Lv Wei 1Li Yan Dong 1Li Rui Yang 2Liu Jianhua 3Shao Haijiang3
(1. Escola de Engenharia Mecânica e de Energia, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150080, Heilongjiang, China; 2. Escola de Ciências e Engenharia de Energia, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, Heilongjiang; 3. Lanxi Thermoelectric Co., Ltd., Lanxi 321100,
Resumo: De acordo com a teoria do fluxo de duas fases gás-sólido, o modelo matemático de transferência de calor e massa de partículas de combustível de biomassa durante o processo de secagem em tubo linear horizontal foi estabelecido analisando as características do processo de secagem de partículas de combustível de biomassa. O método numérico foi usado para resolver o modelo, As experiências foram realizadas para verificar os efeitos do teor de umidade inicial, temperatura do ar de entrada e volume de alimentação na secagem de biomassa foram testadas e analisadas, respectivamente.
0 Introdução
A energia de biomassa é o segundo lugar para o carvão, o petróleo, o gás natural, a quarta maior fonte de energia, representando cerca de 14% do consumo global de energia total[1]A energia de biomassa representa cerca de 33% da energia primária em nosso país, a segunda maior fonte de energia ao lado do carvão[2].
O desenvolvimento e a utilização de palhetas de biomassa é uma forma importante de utilizar energia renovável, mas as palhetas de biomassa recém-colhidas têm alto teor de água, levam facilmente à deterioração do seu armazenamento e são difíceis de pegar fogo e estabilizam a combustão na combustão direta da caldeira de combustão estratificada. Esses problemas podem ser efetivamente resolvidos através da injeção de uma certa proporção dos combustíveis de biomassa seca que são moídos na parte superior da grelha e o problema da secagem de biomassa é gradualmente exposto em grande escala de utilização e começou a se tornar um fator importante que afeta a grande utilização de palhetas de cultura Um problema sério. Para conseguir uma combustão estratificada em larga escala e a utilização de talos com alto teor de água, é de importância prática realizar estudos de secagem efetivos em algumas das partículas de palha de biomassa que foram pulverizadas (esmagadas e principalmente granuladas).
A secagem do fluxo de ar é um método de secagem eficiente e contínuo de fluidização, que é caracterizado por: ① tempo de secagem curto; ② contato de duas fases gás-sólido está cheio, propício ao calor e transferência de massa; ③ equipamento simples, ampla adaptabilidade [3- 5]. De acordo com este documento, um modelo matemático do processo de secagem da biomassa da teoria de fluxo de gás-sólido combustível estabelecido, o teor de humidade do fluxo de ar do processo de secagem de combustíveis de biomassa de simulação numérica e de comparação e verificação por experiências concluiu que os resultados podem ser secador de ar para a análise de projeto e desempenho de referência, o processo de secagem real para o país para incentivar a geração de energia de biomassa para fornecer base valiosa orientação.
1 modelo de suposições
Com base nas características da secagem ao ar, para facilitar os cálculos matemáticos, a secagem ao ar para fazer alguns pressupostos razoáveis[6- 8]:
1) o material é uma esfera uniforme isotrópica;
2) a temperatura inicial e o teor de umidade do material estão uniformemente distribuídos;
3) O encolhimento do material durante o processo de secagem é negligenciável;
4) A umidade difunde do interior do material para a superfície e a evaporação ocorre apenas na superfície.
5) entre o ar quente e a superfície de transferência de calor de convecção do material, e forma, em seguida, termicamente condutor para o material de transferência interna;
6) Isolação do tubo de secagem.
2 modelo matemático[9- 10]
Solução de modelo 3 e verificação experimental
programação de computadores, os parâmetros físicos do material, ar, e parâmetros de vapor, os parâmetros iniciais sob as condições dadas, o uso do programa principal para chamar uma subrotina (função de ligação empregues ode45 [11]) Para resolver as equações de resolução numérica, do conteúdo de mudança de combustível de biomassa, o teor de água do ar e outros parâmetros obtidos com o comprimento do tubo de humidade, e uma curva de correlação representados graficamente.
Como pode ser visto a partir da Figura 2, a presença do teste e os valores calculados são consistentes, mas alguns desvios causar desvios são: ① modelo baseia-se no pressuposto de estabelecimento; teor de humidade resultado da medição ② recuperadora combustível biomassa, etc. Determinação por múltiplos efeitos, então haverá algumas diferenças de valor, de modo a simulação de secagem pode refletir a situação real e a tendência de desenvolvimento da umidade partículas fluxo do processo de uma mudança no duto de secagem secagem.
Análise de 4 resultados
Como pode ser visto na Figura 3, o processo de secagem do fluxo de ar pode ser amplamente dividido em duas seções, onde o teor de umidade do material e do ar varia muito durante o estágio de secagem inicial devido à diferença relativa de velocidade e temperatura entre as partículas sólidas e a taxa de fluxo de gás Os materiais grandes e quebrados podem ser melhor dispersos no fluxo de ar, toda a área de superfície do material pode ser usada como uma área de secagem eficaz. Ao mesmo tempo que o ar circula sobre a dispersão do material e o efeito de agitação, de modo que a superfície de evaporação seja constantemente atualizada. Portanto, as partículas sólidas e o ar quente Nesta fase, o processo de secagem foi realizado de forma bastante completa, portanto, nesta fase, a temperatura das partículas sólidas e a temperatura do ar quente diminuem com o comprimento do tubo de secagem para reduzir seu valor Em seguida, o processo de secagem entra no período de relaxamento. Com o aumento da velocidade e temperatura das partículas sólidas e a diminuição da temperatura e velocidade do ar quente, a força motriz do calor e da transferência de massa entre o ar quente e as partículas sólidas diminui. Para facilitar.
5 fatores que afetam a análise de secagem
5.1 teor de umidade inicial do efeito de secagem
A secagem ao ar a uma temperatura de 140 ° C e uma taxa de alimentação de 1,5 kg / min foi realizada a diferentes níveis iniciais de água de 56% a 43%, e os resultados são mostrados na Fig. 4. Pode ver-se que a secagem é concentrada principalmente na seção frontal do tubo de secagem 1 ~ 2m estágio de secagem mais rápido, depois de secar mais lentamente no caso do mesmo comprimento do tubo de secagem, pode ser visto por contraste, quanto maior o teor de umidade inicial para conseguir mais difícil de secar a operação de secagem real, você pode pré-secar o material desejado em Não afeta o uso do caso da secagem necessária, para obter o efeito de secagem desejado mais rápido.
5,2 temperatura do ar no efeito de secagem
Na taxa de alimentação do leito de teste de 1,5 kg / min, o teor inicial de água de 50% sob as condições do ar em diferentes temperaturas de entrada (100 ~ 150 ℃) teste de secagem do fluxo de gás de combustível de palha de biomassa, os resultados do teste mostrados na Figura 5. Na curva Pode-se ver que, com o aumento da temperatura do ar, a taxa de secagem também aumentará e o efeito de secagem será melhor. Isso ocorre porque o aumento da temperatura do ar aumenta a diferença de temperatura entre o gás e as fases sólidas e a transferência de calor e massa entre eles Exacerbado com o aumento da temperatura do ar, a velocidade de evaporação da humidade da superfície da partícula de palha de biomassa, a velocidade interna de difusão da água também acelerou, o resultado final é a taxa de secagem. Isso mostra que aumentar a temperatura de entrada de ar é favorável ao processo de secagem.
5.3 fluxo de massa do material molhado sobre o efeito de secagem
Temperatura de secagem de 140 ℃, o teor de umidade inicial do material foi de 50%, alterando a taxa de fluxo de massa do material em condições de teste. Os resultados do teste são mostrados na Figura 6. A alteração da taxa de fluxo em massa do material úmido é o processo de secagem do gás-sólido de duas fases Como pode ser visto a partir da figura, à medida que a taxa de fluxo do material diminui, ou seja, a relação gás-sólido aumenta, a taxa de secagem das partículas ao longo do comprimento do tubo de secagem aumenta, o teor de umidade das partículas através da saída do secador significativamente reduzido. Diminuir o caudal significa que um ar mais quente é usado como meio para remover a umidade do material e a quantidade de vapor de água que pode ser contida no ar é aumentada de forma correspondente. No entanto, uma relação gás / sólido excessivamente alta resulta em uma temperatura de gases de exaustão excessivamente alta, O calor do ar não pode ser efetivamente usado, resultando em desperdício de energia. E, uma relação gás-sólido mais alta, também pode levar ao fluxo de ar e as partículas foram secas muito rápido, tornando as partículas no tubo de secagem menor tempo de residência, também pode causar calor não pode ser suficiente Seja usado, de modo que a relação gás-sólido apropriada, é propício para melhorar o efeito de secagem.
6 Conclusão
Através do teste de secagem, os resultados da simulação estão de acordo com os resultados experimentais e o modelo matemático seco é correto. O modelo pode simular e prever a transferência de calor e massa de todo o processo de secagem e realizar pesquisas e análises experimentais sobre os fatores que afetam a secagem. A geração de energia nos problemas reais de secagem fornece uma referência valiosa.
Referências:
'1' Jiang Jianchun. Status atual e Prospecto da Pesquisa de Aplicações de Energia de Biomassa 'J'. Química e Indústria de Produtos Florestais, 2002 (2): 75-80.
'2' Zhu Qingshi, Yan Lifeng, Guo Qingxiang Biomassa de energia limpa 'M'. Pequim: Indústria Química Press, 2002: 16-20.
'3' Shi Jinyan, Chen Junruo, Tan Hao. Simulação numérica de processos de secagem de fluxo de alumina J. Modern Manufacturing Engineering, 2009, 2: 98- 100.
'4' Dai Sujie. Secagem ao ar na produção de pentaeritritol 'J'. Liaoning Chemical Industry, 2006, 35 (4): 236-237.
'5' WU Qunying. Otimização do fluxo de combustível de fogões a ar quente para secagem de concentrados de cobre por fluxo de ar. Changsha: Escola de Ciências da Informação e Engenharia, Universidade Central do Sul, 2007: 15-20.
Zhao Zhennan, calor convectivo e transferência de massa 'M'. Pequim: imprensa de ensino superior, 2007.
'7' Liang Minghai, Zhou Quanshen, Qiao Yongqin, design e cálculo do tubo de secagem do fluxo de glúten de trigo 'J'. Processamento de alimentos, 2008, 33 (1): 60-63.
'8' Huang Zhigang, Zhu Hui, Li Dong, et al. Simulação numérica e estudo experimental sobre transferência de calor e massa de materiais granulares [J]. Simulação de Computador, 2006, 23 (9): 330- 332.
'9' ZHENG Guo-sheng, CAO Chong-wen. Modelo matemático do fluxo de ar Secagem de materiais particulados J. Jornal da Universidade de Engenharia Agrícola de Pequim, 1994, 14 (2): 35-42.
'10' ZHENG Xiaodong. Operação e otimização estrutural Simulação do secador de fluxo de ar pulsado 'D'. Qingdao: Escola de Engenharia Química, Universidade Qingdao de Ciência e Tecnologia, 2006: 20-30.
'11' GERALD Recktenwald. Métodos numéricos e Implementação MATLAB e Aplicação 'M'. Wu Gu, Wan Qun, Zhang Hui e outros. Beijing: Mechanical Industry Press, 2004.
Journal of Zhengzhou Institute of Light Industry (Edição de Ciência Natural), 2008, 23 (1), 67-70. Liu Xianqian, Chen Junruo, Liu Meihong, et al. Simulação computacional de straight-
