生物质热裂解气喷淋冷却系统的试验研究

生物质热裂解气体产物的快速冷却是生物质热裂解液化技术的关键。为此,设计了一种利用生物油喷淋冷却生物质热裂解气的装置,利用空心锥喷嘴产生的雾滴与热裂解气体间的温差实现相间换热,从而快速冷却热裂解气,得到液体生物油。利用粒子图像测速仪(PIV)对喷淋流场进行了冷态试验,试验结果表明,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0.2MPa时的雾化效果最佳。在流化床生物质热裂解液化试验台上,利用该喷淋冷却方式对秸秆类生物质热裂解进行了热态试验,试验效果比较理想,生物油的收集率达到43%。     

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。     

移动式生物质快速热裂解装置设计与性能研究

设计了一套移动式套管流化床生物质快速热裂解反应装置。阐述了套管流化床反应器、流化床气力输送进料装置、喷射喷淋组合式冷凝器等主要组成部件的结构,并对各部件的性能进行试验测试。试验结果表明,流化床气力输送进料装置受喷动气速的影响较大,在流化气速为0. 02 m/s时,随着喷动气速的增加,进料率快速增加,当喷动气速超过8 m/s时,这一趋势趋缓并且进料率波动范围变大;利用燃烧液化石油气和不可冷凝气方式加热套管流化床,流化床反应器内部温度场稳定,满足生物质热裂解的需要;喷射喷淋组合式冷凝器适用于热裂解气体产物的冷却,为提高热解油净产量,在给定的温度下,需要较大的喷淋流量和喷射流量。在反应温度为500℃时,落叶松木屑的热解油产率最高可达68. 6%。     

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。     

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.     

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。     

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.     

生物质热裂解生物油性质的研究进展

生物质热裂解生物油是生物质在隔绝空气的条件下,快速加热裂解,裂解蒸汽经快速冷却制得的棕褐色液体产物.生物油的物理化学性质显示了其在商业上的应用潜力,已引起了国内外的广泛关注.为此,从组成成分、含水量、含氧量、固体颗粒、灰分、酸性、腐蚀性和粘度等方面详细叙述了生物油的物理化学性质,提出了应用生物油的发展方向和推广应用生物油必须解决的问题.     

热载体与生物质粉混合物的特性分析与实验研究

为确定快速热解反应器的设计参数,必须对热载体与生物质粉混合物的堆密度和滑动摩擦系数进行研究.为此,以石英砂和木粉为研究对象,对其不同质量比的混合物进行了实验研究,并对实验结果进行了分析.实验表明:热载体与生物质粉质量比在1:3～25:1之间时,混合物堆密度、滑动摩擦系数与热载体质量份数、热载体理论体积系数存在一定的线性关系.这些数据为热解液化工业示范装置的设计提供了依据.     

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。     

生物质快速热解反应条件对生物油成分的影响

在利用流化床快速热解生物质制取生物油的工艺基础上,对影响生物油成分的主要因素进行了分析：在生物质快速热解过程中,当热解温度、物料种类、催化剂、载气等参数发生变化时,生物油成分也会发生变化;生物质原料对于生物油的化学成分影响较大,而热解条件则对生物油化学成分的相对含量具有显著影响;可有针对性地选择反应条件及原料种类进行热解,以获得所需要品质的生物油.     

生物质快速热裂解制取生物油的研究

阐述了生物质热裂解机理,介绍了生物质热裂解液化技术的工艺流程,对生物质热裂解液化技术研发现状进行了总结。以榆木木屑为原料,在自制的小型流化床上,开展了生物质快速热裂解制取生物油的试验研究。试验结果表明,粒径小于0.2mm的生物质粒径对生物油产率影响不大,最高生物油产率为43.93wt%,并指出了生物油的应用方式,为生物质快速热裂解液化技术的研究提供了参考。     

后混式磨料射流喷嘴内部流场模拟及分析

为了对后混式磨料射流喷嘴内部流场与颗粒运动情况进行研究,基于欧拉-拉格朗日方法对喷嘴内的气液固多相流动进行了数值模拟,通过考虑磨料的形状因子以及其与壁面发生碰撞时的能量损失,采用离散相模型对颗粒轨迹进行了追踪计算和统计分析.研究结果表明:空气在聚焦管入口附近有较大的切向速度,从而拖拽颗粒进行圆周运动,由此产生的离心力将增大颗粒在该区域与壁面发生碰撞的概率,加剧颗粒对该处喷嘴壁面的磨损;通过适当增大聚焦管的长度能够有效耗散空气的周向运动,可避免颗粒在出口处获得较大的切向速度,磨料颗粒形状因子的减小能够增强磨料颗粒的加速过程,而喷嘴的磨料颗粒入口速度对颗粒出口速度的影响极小.     

三通全扩散/收缩管无阀压电泵的流阻性能

针对传统扩散/收缩管无阀压电泵效率低的不足,提出一种新型三通全扩散/收缩管无阀压电泵.为了寻求新型三通全扩散/收缩管流管的最佳几何尺寸参数,在有限元仿真试验方法的基础上,将新型三通全扩散/收缩管与传统扩散/收缩管进行性能对比分析.分别改变三通全扩散/收缩管的分流锥管长度L2、分流锥管夹角φ、分流锥管的锥角2θ和分流锥管宽度b2,研究分流锥管结构参数对三通全扩散/收缩管流阻特性的影响.结果表明,相对于传统扩散/收缩管,三通全扩散/收缩管的反向流阻系数与正向流阻系数之比λ在较高雷诺数下大于传统扩散/收缩管,可提高无阀压电泵的效率;在不同雷诺数流动下,三通全扩散/收缩管的最优结构参数相差较大,设计时必须要根据实际工况选用合适的结构参数.     

燃料流量与管径对受限空间下微小火焰的影响分析

以小尺度陶瓷管为燃烧器喷管,与陶瓷管同轴的石英玻璃管构造受限空间,采用实验研究与数值模拟相结合的方法分析液体乙醇微小射流火焰特性。实验选择燃料流量为0~2.1 m L/h,采用的陶瓷管包括内径为1.0 mm和0.6 mm两种。结合火焰燃烧过程所涉及的特征参数,包括液滴高温蒸发率、无量纲热损失、熄火直径等,分析了不同燃料流量、燃烧器喷管内径等对微火焰稳定性、温度、形态等的影响。液体乙醇流量从零开始增加,整个变化过程会经历5个阶段,同时微火焰温度升高。而燃烧器喷管内径减小时,火焰逐渐变小。研究结果表明在稳定燃烧阶段,随着乙醇燃料流量的增加,燃料整体高温蒸发量增大,微火焰温度升高、火焰高度增大;随着燃烧器喷管内径减小,无量纲热损失增大,微火焰温度降低、火焰高度减小。适当调整燃料流量和燃烧器喷管内径有利于增强火焰稳定性。     

生物质热解油喷雾特性试验

采用相位多普勒粒子分析仪,研究生物质热解油喷雾特性,考察气液质量流量比对液滴平均直径的影响,并与0号柴油和生物油/乙醇混合燃料的喷雾特性进行对比。结果表明：生物油的索特平均直径沿着轴向距离的增加呈先减小后增大的趋势,沿着径向不断增大;随着气液质量流量比的增加,液滴的平均直径不断减小,但减小趋势变缓;柴油雾化性能最好,生物油最差,添加乙醇能增强生物油的雾化性能。利用试验数据拟合得到生物油索特平均直径的经验公式,拟合值与试验测量值吻合良好,为生物油燃烧喷嘴的设计和运行工况的优化提供了参考。