熱載體下降管道管徑設計試驗

尼姝麗　王述洋　朱自民　田仲富　劉永艷

摘要：生物質(zhì)快速熱解液化制取生物燃油是生物質(zhì)能高效、環(huán)保利用的有效途徑之一。在生物質(zhì)

快速熱解液化過程中，熱載體的流量是影響生物質(zhì)快速熱解溫度和生物燃油產(chǎn)量的一個重要因素。本實驗是在改變錐形漏斗管長、管徑的條件下，測定不同管長、管徑單位時間內(nèi)熱載體的流量，使其更好、更準地與一定量的生物質(zhì)顆粒在最優(yōu)的時間內(nèi)充分混合，從而使生物質(zhì)顆粒快速熱解，提高生物燃油產(chǎn)量。

關鍵詞：生物質(zhì)；快速熱解液化；熱載體流量；管徑；管長

中圖分類號：TK6文獻標識碼：A

0 前言

隨著石油、天然氣、和煤炭等礦物燃料不可再生能源的日趨減少和枯竭，石化能源產(chǎn)品的價格越來越高，迫使人們不得不考慮過于依賴石化能源的危險性，而逐步轉(zhuǎn)向開發(fā)和利用可再生能源—生物質(zhì)能。生物質(zhì)熱解液化制取生物燃油是把普通的固體生物質(zhì)燃料熱解液化為品位較高的液體燃料，進而轉(zhuǎn)化為電能或車用燃料等高品位能源的一種新技術，己經(jīng)越來越為國內(nèi)外廣泛關注。

生物質(zhì)快速熱解液化是將生物質(zhì)顆粒與過量的惰性熱載體一道喂入反應器，落到轉(zhuǎn)錐的底部，在轉(zhuǎn)錐的離心力作用下，生物質(zhì)顆粒與熱載體迅速混合，并沿著熾熱的錐壁螺旋向上運行，生物質(zhì)顆粒在熱載體和熾熱轉(zhuǎn)錐面的包裹下溫度迅速上升，直至達到熱解溫度快速熱解，如圖1[1]。由此可見，在生物質(zhì)快速熱解液化制取生物燃油的整個過程中，熱載體對生物質(zhì)顆粒的熱解液化起著關鍵作用。在熱解過程中，熱載體的溫度是決定生物質(zhì)熱解程度的重要因素，它控制著生物質(zhì)熱解溫度；同時，熱載體的流量也是影響生物質(zhì)快速熱解溫度和生物燃油產(chǎn)量的一個重要因素，國內(nèi)外還沒有做過此方面的研究試驗。為了使熱載體順利地進入主反應器， 與生物質(zhì)顆粒充分混合接觸，滿足各種生產(chǎn)能力的需求，本實驗初步嘗試了在常溫時，不同管徑、管長的情況下熱載體流量的實驗。

1 實驗原料和設備

1 實驗原料

熱載體顆粒選用精制石英砂，平均直徑為0.35mm、密度為2500kg/m3[2]。

1.2實驗設備

天車、錐形漏斗（6個，白口鐵）、圓形墊片、秒表、秤、圓柱形鐵桶。

2 實驗方法

2.1 實驗臺

試驗臺如圖2，由1-天車、2-鐵桶、3-鐵架、4-漏斗、5-收集桶組成。

2.2 實驗步驟

首先將高為1.5m左右的圓柱形鐵桶固定在鐵架上如圖2，再將不同管長、管徑的錐形漏斗置于圓柱形鐵桶內(nèi)使其緊貼鐵桶底，并將與錐形漏斗相匹配的圓形墊片置于錐形漏斗底部以密封漏斗口， 使用天車分別向其內(nèi)注入不同重量的熱載體（石英砂），抽出墊片，使熱載體自由落下（落入收集桶），并同時開始計時，待熱載體全部漏出，停止計時，記錄數(shù)據(jù)。

2.2.1管長、管徑一定流沙量測定

選定管徑φ，管長L，以不同的砂重量m=20kg、40kg、60kg、80kg、100kg分別實驗三次，測流砂量與時間。

例: 取管徑φ=15mm，管長L=1500mm的錐形漏斗進行實驗，測得數(shù)據(jù)見表1。

2.2.2管長一定、管徑變化流沙量測定

管長一定（即L=1500mm）時，改變管徑分別進行實驗，分別取φ=20mm、25mm、30mm、35mm、80mm，重復上述實驗，測得數(shù)據(jù)見表2。

2.2.3管徑一定、管長變化流沙量測定

改變管長，分別截取L=1200mm、900mm、600mm、300mm，重復以上實驗步驟，測得實驗數(shù)據(jù)見表3。

3 實驗分析及結(jié)論

3.1 實驗分析

3.1.1管徑一定，管長與流砂量關系

熱載體下降管道管徑一定時，管長與流砂量的關系圖3。系列1、2、3、4、5、6分別為管徑ф=15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、80mm管長L與流沙量Q的關系曲線圖。由圖可知，當熱載體下降管道管徑一定時，單位時間的流砂量隨管長的增加呈上升趨勢。

3.1.2管長一定，管徑與流砂量關系

熱載體下降管道管長一定時，管徑與流砂量的關系圖4 。系列1、2、3、4、5分別為管長L=300mm、600mm、900mm、1200mm、1500mm時，

管徑ф與流沙量L 的關系曲線圖。由圖可知，當熱載體下降管道管長一定時，單位時間的流砂量隨管徑的增加顯著增大。

3.2 實驗結(jié)論

本實驗主要研究的是熱載體下降管道不同管徑、管長時，熱載體單位時間內(nèi)的流量與管徑、管長的關系。由實驗可知，當下降管道管徑一定時，單位時間的流砂量隨管長的增加呈上升趨勢；當下降管道管長一定時，單位時間的流砂量隨管徑的增加顯著增大。

本試驗是在常溫時，對不同管徑、管長熱載體流量情況作的初步嘗試，并得出了一組當管徑分別為φ=20mm、25mm、30mm、35mm、80mm，管長分別為L=1200mm、900mm、600mm、300mm時熱載體流量的數(shù)據(jù)，對熱載體流量與管道直徑的選擇提供了重要依據(jù)。如由表3可知，當滿足熱載體流量為2噸/時，若用一根管道，選用管徑φ=35mm,管長L=300mm即可；若用兩根管道，選用管徑φ=30mm,管長L=300mm即可；若用三根管道，選用φ=25mm,管長L=300mm即可。

參考文件

[1] 趙軍，王述洋．轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱解機械機械系統(tǒng)的

研制[J]．農(nóng)業(yè)工程學報，2007，（5）198-200．

[2]董治國，王述洋，李濱．轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)液化裝置的試 驗研究[J]．林業(yè)機械與木工設備,2004，（4）17－19．