生物质热解柔性输送装置性能研究

为了解决生物质连续热解装置的螺旋绞龙与热解管因热变形而发生的机械干涉现象,研究了一种用于生物质热解的无轴柔性连续输送装置,设计了该无轴柔性螺旋叶片参数。以稻壳、木屑和黄豆为输送物料,探究了螺距、转速和有轴、无轴等因素对输送性能的影响。结果表明:柔性输送装置的输送能力随着螺距的增加而增强,在中低转速下,物料的处理量随着转速的增加呈线性增加,表明物料的输送量和通过时间可通过调节电机转速实现精准控制;无轴螺旋输送能力比有轴螺旋增加15%~30%,且输送过程平稳,避免了物料在输送装置与输送管之间发生挤压、进而出现死机的现象。     

生物质资源高压连续输送的研究

建立了近中试规模的生物质资源高压连续输送装置，通过将生物质资源与水混成浆料的方法实现了生物质资源的高压连续输送、浆料的固含量可达10％（wt)以上，压力可达40MPa，最大浆料供应量为2．4L／h。     

奶牛饲喂装置中螺旋输送器的设计及三维造型

螺旋输送器用于物料输送过程的设计在设计资料中较为常见,但它应用于奶牛饲喂装置时,从设计角度讲有许多特殊性。螺旋输送器的主要尺寸及动力参数设计得是否合理,将直接影响到物料的计量精度。为此,对奶牛饲喂装置中螺旋输送器的设计做了较为详尽的论述,并对其三维造型过程进行了简要的论述。     

不等螺距螺旋扶蔗器的设计

如何有效地解决甘蔗收割过程中的蔗秆扶起问题,是促进甘蔗收割机械化发展的关键问题之一.为此,分析了甘蔗倒伏的具体情况,提出了一种新型不等距螺旋扶蔗器的设计方法,建立了其物理模型,并给出了不等距螺旋线的数学方程.通过计算机仿真验证了上述设计的合理性和可行性,为甘蔗联合收割机的扶蔗机构的设计提供了一种新颖与合理的思路.     

螺旋输送装置的研究现状及未来发展

随着螺旋输送装置在多种行业中的应用日益扩大,对其性能要求也越来越高,因而对输送装置进行深入研究,对我国输送机械化和自动化具有现实意义。为此,对国内外螺旋输送装置的理论分析、设计制造及仿真研究进行综述,分析了目前螺旋输送装置存在的主要问题,探讨了今后研究方向。     

立轴柱形变螺距螺旋开沟机临界转速分析

通过对螺旋开沟机所输土块的运动及受力情况进行分析可知：当土块与坑壁之间的摩擦力能阻止土块随叶片旋转时，土块在螺旋叶片上所受作用力相互平衡。由此，推导山立轴柱形变螺距螺旋开沟机的临界转速。此即为保证土壤在螺旋而上上升的基本条件，而实际转速则大于临界转速。该分析为进一步设计立轴柱形变螺距螺旋开沟机提供了依据。     

螺旋离心泵叶片变螺距型线方程

根据螺旋离心泵的结构特点,基于叶片式流体机械内固液两相双流体模型的流速比理论,分析了螺旋离心泵叶片型线的螺距变化规律,推导出固液两相流螺旋离心泵叶片变螺距型线的参数方程.依据给定的设计参数和固相体积分数,采用推导出的叶片型线方程设计出叶片型线,并生成叶片三维模型,叶片表面光滑平整.对该叶片形成的水力模型进行了外特性清水试验,并用该三维模型对固相体积分数分别为5%,10%和15%时的固液两相流动进行了数值分析.结果表明：介质为固液两相流时泵的效率较输送清水介质时有所提高,特别是在设计工况,当固相体积分数等于设计给定值时,泵的效率可提高8.5%;当偏离给定的固相体积分数值时,效率有所降低;在输送固液两相流介质时泵的扬程较输送清水时的扬程有所降低,且随着固相体积分数的增大扬程逐渐降低.     

变螺距诱导轮的设计计算

为了有效降低泵的必须汽蚀余量,泵的吸入口可加装前置变螺距诱导轮。但变螺距诱导轮的设计方法还在摸索阶段。本文从分析变螺距诱导轮螺距变化规律入手,以诱导轮入口无汽蚀,出口扬程满足离心叶轮进口能量要求为计算依据,推导了诱导轮基本结构参数的计算方法。按照该方法设计的诱导轮可获得良好的汽蚀性能。     

生物质连续式分段热解炭化设备研究

针对目前连续式炭化设备的热解温度场难以梯级调控,不能满足多种热解温度工艺试验要求,采用分段式加热技术,设计了5段独立热解炭化炉,并结合连续式输送原理,集成生物炭循环水冷技术、热解气二次催化裂解技术和油气二级冷凝分离技术等,研发了连续式分段热解炭化设备。以粉碎的玉米秸秆为原料开展了热解炭化试验,结果表明,本炭化设备实现了连续炭化和分段加热,当5段炉温设为550℃、600℃、600℃、600℃、550℃时,生物炭得率29.97%,低位热值26.21 MJ/kg,固定碳含量55.63%,热解后的油气能较好地实现分离,达到了设计要求,实现了生物质的分段控温加热和连续热解。     

变螺距螺旋离心泵叶片型线参数方程的分析

分析了变螺距螺旋线的一般方程,根据固液两相流在螺旋离心泵叶轮内轴向速度非等速的运动特征,以及螺旋离心泵的结构特征,推导了螺旋离心泵的变螺距叶片型线方程。该方程避免了螺旋离心泵一元设计理论对设计经验的依赖性和叶轮轴面流线分点的复杂性,同时对该类型泵的计算机辅助设计、内部流场的数值模拟以及泵的性能改善有着重要意义。     

下降管式生物质快速热解实验装置设计与实验

为了确定在固体热载体加热方式下反应温度和停留时间对生物质热解挥发特性的影响,设计了陶瓷球热载体加热下降管式生物质热解实验装置,并进行了生物质热解挥发特性实验。该实验装置能够对反应温度进行精确控制,实现生物质粉和陶瓷球热载体按比例连续均匀喂料及热解残炭样品的采集。实验物料为玉米秸秆粉,反应温度分别为450、500、550℃。停留时间通过反应物在反应管内下降距离间接测量,下降距离分别为150、550、850、1 150 mm。利用灰分示踪法计算得到了不同条件下生物质的热解挥发率。实验结果表明:玉米秸秆粉的热解挥发率随着热解温度的升高、下降距离的加长而非线性增大。     

新型下降管生物质热裂解液化装置的试验研究

采用新型下降管热裂解液化反应器,利用玉米秸秆粉进行(快速)热裂解试验,对物料及热载体的理化性质进行了分析。考察反应装置的整体运行情况,在固体热载体与生物质颗粒的质量比为20:1的情况下,固体热载体预热温度达到575℃时,截取了连续150min内V型下降管内的温度变化,对喷淋装置内生物油的温度进行了实时采集。实验结果得到了475、525、575℃不同温度下的生物油收集率,并对热裂解产物包括生物油的理化特性、炭粉粒径分布和不可冷凝气体的成分进行分析。     

生物质热解反应器中热载体传热实验-基于V形下降管式热解反应器

热载体与生物质粉在下降管式反应器中的传热过程十分复杂,为了简化研究,设计制作了V形下降管实验装置,在未加入生物质粉的条件下,进行了热载体与V形下降管式热解反应器的换热实验.在热载体喂入反应器的初温分别为50,60,70℃时,测量了反应器系统的温度及热载体离开反应器时的最终温度,测定了热载体与空气的对流换热系数.结果表明:热载体离开反应器时的终温、管壁温度和管内空气温度均呈指数函数变化,管壁和空气的温度变化滞后于热载体终温的变化;热载体初温升高时,管壁热流量和空气热流量增幅相同;热载体与空气的对流换热系数随空气温度的升高而增大.     

下降管生物质热裂解液化反应器设计

以固体热载体加热工艺原理设计开发了一种新型下降管生物质快速热裂解液化反应器.详细阐述了反应器中的陶瓷球热载体换热器、颗粒喂料器、反应管、颗粒分离及热裂解气冷却系统等主要组成部件的结构,并对各部件的性能进行了试验测试.试验结果表明,热载体的温度与喂料速率控制精确,热载体与炭粉颗粒分离完全;空心锥喷嘴非常适合生物质热裂解气体产物的喷淋冷却,当喷嘴孔径为4.0mm、液体压力为0.2 MPa时雾化效果最佳,利用该喷淋冷却方式时秸秆类生物质热裂解生物油的收集率达到43％.     

生物质整合式流化床热解制油系统试验研究

提出了一种将生物质通过热化学方法转化为液体燃料的整合式流化床热解系统,该系统能实现液体燃料的分级制取和能源的综合利用。给料系统的独特设计确保了颗粒状生物质物料能以最大速率20kg／h顺利供给流化床反应器。试验分析了反应温度对生物质热解产物分布的影响,500℃的中温有利于生物油产量的最大化。通过气相色谱和傅里叶红外光谱联用分析仪确定了生物油的主要组分为含有酮、醛取代基的苯酚类和少量的酸、酯类化合物。     

秸秆生物质旋转床反应器热解载气试验

为研究旋转床反应器在不同载气条件下的秸秆生物质热解影响,在无载气、以尾气作为载气、以N2作为载气的情况下,进行了秸秆生物质在旋转床反应器中的热解反应。分别收集了生物炭、生物油以及合成气,进行了产量测算;对生物炭进行了热值与元素分析,对生物油进行了热值、含水率和元素分析;分析了合成〖JP2〗气有机物组成与含量。结果表明：通尾气能够减少生物炭产率,增加生物油产率,并且生物炭的热值、含碳量较高,分别为22.99MJ/kg、51.24%;生物油的含水率降低30.45%、有机物质量分数升高11.11%,但是生物油的热值下降,合成气中轻质有机物质量分数最高,为67.04%;尾气能够更加快速带走热解气或者参与热解的二次反应,生物质反应最充分,能够增加H的活性,减少水含量,但是无法去除氧元素,氧元素保留在生物油中;通N2能够减少生物炭产率,增加生物油产率,并且生物炭的热值较高,为22.28MJ/kg,含碳量较高,为55.86%,生物油的含水率和有机物含量变化不大,但是生物油的热值升高到12.25MJ/kg;合成气中轻质有机物质量分数最小,为64.07%;通N2能够减少热解二次反应的发生,热解气能够快速离开反应器。     

定量变距螺旋结构设计与试验

针对等径变距螺旋喂料结构出料量不稳的问题,在等距螺旋结构流量计算式的基础上,提出一种变距螺旋结构流量的计算方法,并推导出流量计算式。根据流量计算式,采用响应面法对变距螺旋结构进行螺距设计,以流量作为响应值,应用Design Expert软件设计试验,得到螺旋喂料结构进料段最佳螺距组合为S1=0.35D,S2=0.60D,S3=0.85D,S4=D。根据所得的最佳参数组合,用SolidWorks软件建立螺旋喂料结构三维模型并导入EDEM软件,以小米物料进行离散元分析,仿真质量流量平均值为0.321kg/s,与变距实际计算流量值0.319kg/s的误差为0.627%,与实际要求流量值误差为3.7%,验证了变距流量式的可靠性和响应面设计的可行性,可为定量变距螺旋结构的设计计算提供参考。     

车载式饲料运输车螺旋卸料系统设计

根据市场及客户的需求,对车载饲料运输车中的卸料系统进行全新设计与开发。本系统以电动机为源动力,由水平、垂直和倾斜3种型式的卸料螺旋机及旋转装置和配套电气系统组成。介绍了该卸料系统的工作原理及各组件的设计,为饲料厂、养殖场提供低成本、高效率的饲料运输车型。      

生物质热解焦油燃烧试验系统设计与试验

生物质热解焦油作为热解炭化或气化过程的副产物,难以去除且危害较大。通过对热解焦油的理化性质分析,发现其具有较高的热值,燃烧后可以为热解设备提供热源,实现能量的循环利用。针对热解焦油雾化效果差、直接燃烧不稳定等问题,设计了二次雾化喷嘴,并提出一种生物质热解焦油伴气燃烧的工艺;采用一定量的热解气作为助燃剂,为热解焦油燃烧提供稳定的火焰,设计了热解焦油燃烧试验系统。燃烧试验表明,该燃烧器的焦油燃烧量为20~55kg/h,达到设计要求。当雾化空气压力为0.6MPa、热解焦油压力为0.2~0.4MPa、热解气压力为0.3~0.5kPa时,燃烧器燃烧稳定,火焰明亮。通过烟气分析仪发现燃烧烟气中CO和NOx含量较高,表明在燃烧室中的一次燃烧并未达到理想的燃烧效果。