Yi Xiaolu, Лю Zhenxian, Го Dongyan, Сюй Мин, Sun Li
Аннотация: В качестве примера была использована рисовая шелуха для исследования влияния различных размеров частиц рисовой шелухи на характеристики пиролиза и сгорания, коэффициент теплопередачи и сжигание кокса. Термогравиметрический дифференциальный тепловой анализатор TG / DTG6200 использовался для нагрева порошка рисовой шелухи с различными размерами частиц. Полученные результаты показывают, что чем меньше размер зерна корпуса риса, тем ниже температура, с которой анализируется улетучивание, тем меньше время осаждения, тем выше коэффициент теплопередачи и тем выше скорость нагрева. Сжигание, но слишком малый размер частиц одновременно увеличивает теплопотери. Когда размер частиц ниже критического размера, пламя происходит легко. Процесс сжигания кокса зависит от размера частиц, уменьшается размер частиц, скорость реакции горения, сгорание Время сокращается, и это способствует горения.
Биомасса является идеальным источником возобновляемой энергии и привлекает внимание благодаря своей экстенсивности, воспроизводимости и чистоте. [1-8]Существует много видов биомассы, а Китай - крупная сельскохозяйственная страна. Годовой объем производства соломы из биомассы составляет около 600 млн. Тонн, в основном сосредоточен на кукурузном стебле (28,7%), пшеничной соломе (25,4%) и рисовой соломе (14,3%).[9-10]Поэтому следующие исследования биомассы также относятся к остаткам культур.
В настоящее время существует много исследований по пиролизу биомассы, и есть несколько сообщений о характеристиках сжигания биомассы. Форма биомассы сложна, плотность мала, а теплотворная способность низкая, что затрудняет ее применение. Допинг угля и биомассы Сообщалось о технологии горения, о гранулировании и технологии сжигания биомассы, и имеется мало сообщений о прямом сжигании биомассы. Прямое сжигание биомассы в основном происходит сжиганием печи и сжиганием котла. Использование сжигания печи неэффективно, в результате чего образуются энергетические отходы; Технология сжигания котлов значительно улучшает эффективность сгорания. Основные способы сжигания котла включают котлы с кипящим слоем и котлы на слое, в то время как псевдоожиженный слой лучше адаптируется к топливу из биомассы.
Наибольшая разница между сжиганием в псевдоожиженном слое и обычным сгоранием заключается в состоянии сжигания частиц сырья. Частицы псевдоожиженного слоя находятся в процессе псевдоожиженной реакции горения и теплообмена. Этот метод горения очень подходит для прямого сжигания биомассы. Взяв рисовые оболочки в качестве объекта исследования, результаты измерения размера частиц биомассы при сжигании были обобщены и представлены для разработки псевдоожиженного слоя. В то же время это обеспечило благоприятную ссылку для использования энергии биомассы.
1 Характеристики корпуса риса
1.1 Физические характеристики
Корпус риса представляет собой полый материал с шероховатой поверхностью и небольшими заусенцами. Его длина обычно составляет около 10 мм, а его максимальный диаметр составляет 2 ~ 3 мм. Основные его физические свойства и анализ его промышленных элементов показаны в таблице 1 и таблице 2 (промышленный анализ Рисовая шелуха была взята с окраины города Цзинань. Характеристики рисовых корпусов и других соломинок очень схожи. Основное отличие состоит в том, что компоненты золы шелухи в основном представляют собой SiO. 2, поэтому рисовую шелуху также экстрагируют SiO 2Одно из лучших источников биомассы.
1.2 Химические свойства
Из данных табл. 1 и табл. 2 видно, что плотность лузги риса мала, а содержание N и S в составе рисовой шелухи очень низкое. Горение и дымовые газы не должны учитывать проблему десульфурации и денитрификации. Летучее содержание рисового корпуса достигает Более 70% указывает на то, что легко загореться, а также показывает, что тепло, выделяемое при сжигании рисовой шелухи, в основном происходит от летучего горения. Поэтому для рисовой шелухи и другой биомассы состояние горения летучих веществ непосредственно влияет на эффективность сгорания. Эта серия характеристик рисовой шелухи требует особого внимания при ее использовании.
2 Влияние размера частиц на характеристики горения
2.1. Влияние размера частиц на пиролиз
Возьмем три разных размера частиц шелухи, где его длина различать размер частиц, длина риса корпуса 8 ~ 10 мм, длина 0,5 б шелухи ~ 2 мм, длина половы с 0,01 ~ 0,05 мм. Модель с использованием TG / DTG6200 термогравиметрический дифференциальный термический анализатор, диапазон температур: от комнатной температуры ~ 1100 ℃, масса чувствительность: 0,2 г, скорость нагрева 50 ℃ / мин, рисовая шелуха получен, б, в кривых ТГ, ДТА и ДТГ, такие, как Как показано на рисунке 1. Из кривых видно, что сжигание лузбы примерно делится на три этапа.
Анализ водной фазы (АВ), эта стадия является стадией анализа воды, и можно видеть, что существует четкий пик между сегментами AB, представляющий максимальную скорость анализа воды. Удаления летучих веществ и стадии сгорания (CD) , в общем случае, температура, при которой ДТГ принимает 0,1 мг / мин = как температура обезгаживания, осаждается в атмосфере кислорода при сжигании летучего клуба в ближайшее время кокс выгорает стадии (DE), можно видеть из рисунка, либо Изменение кривой TG или DTG в сегменте FG относительно слабое, особенно кривая DTG является более очевидной. Поэтому сжигание кокса в рисовой шелухе относительно медленное.
Как можно видеть из данных, приведенных в таблице 3, три вида рисовой шелухи температуры и удаления летучих компонентов требуемая температура Та достигает максимальное количество осадков плевел> Tb> Тс, то есть при уменьшении размера частиц, рисовая шелуха улетучивание температура снижается, в то время как время, необходимое также уменьшается, летучие горения и сжигание осадков могут быть разделены на два этапа, газ быстрее, скорости горения, время, необходимые для сгорания значительно больше, чем время осаждения, так что могут быть приблизительно ничтожно время горения . объем данных из таблицы 3 осаждают из шелухи того времени удаления летучих веществ составляет 1,61 раза шелухи б, составляет 1,64 раза из рисовой шелухи, рисовая шелуха с указанием его улетучивания частиц времени находится под влиянием, Поскольку частицы уменьшают улетучивание, время анализа уменьшается, а температура корпуса риса c является самой высокой, также из-за ее небольшого размера частиц.
Параметры корпуса риса b и c в основном сходны, а разница между параметрами рисовой шелухи a очень велика. С одной стороны, поскольку размер зерна рисовой шелухи a относительно велик, он не способствует горению, с другой стороны, можно видеть, что когда рисовый корпус является зернистым В определенной степени эффект уменьшения размера зерна рисовой шелухи при пиролизе или горении постепенно ослабевает, и чем меньше размер зерна рисовой шелухи, тем больше будет потребление энергии, а потребление тока будет составлять 10-20 мм. Мощность составляет около 5 кВт / т. Если обработка составляет менее 0,1 мм, требуемая мощность составляет около 20 кВт / т. Поэтому для сжигания рисовой шелухи не ограничено уменьшение размера частиц. Для выбора разумного размера частиц используется всесторонняя экономическая оценка.
Для полной оценки сжигания биомассы был введен индекс характеристик горения '11 -12 'P для описания:
Индекс горения P представляет собой всеобъемлющий показатель, отражающий воспламенение и выгорание рисовой шелухи. Чем больше значение Р, тем лучше характеристики горения рисовой шелухи. Темп роста температуры, изменение размера частиц образца и качество образца являются определенными для характеристик горения корпусов риса. Влияние индекса характеристик сгорания возрастает с уменьшением размера частиц. [9]Индекс характеристик горения P был рассчитан для каждого из трех типов рисовых корпусов, и результатом был Па.[13].
2.2. Влияние размера частиц на теплообмен
С точки зрения поглощения тепла исходными материалами размер частиц уменьшается, а площадь теплообмена сырья увеличивается, что способствует быстрому поглощению тепла и повышению температуры. Вообще говоря, размер частиц мал и коэффициент теплопередачи велик. Когда разность между температурой частицы и температурой окружающей среды сводится к Когда начальное значение составляет 1%, то есть время, необходимое для того, чтобы температура частицы и температура окружающей среды в значительной степени достигали теплового равновесия, имеет следующее соотношение с размером частиц:
Следовательно, размер частиц уменьшается и время роста частиц уменьшается. В то же время размер частиц уменьшается, а коэффициент теплопередачи увеличивается, согласно Чжэн Цяю. [14]При исследовании циркулирующего псевдоожиженного слоя было установлено, что коэффициент теплопередачи увеличивается с уменьшением диаметра шарикового зонда, поэтому уменьшение размера частиц было выгодным для сжигания сырья.
С точки зрения сырья в естественных условиях (т. Е. Условий термического воспламенения) уменьшение размера частиц имеет неблагоприятные факторы для сжигания сырья. Размер частиц не влияет на тепловыделение, но конвекционное теплоотдача уменьшается с диаметром. Напротив, увеличилось [15]Поэтому температура исходного материала снижается, что не способствует горению. Для сжигания того же типа сырья в неподвижном слое размер частиц уменьшается, объемная плотность увеличивается, коэффициент пустот уменьшается, сопротивление возрастает, а сырье находится в аноксическом состоянии, что не способствует горению. Принцип очень прост, но есть много дискуссий. В основном обсуждается влияние конвективной теплоотдачи на горения. Как правило, коэффициент конвективной теплопередачи и критерий Нуссельта имеют следующее соотношение:
Когда размер частиц d исходного материала уменьшается, критерий Nu немного уменьшается, λ не изменяет параметр физического свойства, а α увеличивается, а размер частиц уменьшается, удельная площадь поверхности увеличивается, число частиц увеличивается и увеличивается вероятность столкновения частиц. Увеличьте теплообмен, поэтому, когда размер частиц уменьшается, с одной стороны, способствует сжиганию сырьевых материалов, высвобождению тепла Qf. С другой стороны, само сырье и окружающая среда нагревают Qs, когда Qf> Qs, сжигание сырья, чтобы высвободить много тепла, температура Восхождение: Когда Qf = Qs, сгорание исходного материала выделяет тепло и тепло, балансирует сырье. В это время он находится в относительно стабильном состоянии.
Но когда коэффициент теплопередачи конвекции достаточно велик, существует Qf[15].
Теплотворная способность биомассы низкая, а масса выделяемого тепла на единицу массы намного меньше, чем масса угля. При таком же размере частиц тепло, которое хранится в биомассе, составляет лишь половину от общего объема угля. Когда количество тепла велико, биомасса, скорее всего, будет погашена. На рисунке 2 показаны кривые температуры горения корпуса риса a и рисовой шелухи c в псевдоожиженном слое. Из рисунка видно, что изменение температуры корпуса риса a относительно невелико и относительно стабильно, в то время как рисовая шелуха c достигает определенной мгновенной температуры 1000 ° C, превышает максимальную температуру рисовой шелухи a, но ее изменение температуры велико, самая низкая температура ниже 200 ° C, уже в состоянии тушения. С точки зрения пиролиза скорость пиролиза рисовой шелухи c выше, чем у рисовой шелухи a, скорость анализа улетучивания Вскоре появляется кратковременная высокая температура рисовой шелухи C. В общем, состояние горения рисовой шелухи лучше, чем у рисовой шелухи c. Поэтому в самом топливном оборудовании сырье поступает в высокотемпературный зал печи сгорания из холодного состояния. Высокотемпературный дымовой газ нагревает сырье, и чем меньше зернистость в это время, тем короче время нагрева и чем быстрее исходное сырье достигает температуры горения, но когда сжигание сырья продолжает увеличивать температуру, он становится сырьем для рассеивания тепла в дымовой газ. Меньше, больше тепловыделения, не способствует полному сжиганию сырья, Добавьте потерю механического неполного сгорания стартового материала.
2.3. Эффект сгорания кокса
Процесс горения рисовой шелухи можно разделить на два процесса: летучее сжигание и сжигание кокса. Скорость горения газа намного больше, чем твердая скорость горения, поэтому длина сжигания лука риса зависит в основном от времени горения кокса. Быстрое полное сгорание требует большого количества кислорода в течение короткого периода времени. Летучий кокс инкапсулируется посередине и замедляет его реакцию кислородом, поэтому сжигание кокса из рисовой шелухи происходит медленно. Возможны 4 реакции углерода и кислорода следующим образом: :
Для этих четырех механизмов реакции Уик и Вюрцбахер предположили, что сгорание углерода следует за механизмом реакции (4). Особенно при температурах выше 1100 ° С реакция 4 более выражена. При более низких температурах она была введена в литературу «15». Формула зависимости между двумя отношениями продуктов заключается в следующем: при температуре от 457 до 897 ° C:
Здесь среднее значение составило 677 ° С, и при этой температуре не наблюдалось снижение содержания углерода. Отношение было рассчитано как 3,4, а доля СО была больше. Отсюда реакция горения углерода была в основном основана на реакции (3). Температура плавления золы относительно низка. В практических применениях температура горения обычно контролируется при 800-900 ° C. Реакция горения в основном основана на реакции 3.
Размер частиц исходного материала уменьшается, а удельная площадь поверхности велика, а массовая скорость реакции углерода на единицу массы велика. [16]Увеличение удельной площади поверхности, смешение кислорода на единицу объема и увеличение площади контакта увеличивает реакцию сгорания углерода. Кислород диффундирует на углеродную поверхность, с одной стороны, замедляется горючим газом, а с другой стороны, он сжигается углеродной поверхностью. Замедление золы, уменьшение количества частиц сырья, образование запаздывания золы при сжигании углерода невелико, что способствует диффузии кислорода. Уточнение частиц углерода может увеличить коэффициент переноса массы диффузии кислорода на поверхность углерода. [17]Поэтому уменьшение размера частиц сырья выгодно для сжигания кокса.
3 вывода
(1) Благодаря термогравиметрическому анализу корпусов риса можно видеть, что чем меньше размер частиц, тем ниже температура, на которой анализируется улетучивание, тем меньше времени для завершения такого же анализа улетучивания и тем быстрее скорость горения, для кокса, тем больше размер частиц Чем меньше, тем быстрее скорость горения, тем меньше время горения сырья, чем меньше зернистость, тем больше коэффициент теплопередачи, тем быстрее скорость производства сырья и тем меньше времени, требуемого для сгорания, но чем меньше зернистость. То же самое будет увеличивать количество тепловыделения сырья, когда размер частиц уменьшается ниже определенного порога d, он будет погашен из-за чрезмерного рассеивания тепла.
(2) Выбор размера частиц сырья также должен учитывать экономику. Когда сырье нужно обрабатывать до очень небольшого размера частиц, потребляемая им мощность также очень велика, а потребляемая мощность биомассы, обработанной до 10-20 мм, составляет 5 кВт / л. Вокруг t, если обработка составляет менее 0,1 мм, требуемая мощность будет составлять около 20 кВт / т. Поэтому обработку частиц по размерам сырья необходимо сочетать с выбором ее критического значения и экономии.
ссылки
'1'Corella J, Orio A, Toledo J M.Biomass газификация воздухом в псевдоожиженном риформинге газового состава коммерческим паровым катализатором J. Ind Eng Chen Res, 1998 37 (12): 4617-4626.
«2'Azbar M, Caballero M, Gil J, и др. Коммерческий паровой реформинг-катализ для улучшения газификации биомассы с парокислородными смесями» J. In-dEng Chen Res, 1998, 37 (7): 2668-2680.
'3'Scott D S, DiskorzJ. Непрерывный зольный пиролиз биомассы. J. CamJ Chem Eng, 1984, 62: 404-412.
«4» Лу Пэнмэй, Чан Цзе, Сюн Цухун и др. Воздушно-паровое испарение биомассы в псевдоожиженном слое «J». Журнал топливной химии и технологии, 2003, 31 (4): 305-310.
«5» WANG Zhi-wei, TANG Song-tao, SU Xue и др. Моделирование пиролиза и газификации биомассы в псевдоожиженном слое «J». Журнал топливной химии и технологии, 2002, 30 (4): 342-346.
«6» GUO Jianwei, SONG Xiaorui, CUI Yingde. Каталитический пиролиз и газификация биомассы в реакторах с псевдоожиженным слоем. «J». Журнал топливной химии и технологии, 2001, 29 (4): 319-322.
'7'Schuster G, Ldffler G.Biomass, парогазовая газификация: обширное исследование парфюмерного моделирования' J. BioresourceTechnol, 2001, 77 (1): 71-79.
«8'Delgado J, Aznar MP, газификация CORELLA J.Biomass с паром в псевдоожиженном слое: эффективность CaO, MgO и CaO-MgO для очистки горячего сырого газа» J. Ind Eng Chem Res, 1997, 36 (5): 1534-1543.
«9» Ма Сяоцинь, Ли Баоцян, Цуй Янь и др. Экспериментальное исследование кинетических характеристик процесса горения риса «J». Китайский журнал солнечной энергии, 2003, 24 (2): 213-217.
«10» Дай Лин, Ли Цзинмин. Разработка и оценка технологии преобразования энергии биомассы в Китае «М.». Пекин: China Environmental Science Press, 1998.
«11» Shen Boxiong, Liu Dechang, Lu Jijun. Влияние характеристик воспламенения масла и сжигания горения на «J». Нефтепереработка и химическая промышленность, 2000, 31 (10): 60-64.
'12' Zhang National, Liu Shengyong. Теория сжигания и ее применение «M». Чжэнчжоу: Henan Science and Technology Press, 1993.
«13» Чжай Фанфей, Чжан Миншу. Исследование режима горения и характеристик горения биомассы. «J». Journal of China Coal Society, 2005, 30 (1): 104-108.
«14» Чжэн Цяю, Ван Сюэюань. Исследование теплопередачи в нагретой поверхности в циркулирующей псевдоожиженной кровати «C» // 5-й Национальный симпозиум по флюидизации. 1990: 172-175.
'15' Cen Kefa, Yao Qiang, Luo Zhongyu и др. Advanced Combustion 'M'. Ханчжоу: Zhejiang University Press, 2000.
«16» Чэнь Сяопин, Гу Сяобин, Дуань Юйфэн и др. Изучение характеристик воспламенения и стабильности сгорания испаренного полукокса под давлением [Дж]. Тепловая энергетика, 2005: 20 (3): 153-156.
«17» Чан Хунчжэ, Чжан Юнкан, Шэнь Цзикунь. Топливо и сжигание «М». Шанхай: Шанхайский университет Цзяотун, 1993 год.
