生物质/煤粉混合物料流动及下料特性试验研究

作     者：李梦慧 

作者单位：南京师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：卢平;徐贵玲

授予年度：2018年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：生物质 烘焙生物质 煤粉 二元混合颗粒 流动特性 下料特性 

摘      要：生物质与煤共气化是高效清洁能源利用技术。如何确保气化原料的稳定流动及可控供料是该技术亟待解决的关键问题之一。生物质颗粒与煤粉颗粒在形状、密度、粒径、材料性质等方面都存在较大的差异,这些差异将显著混合物料的流动特性,进而直接影响混合物料的供料、气化炉的安全稳定运行及相关气化指标。本文以生物质与煤粉为研究对象,开展了二元混合物料的流动及下料特性研究,为生物质与煤粉共气化技术的应用提供基础。本文的主要研究工作及结论如下:以稻壳(RH)、稻草秸秆(RS)、大豆秸秆(SS)、玉米秸秆(CS)为原料,在固定床热解试验装置制备烘焙生物质,利用扫描电镜(SEM)和显微镜对不同生物质外貌进行分析表征,并通过BT-1000粉体综合测试仪测定休止角、松装密度、振实密度等特征参数对其流动特性进行表征,考察生物质种类、生物质粒径以及烘焙处理对其流动特性的影响。结果表明:不同生物质物料(大豆秸秆、玉米秸秆和稻壳)的休止角随着颗粒平均粒径的增大,基本呈现出先减小后增大的趋势。当颗粒平均粒径约为150 μm时,休止角达到最小值;当颗粒平均粒径大于300μm 之后,休止角的增大趋势基本趋于平缓(玉米秸秆略有减小)。随着平均粒径的增大,上述生物质物料的流动特性基本呈现出现先增大后减小的趋势。对于稻草颗粒,随着颗粒平均粒径的增大,休止角呈现出逐渐增大的趋势,表明其流动性逐渐减小。烘焙预处理可以改善生物质颗粒的流动特性,但不会改变不同生物颗粒流动特性的相对关系。将四种不同生物质颗粒分别与煤粉进行混合,配制不同质量配比的混合物,利用BT-1000粉体综合特性测试仪和有机玻璃下料试验系统,分别进行生物质与煤粉混合物的流动及下料特性试验,研究了生物质质量分数、粒径、种类对混合物流动及下料特性的影响。结果表明:对于大豆/煤粉混合物,当生物质质量分数约为10%时,混合物的休止角达到最小值,流动性最好。对于玉米/煤粉混合物,当生物质质量分数约为20%时,混合物的休止角达到最小值,流动性最好。稻草/煤粉混合物的休止角随着生物质质量分数的增加呈现出逐渐增大的趋势,混合物的流动性逐渐减小。当生物质质量分数小于60%时,生物质粒径对混合物休止角的影响相对较小。不同生物质物料与煤粉混合物的休止角的差异随着生物质质量分数的增加而逐渐增大。对于大豆秸秆稻壳与煤粉混合物,在生物质质量分数为0～50%范围内,混合物下料质量流率随着生物质质量分数的增大基本呈现出先增加后减小的趋势。在BT-1000粉体综合特性测试仪和有机玻璃下料试验系统上,分别进行了烘焙生物质与煤粉二元混合物的流动及下料特性试验,首先探讨了烘焙生物质质量分数对烘焙生物质与煤粉二元混合物流动及下料特性的影响规律,并对不同烘焙生物质与煤粉混合物流动特性的差异进行了比较;进而考察了烘焙生物质质量分数和下料口直径对烘焙生物质与煤粉二元混合物下料特性的影响规律,并提出了预测烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒系统下料质量流率的经验公式。结果表明:随着烘焙生物质质量分数的增加,混合物的休止角和压缩度逐渐增大,Carr流动性指数逐渐减小,混合物的流动特性逐渐变差。与休止角法和压缩度法相比,采用Carr流动性指数法对于烘焙生物质与煤粉二元混合物流动特性的评价更加细致全面。随着烘焙生物质质量分数的增加,不同烘焙生物质与煤粉混合物的下料质量流率均逐渐减小,且混合物的下料特性主要取决于烘焙生物质的流动特性。随着下料口直径的增大,不同配比的烘焙生物质与煤粉混合物的下料质量流率均逐渐增大。本文所获得的不同配比烘焙生物质与煤粉混合物下料质量流率经验公式可以在-15%到+25%的误差范围内对烘焙生物质与煤粉二元混合物的下料质量流率进行较好地预测。