戶(hù)用型生物質(zhì)氣化爐試驗裝置研究

安徽農業(yè)科學(xué),Joumal of Anhui Agni. Sci. 2010 ,38(27) :;15416 - 15418責任編輯朱淼責任校對傅真治戶(hù)用型生物質(zhì)氣化爐試驗裝置研究王瑩瑩,梅衛江'(石河子大學(xué)機械電氣工程學(xué)院.新疆石河子832000摘要通過(guò)對戶(hù)用型氣化爐爐體結構的改進(jìn),重點(diǎn)研究了爐 內溫度、物料顆粒、空氣流量等影響因素與氣化爐性能指標的關(guān)系,得出了影響氣化爐性能指標的主次園素和各因素的顯著(zhù)性水平。各參數的最優(yōu)組合為爐內溫度900 C ,物料顆粒10 mm,空氣流量0.8 m/ min。該研究對戶(hù)用型生物質(zhì)氣化爐的設計具有實(shí)際指導意義,同時(shí)為今后氣化爐的研制提供理論依據和科學(xué)指導。關(guān)鍵詞生物質(zhì);戶(hù)用型;上吸式 氣化爐;正交試驗;研究中圖分類(lèi)號文獻標識碼A文章編號 0517-6611(2010)27 -15416 -03WANG Ying-ying et al ( College of Mechanical and Electrical Engineering, Shihezi University, Shihezi , Xinjiang 832000)Abstract Through improving structure of houschold gasifer, the relationship between its perfomance and factors such as fumace tempera-ture, material granules and air flow was explored. The main and secondary factors afecting the perfornance of gasifier were listed, and theirsignificant levels were also checked. The optimal combination is as following: fumace temperature, 900 C; material granules, 10 mm; andair flow, 0. 8 m'/min. The results may guide the design of household biomass gasifier and provide theoretical basis and guidance for the futuredevelopment of gasifier.Key words Biomass;Household type; Up-draft gasifer; Orthogonal tet; Research生物質(zhì)是可再生的清潔綠色能源,它的開(kāi)發(fā)利用不僅可18以解決能源匱乏的問(wèn)題,還具有顯著(zhù)的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。生物質(zhì)傳統的處理方法(炊事用野外焚燒、露天堆積)不僅導致生物質(zhì)資源的低效率利用,同時(shí)也嚴重污染了環(huán)_2境。通過(guò)生物質(zhì)氣化或炭化將其轉化為高品質(zhì)能源,改變生r6物質(zhì)能的傳統利用方式是推進(jìn)生物質(zhì)能市場(chǎng)化的關(guān)鍵"。3新疆的棉稈資源豐高,如何充分利用其潛能目前還沒(méi)有較為合理有效的方式。該研究通過(guò)對戶(hù)用型氣化爐爐體結構的4改進(jìn),重點(diǎn)研究了爐內溫度物料顆粒、風(fēng)機轉速等影響因素與氣化爐性能指標的關(guān)系,并對其進(jìn)行正交試驗、方差分析，為今后氣化爐的研制提供理論依據和科學(xué)指導。注:1為加料口;2為保溫層;3為供風(fēng)系統;4為出灰口;5為風(fēng)機;1試驗裝置結構與工作原理6為進(jìn)風(fēng)口;7為空氣預熱環(huán);8為粗燃氣出口。1.1 結構戶(hù)用型生物質(zhì)氣化爐試驗裝置由供風(fēng)裝置、反Note:1. feed opening; 2. Insulation layer; 3. Air supply eystem; 4.應裝置和密封裝置等組成,結構示意簡(jiǎn)圖如圖1所示。Ash transfer opening; 5. Fan; 6. Air inlet; 7. Ring for prchea-ting air; 8. Outlet of erude gas.1.2 工作原理 物料由氣化爐頂部加人，氣化劑由爐底部圈1氣化爐結構經(jīng)過(guò)爐柵進(jìn)人氣化爐,從氣化爐上部排出,氣流流動(dòng)的方向Fg.1 Structure of gasifer與向下移動(dòng)的物料運動(dòng)方向相反"。生物質(zhì)原料由爐頂的物料空氣加料口投入爐內,作為氣化劑的空氣-般在氧化區加入2?！磻^(guò)程如圖2所示。2試驗裝置參數優(yōu)選試驗 與分析2.1 試驗系統及材料2.1.1試驗系統與方法。 戶(hù)用型上吸式生物質(zhì)氣化爐的試驗系統由氣化爐、氣化劑供給為鼓風(fēng)機及溫度熱電偶數字熱分解層.顯示儀、氣體采樣袋氣相色譜儀秒表等儀器組成。試驗過(guò)程中,用TH1015型室內溫濕度計測量試驗環(huán)境的溫度和濕度,使用WRN230型鎳鉻-鎳硅(康銅)熱電偶測試爐膛內部溫度,規格為1 300 C的TDW/XMT-121型數字顯示儀示可燃氣值,氣化劑流量通過(guò)鼓風(fēng)機的轉速來(lái)調節,使用LWQ40XL灰室型氣體流量計進(jìn)行空氣流鼂測定,可燃氣用4 L的采氣袋收中國煤化工:作者簡(jiǎn)介王瑩瑩(1985-),女,湖北襄美人,碩士研究生,研究方向: .MHCNMHG:]機器系統節能和代用燃料研究?！裢ㄓ嵶髡?男,碩士,副教授. ,碩士生導師,從事內燃機節能技術(shù)及故障診斷研究,E-圈2氣化爐反應過(guò)程mail;mwj _mac@ shzu. edu. cn。Fg.2 Schematic diagram ot reaction proces o gasiter收稿日期2010.07-0538卷27期王瑩瑩等戶(hù)用型生物質(zhì)氣化爐 試驗裝置研究15417集,收集的氣體通過(guò)檢測器進(jìn)行氣相色譜分析。表1試驗因素與水平2.1.2試驗材料。 試驗用的材料為2009年石河子周邊團Table 1 Experimental factors and levels場(chǎng)的成熟棉桿,將殘余棉絮剔除,放置于干燥的環(huán)境中自然水平因素Fartors風(fēng)干,使用農業(yè)物料切割機切碎,長(cháng)度小于30 mm,試驗原料Levels爐內溫度 //物料顆粒://mm空氣流顯m/min含水率測試結果為6. 9%左右。Fumace temperature_ Matenial pranulesAir flon8000.382.2試驗指標及影響因素氣化爐性能 試驗指標:佛騰時(shí)2900200.55間、熱值參照CB-16410-2007 ,《家用燃氣灶具》標準。影響試1 000300.80驗主要因索包括爐內溫度、物料顆粒、空氣流量。e2 試驗方寨與試驗結果2.3試驗方案試驗裝 置參數優(yōu)選試驗的試驗因素與水平Table 2 Experimental design and results如表1所示。選用L,(3* )的正交表進(jìn)行正交試驗,每個(gè)試驗試驗號B空c沸滿(mǎn)時(shí)間/min 熱//KJ.mCodeBoiling lime_Caloric value___重復3次,測出檢驗指標的結果,然后用綜合平衡法,綜合評12.13 350.4分法及方差分析法對指標進(jìn)行綜合分析。主要參數對氣化10.53443.813.24 278.1爐裝置性能指標的影響結果如表2所示。8.94 307.82.4結果分析9.73756.58.54 189.42.4.1性能參數 與氣化爐性能指標的關(guān)系。戶(hù)用型生物質(zhì)10.63 652.6氣化爐試驗裝置的爐內溫度.物料顆粒、空氣流量各水平對13.13 956.414.03 751.9。氣化爐性能指標的影響如圖3所示。爐內溫度3p物料顆粒13p空氣流量Fumace temperatureMuterial granulesAir flow2t， 12p! 110|104250物料顆蛀空氣流董Furnace lemperatureMaterial granules4 004000a 37503 7503 50023500團3各水平對氣化爐的影響Fig.3 Eftects of each level on gasiner2.4.2方差分析與組合條件優(yōu)化。爐內溫度物料顆粒直是第j 個(gè)指標的“權”值;y,為第i號試驗中第j個(gè)指標;R,是徑、空氣流量3項因素對氣化爐性能指標的影響是不同的。第j 個(gè)指標在該組試驗中造成的極差;λ是第j個(gè)指標的計在95%置信度下,對沸騰時(shí)間、熱值進(jìn)行正交試驗,并經(jīng)過(guò)方算系數(既考慮權又考慮指標變動(dòng)程度)。差分析得到表3-5。結果表明:影響綜合指標的主次因素為ACB,最佳水平2.4.3最優(yōu)參數組合的確定。從對較優(yōu)組合的沸騰時(shí)間組合為A,B,C, ,即爐內溫度900 C ,物料顆粒為10 mm,空氣(A2CB,)、熱值(C,A.B, )的分析來(lái)看,沸騰時(shí)間和熱值的影響流量 0.8 m'/min。因素主次順序不一致,且各個(gè)指標的較優(yōu)水平組合各不相同。3結論為了兼顧各項指標的得失,采用綜合加權評分法進(jìn)行分(1)經(jīng)方差檢驗.在95%置信度下,①爐內溫度對沸騰析,以使選出的各項指標都盡可能達到最優(yōu)的組合,考慮到三時(shí)間十間影響顯著(zhù),三因素因素對衡量指標的重要程度,以100分作為總“權" ,沸騰時(shí)間為主次排YH中國煤化工,B.即爐內溫度90040分,熱值為60分3-51 ,每組試驗綜合評分指標可用下式計算:C,空C N M H Go mm;②空氣流量和(1)爐內溫度均對熱值有顯著(zhù)影響,三因素主次排序為C>A>B,較優(yōu)組合為CzA2B,,即空氣流量0. 80 m'/min,爐內溫度式(1)中y,為第i號試驗所得計算值,即加權評分指標;W 900 C ,物料顆粒30 mm。15418安徽農業(yè)科學(xué)2010年表3沸騰時(shí)閫正交試驗方差分析(2)采用綜合加權評分法得出戶(hù)用型生物質(zhì)氣化爐試驗Table 3 Orthogonal design and ANOVA of boiling time裝置的最優(yōu)組合為爐內溫度900 C ,物料顆粒10 mm,空氣流變異來(lái)源平方和自由度 均方F值 P值顯薯性量0.80m'/min。結果表明,爐內的溫度和空氣流量對氣化VariationSumof Depreof Mean Fvilue pvalue Siguifi-ourcesquarcs freedom squarecaunce爐的影響較為顯著(zhù)，由此可知,要想進(jìn)- -步提高氣化爐的產(chǎn)爐內溫度Furnace temperature21.2956 2 10.647 81369.000 0.0007●●氣效率和熱能轉化效率,對氣化爐的內部結構供風(fēng)裝置的優(yōu)物料顆粒2.8289 2 1.4144 181.857 0.005 5化設計必不可少。Material granles表5試驗指標分析空Null0.0156 2 0.007 8Table5 Analysis on test indexes空氣流量Air flow 7.7956 2 3.8978 501.142 0.0020中誤差Standard eror_ 0.015 60.007 8.沸騰時(shí)間熱值總和Toal31.935 6Boiling timeCaloric value注:表中.●為極顯著(zhù), *為顯著(zhù),下同。較優(yōu)水平Beller levelA.B,CA.B.C,Note:本indicutes sigrifcant diference at the 0.05 level, while ●* indicates主次因素A>C>BC>A>Bsiguificanl difference a the 0.01 lovel. The sane幽below.Main and secondary fators裹4熱值正交試驗方差分析較優(yōu)組合Betler combinaionAsC,BCA,B,Table 4 Orthogonal design and ANOVA of caloric value平方和.自由度， 均方顯著(zhù)性參考文獻VariaionSumof Degree ofMean F值P值Signin[1]張建安,劉德華生物質(zhì)能源利用技術(shù)[ M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，squares feedom aquarefvaueFralue cance[2]陳冠益,高文學(xué),顏蓓存，等生物質(zhì)氣化技術(shù)研究現狀與發(fā)展[J]煤Fumar temperalure252 898.64 2 126449.32 32.386 0.030 *氣與熱力,2006 ,26(7):20-26.物料顙粒3] 陶菊舂,吳建民綜合加權評分法的綜合權重確定新得[J].系統工程Muerial ganules219848.06 2 109924.03 28.153 0.034理論與實(shí)踐,2001(8):43 -48.7808. 83 904.44[4]吳建民，喝菊春用綜合加權評分法優(yōu)化鉆井泥漿配的研究[J].農業(yè)空氣流量Airflow 510588.16 2 255 294.08 65.385 0.015 ◆22,18(2)-4-5-45218(2)45-48誤差Standerd eror 7808.88 23904.44魏效玲,趙立新,任建華多指標試驗設計綜合加權評分值的確定[J].總和Totel991 143.71河北建筑科技學(xué)院學(xué)報,2003 ,20(4):68 -T2.(上接第15401頁(yè))[5]易文娟,郁梅,蔣剛報Cntorle:一種有效的方向多尺度變換分析方法[J].計算機應用研究2009);1;8 -22.6] DO M N,VETTERU M. 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