生物质热解固体热载体高温烟气加热装置设计和试验.PDF

生物质热解固体热载体高温烟气加热装置设计与试验 链接：/tech/107076.html 来源：中国新能源网 生物质热解固体热载体高温烟气加热装置设计与试验 王绍庆，李志合，吴厚凯，李宁，柏雪源 （山东理工大学农业工程与食品科学学院/山东省清洁能源工程技术研究中心，淄博255049） 摘要：固体热载体加热生物质是生物质热解制取生物油的工艺手段之一。为解决固体热载体间接加热方式升温慢、 效率低问题，设计了一种流化床生物质燃烧的热烟气直接加热固体热载体装置，分析了其结构与原理，开展了固体热 载体升温性能和流化床燃烧器的燃烧特性试验研究，并对试验结果进行了热平衡分析。结果表明：流化床高温烟气加 热陶瓷球热载体的平均热能利用率为66.3%，流化床燃烧生物质粉产生的高温烟气能够满足热载体加热装置对热源的 需求，热载体加热器内的热量传递方式主要是对流换热。陶瓷球热载体与加热器内高温烟气的对流传热系数为475W/ (m2·℃)。研究对结果对解决生物质热解液化技术中的固体热载体加热升温关键问题具有重要指导意义。 0引言 生物质具有环境友好，资源可再生等特点，是 理想的清洁能源之一[1-2] 。生物质能的开发利用，旨在把诸如农林废弃物等固体生物质通过物理或化学方法，使之成为高能量密度的气体、固 体或液体燃料[3-5] 。生物质热解液化技术是一种热化学手段，利用高温固体介质加热粉状生物质实现生物质快速热解液化，是生产生物 油的工艺之一，具有冷却负载小、 载体余热回收容易等优点，有着较好的发展前景[6-11] 。山东省清 洁能源工程技术研究中 心开发的陶瓷球热载体加热生物质热解液化工 艺技术具有自主知识产权[12] 。在生物油的生产中，热载体作为制备生物油的传热介质，其加热时间长，耗能高，然而目前采用的热载体间接加热 技术还存在着热载体升温速率慢、效率低、耗能高的问题，因此生产的连续性和规模性受到限制，也严重制约了生物 油的低能耗、规模化生产[13-16] 。李志合等设计的固体热载体换热器壳体内设有多组换热管，烟气发生炉产生的高温烟气进入壳体内，实现陶瓷球的 间接换热，同时硅碳棒与保护套管与换热管垂直布置，作为加热热载体的辅助热源，换热器换热面积大，热效率较高 ，但能耗过高[17] 。曹有为等研究的串联热载体加热装置将2个不同加热方式的加热装置串联在一起，上炉体主要是热载体在列管内间 接换热，换热后的热载体 进入下炉体与高温烟气直接换热，加热装置具有高 效率和传热效率[18] 。本文最初采用明火直接加热陶瓷球，加热试验表明陶瓷球会产生烧结现象；同时，生物质热裂解是在缺氧条件下进 行的，热解反应器内部要和外部环境隔绝，生物质粉通过燃烧消耗了空气中的氧气，生成的高温烟气再与陶瓷球进行 换热，可以保证热解反应系统与外界的独立性。 本文针对“固体热载体加热下降管式裂解液化系统”中的陶瓷球固体热载体加热问题，在原有陶瓷球固体热载体加 热研究的基础上，设计制造了流化床高温烟气直接加热陶瓷球热载体的试验装置，利用流化床高温烟气热载体加热系 统研究高温烟气加热陶瓷球热载体的规律及最佳工艺参数，以期解决陶瓷球加热生物质裂解液化技术中固体热载体加 热升温困难的技术难题，对各部件作深入研究和参数优化等工作。 1固体热载体高温烟气加热装置设计 1.1设计依据 生物质热解液化过程中，热载体与生物质混合质量比为10:1，为满足生物质处理量为30kg/h的热解液化装置的热解 需求，热载体的需求量应大于300kg/h，同时生物油生产过程中固体热载体加热一般需要专用的热载体加热炉，为提 高固体热载体的换热效率，同时考虑经济性及环境保护的需求，固体热载体加热装置的设计应考虑以下几个方面： 1）炉膛容积热负荷（qv）。其大小主要取决于燃料的挥发分含量高低，挥发分低的无烟煤，不易着火燃烧，qv值 生物质热解固体热载体高温烟气加热装置设计与试验 链接：/tech/107076.html 来源：中国新能源网 应取小一些，炉膛容积可大一些，延长燃料在炉内的停留时间。而生物质挥发分含量较高，在炉膛内燃烧方式介于层 3 燃与悬浮燃烧之间，qv值可比煤粉炉大，一般取值范