生物质快速热裂解喂料器研究进展

王娜娜

(山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东 淄博 255000)

0 引言

随着化石资源的过度利用和日趋枯竭所带来的一系列环境问题，利用可再生能源已经成为当前国际社会的共识。而生物质能作为一种环境友好型可再生能源，已成为国内外可再生能源研究领域的热点之一。生物质快速热裂解技术是生物质能综合利用中很有发展前景的技术之一。许多学者利用快速热裂解装置比如流化床[1]、旋转锥[2]、烧蚀反应器[3]等进行了热裂解研究。

其中，喂料器是快速热裂解装置的重要组成部分，喂料是否稳定直接影响后续装置的稳定运行。因此，许多学者对热裂解喂料器进行了研究。目前，快速热裂解喂料器主要有螺旋喂料器、气力输送喂料器。

1 快速热裂解喂料器的主要类型及其特点

快速热裂解喂料要求生物质颗粒能够在较低温度下保持极低含氧量，不挤压、不炭化地快速输送进入快速热裂解反应器内。一方面，相比于煤粉等流动性好的物料，生物质具有密度小、流动性差等特点；另一方面，反应器内部温度高、压力存在波动。在上述情况下，要使生物质稳定均匀地喂到反应器中是非常困难的，这对生物质喂料器提出了较高的要求。

1.1 螺旋喂料器

螺旋喂料器因其具有输送稳定和喂料可控等优点而较多应用于提升和运输粉料物体。但在实际应用中会出现物料挤压、堵塞、返喷等问题，因此一些学者从结构设计、操作方法等方面对螺旋喂料器进行了改进设计，从而能更好地满足生物质热裂解装置要求。

李进等设计了防堵式螺旋喂料器，通过在螺旋轴两端选用不同的轴承改进支撑，在出料口添加相反旋向的螺旋叶片，在喂料口添加凸轮-弹簧-导杆组成的防堵机构，解决了生物质快速热裂解喂料堵塞问题[5]。李龙设计的螺旋喂料器通过在料仓与喂料管之间装有关风器，实现防返喷精确进料[6]。

一些学者设计了两级螺旋喂料器，第一级用于精确控制喂料量，第二级用于快速把生物质粉喂入到反应器中防止物料提前发生热裂解[1]。

1.2 气力输送喂料器

气力输送具有不存在机械运动部件，结构较简单，而且输送气体的冷却作用可以降低生物质在输送过程中受热分解的现象等优点，已经应用到煤粉、水泥、粮食等流动性好的物料。但是生物质固有的特点，在气力输送过程中易发生搭桥、堵塞管道等问题。为提高生物质流动性，防止物料搭桥，向喂料仓内通入流化气可有效解决这一问题。

利用流化床进行物料输送最早出现于1959年，Wen等研究了玻璃珠和煤粉从流化床一侧出口通过不同管径水平管的流动特性[9]。Amit Suri设计了筒形生物质喂料器，在流化床中央设置一垂直出料管并与水平输料管相连，实现物料的水平输送[10]。Wang Xiao等设计了双重气力输送喂料装置，在流化气和喷动气共同作用下，实现生物质的稳定输送[11]。上述装置均采用单仓进行物料输送，其缺点是不能实现物料连续输送。

基于此，罗驹华等设计了一种新型连续供料气力输送装置，由上中下3个仓串联而成。王娜娜等设计了生物质热裂解双仓式气力输送喂料装置，实现了物料的连续稳定输送。

2 展望

螺旋喂料器是一种传统的喂料器，应用较为广泛。但应用于快速热裂解进料会出现堵塞的情况，一些学者对传统螺旋进料器进行改进以解决进料过程中的堵塞问题。两级螺旋喂料器能实现精确控制喂料量并且能快速把生物质粉喂入到反应器中，一定程度上防止了物料提前发生热裂解，具有一定应用空间。气力输送喂料器具有结构较简单、输送效率高等特点，将流态化作用应用于气力输送可在一定程度上避免一些颗粒状物质喂料固有结块、搭桥等问题。因此，越来越多的学者将气力式进料器用于生物质热裂解。