Yi Xiaolu, Liu Zhenxian, Guo Dongyan, Xu Min, Sun Li
Resumen: arroz cáscara Ejemplo investigado los efectos de arroz diferente diámetro de partícula cáscara del coeficiente de transferencia de calor sobre las características de pirólisis y de combustión, la combustión del coque, el uso de TG análisis / DTG6200 termogravimétrico diferencial térmico de diferente polvo de partículas tenía una cáscara de arroz caliente experimentos de soluciones, obtenidos con diferentes TG, DTG, curva DTA. los resultados mostraron que la cáscara de menor tamaño de partícula que desvolatilización baja sea la temperatura, más corto es el tiempo de deposición, el coeficiente de transferencia de calor se incrementa, aumentando la velocidad de calentamiento, a favor combustión, pero demasiado pequeñas partículas al tiempo que aumenta el grado de pérdida de calor, cuando el diámetro de partícula es menor que la dimensión crítica, con tendencia a fallar fenómeno influido por el proceso de combustión de tamaño de partícula de coque, el tamaño de partícula se reduce, la velocidad de reacción se acelera la combustión, la combustión El tiempo se acorta y es propicio para la quema.
La biomasa es una fuente de energía renovable ideal y atrae la atención de las personas debido a su extensividad, reproducibilidad y limpieza. [1-8]Biomasa amplia gama de nuestro país es un país agrícola grande, la producción anual de paja materias primas a alrededor de 600 millones de toneladas, principalmente en el rastrojo de maíz (28,7%), paja de trigo (25,4%) y la paja de arroz (14,3%)[9-10]Por lo tanto, la siguiente investigación sobre biomasa también es para residuos de cultivos.
En la actualidad muchos materiales, prima para la investigación de pirólisis, pero poca investigación sobre las características de combustión de forma compleja biomasa informado. Biomasa, la densidad del valor calorífico pequeño, baja, lo que hace que sea difícil el uso de carbón y biomasa mezclado tecnologías de la quema, tecnologías de combustión de biomasa tales como granulación ha habido algunos informes, mientras que el dispositivo también la combustión directa de la biomasa de combustión directa de la biomasa rara vez se informó principalmente quemador de la estufa quemador de la estufa y la eficiencia de la combustión de la caldera es baja, lo que resulta en pérdida de energía ..; tecnología de combustión mejora en gran medida la eficiencia de la combustión, caldera de combustión primaria con un horno de lecho fluidizado caldera quema y una capa, preferentemente un lecho fluidizado y adaptabilidad del combustible de biomasa.
La combustión combustión en lecho fluido con ordinario mayor diferencia es que cuando la combustión de partículas estado crudo, el proceso de combustión en un partículas reactor de lecho fluidizado son el intercambio fluidizado y el calor. Esta combustión directa de la combustión de biomasa es muy adecuado para este experimento cáscara de arroz como el objeto de investigación, resumido por el estudio del efecto de la combustión de las partículas de biomasa para proporcionar una base para el diseño del lecho fluidizado, y esto proporciona una referencia ventajosa para la utilización de la energía de la biomasa.
1 características del casco de arroz
1.1 Características físicas
La cáscara de arroz es una superficie rugosa, hay un pequeño problema técnico en la forma de un material de bobina hueco, generalmente una longitud de aproximadamente 10 mm, tiene el diámetro más grande de 2 ~ 3 mm. Tabla 1 y la Tabla 2 (análisis Sus principales características físicas de Análisis elemental industrial cáscara tomado Jinan origen suburbio). cáscara y otras propiedades muy similares a la paja, la diferencia principal es que los componentes de ceniza de cáscara de arroz son sustancialmente SiO 2, por lo que la cáscara de arroz también se extrae SiO 2Una de las mejores materias primas de biomasa.
1.2 Propiedades químicas
Por los datos de las Tablas 1 y 2 se puede observar, la densidad de pequeña cáscara de arroz, componente N en la cáscara de arroz, el contenido de S es muy bajo, la desulfuración de gas de escape de combustión y desnitrificación hay necesidad de considerar el contenido de volátiles problema de cáscara de hasta más de 70%, lo que indica fácil de encender, pero también ilustra el calor liberado por la quema de cascarilla de arroz de la combustión principal volátil, por lo que para la cáscara de arroz biomasa, ardor volátil situación afecta directamente a la eficiencia de la combustión en gran medida. Esta serie de características de la cáscara de arroz requiere una atención especial cuando se usa.
2 Efecto del tamaño de partícula en las características de combustión
2.1 Efecto del tamaño de partícula en la pirólisis
Tomar tres cáscara de tamaño de partícula diferente, donde su longitud para distinguir tamaño de partícula, una longitud de cáscara de arroz 8 ~ 10 mm, una longitud b cáscara de 0,5 ~ 2 mm, paja longitud c 0,01 ~ 0,05 mm. Modelo utilizando TG / DTG6200 termogravimétrico analizador térmico, rango de temperatura diferencial: temperatura ambiente ~ 1100 ℃, sensibilidad masa: 0,2 g, velocidad de calentamiento 50 ℃ / min, cáscara de arroz obtenido a, b, c de las curvas de TG, DTA y DTG, tales como Como se muestra en la Fig. 1. Se puede ver por las curvas que la combustión de la cáscara se divide aproximadamente en tres etapas.
Análisis de la fase acuosa (AB), esta etapa es la etapa de análisis de agua, y se puede ver que hay un pico claro entre los segmentos AB, que representa la tasa máxima del análisis de agua. La desvolatilización y la etapa de combustión (CD) , en general, la temperatura a la que DTG tomar 0,1 mg / min = como la temperatura de desvolatilización, se precipitó en la atmósfera de oxígeno en la combustión del club volátil pronto coque quemar a cabo la etapa (dE), puede verse en la figura, ya sea curvas de TG DTG se debilitó relativamente cambio de segmento FG, en particular, las curvas de DTG más obvias, muestra de combustión relativamente lenta de la cáscara de arroz coque.
Como puede verse a partir de los datos de la Tabla 3, tres clases de cáscara de arroz temperatura de desvolatilización y la temperatura deseada Ta alcanza la cantidad máxima precipitación paja> Tb> Tc, es decir, como el tamaño de partícula disminuye, cáscaras de arroz desvolatilización temperatura disminuye, mientras que el tiempo requerido se reduce también; combustión volátil y la combustión de precipitación se pueden dividir en dos etapas, el gas más rápido velocidad de combustión, el tiempo requerido para la combustión es mucho mayor que el tiempo de precipitación, lo que puede haber tiempo de combustión de aproximadamente insignificante . la cantidad de datos de la tabla 3 se precipita de la cáscara de un tiempo de desvolatilización es 1,61 veces la cáscara b, c es 1,64 veces de cáscaras de arroz, cáscaras de arroz que indica su desvolatilización partícula tiempo está influenciada, A medida que las partículas disminuyen la volatilización, el tiempo de análisis se reduce, la temperatura del cáscara de arroz c es la más alta, también debido a su pequeño tamaño de partícula.
parámetros c cáscara de arroz b y sustancialmente similar, un parámetro de diferencia excesivamente arroz gran cascos, cáscaras de arroz en parte debido a un tamaño de partícula grande, no es propicio para la combustión; por otra parte se puede ver que, cuando la cáscara de partícula de arroz pequeña en cierta medida, y luego reducir la influencia de su combustión tamaño de partícula cáscara o pirólisis debilitado gradualmente, mientras que el proceso de la cáscara de tamaño de partícula menor requeriría mayor consumo de energía, el proceso es ahora el consumo de biomasa 10 20 mm de diámetro ~ potencia de aproximadamente 5 kW / t, si el proceso a 0,1 mm o menos, la potencia requerida necesaria para 20 kW / t o menos. por lo tanto, para la combustión de cáscara de arroz no es ilimitada con partícula amplia evaluación económica para seleccionar una granularidad razonable.
Para evaluar completamente la combustión de biomasa, se introdujo el índice P de combustión de '11 -12 'para describir:
P Índice refleja las características de combustión de cáscaras de arroz en quemadura fuego y el índice de la amplia, mayor es el valor de P, las características de combustión de cáscaras de arroz se explica mejor. Velocidad de calentamiento, tamaño de partícula y cambio de peso de la muestra de una muestra de las características de combustión de cáscaras de arroz tienen un cierto índice El efecto del índice de características de combustión aumenta con la disminución del tamaño de partícula [9]El índice de características de combustión P se calculó para cada uno de los tres tipos de cáscaras de arroz y el resultado fue Pa.[13].
2.2 Efecto del tamaño de partícula en la transferencia de calor
A partir de la absorción de calor en términos de materia prima, el tamaño de partícula se reduce, aumentando el área de transferencia de calor de las materias primas, y facilita la rápida calefacción endotérmico, en tamaño de partícula en general, pequeño, el coeficiente de transferencia de calor es grande cuando la diferencia de temperatura entre las partículas y la decadencia la temperatura ambiente hasta Cuando el valor inicial es 1%, es decir, el tiempo requerido para que la temperatura de la partícula y la temperatura ambiente alcancen sustancialmente el equilibrio térmico tiene la siguiente relación con el tamaño de partícula:
Por lo tanto la reducción de tamaño de partículas, reduciendo el tiempo de elevación de la temperatura de la partícula, mientras que el tamaño de partícula se reduce, aumentando el coeficiente de transferencia de calor, el contacto de acuerdo con Cheng [14]Encontraron que en el estudio de un lecho fluidizado circulante, el coeficiente de transferencia de calor disminuye a medida que el diámetro de la bola de la sonda se incrementa. Por lo tanto el tamaño de partícula disminuye, beneficioso materia prima de combustión.
Desde el aspecto de las materias primas en la condición natural (es decir, condiciones de combustión de calor) en términos de la reducción de la granularidad del material de combustión tiene sus desventajas. El tamaño de partícula de la liberación de calor no se ve afectada, pero la refrigeración por convección, pero con el diámetro reducido Aumentó a la inversa [15], De modo que la temperatura del material disminuye, no es propicio para la combustión. Para los mismos tipos de materias primas hechas por la quema en un lecho fijo, el tamaño de partícula disminuye, la densidad aparente, la reducción de la porosidad, la resistencia aumenta, de modo que la materia prima en un estado hipóxico, no es propicio para la combustión su principio es muy simple, pero más discusión se centró en la influencia de la convección en la quema de aquí por lo general tienen la siguiente relación al coeficiente de transferencia de calor exilio y criterios de Nusselt ..:
Cuando el diámetro de partícula material de partida d se reduce, las directrices Nu mucho más reducido, parámetros físicos [lambda] es sustancialmente constante, el aumento de α, mientras que la reducción del tamaño de partícula, aumenta la superficie específica, aumentando el número de partículas, aumenta la probabilidad de colisiones entre las partículas entre sí transferencia de calor mejorada, cuando se reduce el tamaño de partícula, por una parte facilitar la combustión de la materia prima, la liberación de calor Qf; por otra parte propia materia prima con la disipación de calor medio ambiente circundante Qs es, cuando Qf> Qs, la liberación de la cantidad de calor de material de combustión, la temperatura aumentado; cuando Qf = Qs, con el material de materia prima de liberación de calor de balance de calor de combustión, esta vez en un estado relativamente estable.
Cuando el coeficiente de exiliado térmica, pero lo suficientemente grande como para tener Qf[15].
bajo poder calorífico de la biomasa, se libera calor por unidad de masa es mucho más pequeño que el carbón, en el mismo tamaño de partícula, el carbón bruto es sólo la mitad del material acumulador de calor preparado. Cuando una gran cantidad de calor, la biomasa más propensos a estancar fenómeno la figura 2 es un perfil de temperatura de combustión c cáscara de cáscara de arroz en un lecho fluidizado, se puede ver en la figura, un arroz de baja dependencia de la temperatura cascos, es relativamente estable; c aunque cáscaras de arroz y la temperatura alcanza un determinado momento 1000 ℃, cáscaras de arroz excede una temperatura máxima, pero los cambios de temperatura, la temperatura mínima es inferior a 200 ℃, ya en el estado apagado. desde el punto de vista de la pirólisis, la pirólisis de la cascarilla de arroz cáscara c una velocidad mayor que, la tasa de desvolatilización rápido, de modo que el corto período de tiempo a alta temperatura en cáscara c., en conjunto, una cáscara de las condiciones de combustión de cáscara de arroz mejor que c. por lo tanto, en el equipo de combustión real, alimentación entra desde el estado frío a un salas de horno de alta temperatura, es la inicial gas a alta combustión de temperatura para calentar la materia prima, el tamaño de partícula más pequeño en este momento, el más corto es el tiempo de calentamiento, es propicio para el material de rápida alcanza la temperatura de combustión, sin embargo, cuando la combustión continúa materia prima para elevar la temperatura de la chimenea de calor de gas se convierte, más el grado de aspereza Más pequeña, más disipación de calor, no es propicia para la combustión completa de las materias primas, Añadir la pérdida de material de partida combustión incompleta mecánica.
2.3 Efecto de la combustión del coque del tamaño de partícula
proceso de combustión cáscara de arroz se puede dividir en combustión volátil y Char 2 de combustión tasa de combustión de gas de proceso es mucho mayor que la tasa de combustible sólido, y el arroz quema de cascos está determinada principalmente por la longitud de tiempo que la combustión del coque. Husk alto contenido volátil, precipitó , la combustión completa rápida requiere oxígeno lo suficientemente corto, el coque volátil analizado se envuelve en el medio, detener su reacción con el oxígeno, y la combustión, por lo tanto relativamente lenta de la cáscara de arroz coque. la reacción del carbono con el oxígeno después de cuatro posibles :
Estos cuatro tipos de mecanismo de reacción, y Wurzbacher Wicke hacen tal conclusión, por la combustión de carbono (4) mecanismo de reacción, especialmente a temperaturas de más de 1100 ℃, 4 reacción obvia a temperaturas más bajas, se presentó el documento '15' La fórmula para la relación entre las dos proporciones del producto es la siguiente: cuando la temperatura es de 457 a 897 ° C:
Aquí promediaron 677 ℃, reacción de reducción de carbono no ocurre a esta temperatura. La obtención de la relación calculada es 3,4, CO mayor proporción, es evidente principalmente reacción de combustión de carbono de acuerdo con la reacción (3) de cáscara El punto de fusión de la ceniza es relativamente bajo. En aplicaciones prácticas, la temperatura de combustión generalmente se controla a 800-900 ° C. La reacción de combustión se basa principalmente en la reacción 3.
El tamaño de partícula de la materia prima se reduce y el área de superficie específica es grande, y la tasa de reacción de la masa de carbono por unidad de masa es grande. [16]La superficie específica se incrementa para mejorar la mezcla de oxígeno por unidad de volumen, el área de contacto se incrementa, mejorando de este modo la reacción de combustión de carbono. Difusión superficial de oxígeno de carbono, el gas combustible, por un lado por el bloque, por otra parte por la combustión de la superficie de carbono el bloqueo de la ceniza, partículas de materia prima se reduce, la ceniza formada durante la combustión de los bloques de carbono es pequeño, en la difusión a favor de oxígeno. refinamiento de partículas de carbono, puede mejorar la difusión de oxígeno a la superficie del coeficiente de transferencia de masa de carbono [17]Por lo tanto, la reducción del tamaño de partícula de la materia prima es beneficiosa para la combustión del coque.
3 conclusiones
(1) Por TGA cáscara entendido, cuanto menor es el tamaño de partícula, que reducen la temperatura de desvolatilización, completo con la cantidad de volátiles tiempo de análisis más corta, más rápida será la velocidad de combustión; coque, el tamaño de partícula de la tasa pequeña, más rápida de la combustión, el material quemado es también el más corto es el tiempo; cuanto menor es el tamaño de partícula, mayor es el coeficiente de transferencia de calor, la velocidad de la temperatura del material en bruto pronto llegará el tiempo requerido para la combustión es también más corta, sin embargo, el tamaño de partícula reducido Lo mismo aumentará la cantidad de disipación de calor de la materia prima, cuando el tamaño de partícula se reduce por debajo de un cierto umbral d, se extinguirá debido a una disipación de calor excesiva.
(2) selección de tamaño de partícula de la economía también debe ser considerado. Cuando el material de alimentación con el tamaño de partícula requerido proceso es pequeña, se requiere un gran consumo de energía, para procesar el diámetro de partícula de la biomasa de 10 ~ 20mm consumo de potencia de 5 kW / Sobre t, si el tratamiento es menor a 0.1 mm, la potencia requerida es de aproximadamente 20kW / t. Por lo tanto, el tratamiento del tamaño de partícula de las materias primas debe determinarse mediante la selección del valor crítico y la economía.
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