生物质粉末化气力输送及燃烧实验研究

黄卫疆

（广西桂物能源工程设计有限公司，广西南宁 530022）

0 引言

在我国，农业发展基础良好，对应的生物质资源数量极为丰富，相关数据显示，我国农林废弃物每年产生量超过7 亿t，能够充当能源的数量有3.6 亿t，能够有效缓解我国能源短缺及环境污染压力。从传统生物质利用角度来说，存在污染严重、效率不足等问题，在生物质气化技术帮助下，该类问题能够得到充分解决。对于生物质粉末运输，常见运输形式有螺旋给料方式以及活塞式给料方式，但在运输时，容易出现粉末压实堆积堵塞管道等情况，为此，需要提升生物质粉末气力输送技术的重视度。

1 固体粉末气力输送

气力输送过程中，主要是以气流充当载体，通过管道完成粉末、粒装等固体物料运输操作。由于输送管两端存在压力差，能够为管道内部空气流动提供充分条件，使得物料颗粒获得充足的移动能量。气力输送系统建设上，主要涉及的结构内容有气源、供料装置、输送管道等等。相关人员通过对上述部件的正确选择，能够让主体结构更具灵活性特点。现阶段，很多企业均引入了气力输送技术，完成对不同颗粒物料的运输，为其他工序开展创造有利条件。

1.1 气固两相流的基本性质

两相流也被人们称之为多相流动，各相之中具有较大的浓度变化范围。相比于单相流，两相流特点如下：①两相之中的颗粒状态以分散为主，粒径大小存在明显差异，而且呈现出不同的运行规律；②由于固体颗粒与气体介质具有不同的运动惯性，颗粒相与气相之间的运动速度存在较大差异，该运动速度也被称之为相对速度；③固体颗粒在传输方面，颗粒与管壁之间会出现碰撞与摩擦情况，导致两相运动出现明显变化，增加静电效应出现的可能性；④当出现紊流问题时，颗粒运动以及气体运动规律会出现相互干扰的情况；⑤流场内部存在明显的压力和速度梯度，再加上颗粒形状不规则，容易导致其出现颗粒与颗粒、颗粒与管壁之间的碰撞，内部作用力提升明显[1]。

1.2 气力输送系统的分类

通过管道来输送物料，由于其内部流动状态十分复杂，当气流速度、物料数量等出现变化后，内部流动状态同样会随之改变。一般来说，物料在输送管道中流动状态分类，可根据输送管道内部气流速度大小，以及物料数量情况进行，常见类型包括两种：①悬浮流，在气流动压作用下，物料颗粒能够处于流动状态；②栓流，在气流动压以及静压作用下，物料颗粒同样能够被推动。另外，针对气力输送系统分类，可按照输送管道中形成气流情况进行，常见类型有吸送式和压送式。如果是按照输送压力进行划分，主要包括高压式和低压式。

1.3 常见的气力输送系统

常见的气力输送系统形成包括以下几方面：①正压式气力输送系统。该类系统在应用时，相关人员需要在起点位置安装风机或者是空气压缩机，保证更多高气压空气进入供料装置内部，最终到达贮罐，将过滤好的空气排放至大气层之中。相比之下，正压式气力输送系统内部输送压差巨大，能够在远距离、大容量运输中发挥出作用，对空气质量要求较高，应避免水、油等杂质进入系统内。②负压式气力输送系统。负压式气力输送系统在应用时，主要是从几个物料源中执行取料任务，之后将其转移到具体收集点上。为了维护系统的稳定运转，罗茨风机或真空泵应用显得尤为重要，能够实现对系统内部空气的有效抽吸，让输送管内部负压气流低于大气压。

总的来说，负压式气力输送系统进料方式，要比正压式气力输送系统更加简单，但在卸料器以及除尘器设定上，负压式气力输送系统需要具有较高的严密性，排料时，也要具备良好的气密条件，从这里也能够看出，两种设备内部构造内容十分复杂。另外，负压式气力输送系统很难完成远距离输送任务，这主要是由于输送距离越长，对应的真空度要求越高，气固混合物也会越稀。为了维护系统的稳定运行，会对其压力降限度进行设定，一般为44kPa[2]。

2 生物质粉末燃料的气力输送实验

2.1 实验目的

相比于煤粉，生物质粉末所呈现出的物理性质不同，自身密度较小，松软程度较高，而且具备易吸湿特点。气力输送时，如果应用没有经过干燥的空气，很容易出现贴附问题，最终导致管路出现堵塞现象。生物质粉末本身具备独特性质，为了更好地解决相关问题，本文通过气力输送装置实验操作进行论证，避免后续燃烧工况出现问题。

2.2 实验方法

在实验装置设计上，主要内容有输送罐、流量计、空压机、收集布袋等等。为了更好地满足实验要求，相关人员还会对输送罐进行改装，将压力表和流量计安装其中。对于压力表安装位置，主要集中在罐顶充压管路以及引射管路内部。对于实验方案的设计，当空压机冲压操作结束后，总路气阀将被打开，并确保罐顶阀门处于全开状态，只有这样，才能确保上部正压数量满足相关应用条件。首先，工作人员只需开引射管路，对其流量大小进行合理调节，了解输送罐出口粉体流动情况，对气体流量进行记录。其次，设定新的旁通补气管路。当引射风量保持不变时，改变旁路流量，了解此时的出口粉体流态，并对理想状态下的管路气体流量进行记录。再次，将引射风量改变，此时，继续上述旁路流量调节操作，之后再观察出口粉体流态，记录输送效果相对理想时的各管理气体流量。最后，对引射管的伸入长度进行合理调节，保证旁通补气管路阀门开度处于最佳状态，此时，对输送罐出口粉体流动情况进行全面记录和了解，明确此时的管路气体流量状态[3]。

2.3 实验结果

气体体积流量计算过程中，具体计算公式如下：

初始阶段，旁通管路往往处于关闭状态，当冲压管路打开后，空压机总气体压力数值为0.7MPa。当引射管伸入长度L 为25mm 时，工作人员可以将引射管路阀门打开，保证其开度逐步增加，结果显示，当引射管路气体流量超过24Nm3/h 时，粉体输送工作无法继续进行。此时，如果继续将引射管路阀门开度提升，内部气体流量达到28Nm3/h 左右时，粉体能够处于稀相输送状态。当气体流量达到30～32Nm3/h 后，粉体能够处于连续浓相输送，此时，旁通补气管无须开启。经过一段时间的输送，内部压力及流速会呈现出明显的下降趋势，此时，同样需要加开旁通补气管，保证旁通气体流量维持在14Nm3/h 左右，对应的引射管气体流量为23Nm3/h，此时，粉体依旧能够维持浓相输送。具体空气流量计流速如表1 所示。

表1 空气流量及流速

如果引射管深入长度数值为50mm，实验主体操作流程同上，从试验结果中能够看出，当引射管路气体流量在21Nm3/h 以上时，粉体能够处于稳定输送状态。如果音色环路气体流量在26Nm3/h 左右，粉体能够处于连续稀相输送，当引射管路气体流量增加至26～30Nm3/h范围时，粉体能够处于连续浓相输送，后续，当压力和流速降低之后，同样可以通过旁通补气管加开操作，保证输送工作的稳步开展。补气时浓相输送状态如图1所示。

图1 补气时浓相输送状态

从上述试验结果中能够看出，引射管路伸入长度越长，粉体能够连续均匀地保持稀相输送状态，且所需要的引射空气数量越少。如果引射管路伸入长度有限，锥体落下的粉体会直接被引射管外部负压空气卷吸喷出，粉体在悬浮状态下的输出，往往会消耗大量气体动力。如果引射管深入输送管数量较多，所产生的负压数量，能够让附近粉体得到抽吸，此时，粉体连续稀相输送操作，并不需要加入其他形式的空气动力[4]。

3 生物质粉末燃料燃烧实验

3.1 燃烧设备的基本要求

在燃烧器应用方面，主要应用目的是将燃料和空气送入燃烧室内部，并对气流进行组织，保证燃料和空气能够在燃烧室中有序混合，实现着火和燃烧过程。总的来说，燃烧器产生的风粉混合效果，与燃烧器形式存在直接关系。在燃烧设备应用时，应该以稳定和安全为基础，避免燃烧过程出现更多污染物，降低实验成本。

3.2 实验方法和步骤

为了维护实验操作的顺利进行，相关人员需要在燃烧器风道内安装上流量计，对一次和二次风量进行计量，还要在燃烧室内部安装测温热电偶。首先，在粉体元素分析方面，能够对完全燃烧状态下的理论空气需求量进行估算，明确生物质粉末元素组成情况。其次，输送罐之中的供给内容为一次风粉，以及燃烧器中的一次、二次风需得到初步测量，明确具体的风速和流量数值。再次，对燃烧过程中的平均温度进行计算。一般来说，热电偶计算往往均会应用到数字温度表，以接触式测量形式为主。实际燃烧温度范围应集中在900～1500℃。最后，当燃烧温度得到明确后，工作人员可针对一次和二次风的风速范围进行确定，之后了解烟气之中的具体组成成分，选择合适的配比范围。如果一次风处于固定不变的状态，相关人员需要针对二次风流量进行合理调整，此时，还要观察具体的火焰色度以及燃烧情况，针对不同二次风流量，保证燃烧温度的多次测量。如果二次风固定不变，工作人员可依靠引射器料调整一次风流量[5]。

3.3 实验结果

在点火燃烧实验方面，操作人员可通过煤气点火枪，将生物质粉末直接点燃，了解其具体的燃烧情况。从实验结果中能够了解到，煤气点火枪能够将生物质粉末迅速点燃，之前热重实验中所得到的生物质粉末着火温度为220℃左右，相比于煤粉，生物质粉末点燃难度更低，并不需要在其中加入汽油等物质，燃烧过程不会出现较多碳烟。另外，在气力输送装置中的燃烧实验开展方面，操作人员应提前明确一次和二次风速确定原则。对于气流离开燃烧器出口的一次风速，会对着火过程产生极大影响，如果一次风速较高，着火距离会大幅提升，影响整体燃烧稳定性。如果一次风速较低，着火时间也会提前，增加燃烧器喷口烧坏的风险。例如，在煤粉燃烧上，其燃用煤种与一次风速之间存在紧密联系，如果煤的挥发分较高，对应的火焰传播速度更快，能够进一步提升一次风速。从燃烧火焰的状态角度来说，如果燃烧器二次旋流风阀门处于关闭状态，实际二次直流风流量数值保持在28Nm3/h 时，所呈现出的煤气火焰长度较长，火焰集中度较高。如果将燃烧器二次直流风阀门关闭，二次旋流风的流量同样保持在28Nm3/h，所呈现出的煤气火焰长度较短，火焰外扩情况十分明显。

4 结语

生物质直接燃烧工艺相对简单，能够保证对可再生能源的充分利用，最终实现生物质能源的燃烧效率得到更好展示。对于输送系统构造设计，其紧凑性特点明显，设计原理并不复杂，通过与生物质粉末燃烧装置的配合，最终得到的燃烧温度能够达到1200℃以上，保证生物质燃料的应用能级，缓解不可再生能源的消耗压力。