【摘要】：本文以生物質(zhì)與煤的干法氣流床共氣化技術(shù)為背景,主要對(duì)生物質(zhì)原料的預(yù)處理以及生物質(zhì)與煤混合顆粒的流動(dòng)特性進(jìn)行研究�？疾炝松镔|(zhì)粉碎后其顆粒的外形及粒徑分布規(guī)律,并結(jié)合其組織結(jié)構(gòu)的各向異性建立了關(guān)于生物質(zhì)顆粒破碎的二維有限隨機(jī)分裂模型。生物質(zhì)顆粒與煤顆粒在形狀、密度、粒徑等方面存在較大差異,這會(huì)對(duì)顆粒之間的填充、壓縮、摩擦、混合以及流化等特性產(chǎn)生影響,故對(duì)混合顆粒的流動(dòng)性以及在料倉中的行為特性進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下： (1)利用顯微鏡對(duì)幾種典型農(nóng)林廢棄物(松樹、懸鈴木、樟樹、水杉、稻草、蘆葦、豆秸等)粉碎后的顆粒拍照,并用統(tǒng)計(jì)分析和分形方法對(duì)顆粒的形狀進(jìn)行了定量研究,同時(shí)用篩分法考察了生物質(zhì)顆粒破碎后的粒徑分布。結(jié)果表明,生物質(zhì)材料組織結(jié)構(gòu)的各向異性明顯,顆粒外形極不規(guī)則。各向異性越強(qiáng),針狀特性越明顯,隨著顆粒粒徑的減小,各向異性減弱。分形和圓度在表征生物質(zhì)顆粒的外形方面存在線性關(guān)系：C=-0.61D+1.20。在實(shí)驗(yàn)粒徑范圍內(nèi),生物質(zhì)顆粒的累計(jì)質(zhì)量分率w和無因次化粒徑d之間存在線性關(guān)系：w=65.49d-16.37,且不同種生物質(zhì)以及不同生物質(zhì)部位得到的顆粒的粒徑分布存在良好的一致性。 (2)基于生物質(zhì)材料組織結(jié)構(gòu)的各向異性,結(jié)合有限隨機(jī)分裂模型,建立了針對(duì)生物質(zhì)顆粒破碎的二維有限隨機(jī)分裂模型(2D-FSBM),結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和生物質(zhì)材料的自身特性對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行了確定,并對(duì)生物質(zhì)顆粒的粒徑分布進(jìn)行了模擬。通過比較模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)二者具有良好的吻合度,表明該模型在相關(guān)參數(shù)確定后,可以對(duì)生物質(zhì)顆粒破碎后的粒徑分布進(jìn)行合理的預(yù)測。 (3)對(duì)煤與稻草組成的混合顆粒的流動(dòng)性進(jìn)行了研究,重點(diǎn)考察了稻草的粒徑以及含量對(duì)混合顆粒的流動(dòng)性的影響,并用Haunser ratio、內(nèi)摩擦角、壁摩擦角以及休止角等流動(dòng)性參數(shù)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,稻草顆粒的可壓縮性較煤粉低,而內(nèi)摩擦角和壁摩擦角卻高于煤粉。稻草含量較低時(shí),稻草粒徑對(duì)混合顆粒堆積密度的影響并不明顯,但隨著含量增加,影響變得顯著。由于兩種顆粒密度和粒徑的差異所造成的離析,Hausner ratio無法對(duì)混合顆粒的流動(dòng)性做出正確的表征。稻草的加入導(dǎo)致混合顆粒的內(nèi)摩擦角和休止角均有所增加,并且在稻草含量較低時(shí),內(nèi)摩擦角ΦI及休止角ΦR與稻草含量w和顆粒外形A分別存在如下關(guān)系：tanφ1-tanφ1,c=0.209w(A-1.87) tanα-tanα=0.213w(A-1.87)式中,α=(ΦI+ΦR)/2。 (4)分別在不同的料位下,對(duì)煤與稻草的混合顆粒進(jìn)行自然重力下料研究,考察了稻草粒徑及含量、煤粉粒徑、存儲(chǔ)時(shí)間等因素對(duì)下料流率的影響。結(jié)果表明,稻草含量較低時(shí)會(huì)促進(jìn)混合顆粒的下料,但是含量過高則作用恰好相反。在料倉直段,稻草含量較低時(shí),混合顆粒的下料速率隨著煤粉粒徑的增加而增大,隨著稻草粒徑的增大而減小。并且隨著稻草含量的增加,煤粉粒徑的影響減弱。煤粉和稻草的混合顆粒在料倉錐段的下料速率隨著稻草含量的增加呈現(xiàn)出減小趨勢�；旌项w粒在料倉中的存儲(chǔ)時(shí)間對(duì)于顆粒的流動(dòng)性有一定的影響,并且對(duì)錐段下料速率的影響較為明顯。 (5)在通氣料倉中對(duì)混合顆粒進(jìn)行下料實(shí)驗(yàn),考察了流化氣速、料倉壓力等對(duì)下料速率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),對(duì)于北宿煤粉與稻草組成的混合顆粒,稻草含量低于10%時(shí),物料在通氣料倉中的流動(dòng)狀態(tài)與單獨(dú)的煤粉比較接近；稻草含量超過10%后,料倉中容易出現(xiàn)結(jié)拱現(xiàn)象。料倉壓力對(duì)下料穩(wěn)定性有積極作用,它能有效地破壞結(jié)拱,在稻草含量較低時(shí),作用明顯；稻草含量較高時(shí),作用變得微弱,并且流化氣容易穿透物料層,對(duì)下料起到阻礙作用。 (6)通過研究混合顆粒在流化狀態(tài)以及流出料倉后的混合情況,對(duì)在物性方面存在較大差異的混合顆粒的混合特性進(jìn)行考察。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在流化床中,稻草在一定含量下,與物性存在較大差異的石英砂(或玻璃微珠)組成的混合顆粒可獲得穩(wěn)定的床層壓降,實(shí)現(xiàn)有效流,并且流化床中不同床層高度的物料組成差異較小。此外,稻草與玻璃微珠的混合顆粒在料倉下料過程以及進(jìn)入到接料罐后,其均勻度與原物料的差異不大,并未出現(xiàn)明顯的離析現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TK6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2780095