Li Zhihe, Cui Xibin, Bai Xueyuan, Yi Weiming, Li Yongjun
Resumen: Para la ley de transferencia de calor entre partículas de material graduado y soporte de calor sólido de bola cerámica, se estudiaron las características de transferencia de calor por convección entre el soporte de calor de bola cerámica y el gas y las partículas de bola de cerámica y biomasa utilizando el banco de prueba de intercambio de calor de partículas a granel. Las características de transferencia de calor entre los dos se estudiaron experimentalmente. Los coeficientes de transferencia de convección de calor de las esferas cerámicas únicas y el aire se analizaron mediante el método analítico y el método de correlación RMC, respectivamente, 291.3W / (m 2· ° C) y 200.3W / (m 2· ° C), la ecuación de criterio para determinar la transferencia de calor del portador térmico de bola de cerámica y el grupo de partículas de biomasa es Nu c= 176 + 0.079Re cY nu c= 22.97 + 0.2251Re b, proporciona una base teórica para el estudio de la calefacción de calor sólido portadora biomasa ley de pirólisis.
Introducción
La pirólisis de la biomasa en el reactor es un proceso físico y químico complejo, que se ve afectado por el flujo de la fase de partículas, la transferencia de calor y masa entre el gas-sólido y la multifase, y la cinética de reacción termoquímica. La transferencia de masa, y la transferencia de calor y masa afectan el proceso de craqueo térmico. Por lo tanto, para revelar completamente el mecanismo de craqueo térmico de la biomasa, es necesario que fluya desde la fase de partículas, la transferencia de calor y masa entre gas-sólido y multifase, y la cinética química de la pirólisis de biomasa. Investigación exhaustiva. En la actualidad, el estudio de la transferencia de calor que involucra partículas se realiza principalmente en lecho fluidizado y reactores de lecho fluidizado circulante. [1~ 5]Sin embargo, la investigación sobre el mecanismo de la pirólisis de la biomasa en el proceso de calentamiento con portador de calor sólido a alta temperatura es poco frecuente. El estudio de la ley de transferencia de calor es útil para la optimización del proceso y la comprensión científica del mecanismo de pirólisis.
En este documento, se estudiaron las características de transferencia de calor por convección entre las partículas portadoras de calor y el gas (usando aire en lugar de productos de gas de pirólisis) y las características de transferencia de calor entre las partículas de biomasa y el portador térmico de bolas de cerámica utilizando un banco de prueba de intercambio de calor de partículas a granel. De acuerdo con los datos experimentales, el coeficiente de transferencia de calor por convección entre las partículas portadoras de calor únicas y el aire se analiza y calcula mediante el método analítico y el método de análisis adimensional. Se analiza y determina la transferencia de calor por convección entre el portador de calor de la bola cerámica y el grupo de partículas de biomasa. La ecuación de criterio de transferencia de calor del grupo de partículas sienta las bases para el estudio de la ley de pirólisis de la biomasa de calefacción por portador de calor sólido.
1 banco de pruebas y materiales
El diagrama esquemático estructural del banco de pruebas de intercambio de calor de partículas a granel utilizado en el estudio se muestra en la Figura 1. Incluye principalmente el portador de calor de bola de cerámica, el alimentador de partículas de polvo de biomasa, el tubo descendente, el dispositivo de separación de partículas y el sistema de detección de temperatura por computadora. : Transportador térmico de bola de cerámica calentado a una temperatura predeterminada, colocado rápidamente en el recipiente del alimentador de bola de cerámica y controlado por temperatura, alimentado desde el alimentador de tornillo y alimentado desde el alimentador de soporte de calor Las bolas de cerámica fluyen hacia abajo para producir intercambio de calor. Las partículas mixtas se separan en el dispositivo de separación en el extremo inferior del tubo descendente, y las bolas de cerámica y el polvo de biomasa caen en diferentes cajas de agregados y usan termopares tipo T para datos de temperatura. Adquisición. La temperatura del gas es extraída por el termopar de escape en cada punto de muestreo del receptor.
La tubería descendente está hecha de PVC con una longitud de 1600 mm y un diámetro interior de 110 mm. Para reducir la pérdida de calor de la pared de la tubería, una capa de espuma aislante de 25 mm de espesor se adhiere a la pared interior de la tubería, y la pared exterior está aislada con el fieltro de aluminio silicato. Se colocó un termopar blindado de tipo T en los puntos de 100, 400, 800, 1200 y 1500 mm desde la boquilla superior para medir la temperatura del gas dentro del tubo.
En el experimento, la bola de cerámica es una esfera regular con un diámetro de 2 mm, y la biomasa es polvo de rastro de maíz de malla 60-80.
2 resultados experimentales
La bola de cerámica con una temperatura de 90 ° C tiene un caudal másico de 1.0, 1.2, 1.4 kg / min para el experimento de transferencia de calor por convección entre el transportador de calor de la bola de cerámica y el aire, y el intercambio de calor inicial y final entre el aire y el transportador de calor en el tubo inferior. Los datos experimentales de temperatura se muestran en la Tabla 1. Bajo la tasa de flujo del transportador de calor anterior, la transferencia de calor entre el portador de calor y las partículas de biomasa se llevó a cabo en una relación de masa de bolas cerámicas a biomasa de 15: 1, 20: 1, 25: 1, respectivamente. Los datos experimentales de transferencia de calor de partículas portadoras de calor y partículas de biomasa se muestran en la Tabla 2.
3 análisis y discusión
El transportador de calor de bola de cerámica, la transferencia de calor entre las partículas de biomasa y el aire en el conducto descendente pertenece al flujo multifásico y la transferencia de calor. Hay una colisión entre las partículas y las partículas, la colisión entre las partículas y la pared y la convección entre las partículas y el aire. El calor y la transferencia de calor de la pared del tubo a la radiación de las partículas. El estudio experimental del flujo de partículas PIV muestra [6]: Excepto por la proximidad de la pared lateral de la tubería, la probabilidad de colisión entre los dos tipos de partículas y la superficie de la pared durante el proceso descendente es pequeña, y la conductividad térmica del material de aislamiento térmico unido a la pared de la tubería es extremadamente pequeña, y la transferencia de calor de colisión entre las partículas y la pared de la tubería se puede descuidar. La bola de cerámica no choca durante el proceso de descenso, por lo que no es necesario considerar la transferencia de calor y la transferencia de calor entre las partículas de la bola de cerámica. El experimento de flujo de partículas encuentra que la bola de cerámica y las partículas de biomasa llenan toda la tubería y se bloquean entre sí, por lo que aunque haya radiación, Sin embargo, la transferencia de calor se anula entre sí, por lo que se puede ignorar la influencia de la transferencia de calor por radiación. MansooriZ también cree que en los sistemas de partículas densas, el efecto de la transferencia de calor por radiación es inferior a 600 ° C, que puede ignorarse. [7]De esta manera, solo se debe considerar la transferencia de calor por convección de la bola de cerámica y el aire dentro del tubo. El análisis de la transferencia de calor por convección es el análisis y la solución del coeficiente de transferencia de calor por convección.
3.1 Coeficiente de transferencia de calor por convección de partículas portadoras de calor individuales
3.1.1 Método analítico
Se supone que cuando el portador de calor de la bola de cerámica intercambia calor con aire en el bajante, el calor liberado en el momento tc es absorbido por el aire, entonces
3.1.2 Método de Asociación RMC
El método RMC fue propuesto por RanzWE y MarshallWR en 1952. [8], la ecuación es
Utilizando los dos métodos anteriores, el coeficiente de transferencia de calor por convección entre el portador de calor de la bola de cerámica y el aire calculado de acuerdo con los datos experimentales se muestra en la Tabla 3. El método analítico se basa en los datos de temperatura del portador de calor de la bola de cerámica y el aire en la entrada y la salida. Por lo tanto, se puede considerar como el coeficiente de transferencia de calor promedio en todo el bajante. El método RMC se calcula de acuerdo con los parámetros de movimiento y propiedades físicas a la salida del bajador, que es el coeficiente de transferencia de calor local, por lo que hay una gran brecha entre los dos.
3.2 Análisis de transferencia de calor de grupos de partículas.
3.2.1 Análisis de equilibrio térmico.
Existe una relación de equilibrio térmico entre la bola de cerámica, el polvo de biomasa y el aire, como se muestra en la Fig. 2. En el tubo descendente, después de que la bola de cerámica y el polvo de biomasa intercambian calor, la bola de cerámica de alta temperatura emite calor y la temperatura disminuye; el polvo de biomasa absorbe calor. La temperatura aumenta, el aire del interior también absorbe el calor y la temperatura aumenta.
3.2.2 Ecuación de criterio de transferencia de calor del grupo de partículas portadoras de calor de bolas de cerámica
La transferencia de calor en el sistema de partículas es muy complicada. La transferencia de calor de una sola partícula no puede reflejar la ley de transferencia de calor de todo el sistema de partículas. Por ejemplo, debido al cambio del estado de movimiento de las partículas a diferentes distancias de caída, se produce la velocidad relativa entre la fase de partículas y la fase gaseosa. Al mismo tiempo, las partículas en diferentes ubicaciones espaciales pueden afectar la transferencia de calor y masa debido a la temperatura y la velocidad de movimiento. Por lo tanto, el coeficiente de transferencia de calor y las ecuaciones de criterio analizadas por partículas individuales no son adecuadas para la investigación de la transferencia de calor de los sistemas de grupos de partículas, y deben utilizarse. La cantidad característica de los parámetros del sistema de grupo de partículas se usa para calcular el número de criterio. Para la transferencia de calor del sistema de grupo de partículas, el diámetro equivalente del grupo de partículas y la velocidad característica se pueden usar para el análisis y el cálculo.
De acuerdo con los datos experimentales en la Tabla 1 y el método de análisis de equilibrio térmico mencionado anteriormente, el número de Nusselt y el número de Reynolds del grupo de partículas portadoras de calor de bolas cerámicas se calculan como se muestra en la Tabla 4.
Según Nuc y Re en la tabla 4 cEl valor de la relación lineal obtenida por regresión lineal utilizando el software de procesamiento de datos Oringin810 se muestra en la Fig. 3. Como se ve en la Fig. 3, Nu cY re cEl número tiene una buena relación lineal.
3.2.3 Ecuación de criterio de transferencia de calor del grupo de partículas de biomasa
Para el tratamiento de los parámetros característicos del grupo de partículas de biomasa, consulte la literatura '9'. Según los parámetros característicos del grupo de partículas de biomasa, los datos experimentales en la Tabla 2 y el método de análisis anterior calculan el diámetro equivalente del grupo de partículas de biomasa, el coeficiente de transferencia de calor y el análisis de ecuación de criterio. Los valores de los parámetros relevantes utilizados en él se muestran en la Tabla 5.
Nu calculado de acuerdo con los datos de la Tabla 5. cCon Re bComo se muestra en la Tabla 6.
Según Nu en la tabla 6 cY re bValor, regresión lineal produce Nu. cY re bLa relación se muestra en la Figura 4. Como se ve en la Figura 4, Nu cY re bEl número tiene una buena relación lineal.
4 Conclusion
En la plataforma experimental de la transferencia de calor de partículas a granel del tubo descendente, se llevó a cabo el experimento de transferencia de calor por convección de una bola de cerámica y aire (en lugar de gas de pirólisis) con el caudal másico de bolas de cerámica de 1.0, 1.2, 1.4 kg / min. Los experimentos de transferencia de calor de múltiples fases del portador térmico de bolas de cerámica, polvo de biomasa y aire se llevaron a cabo con una relación de masa de bola de cerámica a polvo de biomasa de 15: 1, 20: 1, 25:13 respectivamente. Método analítico y correlación El coeficiente de transferencia de calor por convección de partículas de bolas cerámicas únicas y aire se analizó mediante el método, que fue de 291.3W / (m 2· ° C) y 200.3W / (m 2· ° C). El método de balance de calor se utiliza para analizar las ecuaciones de criterio de transferencia de calor no dimensional del grupo de partículas portadoras de calor de bolas de cerámica y el grupo de partículas de biomasa, respectivamente. c= 176 + 0.079Re cY nu c= 22.97 + 0.2251Re b, proporciona las bases teóricas de la transferencia de calor para el estudio de la ley de pirólisis de biomasa.
Referencias
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