热载体与生物质半焦散体颗粒的分离特性研究

在以固体热载体加热实现生物质快速升温热解液化工艺中,热载体与热解半焦颗粒的分离极为重要。为了研究陶瓷球热载体与生物质半焦颗粒的分离过程,设计制作了V型下降管冷态实验装置,并利用粒子图像测速仪对不同质量比(30:1,40:1,50:1,60:1)、圆形出口和方形出口条件下的颗粒分离规律进行了实验研究。研究表明,该装置能够保证热载体和生物质半焦颗粒喂料流畅、稳定且均匀,能够满足实验所需要的两种颗粒的不同混合质量比的要求;陶瓷球对生物质半焦颗粒的携带作用明显,受生物质半焦颗粒影响水平流动速度、轨迹的高度和射程减少50%左右;管口下底面与筛网的竖直高度应大于20mm,水平距离应大于32mm,筛网的水平投影长度应大于120mm,分离效果较好。     

可视化循环流化床混合流动测量试验台设计与试验

当循环流化床作为生物质热裂解反应器时,为便于研究流化床内多孔陶瓷球与生物质粉的混合流动规律,设计了一套可视化循环流化床异质颗粒混合流动测量平台和相应的给料装置。流化床由石英玻璃制成,可满足对生物质热裂解过程的冷态与热态测量的要求。提升管为100 mm×100 mm×1 200 mm的竖直方管,生物质粉给料装置为刮板和螺旋两级喂料。在冷态试验条件下,利用粒子图像测速技术(PIV)对提升管内多孔陶瓷球与生物质粉的混合流动进行了测量。试验结果表明,设计的混合流动试验台能够满足不同流化气速下异质颗粒混合流动的测量要求。     

竖直下降管换热实验台改进设计与实

下降管式热解液化装置能够实现生物质热解液化.为了研究下降管中生物质半焦和陶瓷球两种散体混合下落的换热规律,在前期研究的基础上,对实验设备进行了改进设计,并将原实验物料--生物质粉更换为生物质半焦,使实验结果对实际装置的设计与改进更具指导意义.根据不同温度陶瓷球(50、60、70℃)与室温空气的换热实验,通过热平衡分析,得到了陶瓷球热载体与空气的对流传热系数h=600 W/(m2*K);陶瓷球与生物质半焦颗粒换热实验表明,不考虑边界效应时竖直管内温度呈线性分布;对流换热为竖直下降管系统热量传递的主要方式.     

陶瓷球与生物质半焦混合体在不同截面形状斜管中的速度特性

为了探索不同截面形状斜管对陶瓷球与生物质半焦混合固体颗粒速度分布的影响规律,设计了PIV冷态模拟试验装置。利用PIV技术对陶瓷球（粒径为1、2和3 mm）与生物质半焦不同质量比例（10∶1、30∶1和50∶1）的混合颗粒在3种不同截面形状（圆形、半圆半方形和方形）的斜管中（稳流阶段X=1 190 mm截面）流动规律进行了试验研究。试验结果表明:在3种不同截面形状斜管中生物质半焦轴向时均速度在yd＝0～1内形状分布都类似于“磁滞回线”;在混合颗粒质量比例为10∶1时,生物质半焦轴向时均速度分布基本不受截面形状影响,都可以用方管或半圆半方管来近似代替圆管进行试验;而在陶瓷球粒径为1和2 mm时,混合颗粒质量比例为30∶1和50∶1时,生物质半焦轴向时均速度分布受截面形状影响较大,不可以用方管或半圆半方管来代替圆管进行试验。      

斜管中异质固体颗粒运动规律实时观测

为实现对斜管中陶瓷球与生物质半焦两种异质固体颗粒运动规律的实时观测,设计了一套倾斜角度45°的斜管试验装置,运用荧光示踪法和PIV技术对管径60 mm的斜管中粒径2 mm的陶瓷球颗粒和生物质半焦颗粒在3种不同质量比例（10∶1、30∶1和50∶1）、同一位置截面（X=690 mm）颗粒轴向时均速度分布特性进行了实时观测。试验结果表明,两种异质固体颗粒主要分布在管道中心平面以下,此位置的陶瓷球速度远大于生物质半焦颗粒的速度;管道中心轴线以上,陶瓷球颗粒数目急剧减少,而生物质半焦颗粒也大多是质轻和粒径较小的,且受管壁粘滞作用力影响较大,导致二者速度相差不大;同时证明利用荧光示踪法实时观测陶瓷球颗粒运动规律是可行的。      

垂直下降管散体颗粒换热实验台设计与应用

为研究陶瓷球固体热载体与生物质粉颗粒及空气的换热机理,设计了一种分离式垂直下降管颗粒换热实验装置,该装置可以进行陶瓷球和生物质粉2种流动特性完全不同的散体颗粒的换热实验研究.喂料实验表明:陶瓷球和生物质颗粒下料均匀可调、分离完全.根据90℃陶瓷球与室温空气换热实验数据,分析计算出陶瓷球与空气的对流换热系数为291.3W/(m2·K);以陶瓷球质量流量为1.0、1.2、1.4kg/min,陶瓷球与生物质粉质量比为15、20、25进行的颗粒换热实验结果表明,随陶瓷球流量、陶瓷球与生物质粉质量比的增大生物质粉升温增大.     

层流炉二维PIV自动控制系统

在层流炉冷态粒子图像测速(PIV)系统中,相机与测量管的相对位置是保证试验数据精确的重要条件。为使试验过程中整个PIV系统操作起来更加方便、准确、快捷,设计了二维PIV自动控制系统,并在层流炉冷态模拟装置上对该系统的可靠性进行了试验验证。与没有使用二维PIV自动控制系统之前的试验结果相比:各测量段颗粒的轴向中心速度相互之间的衔接实现了平滑过渡,消除了跳跃性变化;收集距离为350 mm,主气流流量为1.5 m3/h时,层流炉内颗粒停留时间的相对误差为9.218%。说明该二维PIV自动控制系统能够满足层流炉冷态试验需要,实现了均匀、连续拍摄,减少了人为误差,提高了试验数据的准确性。     

竖直管内陶瓷球颗粒运动的PIV测量

利用PIV技术对陶瓷球颗粒在竖直管内的流动进行测量,为下降管中流动混合过程热交换规律的研究提供理论支持.实验结果表明:在所采用的下料方式下,陶瓷球的运动是一种匀加速运动;在运动过程中,陶瓷球之间有相互的碰撞,但次数很少;陶瓷球与管壁也有相互碰撞,而且比陶瓷球之间的碰撞几率要大得多.     

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。     

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。     

固体热载体加热生物质的闪速热解特性

为研究固体热载体加热条件下生物质的热解挥发特性,在一竖直下降管模拟实验台上,利用粒子图像测速技术对陶瓷颗粒与生物质粉的混合流动规律进行了实验研究,分析了生物质颗粒在下降管内停留时间的计算方法。利用固体热载体加热下降管生物质热解实验装置,在400、450、500℃热解温度对玉米秸秆进行了热解实验,并在下降距离分别为100、400、700、1 200 mm位置处对热解炭粉进行了采样,利用灰分示踪法计算了其热解挥发程度。重复性实验表明各工况下的实验数据具有很好的重复性。通过实验数据与一级动力学模型的对比,发现二者之间差距较大,而在耦合生物质颗粒的运动规律后,实验数据与动力学模型吻合较好。     

生物质在下降管内的热裂解动力学研究

为研究陶瓷球热载体加热工艺下生物质在下降管内的快速热解的挥发特性,在热解温度分别为723,773,823K,下降距离分别为150,550,850,1 150mm工况下,对40～46目的玉米秸秆粉末进行了热解实验,利用一级动力学反应模型研究了生物质的热解动力学过程。实验数据与模型计算表明,生物质热解挥发程度随温度的升高和下降距离的增大而增大,实验数据和理论模型吻合性较好。     

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％.     

冷库装备在海宁市高档切花生产中的应用研究

为降低高档切花的种植成本和控制花卉出花期,本文根据高档花卉种球的生理特性,将冷库装备应用于海宁市高档花卉生产过程,并进行试验.结果表明,利用冷库装备能实现种球的多次重复利用和根据需要控制出花期,具有显著经济和社会效益,以及较大的推广应用价值.