含量和灰分含量值。所有加工应该有这些主要特性。等其他属性固定碳含量和挥发性物质,有助于GCV的也应该有更高的价值。

GCV和NCV加工的主要特性。GCV的值越高,中译,加工质量越高。的GCV和NCV DSL / CD被发现是16262.31 kJ /公斤和15362.1 kJ /公斤,分别高于DSL / BD和DSL /点。STS, TR、SR和EDR的DSL / CD被发现是7.164 kN / m²0.9296、87.84%、12.75%,分别高于DSL / BD和DSL /点。因此,它可以表明,牛粪是更好的粘结剂制造高质量的干甘蔗叶加工成与水牛粪便和按下泥绑定。

4所示。结论

干甘蔗叶都在大量生产,通常直接燃烧在一个开放的氛围,造成环境污染。干甘蔗叶GCV的16919.667 kJ /公斤,可以转化为加工或被浪费。这些加工是一个很好的选择为发电家庭和工业应用。从上面的结果,可以得出以下结论:(1)以往估计的近似分析和物理性质在这项研究表明,牛粪是更好的粘结剂制造高质量的干甘蔗叶加工成与水牛粪便和按下泥绑定。的甘蔗叶加工成干牛粪粘结剂满足高质量加工成所需的主要参数。GCV的值最高,中译,STS, TR, SR,和EDR功能被发现是16262.31 kJ /公斤,15362.1 kJ /公斤,7.164 kN / m²、87.84%、12.75%和0.9296,分别。(2)我们提供了证据,不需要加水在煤球。加工成可以通过水分自然出现在干燥的甘蔗叶和绑定。(3)干甘蔗叶煤球履行对能源的需求也有巨大的潜力。(4)干燥的甘蔗叶加工成可以短期应急的印度所面临的能源问题的解决方案。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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