旋转刮刀生物质粉喂料器的实验研究

生物质热化学转化工艺中,粉状生物质连续、均匀、可控地喂入对于热裂解过程具有直接影响。利用设计开发的旋转刮刀式喂料装置,以花生壳粉为原料,在不同粒径(20～40,40～60,80～100目以及未筛分)、不同料筒压力(1 000Pa,1 500Pa和常压)、不同刮刀个数(1,2,3)以及料筒内不同物料原始高度(150～300mm)条件下,对喂料装置的喂料特性进行了试验研究。结果表明:该喂料装置能够实现生物质粉的连续、稳定喂料,上述因素对于下料速率均具有显著影响。生物质粉的下料速率随着粒径的减小和料筒内气体压力的升高显著增大。两个刮刀时的喂料速率明显高于1个刮刀的,但是继续增加刮刀个数,喂料速率变化将不明显。当喂料器的转速小于26r/min时,物料装填高度对喂料速率的影响不明显;当喂料器的转速大于58r/min时,喂料速率随物料高度的增加显著增大。     

犁式刮刀生物质粉定量喂料器的喂料特性分析

在生物质热解反应器中,生物质粉喂料器的性能对热解过程有较大的影响。为了提高生物质粉喂料量的均匀性和稳定性,设计制作了一种犁式刮刀生物质粉定量喂料器,并进行了生物质粉的喂料实验。实验物料为玉米秸秆粉,粒径分别为20～30目、40～60目、60～80目,物料高度为300～380mm。通过对20～30目、40～60目、60～80目及未筛分的玉米秸粉的喂料实验,得到了生物质粉喂料量与犁式刮刀转速的关系和喂料速率与物料高度的关系,并且对3种粒径及未筛分物料的实际下料量进行了比较。实验结果表明:所用物料都可以实现稳定连续下料;粒径越小的物料在相同转速下下料量越大;粒径较大及未筛分的物料落料量较少,但更容易控制;喂料器转速相同物料高度在一定范围(300～380mm)内对下料量的影响很小。     

层流炉气流温度场的显示与控制

为了研究生物质在闪速加热条件下的热解特性,设计了以等离子体加热、硅碳棒外部保温的新型层流炉装置;并利用该装置进行了稻壳粉末闪速热解实验,对层流炉反应管内气流温度场进行了实时检测.实验结果表明,该设备能够使层流炉反应管温度保持恒定,满足生物质挥发特性实验要求;稻壳挥发百分比数据与建立的理论模型计算结果相吻合,表明该模型可以描述生物质闪速热解特性.     

拨料式喂料器的设计与试验

为保证生物质粉喂料的连续性和稳定性,在普通螺旋喂料器的基础上,设计了一种喂料量为15g/min的拨料式螺旋喂料器,并以不同粒径的玉米秸秆粉为原料在该装置上进行试验。试验发现:为了保证设计需要的喂料速率,需控制粒径为20~40目、40~60目、60~80目和80~120目的玉米秸秆粉在料斗内的注料量分别为800、750、600、550g,其需要的拨料器转速分别为118、118、30、20r/min。经过反复试验,确定该喂料系统可以满足定量喂料的要求。     

小型制粒机喂料器参数优化与试验

采用离散元法EDEM对喂料器的工作过程进行了数值模拟,定量研究了喂料过程中喂料量的变化规律以及由于物料受螺旋叶片终止断面的影响,产生不稳定、不均匀的"脉动"喂料现象,此现象在转速较低的情况下尤其明显。以主轴直径X1、螺距X2和喂料转速X3为因素,以喂料质量流率Y1、稳定性Y2和出料口落料速度Y3为评价指标,按照3因素5水平正交旋转组合设计试验方法,利用Design-Expert 8.0.6软件回归分析法和响应面分析法,建立了3个因素下喂料评价指标的数学模型。通过与研制的喂料器的实际运送情况进行对比,验证了模型的可靠性。结果表明,3个因素相对喂料质量流率和流率稳定性都具有显著相关性,显著水平分别为P0.01和P0.05,而这3个因素与出料口落料速度无明显相关性;采用响应面法对最佳参数组寻优,得到喂料器的最佳参数组合:轴径为35 mm、螺距为57 mm、转速为139(°)/s,喂料器喂料量波动性减小、喂料稳定性得到提高。采用该参数组的虚拟试验结果显示,喂料器质量流率为13.89 g/s,稳定性为8.46 g/s。实体样机验证试验表明:采用该参数组设计的喂料器可以使得小型环模制粒机的喂料质量流率提高4.28%,喂料变异系数降低16.11%。     

层流炉装置的改进设计和实验

研制了一种以等离子体为主加热热源,配合管壁保温措施的新型层流炉装置。与传统的层流炉相比,该装置具有温度分布均匀,层流区间更宽等优点。利用该系统对棉花秆进行了闪速加热条件下的热挥发特性实验。结果表明,该装置性能稳定可靠,可以用来研究固体燃料颗粒的闪速热解特性。     

两种农业废弃物闪速热解挥发特性实验

利用层流炉研究生物质粉在闪速加热条件下的热解挥发特性,选用小麦秸秆粉和花生壳粉为实验材料,确定反应温度(750～900K)和反应时间(0.115~0.240s)为实验参数,首先验证了反应区温度基本均匀一致的实验前提,然后进行热解实验,得到小麦和花生壳在不同条件下的挥发百分比,建立一级反应模型。据此求解出频率因子A和活化能E,最终得到小麦秸秆粉和花生壳粉的挥发特性方程,并验证了实验值与预测值的符合程度非常高,证明了实验和数据分析的正确性,为生物质热解液化研究提供了基础数据。     

大型养猪场自动喂料小车的设计与实现

针对我国大型养猪场中管道喂养出现的管道残存饲料、管道堵塞和人工喂养中污染等现象,设计了自动喂料小车.该小车采用轮轨式结构,靠小车前端的牵引电机带动小车在轨道上前进喂料.该喂料过程包括周期性喂料和自动返回加料两个过程.该喂料小车由自动喂料系统和自动喂料控制系统组成:自动喂料系统包括小车饲料箱、小车喂料箱以及电机,自动喂料控制系统包括三菱PLC控制单元.该小车结构简单,系统稳定,减少了生猪的发病率.     

等离子体加热流化床反应器的设计与实验

设计了一种以等离子体为主加热热源，同时配合热电阻丝保温的新型流化床反应器。为了保证喂料均匀，采用了一种滚筒气力两级生物质粉末喂料器。通过冷态流化实验，得到了最小流化速度和操作流化速度。对玉米秸秆粉末的热解实验表明，喂料速率与温度对生物油产率有一定影响，随喂料速率增大而增大；随温度升高先增大后减小，在477℃左右液体产率最高。     

层流炉内颗粒停留时间

为了确定生物质热分解产物在层流炉内的停留时间,设计了一套层流炉透明冷态模拟装置,以炭粉代替生物质热解固体产物,利用PIV技术测量炭粉在不同主气流量和收集距离下的停留时间。根据流场相似准则,即冷态流场与热态流场雷诺数相等,确定主气流量分别为1.0、1.5、2.0和2.5m3/h;收集距离由热态实验确定,分别为200、250、300和350mm。测量结果表明：对于同一收集距离,炭粉的实际停留时间与气流理论停留时间的比值与流场雷诺数呈正比。而收集距离不同,函数关系式不同。因此当管内气体流动满足层流状态时,根据已知热态层流炉内流场的雷诺数和气流理论停留时间,可以利用此函数关系计算出颗粒实际的停留时间。