热载体下降管道管径设计试验

尼姝丽　王述洋　朱自民　田仲富　刘永艳

摘要：生物质快速热解液化制取生物燃油是生物质能高效、环保利用的有效途径之一。在生物质

快速热解液化过程中，热载体的流量是影响生物质快速热解温度和生物燃油产量的一个重要因素。本实验是在改变锥形漏斗管长、管径的条件下，测定不同管长、管径单位时间内热载体的流量，使其更好、更准地与一定量的生物质颗粒在最优的时间内充分混合，从而使生物质颗粒快速热解，提高生物燃油产量。

关键词：生物质；快速热解液化；热载体流量；管径；管长

中图分类号：TK6文献标识码：A

0 前言

随着石油、天然气、和煤炭等矿物燃料不可再生能源的日趋减少和枯竭，石化能源产品的价格越来越高，迫使人们不得不考虑过于依赖石化能源的危险性，而逐步转向开发和利用可再生能源—生物质能。生物质热解液化制取生物燃油是把普通的固体生物质燃料热解液化为品位较高的液体燃料，进而转化为电能或车用燃料等高品位能源的一种新技术，己经越来越为国内外广泛关注。

生物质快速热解液化是将生物质颗粒与过量的惰性热载体一道喂入反应器，落到转锥的底部，在转锥的离心力作用下，生物质颗粒与热载体迅速混合，并沿着炽热的锥壁螺旋向上运行，生物质颗粒在热载体和炽热转锥面的包裹下温度迅速上升，直至达到热解温度快速热解，如图1[1]。由此可见，在生物质快速热解液化制取生物燃油的整个过程中，热载体对生物质颗粒的热解液化起着关键作用。在热解过程中，热载体的温度是决定生物质热解程度的重要因素，它控制着生物质热解温度；同时，热载体的流量也是影响生物质快速热解温度和生物燃油产量的一个重要因素，国内外还没有做过此方面的研究试验。为了使热载体顺利地进入主反应器， 与生物质颗粒充分混合接触，满足各种生产能力的需求，本实验初步尝试了在常温时，不同管径、管长的情况下热载体流量的实验。

1 实验原料和设备

1 实验原料

热载体颗粒选用精制石英砂，平均直径为0.35mm、密度为2500kg/m3[2]。

1.2实验设备

天车、锥形漏斗（6个，白口铁）、圆形垫片、秒表、秤、圆柱形铁桶。

2 实验方法

2.1 实验台

试验台如图2，由1-天车、2-铁桶、3-铁架、4-漏斗、5-收集桶组成。

2.2 实验步骤

首先将高为1.5m左右的圆柱形铁桶固定在铁架上如图2，再将不同管长、管径的锥形漏斗置于圆柱形铁桶内使其紧贴铁桶底，并将与锥形漏斗相匹配的圆形垫片置于锥形漏斗底部以密封漏斗口， 使用天车分别向其内注入不同重量的热载体（石英砂），抽出垫片，使热载体自由落下（落入收集桶），并同时开始计时，待热载体全部漏出，停止计时，记录数据。

2.2.1管长、管径一定流沙量测定

选定管径φ，管长L，以不同的砂重量m=20kg、40kg、60kg、80kg、100kg分别实验三次，测流砂量与时间。

例: 取管径φ=15mm，管长L=1500mm的锥形漏斗进行实验，测得数据见表1。

2.2.2管长一定、管径变化流沙量测定

管长一定（即L=1500mm）时，改变管径分别进行实验，分别取φ=20mm、25mm、30mm、35mm、80mm，重复上述实验，测得数据见表2。

2.2.3管径一定、管长变化流沙量测定

改变管长，分别截取L=1200mm、900mm、600mm、300mm，重复以上实验步骤，测得实验数据见表3。

3 实验分析及结论

3.1 实验分析

3.1.1管径一定，管长与流砂量关系

热载体下降管道管径一定时，管长与流砂量的关系图3。系列1、2、3、4、5、6分别为管径ф=15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、80mm管长L与流沙量Q的关系曲线图。由图可知，当热载体下降管道管径一定时，单位时间的流砂量随管长的增加呈上升趋势。

3.1.2管长一定，管径与流砂量关系

热载体下降管道管长一定时，管径与流砂量的关系图4 。系列1、2、3、4、5分别为管长L=300mm、600mm、900mm、1200mm、1500mm时，

管径ф与流沙量L 的关系曲线图。由图可知，当热载体下降管道管长一定时，单位时间的流砂量随管径的增加显著增大。

3.2 实验结论

本实验主要研究的是热载体下降管道不同管径、管长时，热载体单位时间内的流量与管径、管长的关系。由实验可知，当下降管道管径一定时，单位时间的流砂量随管长的增加呈上升趋势；当下降管道管长一定时，单位时间的流砂量随管径的增加显著增大。

本试验是在常温时，对不同管径、管长热载体流量情况作的初步尝试，并得出了一组当管径分别为φ=20mm、25mm、30mm、35mm、80mm，管长分别为L=1200mm、900mm、600mm、300mm时热载体流量的数据，对热载体流量与管道直径的选择提供了重要依据。如由表3可知，当满足热载体流量为2吨/时，若用一根管道，选用管径φ=35mm,管长L=300mm即可；若用两根管道，选用管径φ=30mm,管长L=300mm即可；若用三根管道，选用φ=25mm,管长L=300mm即可。

参考文件

[1] 赵军，王述洋．转锥式生物质热解机械机械系统的

研制[J]．农业工程学报，2007，（5）198-200．

[2]董治国，王述洋，李滨．转锥式生物质液化装置的试 验研究[J]．林业机械与木工设备,2004，（4）17－19．