户用型生物质气化炉试验装置研究 户用型生物质气化炉试验装置研究

户用型生物质气化炉试验装置研究

  • 期刊名字:安徽农业科学
  • 文件大小:628kb
  • 论文作者:王莹莹,梅卫江
  • 作者单位:石河子大学机械电气工程学院
  • 更新时间:2020-07-12
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论文简介

安徽农业科学,Joumal of Anhui Agni. Sci. 2010 ,38(27) :;15416 - 15418责任编辑朱淼责任校对傅真治户用型生物质气化炉试验装置研究王莹莹,梅卫江'(石河子大学机械电气工程学院.新疆石河子832000摘要通过对户用型气化炉炉体结构的改进,重点研究了炉 内温度、物料颗粒、空气流量等影响因素与气化炉性能指标的关系,得出了影响气化炉性能指标的主次园素和各因素的显著性水平。各参数的最优组合为炉内温度900 C ,物料颗粒10 mm,空气流量0.8 m/ min。该研究对户用型生物质气化炉的设计具有实际指导意义,同时为今后气化炉的研制提供理论依据和科学指导。关键词生物质;户用型;上吸式 气化炉;正交试验;研究中图分类号文献标识码A文章编号 0517-6611(2010)27 -15416 -03WANG Ying-ying et al ( College of Mechanical and Electrical Engineering, Shihezi University, Shihezi , Xinjiang 832000)Abstract Through improving structure of houschold gasifer, the relationship between its perfomance and factors such as fumace tempera-ture, material granules and air flow was explored. The main and secondary factors afecting the perfornance of gasifier were listed, and theirsignificant levels were also checked. The optimal combination is as following: fumace temperature, 900 C; material granules, 10 mm; andair flow, 0. 8 m'/min. The results may guide the design of household biomass gasifier and provide theoretical basis and guidance for the futuredevelopment of gasifier.Key words Biomass;Household type; Up-draft gasifer; Orthogonal tet; Research生物质是可再生的清洁绿色能源,它的开发利用不仅可18以解决能源匮乏的问题,还具有显著的社会效益和经济效益。生物质传统的处理方法(炊事用野外焚烧、露天堆积)不仅导致生物质资源的低效率利用,同时也严重污染了环_2境。通过生物质气化或炭化将其转化为高品质能源,改变生r6物质能的传统利用方式是推进生物质能市场化的关键"。3新疆的棉秆资源丰高,如何充分利用其潜能目前还没有较为合理有效的方式。该研究通过对户用型气化炉炉体结构的4改进,重点研究了炉内温度物料颗粒、风机转速等影响因素与气化炉性能指标的关系,并对其进行正交试验、方差分析,为今后气化炉的研制提供理论依据和科学指导。注:1为加料口;2为保温层;3为供风系统;4为出灰口;5为风机;1试验装置结构与工作原理6为进风口;7为空气预热环;8为粗燃气出口。1.1 结构户用型生物质气化炉试验装置由供风装置、反Note:1. feed opening; 2. Insulation layer; 3. Air supply eystem; 4.应装置和密封装置等组成,结构示意简图如图1所示。Ash transfer opening; 5. Fan; 6. Air inlet; 7. Ring for prchea-ting air; 8. Outlet of erude gas.1.2 工作原理 物料由气化炉顶部加人,气化剂由炉底部圈1气化炉结构经过炉栅进人气化炉,从气化炉上部排出,气流流动的方向Fg.1 Structure of gasifer与向下移动的物料运动方向相反"。生物质原料由炉顶的物料空气加料口投入炉内,作为气化剂的空气-般在氧化区加入2。↓↓反应过程如图2所示。2试验装置参数优选试验 与分析2.1 试验系统及材料2.1.1试验系统与方法。 户用型上吸式生物质气化炉的试验系统由气化炉、气化剂供给为鼓风机及温度热电偶数字热分解层.显示仪、气体采样袋气相色谱仪秒表等仪器组成。试验过程中,用TH1015型室内温湿度计测量试验环境的温度和湿度,使用WRN230型镍铬-镍硅(康铜)热电偶测试炉膛内部温度,规格为1 300 C的TDW/XMT-121型数字显示仪示可燃气值,气化剂流量通过鼓风机的转速来调节,使用LWQ40XL灰室型气体流量计进行空气流鼂测定,可燃气用4 L的采气袋收中国煤化工:作者简介王莹莹(1985-),女,湖北襄美人,硕士研究生,研究方向: .MHCNMHG:]机器系统节能和代用燃料研究。●通讯作者,男,硕士,副教授. ,硕士生导师,从事内燃机节能技术及故障诊断研究,E-圈2气化炉反应过程mail;mwj _mac@ shzu. edu. cn。Fg.2 Schematic diagram ot reaction proces o gasiter收稿日期2010.07-0538卷27期王莹莹等户用型生物质气化炉 试验装置研究15417集,收集的气体通过检测器进行气相色谱分析。表1试验因素与水平2.1.2试验材料。 试验用的材料为2009年石河子周边团Table 1 Experimental factors and levels场的成熟棉杆,将残余棉絮剔除,放置于干燥的环境中自然水平因素Fartors风干,使用农业物料切割机切碎,长度小于30 mm,试验原料Levels炉内温度 //物料颗粒://mm空气流显m/min含水率测试结果为6. 9%左右。Fumace temperature_ Matenial pranulesAir flon8000.382.2试验指标及影响因素气化炉性能 试验指标:佛腾时2900200.55间、热值参照CB-16410-2007 ,《家用燃气灶具》标准。影响试1 000300.80验主要因索包括炉内温度、物料颗粒、空气流量。e2 试验方寨与试验结果2.3试验方案试验装 置参数优选试验的试验因素与水平Table 2 Experimental design and results如表1所示。选用L,(3* )的正交表进行正交试验,每个试验试验号B空c沸满时间/min 热//KJ.mCodeBoiling lime_Caloric value___重复3次,测出检验指标的结果,然后用综合平衡法,综合评12.13 350.4分法及方差分析法对指标进行综合分析。主要参数对气化10.53443.813.24 278.1炉装置性能指标的影响结果如表2所示。8.94 307.82.4结果分析9.73756.58.54 189.42.4.1性能参数 与气化炉性能指标的关系。户用型生物质10.63 652.6气化炉试验装置的炉内温度.物料颗粒、空气流量各水平对13.13 956.414.03 751.9。气化炉性能指标的影响如图3所示。炉内温度3p物料颗粒13p空气流量Fumace temperatureMuterial granulesAir flow2t, 12p! 110|104250物料颗蛀空气流董Furnace lemperatureMaterial granules4 004000a 37503 7503 50023500團3各水平对气化炉的影响Fig.3 Eftects of each level on gasiner2.4.2方差分析与组合条件优化。炉内温度物料颗粒直是第j 个指标的“权”值;y,为第i号试验中第j个指标;R,是径、空气流量3项因素对气化炉性能指标的影响是不同的。第j 个指标在该组试验中造成的极差;λ是第j个指标的计在95%置信度下,对沸腾时间、热值进行正交试验,并经过方算系数(既考虑权又考虑指标变动程度)。差分析得到表3-5。结果表明:影响综合指标的主次因素为ACB,最佳水平2.4.3最优参数组合的确定。从对较优组合的沸腾时间组合为A,B,C, ,即炉内温度900 C ,物料颗粒为10 mm,空气(A2CB,)、热值(C,A.B, )的分析来看,沸腾时间和热值的影响流量 0.8 m'/min。因素主次顺序不一致,且各个指标的较优水平组合各不相同。3结论为了兼顾各项指标的得失,采用综合加权评分法进行分(1)经方差检验.在95%置信度下,①炉内温度对沸腾析,以使选出的各项指标都尽可能达到最优的组合,考虑到三时间十间影响显著,三因素因素对衡量指标的重要程度,以100分作为总“权" ,沸腾时间为主次排YH中国煤化工,B.即炉内温度90040分,热值为60分3-51 ,每组试验综合评分指标可用下式计算:C,空C N M H Go mm;②空气流量和(1)炉内温度均对热值有显著影响,三因素主次排序为C>A>B,较优组合为CzA2B,,即空气流量0. 80 m'/min,炉内温度式(1)中y,为第i号试验所得计算值,即加权评分指标;W 900 C ,物料颗粒30 mm。15418安徽农业科学2010年表3沸腾时阃正交试验方差分析(2)采用综合加权评分法得出户用型生物质气化炉试验Table 3 Orthogonal design and ANOVA of boiling time装置的最优组合为炉内温度900 C ,物料颗粒10 mm,空气流变异来源平方和自由度 均方F值 P值显薯性量0.80m'/min。结果表明,炉内的温度和空气流量对气化VariationSumof Depreof Mean Fvilue pvalue Siguifi-ourcesquarcs freedom squarecaunce炉的影响较为显著,由此可知,要想进- -步提高气化炉的产炉内温度Furnace temperature21.2956 2 10.647 81369.000 0.0007●●气效率和热能转化效率,对气化炉的内部结构供风装置的优物料颗粒2.8289 2 1.4144 181.857 0.005 5化设计必不可少。Material granles表5试验指标分析空Null0.0156 2 0.007 8Table5 Analysis on test indexes空气流量Air flow 7.7956 2 3.8978 501.142 0.0020中误差Standard eror_ 0.015 60.007 8.沸腾时间热值总和Toal31.935 6Boiling timeCaloric value注:表中.●为极显著, *为显著,下同。较优水平Beller levelA.B,CA.B.C,Note:本indicutes sigrifcant diference at the 0.05 level, while ●* indicates主次因素A>C>BC>A>Bsiguificanl difference a the 0.01 lovel. The sane幽below.Main and secondary fators裹4热值正交试验方差分析较优组合Betler combinaionAsC,BCA,B,Table 4 Orthogonal design and ANOVA of caloric value平方和.自由度, 均方显著性参考文献VariaionSumof Degree ofMean F值P值Signin[1]张建安,刘德华生物质能源利用技术[ M].北京:化学工业出版社,squares feedom aquarefvaueFralue cance[2]陈冠益,高文学,颜蓓存,等生物质气化技术研究现状与发展[J]煤Fumar temperalure252 898.64 2 126449.32 32.386 0.030 *气与热力,2006 ,26(7):20-26.物料颡粒3] 陶菊舂,吴建民综合加权评分法的综合权重确定新得[J].系统工程Muerial ganules219848.06 2 109924.03 28.153 0.034理论与实践,2001(8):43 -48.7808. 83 904.44[4]吴建民,喝菊春用综合加权评分法优化钻井泥浆配的研究[J].农业空气流量Airflow 510588.16 2 255 294.08 65.385 0.015 ◆22,18(2)-4-5-45218(2)45-48误差Standerd eror 7808.88 23904.44魏效玲,赵立新,任建华多指标试验设计综合加权评分值的确定[J].总和Totel991 143.71河北建筑科技学院学报,2003 ,20(4):68 -T2.(上接第15401页)[5]易文娟,郁梅,蒋刚報Cntorle:一种有效的方向多尺度变换分析方法[J].计算机应用研究2009);1;8 -22.6] DO M N,VETTERU M. 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