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转锥式生物质热解装置中热载体加热方案选择与设计点击：1719 日期：[ 2014-04-26 22:00:15 ] |
| 转锥式生物质热解装置中热载体加热方案选择与设计 曹有为 王述洋 张 剑 (东北林业大学,黑龙江哈尔滨150040) 摘要:根据转锥式生物质热解装置中对加热设备的要求,先后分别选择和设计了三种不同的加热方案,在实际应用中逐步了解每套加热设备的优缺点,为加热设备的改进和该项技术的应用推广奠定坚实的基础。 关键词:生物质;热载体;加热炉;传热;生物燃油 中图分类号:TK6 文献标识码:A 1 引言 我国每年都有大量的生物质资源由于没有经济、高效的利用技术而被闲置废弃,仅农业秸秆、谷物壳皮每年的废弃量就达4*5亿吨[1,2];与此同时,我国石油资源严重不足,目前年石油缺口约达近亿吨[3],预计到2010年,我国年石油缺口将达到1.5亿多吨[4]。因此,研究一种可将大量废弃生物质经济、方便地转换成可在一定程度上替代石油的技术,具有重大的经济意义和社会意义。转锥式生物质热解装置是一套制取生物燃油的新型设备,其中加热设备的设计和研制决定和制约着该技术能否成功。 2 加热方式选择与设计 虽然对固体加热的形式多种多样,但是要寻找一种对本装置比较理想的加热方案是很困难的,因为它需要把热载体(砂子)加热到550℃以上,而且要保持温度变化不大,这涉及到调温、保温和冷却等一系列问题。基于以上原因,通过不断的实验与改进,先后选择和设计了三套加热方案,本文分别对三种加热方案进行详细的介绍。 2.1 加热方案一:加热炉循环风道间接加热 这种加热方案的原理如图1所示,主要设计参数如表1。由加热炉(5)进行加热升温,炉内温度达到一定高度时,打开风扇(6)开始热风循环,热风在风道(2)循环的过程中对主反应器内壁进行加热,主反应器内部的温度随之提高,转锥(3)也被加热到了一定温度,热载体在主反应器内经过多次循环后,将能达到要求温度。风扇在此加热炉内起到非常大的作用,对其要求非常苛刻,基本上工作在800℃以上,故刚度和轴承的保护依然是一个很重要的问题,采用保温层(1)确保温度的稳定,冷却铰(7)解决轴及轴承的冷却问题。 1.保温层;2.热风通道;3.转锥;4.热风道夹墙;5.加热炉;6.风扇;7.冷却铰 图1加热炉循环风道加热示意图 本加热炉(5)在开始工作初期采用秸秆、废弃木材等作为燃烧材料,当热解反应开始后,采用热解蒸气中的不可冷凝气体做燃烧原料,这样不但可解决加热原料来源问题,还能充分回收利用不可冷凝气体,以免造成大气污染。但由于该加热设备存在加热时间过长,温度升高较慢,加热温度难以保持,风扇寿命短等问题,在实际应用一段时间后决定设计加热方案二。 2.2 加热方案二:采用热载体加热器直接加热 这种加热方案是采用自行设计的柴油雾化燃烧器燃烧的火焰直接对热载体加热的方式。原理如图2所示。热载体加热器上部连接热载体输送系统,当热载体从进热载体管(1)流入后,经倒置漏斗(其壁上设置有一定尺寸、数量的圆孔)的分散作用,热载体均匀地向下铺撒下来,经过三层钨丝网(5)的排分,落到柴油雾化燃烧器的火焰时已经变成非常薄而均匀的一层了,被加热后经聚流锥(7)从出热载体管(8)流出,然后进入主反应器把热量传给生物质颗粒。钨丝网还有辅助加热的作用。 本加热器由于对热载体直接加热,解决了加热方案一中的加热时间过长,温度升高较慢的问题,流经少量热载体时具有加热时间短,温度升高较快,加 (热效果理想等一些优点。实际应用一段时间后发现当需要加大热载体流量时,由于三层钨丝网的网眼过密,致使相当一部分的热载体存留在钨丝网上面,透过钨丝网流经火焰的热载体速度过快,加热不充分,达不到温度要求,循环也得不到保障等问题,所以决定设计加热方案三。 1.进热载体管;2.出烟管;3.保温层;4.倒置漏斗;5.钨丝网;6.燃烧器;7.聚流锥;8.出热载体管 图2热载体加热器结构图 2.3 加热方案三:采用热载体加热炉间接加热 这种加热方案是采用自行设计的柴油雾化燃烧器通过燃烧产生的烟气在管道中导热而对热载体间接进行加热的。加热原理如图3所示。柴油燃烧机(5)在燃烧室(4)里燃烧,产生的热烟气在引风装置(7)的作用下充满蛇形加热管(3)内部,冷却的烟气沿着出烟口(6)排出到大气中。常温下的热载体由进热载体口(1)进入到加热炉中,热量由蛇形加热管(3)的外部以导热方式传到热载体中。 1.进热载体口;2.保温层;3.蛇形加热管;4.燃烧室;5.燃烧机;6.出烟口;7.引风机;8.出热载体口 图3热载体加热炉结构图 本加热炉在加热前填充热载体(质量可根据实验需求控制),在加热炉的炉壁上配备3"\4个温度传感器,开6#8个防爆口,加热前关闭出热载体口,进行加热。通过传感器观察当温度达到要求后,开通出热载体口。 本加热炉解决了加热方案二中大流量热载体速度过快、加热不充分、达不到温度要求等问题,能够使热载体达到温度要求,是一套比较理想的热载体加热设备,可最多提供2吨550℃以上的热载体,能够用于中小型规模的实验和应用。但该设备也存在耗材大、成本高、设计和制造复杂、安装和维修不便等一些问题。 3 结束语 随着转锥式生物质热解制取生物燃油技术的不断研究和实验的进行,不断地发现和总结出每套设备的优点和问题,明确了需要改进的目标。相信在今后的研究中必将找到一套更加适合该技术的理想的热载体加热方案,为该项技术的应用推广奠定坚实的基础。 参考文献 [1]高岱.增强新能源利用的中国能源战略研究[J].新能源,1998,20(3). [2]马驰.中国生物质能利用现状及发展趋势[J].新能源,1995,17(8). [3]李申生.世界范围的常规能源危机[J].太阳能,2003,(2). [4]上海社科院.2004中国国际地位报告[R],2004. [5]董治国.转锥式生物质闪速热解液化装置的设计与研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2004. [6]王述洋.生物质热解动力学建模及锥式闪速热解装置设计理论研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2002. |
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