生物质悬浮流化的实验研究

第23卷第1期黑龙江八一农垦大学学报23(1):25-272011年Joumal of Heilongjiang Bayi Agricultural UniversityFeb. 201文章编号:1002-2090(2011)01-002503生物质悬浮流化的实验研究赵军黑龙江八一农垦大学,大庆163319)摘要:应用自行设计的实验装置分别对玉米芯和稻壳进行了单独流化和混合流化的实验研究。研究表明,生物质是可以实现流化的,生物质的混合流化速度低于单独流化速度。生物质混合流化时质量分率分别为20%和30%时流化状态和压差变化没有明显的差别,流化范围基本一致。关键词:生物质;流化;流化速度中图分类号:S2162文献标识码:AExperimental Study on the Fluidization of BiomassZhao JunHeilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319)Abstract: In this paper, by using a new experimental device designed by them, it carries out an experimental study of single fluidize-tion and mixed fluidization on com cob and husk. The results show that biomass can achieve fluidization The mixed fluidization velocity is lower than that of mixed fluidization. During the fluidization of the biomass, whenfractions are respectively 20% and0%, the fluidization state and the compression difference changes are not very significant, and their fluidization range is almost condistentKey words: biomass; fluidization; fluidization velocity悬浮流化是指当流体向上流过堆积在容器中的石英砂筛分粒度为40-70目,平均粒径230μm,平固体颗粒层时,使颗粒与颗粒之间脱离接触消除颗均密度1643kg·m3。粒间的内摩擦现象,达到固体颗粒流化的目的,在流实验流化气体为空气,室温20℃,空气的密度化过程中,颗粒的均匀悬浮使得颗粒和流体之间有1.205kg·m3,运动粘度15×10。m2·s-,动力粘度充分的接触和反应机会,有利于颗粒物料的传热和18.08×1046Pa·s传质的进行。利用悬浮流化进行生物质颗粒热解气自行设计的实验装置包括空气压缩机、转子流化或液化实验使生物质颗粒与流化气体混合,达到量计圆柱形悬浮床、U型压力计等,如图1所示。快速热解的目的。圆柱形悬浮床由内径为100mm、高为1000mm1实验装置与原料的有机玻璃制成,床底部和上部开有测压孔,读取物料床层压降。实验过程中流化介质由空气压缩机提实验生物质原料为玉米芯和稻壳,为宽筛分分供,压缩空气通过底部布气孔使气体均匀分布,在气布。玉米芯的筛分粒度为40-60目,平均粒径流作用下,床内物料处于流化态,床内流量和压力通315μm,平均密度146kg·m3;稻壳筛分粒度为过转子流量计和U型压力计读取。U型压力计一端40~60目,平均粒径315μm,平均密度212kgm3;接风室,另一端接布气孔上部1中国煤化工收稿日期:201006-17CNMHG基金项目:黑龙江八一农垦大学博士启动基金(校启2009-8)。作者简介:赵军(1969-),男教授东北林业大学博士研究生毕业,现主要从事农机化工程的教学和科研工作黑龙江八一农垦大学学报第23卷图1实验装置示意图图3不同流化风速下玉米芯压差随床高度的变化(H=14D)Fig. 1 The schematic diagram of experimental deviceFig 3 The pressure with altitude at different fluidization1空气压缩机2转子流量计3圆柱形悬浮床4U型压力计wind speed on Com Cob(H=l4D)2生物质单独流化实验研究图4表示玉米芯在相同流化风速(v=0425m·s)对玉米芯进行单独流化实验。观察实验过程得不同料层高度下,压差随床高度的变化。由图看出,压出:流化风速较低时,床中顶部有少量玉米芯被流差随物料量的增大而增大的,由于流化风速一定,物化,其它玉米芯没有移动。随着流化风速增加,床中料量增加,颗粒被流化时的曳力增加,压差也增大玉米芯的流化量增加,底部的玉米芯也开始移动,但稻壳的流化过程与玉米芯相似,如图5、图6、图移动速度缓慢。流化风速继续增加,床层底部玉米芯7所示。由于稻壳的密度比玉米芯大,不同的流化风快速移动,床层顶部玉米芯流化量显著增加。速下流化时的压差也较大。床高度较大时(H=14D),图2图3所示玉米芯在不同流化风速下压差随流化风速不同,各测量点的压差波动较小床高度的变化曲线,其中玉米芯料层高度分别为1D(D为床直径)和14D。由图可见,压差随床高度的增加而增大,达到某一高度后,压差基本保持不变,说明床层下部浓相颗粒的压差变化较小;床层顶部稀相压差变化较大颗粒处于流化状态。当流化风速变化时,每一个测压点的压差变化不大,没有一定的规律性,床层高度较大时(14D),不同的流化风速下床层压差变化较小。因此,流化风速对床内压差影响较小。图4不同料层玉米芯压差随床高度的变化Fig 4 The pressure with altitude under different stock on Corm Cob中国煤化工图2不同流化风速下玉米芯压差随床高度的变化(H=1D)CNMHG高度的变化(H=1DFig.2 The pressure with altitude at different fluidizationwind speed on Com Cob(H=ID)peed on Rice hull( H=lD)赵军生物质悬浮流化的实验研究2日6不同流化风速下稻壳压差随床高度的变化H=14D图8玉米芯与石英砂混合流化曲线Fig 6 The pressure with altitude at different FluidizationFig 8 Mixed fluidization curves of com cob and sandwind speed on Rice Hull(H=l 4D)合图7不同料层稻壳压差随床高度的变化图9稻壳与石英矽混合流化曲线Fig 9 Mixed fluidization curves of rice hull and sandFig.7 The pressure with altitude under differentstock on Rice Hull4结论3生物质混合流化实验研究应用生物质流化实验装置进行了生物质单独流化生物质颗粒如木屑、秸秆、玉米芯、稻壳等,由于和混合流化的实验研究,通过对玉米芯和稻壳流化实形状不规则,堆积密度比较小,流动性很差,不易达验表明,生物质是可以实现流化的。流化风速变化时到理想的流化状态。当加人石英砂、锻烧石灰石橄每一个测压点的压差变化不大,没有一定的规律性。生榄石等情性重质组分原料时,由于这些原料密度较物质与石英砂混合实验表明,混合流化的流化速度较大,形状比较规则,与生物质充分混合后,有利于生低;生物质质量分率不同时流化状态和压差变化没有物质颗粒的流化习。明显的差别流化范围基本一致,最小流化速度较小。实验取用玉米芯和稻壳分别与石英砂混合,选由于生物质流化运动复杂,实验重复性差,难以用生物质质量分率分别为20%和30%,得到流化曲测得准确的实验参数值,在有限条件下的实验很难线如图8和图9所示。从流化曲线可以看出,流化速得到比较一致的结论需要开展更深入的研究。度较低时,床内物料有沟流出现,流化状态不均匀,流化范围很窄,床层压差与流化风速的关系基本呈线性。流化速度增大,达到混合物最小流化速度(图参考文献:中虚线指示速度)时,床内压降将不再受流化风速的[1]宋新朝王志锋孙东凯,等生物质与煤混合颗粒流化率不同时流化状态和压差变化没有明显的差别,流2陆性的试验研家(11验转205,08(1):74-7影响流化曲线上表现出近似的直线。生物质质量分中国煤化工流化特性[]太阳能化范围基本一致。随着流化速度的增大整个床层逐CNMHG[3]R,fI.叮诞联其结构表征[J]黑龙江步流化,混合物没有分离现象。八一农垦大学学报,2010,22(1):68-73