旋风除尘器对生物炭粉的除尘特性.pdf

第28卷第3期
农业工.程学报
Vo1.28 No. 3
2012年2月
ransactions of the CSAE
Feb.2012
旋风除尘器对生物炭粉的除尘特性
李永军,易维明,何芳,柏雪源,李志合,蔡红珍
(山东理工大学山东省清洁能源工程技术研究中心,淄博255091)
摘要:生物炭粉是生物质热解液化工艺的主要副产品之一,其被清除的效果对生物油质量有较大影响。该文以下降管
式生物质热解液化裝置作为试验平台,试验分析了旋风除尘器对炭粉的除尘效果。该工艺中,进入旋风除尘器的热解气
含尘浓度范围一般为35~50g/m3,且浓度随机波动较大:旋风除尘器收集的炭粉粒径范围为039~30m的颗柆占总量
29%,几乎没有小于0.39m和大于40.72m的颗粒:旋风除尘器的除尘效率不高,一般低于80%。旋风除尘器的
除尘效率随热解气中炭粉浓度增加而略有提高
关键词:除尘,效摩,试验,热解。蒇风除尘器
doi:10.3969/.iss.1002-6819.2012.03.011
中图分类号:TK6
文献标志码:A
文章编号:1002-6819(2012)-03-0060-05
李永军,易维明,何芳,等.旋风除尘器对生物炭粉的除尘特性[J.农业工程学报,2012,28(3):60-6
Li Yongjun, Yi Weiming, He Fang, et al. Removal effect of biochar powder from biomass pyrolysis by clone dust remover!l
Transactions of the CSAE, 2012, 28(3): 60-64(in Chinese with English abstract)
试验系统与工況
石油短缺已经是一个不可忽视的世界性问题,它己1.1下降管式生物质热解液化装
经从多方面危机到人类的生存和发展。生物质能是地球
下降管式生物质热解液化装置是山东理工大学科研
上最普遍的一种可再生能源,目前,对它的开发和利用人员自主研制开发的设备。本装置采用以陶瓷球颗粒为
已经受到越来越多的重视和关注。生物质闪速热解液化热载体的气固并流下行超短接触热解技术,热解生物质
技术是有效利用生物质能的方式之ー,它采用超高加热粉,通过冷激热解气,得到生物油?。图1为该装置的
速率(10~10°K/s)、超短产物停留时间(0.2~3.0s)及工艺流程图。本装置采用旋风除尘器作为除尘设备,测
适中的裂解温度习(5℃左右),使生物质中的有机高定旋风除尘器的有关性能在此平台上进行
聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子。生
成物包括热解气(可冷凝气体和不可冷凝气体)和生物
炭粉(植物纤维性炭粉)。通过冷激热解气,使可冷凝
气体冷凝,获得液体产品(生物油)。国外的研究大多
以木材作为热解原料,国内主要以农作物秸秆、壳皮和
林业树皮等作为热解原料开展研究。
生物质热解液化工艺流程中,除尘装置为主要设备
之ー。该工艺要求反应产生的气体中携带的炭粉在进入
冷激设备之前,必须被清除。如果这些炭粉进入冷激装
置会影响热解油的质量1?,而且还黏附在管道及冷激装
置中,严重时可能造成冷激装置的堵塞。因此,选择适
合的除尘装置是关系到生物油生产成败的关键因素之1.体炭粉分腐装置2.炭粉收集箱3旋风除尘器4.贮油罐5冷却水
。结合生物质热解液化工艺的要求:热解气通过除尘箱6冷激7载体加热器8根料机9.反应管1提升机
装置时,不能发生冷凝且要迅速实现与粉尘分离,因此
因1下降管告式生物质热解液化装
旋风除尘器是较适合的选择的
Fig 1 Down flow tube type biomass fast pyrolysis liquefaction
apparats
收稿日期:201107-t3修订日期:201l-08-30
1.2旋风除尘器的设计
基金项目:国家自然科学基金资助(50876056,5L076037,5100065)潘
生物质原料通常含有70%~90%的挥发分91?。参
博市科技金项目(22010GG01083)
考有关资料,为达到热解液化系统密封性的要求,应保
作者简介:李永军(19%8-),高级工程师,主从事生物质能利用方面研
究。潘山东理工大学山东省清洁能源工程技术研究中心。255091。
证系统处于微正压下运行(一殿压力大于5 mmhg),可
Email: liyongjunaasdut.edu. cn
选择生物质加料量的70%作为产气量进行风网的风量设
万方数据
第3期
李水军等:旋风除尘器对生物炭粉的除尘特性
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计。特别说明的是:这里将热解气的密度近似为相同1.3试验物料
状态空气的密度。
试验采用的原料是山东淄博地区2010年收获的玉米
温度是影响旋风除尘器性能的基本因素之一,当温秸秆。秸秆用锤式粉碎机粉碎,粉碎机配直径为3.8mm
度发生变化时,含尘气体的一些性质如密度、黏度等发孔径的筛网筛分,粉碎后的物料阳光下自然风干至含水
生改变,影响烟尘颗粒的运动规律及特性,从而影响旋率低于10%,得到的玉米秸秆粉末密度为14.4kg/m3。
风除尘器的分离效率2。目前,在高温状况下,对旋粉末一般为长度为小于1cm的针状物,厚度小于0.05cn
风分离器内的气固分离机理的研究还不是很透彻,在很的片状物和直径小于1.5cm的球状物。
大程度上仍是通过试验手法来探索温度对颗粒分离机理
试验工况参数
的影响,即使如此,试验研究结果也不是很充分,这方
由反应管结构、长度及其中陶瓷球与生物质粉混合
面研究有待进一步深入1+15
状态决定陶瓷球与生物质粉的接触时间。大流量的高温
气体的温度首先影响气体的黏度,黏度随温度的升高陶瓷球颗粒滚落下降中充满反应管,且以一定初速度与
而增加,500℃时的黏度为20℃时的2倍。因此,随着温度生物质粉接触下落过程中,由于生物质粉对陶瓷球的
增加,作用在运动颗粒上的黏性阻力增加,分离效率下降。动作用影响较小,这里将陶瓷球滚落时间近似作为球
在流量一定的情况下,分离效率η与气体黏度的关系为
与粉接触时间。陶瓷球温度为陶瓷球刚入反应管时的温
度,其有较小波动,一般在10℃以下。试验中,反应管
100-
内的气压波动较小,说明生物质热解气气化产量较均匀。
式中,a、b为气体在a,b两种温度状态下的黏度,Pa/s'
试验中用镍铬?镍铬热电偶测量陶瓷球的温度,U型玻璃
上述研究只考虑了随着温度增加,运动颗粒黏性阻力
管压力计测定反应管气压。
增加,给旋风分离带来的不利影响,而未分析及考虑随着
表1下降管式生物质热解液化装置运行工况参数
温度增加,细微颗粒的热团聚作用将会更突出?,加之在
Table I Operating conditions parameters of down flow tube typ
旋风分离器内存在着明显的梯度团聚和湍流团聚,而细微
biomass fast pyrolysis liquefaction apparatus
颗粒的团聚势必形成质量较大颗粒团,当微田质量大于临
反应管生物质粉陶瓷球陶瓷球与球与粉瓷球反应管内
直径/喂入量直径/生物质粉接触时间/温度/气压
界分离颗粒质量时,就会被