Lv Вэй 1, Ли Янь Донг 1, Ли Руи Ян 2Лю Цзяньхуа 3Шао Хайцзян3
(1. Школа механики и энергетики, Харбинский университет науки и техники, Харбин, 150080, Хэйлунцзян, Китай, 2. Школа энергетической науки и техники, Харбинский технологический институт, Харбин 150001, Хэйлунцзян, 3. Lanxi Thermoelectric Co., Ltd., Lanxi 321100,
Аннотация: Согласно теории двухфазного течения газа с твердым телом математическая модель тепломассопереноса частиц топлива биомассы при сушке в горизонтальной прямой трубке была установлена путем анализа характеристик процесса сушки частиц топлива из биомассы. Численный метод был использован для решения модели, Эксперименты проводились для проверки влияния начального содержания влаги, температуры воздуха на входе и объема подачи на сушку биомассы, были протестированы и проанализированы соответственно.
0 Введение
Энергия биомассы уступает только углю, нефти, природному газу, четвертому по величине источнику энергии, на который приходится около 14% мирового общего потребления энергии[1]Энергия биомассы составляет около 33% первичной энергии в нашей стране, второй по величине источник энергии рядом с углем[2].
Разработка и использование соломинок для биомассы является важным способом использования возобновляемых источников энергии, но свежесобранные соломинки биомассы имеют высокое содержание воды, легко приводят к ухудшению их хранения и затрудняют загорание и стабилизируют сгорание при непосредственном сжигании стратифицированного котла для сжигания. Эти проблемы могут быть эффективно решены путем инъекции определенной доли высушенных топлив из биомассы, которые измельчаются в верхней части колосниковой решетки, и проблема сушки биомассы постепенно экспонируется при ее крупномасштабном использовании и стала основным фактором, влияющим на сжигание и использование сельскохозяйственных соломинок Серьезная проблема. Для достижения крупномасштабного стратифицированного сжигания и использования стеблей с высоким содержанием воды имеет практическое значение проведение эффективных исследований сушки некоторых из соломенных частиц биомассы, которые были измельчены (измельчены и в основном гранулированы).
Сушка в воздушном потоке является эффективным, непрерывным методом псевдоожижения, который характеризуется: ① коротким временем высыхания; ② газофазный двухфазный контакт заполнен, способствует тепло- и массообмене; ③ простое оборудование, широкая приспособляемость [3- 5]В этой статье математическая модель процесса сушки биомассы, основанная на двухфазной теории течения газа с твердым течением, используется для моделирования процесса сушки в воздушном потоке влажного биомассы, а выводы получены путем экспериментальной проверки и сравнения. Он дает справочную информацию для проектирования и анализа производительности сушилки с воздушным потоком и дает ценные рекомендации для фактического процесса сушки производства энергии биомассы, поощряемого государством.
1 модельные допущения
Основываясь на характеристиках воздушной сушки, чтобы облегчить математические расчеты, воздушная сушка, чтобы сделать некоторые разумные предположения[6- 8]:
1) материал является изотропной однородной сферой;
2) начальная температура и содержание влаги в материале равномерно распределены;
3) Объемная усадка материала в процессе сушки незначительна;
4) Влага диффундирует изнутри материала на поверхность, и испарение происходит только на поверхности.
5) конвекционный теплообмен между горячим воздухом и поверхностью материала, а затем теплопроводность внутри материала;
6) Изоляция сушильной трубы.
2 Математическая модель[9- 10]
3 и экспериментальная проверка
Благодаря компьютерному программированию в сочетании с физическими свойствами материалов, характеристиками параметров воздуха и водяного пара с учетом начальных параметров в условиях основной программы с использованием вызова подпрограммы (с использованием функции ode45 [11]) Чтобы решить систему уравнений, получить влажность биомассы, содержание влаги в воздухе и другие параметры с численным решением изменения длины трубки и провести соответствующую кривую.
Как видно из рисунка 2, существует некоторое отклонение между экспериментальным значением и расчетным значением, но в основном совпадают. Причины отклонения следующие: ① Модель основана на вышеприведенных предположениях; ② На результаты измерения содержания влаги в топливе биомассы влияют полученные материалы, методы измерения и т. Д. Поэтому численное моделирование покажет некоторые отличия, поэтому симуляция сушки может отражать тенденцию развития процесса сушки в воздушном потоке и реальную ситуацию, в которой изменяется влажность частиц в сушильной трубке.
4 анализа результатов
Как можно видеть на фиг. 3, процесс сушки в воздушном потоке можно в широком смысле разделять на две стадии, где влажность материала и воздуха сильно изменяется на начальном этапе процесса сушки из-за относительной разности скоростей и температур между твердыми частицами и скоростью потока газа Большие и сломанные материалы могут быть лучше диспергированы в воздушном потоке, вся площадь поверхности материала может быть использована в качестве эффективной сушильной зоны. Одновременно с потоком воздуха на дисперсии материала и мешающим эффектом, так что поверхность испарения постоянно обновляется. Поэтому твердые частицы и горячий воздух На этом этапе процесс сушки был выполнен достаточно полно, поэтому на этой стадии температура твердых частиц и температура горячего воздуха уменьшается с длиной сушильной трубки, чтобы уменьшить ее стоимость Затем процесс сушки переходит в период релаксации. С увеличением скорости и температуры твердых частиц и уменьшением температуры и скорости горячего воздуха усиливается тепловая и массопереносная сила между горячим воздухом и твердыми частицами. Численные изменения параметров Чтобы облегчить.
5 факторов, влияющих на анализ сушки
5.1 начальная влажность сушки
Сушка воздуха при температуре 140 ° С и скорости подачи 1,5 кг / мин проводилась при различном исходном содержании воды 56% ~ 43%, и результаты показаны на фиг.4. Можно видеть, что сушка в основном концентрируется в передней части сушильной трубы 1 ~ 2 м высыхание быстрее, после более медленного высыхания в случае той же длины сушильной трубки можно увидеть через сравнение, тем выше начальное содержание влаги для достижения более сложной сушки фактической операции сушки, вы можете предварительно высушить желаемый материал в Не влияет на использование корпуса необходимой сушки, чтобы добиться желаемого эффекта сушки быстрее.
5.2 температура воздуха на эффект сушки
В скорости подачи испытательной установки от 1,5 кг / мин, начального содержания влаги 50% материала, в соответствии с различной температурой воздуха на входе (100 ~ 150 ℃) для сушки теста соломенной биомассы топлива потока газа, результаты испытаний на фигах. 5. График может быть сформирован Можно видеть, что с увеличением температуры воздуха скорость сушки также увеличивается, а эффект сушки лучше. Это связано с тем, что увеличение температуры воздуха увеличивает разность температур между газовой и твердой фазами, а тепло- и массоперенос между двумя обострить «12». с увеличением температуры воздуха, биомассы, частицы соломы ускоренное испарение поверхностной влаги, внутренней диффузии влаги ускоренной скорости, конечный результат в том, что скорость сушки увеличивается. это предполагает улучшение температура воздуха на входе сушки выгодно.
5.3 Поток массы влажного материала на эффект сушки
После сушки температура газа составляет 140 град] С, исходное содержание воды 50% масс были испытаны при различных только материальные условия массового расхода Результаты испытаний показаны на рисунке 6. изменение массового расхода влажного запаса, который сушит газ -.. Твердое вещество Как видно из рисунка, когда скорость потока материала уменьшается, т. Е. Отношение газ-твердое вещество увеличивается, скорость сушки частиц по длине сушильной трубки увеличивается, содержание влаги в частицах через выпускное отверстие сушилки значительно уменьшается. уменьшенный поток означает более горячий воздух в качестве среды для удаления влаги в материале, количество водяного пара, содержащееся в воздухе, может быть увеличено, соответственно, но газ-твердого соотношение слишком высоко, температура выхлопных газов слишком высока, приведет, так что тепло тепло воздуха, не могут быть эффективно использованы, что приводит к снижению потерь энергии. Кроме того, выше, чем газ-твердое вещество, поток газа, а также заставить частицы сушить слишком быстро, так что время частицы пребывания в сушильной трубе сокращается, тепло может также вызвать не может быть достаточно Используется, поэтому соответствующее соотношение газ-твердое вещество способствует улучшению эффекта сушки.
6 Заключение
В результате испытания на сушку результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными результатами, и сухая математическая модель правильна. Модель может хорошо моделировать и прогнозировать тепло- и массоперенос всего процесса сушки и проводить экспериментальные исследования и анализ факторов, влияющих на сушку. Выработка электроэнергии в фактических проблемах сушки дает ценную ссылку.
Ссылки:
«1» Цзян Цзяньчунь. Текущий статус и перспективы исследований использования энергии в биомассе «J». Химия и промышленность лесных товаров, 2002 (2): 75-80.
'2' Чжу Цинши, Ян Лифэн, Го Цинсян Biomass чистая энергия 'М'. Пекин: Химическая промышленность Пресс, 2002: 16-20.
«3» Ши Цзинянь, Чэнь Джунлу, Тан Хао. Численное моделирование процессов сушки выхлопных газов глинозема J. Modern Manufacturing Engineering, 2009, 2: 98-100.
'4' Dai Sujie. Сушка в воздухе при производстве пентаэритрита J. Liaoning Chemical Industry, 2006, 35 (4): 236-237.
«5» WU Qunying. Оптимизация потока топлива для горячего воздуха для сушки медных концентратов воздушным потоком. Чанша: Школа информатики и инженерии Центрального Южного университета, 2007: 15-20.
Чжао Чжэньнань, Конвективный тепломассоперенос «М». Пекин: Press Higher Education, 2007.
«7» Лян Минхай, Чжоу Цюаньшань, Цяо Юнцинь, проектирование и расчет сушильной трубки для сушки пшеничного глютена «Дж». Пищевая переработка, 2008, 33 (1): 60-63.
«8» Хуан Чжиган, Чжу Хуэй, Ли Донг и др. Численное моделирование и экспериментальное исследование тепломассопереноса гранулированных материалов [J]. Компьютерное моделирование, 2006, 23 (9): 330-333.
'9' ZHENG Guo-sheng, CAO Chong-wen. Математическая модель сушки в воздухе твердых частиц «J». Журнал Пекинский сельскохозяйственный инженерный университет, 1994, 14 (2): 35-42.
'10' ZHENG Xiaodong. Эксплуатация и структурная оптимизация Моделирование импульсного сушильного устройства D '. Циндао: Школа химической инженерии, Циндаоский университет науки и техники, 2006: 20-30.
'11'GERALD Recktenwald. Численные методы и реализация и применение MATLAB 'M'. Wu Gu, Wan Qun, Zhang Hui, et al., Beijing: Mechanical Industry Press, 2004.
Журнал Чжэнчжоуского института легкой промышленности (издание Natural Science Edition), 2008, 23 (1), 67-70. Лю Сяньцян, Чэнь Джунлу, Лю Мейхонг и др.
