生物質(zhì)干燥機的設計及試驗研究

可再生能源20063(總第127期)研究與試驗生物質(zhì)干燥機的設計及試驗研究雷廷宙12,沈勝強2,李在峰',胡建軍,吳創(chuàng )之3,師新廣',朱金陵(1.河南省科學(xué)院能源研究所有限公司,河南鄭州450008;2大連理工大學(xué)動(dòng)力工程系,遼寧大連116024;3中國科學(xué)院廣州能源研究所,廣東廣州510070)摘要:根據生物質(zhì)的干燥特性,優(yōu)化設計了一種高效的板式生物質(zhì)干燥機。利用熱的傳導、對流、輻射3種傳遞方式,結合空氣調節技術(shù)設計的干燥機核心部件—一多孔板換熱器,使干燥機內溫度場(chǎng)與氣流速度場(chǎng)達到了物料干燥的要求,可對物料快速加熱,實(shí)現了生物質(zhì)干燥“按需供能”的要求。對生物質(zhì)干燥機在不同工況下的干燥特性進(jìn)行了試驗研究,得到了其干燥特性曲線(xiàn);生物質(zhì)干燥的熱能利用率達到了70%以上關(guān)鍵詞:生物質(zhì);干燥機;多孔板;干燥特性曲線(xiàn);熱利用率中圖分類(lèi)號:TK173;TK6文獻標識碼:A文章編號:1671-5292(2006)03-0029-04Experimental study and design for biomass drierLEI Ting-zhou, SHEN Sheng-qiang, LI Zai-feng, HU Jian-jun, WU Chuang-zhi, SHIXin-guang, ZHU Jin-ling(1. Energy Research Institute Ltd of Henan Academy of Sciences, Zhengzhou 450008, China; 2Department of Power Engineering Dalian University of Technology, Dalian 116024, China;3Institute of Energy Resources China Academy Science, Guangzhou 510070, China)Abstract: Design a high efficiency drier of biomass based on the drying characteristic ofbiomass. The temperature field and velocity field was uniform by using the heating partswhich was desgin on air conditioning technology and different mode of heat transfers, it canheart biomass quickly. It realizes the function of "providing energy according to demandWe find the drier characteristic curve by testing in different optimal operation. The thermalutilization factor of drier is over 70%Key words: biomass; drier; perforated plate; drier characteristic curve; hermal utiluization生物質(zhì)的能源化利用,不僅保護了環(huán)境,而方式對物料快速加熱,根據空氣調節技術(shù)設計的且實(shí)現了能源的可持續發(fā)展。生物質(zhì)能源化利用多孔射流板換熱原件,使干燥機內溫度場(chǎng)與氣流的途徑包括氣化發(fā)電、液化、高溫熱解、壓縮成型速度場(chǎng)達到了物料干燥的要求,實(shí)現了生物質(zhì)干后直接燃燒等。無(wú)論哪一種利用方式,都對生物燥的“按需供能”,提高了干燥機的熱利用率,為質(zhì)的含水率有嚴格要求。在收獲季節,農作物秸生物質(zhì)的規?；玫於嘶A。稈的初含水量通常在30%以上,長(cháng)時(shí)間貯存非常1生物質(zhì)干燥機的設計容易引起秸稈變質(zhì)。因此,秸稈的干燥就成為秸1.1生物質(zhì)干燥機的總體結構稈大規模資源化工業(yè)利用的關(guān)鍵問(wèn)題叫。本文根生物質(zhì)干燥過(guò)程可分為3個(gè)階段:短時(shí)間的據生物質(zhì)的于燥特性,設計了一種高效的板式生升溫段、等速干燥段與降速干燥段鬥。在整個(gè)干燥物質(zhì)干燥機,它利用熱傳導、對流、輻射3種傳熱周期中國煤化工高密度大,是干收稿日期:2006-03-22CNMHG基金項目:國家“863”計劃項目(2001AA514010)作者簡(jiǎn)介:雷廷宙(1963-),男,研究員,博土研究生,主要從事生物質(zhì)能源技術(shù)研究研究與試驗RENEWABLE ENERGY No.3 2006(127 Issue in All燥過(guò)程中的主要吸熱段,應以較高的溫度與氣流與等速干燥過(guò)程,在第3,4層換熱板上完成等速速度來(lái)提高干燥機的產(chǎn)量。在干燥過(guò)程的后半個(gè)與降速干燥過(guò)程。生物質(zhì)在拖動(dòng)系統的帶動(dòng)下自周期,物料的溫度較高、含水率較低、密度小,在上而下運動(dòng),完成升溫、等速干燥與降速干燥的過(guò)此階段,物料的干燥時(shí)間基本不變,可以較小的程,換熱板孔眼總面積自上而下依次減小,各換熱氣流速度進(jìn)行干燥,以節約能源。板可提供不同的能量,實(shí)現了生物質(zhì)干燥過(guò)程的根據生物質(zhì)的干燥特性,設計的生物質(zhì)干燥按需供能。機結構如圖1所示,粉碎后的生物質(zhì)由進(jìn)料口進(jìn)入干燥機,在傳動(dòng)系統的鏈條、刮桿的拖動(dòng)下,沿供熱系統的射流板上表面緩緩移動(dòng),此時(shí)受到加熱板上表面的傳導加熱,同時(shí)受到上一層加熱板下表面輻射加熱和從射流孔射流出的高溫加熱介質(zhì)的強化對流換熱。這樣,被干燥的物料在多層加熱板的傳導、對流、輻射3種傳熱方式的作用下,水分迅速地擴散出來(lái),由排濕系統排出干燥機外,達到快速、高效干燥的目的。圖2供熱系統示意圖1-物料;2-加熱板;3-靜壓箱;4-輸送板(1)靜壓箱的設計可等壓分流的靜壓箱為一楔形箱體,它有1個(gè)加熱介質(zhì)進(jìn)口與數個(gè)矩形加熱介質(zhì)出口,出口數量與換熱板的數量相同。靜壓箱入口風(fēng)速V應比最末出風(fēng)口的風(fēng)速Vn大,利用這2個(gè)速度差圖1生物質(zhì)干燥機結構示意圖形成的動(dòng)壓差補償靜壓箱內的摩擦阻力損失和局1-排濕系統;2-進(jìn)料口;3-進(jìn)風(fēng)管;4-傳動(dòng)系統;部阻力損失,使靜壓箱內各處的靜壓力能夠保持5-鼓風(fēng)機;6-拖動(dòng)調速電機;7-供熱系統穩定,各處的壓力基本相同,使各矩形加熱介質(zhì)出1.2供熱系統的設計口的流量與其面積成正比。欲達到上述要求,靜加熱氣流均勻是干燥機設計的核心問(wèn)題,也壓箱的入口風(fēng)速與出口風(fēng)速需滿(mǎn)足下式是影響干燥速度和于燥質(zhì)量的主要因素。升溫段是生物質(zhì)干燥過(guò)程中的加熱階段,此時(shí)生物質(zhì)具p-2p=∑(R+)有含水量高、堆積密度大等特點(diǎn),在此階段不僅式中V靜壓箱入口風(fēng)速需要大量的熱能,而且還需要較大的風(fēng)速,以便V?！o壓箱最末端熱空氣出口風(fēng)速;穿透物料層,達到物料快速、均勻升溫的目的。等∑Rl靜壓箱內摩擦阻力損失之和;速干燥段是生物質(zhì)干燥過(guò)程中的主要脫水段,水∑z——靜壓箱內局部阻力損失之和分蒸發(fā)量大,此時(shí)只需供給生物質(zhì)水分持續蒸發(fā)p——空氣密度。所需的熱量即可。降速干燥段是生物質(zhì)干燥過(guò)程(2)射流換熱板的設計中的最后一個(gè)階段,在此階段生物質(zhì)已變得很膨熱空氣經(jīng)靜壓箱可等壓進(jìn)入各層射流換熱松,只需脫去少量的水,因此,此階段只需少量的板,射流換熱板為能承受一定壓力的箱式結構。其熱量,風(fēng)速不宜太高,以免將物料吹飛四。根據這上表面為平板,可用作物料床;下表面為多孔板,理論研究和基礎試驗的結果,結合空氣調節技可根據不同干燥階段所需能量設定不同的孔眼面術(shù)與傳熱學(xué)原理,設計出了由等壓分流的靜壓積V凵中國煤化工板均勻地射向被箱和高效換熱的射流加熱板組成的供熱系統(如干燥CNMHG在進(jìn)口壓力相同圖2)所示。它由靜壓箱、射流換熱板、輸送板等組的條件下,不同孔眼直徑、不同孔眼總面積為生物成。生物質(zhì)在上兩層換熱板上主要進(jìn)行物料升溫質(zhì)不同的干燥階段提供不同的能量,為設計按需30可再生能源2006.3(總第127期)研究與試驗供能的生物質(zhì)干燥機提供了可能門(mén)。制閥可控制廢氣的排出速度,通過(guò)廢氣特性測量1.3拖動(dòng)系統的設計孔可測量廢氣溫度、流量及含水量。生物質(zhì)在干燥機內的移動(dòng)由干燥機的拖動(dòng)系生物質(zhì)原料為當年收獲后的玉米秸稈,經(jīng)篩統完成。拖動(dòng)系統由調速電機、傳動(dòng)系統、鏈條刮孔直徑為5mm的錘片式粉碎機粉碎后,加水調桿等部分組成。刮桿為Φ12mm的圓鋼,兩端鉸接濕至一定含水量,密封1d后備用于鏈條上,鏈條在鏈輪的帶動(dòng)下移動(dòng)時(shí),刮桿便拖2.2生物質(zhì)干燥機干燥曲線(xiàn)動(dòng)生物質(zhì)隨鏈條在換熱板上表面移動(dòng),其工作過(guò)在干燥機內的物料中放置3個(gè)熱電偶,讓它程如圖3所示。生物質(zhì)在鏈條刮桿拖動(dòng)下沿換熱隨物料一起移動(dòng),即可測定出原料在不同干燥時(shí)板上表面從一端向另一端移動(dòng),落到下一層換熱間內的溫度,取3個(gè)溫度的平均值;取干燥機內不板后重新往回移動(dòng),這樣的過(guò)程由上至下連續進(jìn)同干燥時(shí)間的物料,測定其含水量,即可測定出物行4次。生物質(zhì)向前移動(dòng)的同時(shí),圓的刮桿也把下料在不同干燥時(shí)間內的含水量。圖5為生物質(zhì)干面的物料翻到了上面,物料落向下一層加熱板時(shí)燥機的干燥曲線(xiàn)。由圖5可以看出,在第一層加熱進(jìn)行了摻混,這樣就保證了產(chǎn)品干燥的均勻性。板,物料溫度從36℃升至63℃,含水量從55%10加杰板1加板2加當3!加源4130圖3傳動(dòng)系統示意圖1-鏈輪;2-加熱板;3-鏈條刮桿;4-物料移動(dòng)方向圖5生物質(zhì)干燥機的干燥曲線(xiàn)2生物質(zhì)干燥機的試驗研究降至48%,這是因為在第一層加熱板上,物料只我們完成了生物質(zhì)于燥機樣機的設計加工受到了傳導加熱,表面無(wú)射流熱風(fēng)加熱,所以含水后,對其各項性能進(jìn)行了試驗研究,為生物質(zhì)干量下降較慢。在第二層加熱板,溫度從63℃升至燥機的放大提供了基礎數據。68℃,含水量從48%降至30%,這是因為物料既2.1試驗系統受到了傳導加熱,又有上一層換熱板的對流與輻試驗系統如圖4所示,它是以天然氣燃燒生射加熱,所以物料的含水量迅速下降,水分蒸發(fā)帶成的煙氣與空氣混合后的高溫混合氣為干燥介走了大量的熱量,物料的溫度上升較慢。在第三層質(zhì),在干燥機內進(jìn)行生物質(zhì)的干燥。燃氣進(jìn)氣量加熱板上,溫度從68℃升到85℃,含水量從調節閥可控制燃燒器的燃氣進(jìn)氣量,從而控制干30%降至20%,此時(shí)物料的含水量較低,熱風(fēng)速度較低,物料在上、下?lián)Q熱板的加熱下,溫度上升較快。在第四層加熱板上,物料溫度從82℃降至7℃(約在第24min時(shí)),這是因為物料從第三層加熱板落向第四層加熱板時(shí),遇到逆向流動(dòng)的冷空氣傳熱所致。第24min后物料溫度變化不大,主圖4干燥裝置試驗系統圖要是因為第四層板為輸送板,物料只受到上層加1-燃氣進(jìn)氣量調節閥;2-氣體流量計;3-高溫煙氣調節閥;熱板的輻射與對流加熱,熱風(fēng)速度較小,水分蒸發(fā)4高溫煙氣特性測量孔;5-排氣量控制網(wǎng);6廢氣特性測量孔帶走的熱量與上層加熱板提供的熱量基本平衡。燥機的能量供給。高溫煙氣調節閥可調節進(jìn)入干中國煤化工度、不同料層厚燥機內高溫混合氣中煙氣與空氣的比例,從而調度與CNMHG燥的干燥特性曲節高溫混合氣的溫度,通過(guò)測量孔可測出高溫混線(xiàn)(進(jìn)風(fēng)溫度僅選擇了340℃和280℃。分析表合氣進(jìn)氣量、溫度及水分的含量,通過(guò)排氣量控明,在其它條件不變的條件下,溫度越高,物料的研究與試驗RENEWABLE ENERGY No. 3 2006(127 Issue in All程/m行程/m進(jìn)風(fēng)溫度340℃,料層厚度10cm近風(fēng)溫度340℃,料層厚度8c進(jìn)風(fēng)溫度340℃,料層厚度6cn進(jìn)風(fēng)溫度280℃,料層厚度10c進(jìn)夙溫度280℃,料層厚度8cm進(jìn)鳳溫度280℃,料層厚度6c瞧圖6不同溫度、不同料層厚度和不同干燥時(shí)間下干燥機的干燥特性曲線(xiàn)脫水率越大,但由生物質(zhì)的干燥特性可知,進(jìn)風(fēng)W—原料干燥前含水量溫度不宜過(guò)高,當物料濕球溫度超過(guò)150℃時(shí),Wx—原料干燥后含水量;物料的揮發(fā)分便會(huì )析出,影響干燥后的生物質(zhì)品r—水的汽化潛熱kJ/kg;質(zhì);干燥時(shí)間越長(cháng),物料的脫水率越大,但干燥機C—玉米秸稈的比熱,kJ/(kg:℃);的處理量卻會(huì )變小;物料厚度越大,脫水率越低Cm—水的比熱,kJ/(kg:℃);但處理量變大。在上述條件下,測得本樣機熱利用率為7102%2.3生物質(zhì)干燥機熱能利用率的測定3結束語(yǔ)參照GB6970-1986《糧食干燥機試驗方法》,①板式生物質(zhì)干燥機可根據物料特性改變物對干燥機的熱利用率η進(jìn)行測定。被干燥的物料料的干燥速度、干燥時(shí)間與干燥溫度,并可在不同為鄭州市郊區當年生產(chǎn)的玉米秸稈,初始含水量為的干燥階段提供不同的熱量與風(fēng)速,具有較好的51.2%,溫度為26℃;錘片式粉碎機的篩網(wǎng)孔徑為原料適用性。其獨特的換熱元件與物料拖動(dòng)系統,8m;干燥介質(zhì)的進(jìn)風(fēng)量為8725m3/h,溫度為使其熱利用率達到了70%以上。因此,干燥機在340℃;料層厚度為10cm;干燥時(shí)間為30min。在不同種類(lèi)的生物質(zhì)能干燥方面具有較好的優(yōu)勢,此條件下對干燥機的熱利用率η進(jìn)行測定。具有廣泛的應用前景產(chǎn)。干燥機的熱利用率η=Q/Q②本文通過(guò)試驗研究,得到了生物質(zhì)干燥機輸入干燥機的熱量Q=L·Cn(t-2)在不同工況下的干燥特性曲線(xiàn),為干燥機的放大式中Q秸稈有效利用熱,kJ及優(yōu)化設計提供了參考依據。L——進(jìn)入干燥機干混合氣的質(zhì)量,kg參考文獻Cr—混合氣的干基比熱容,kJ/(kg℃);[]l中國太陽(yáng)能學(xué)會(huì )21世紀太陽(yáng)能新技術(shù)[C上海:上海t-t2—進(jìn)出干燥機混合氣的溫差,℃C。交通大學(xué)出版社為了使熱能利用率在含水量不同的物料及不2]雷廷宙沈勝強吳創(chuàng )之等玉米秸稈于燥特性的試驗研究太陽(yáng)能學(xué)報,2005,26(2):26-28同脫水量的情況下具有可比性,本文所指的有效利用熱Q包括玉米秸稈在干燥機內升溫所需的顯熱 KALLEL F, GALANIS M. PERRIN B,et al. Effects ofduring drying of consolidated和水分汽化所需的潛熱2部分組成按下式計算中國煤化工heat transfer. 1993Qr=g(1-W1)·C·△t+W1Cm·△+(Wr-W2)4CNMHG京:中國建筑工業(yè)出式中△t進(jìn)出干燥機物料的溫差t1-t2,℃;版社,2001g—原料質(zhì)量,kg5]金國淼干燥設備M北京:化學(xué)工業(yè)出版社,200萬(wàn)數據