木屑热解挥发物冷凝特性及实验研究

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1、第33卷第11期可再生能源Vol.33No.112015年11月RenewableEnergyResourcesNov.2015木屑热解挥发物冷凝特性及实验研究蒋恩臣，郭信辉，王明峰，李世博，张世军，许细薇（华南农业大学材料与能源学院，广东广州510642）摘要：文章建立了生物质热解挥发物冷凝特性参数测试系统，开展了木屑在热解温度分别为400，500，600℃下的热解挥发物冷凝特性研究。结果表明，在同一热解温度下表面换热系数均随x轴向距离的增加而减小，在入口段中，400℃生物质挥发物的表面换热系数高于500℃和600℃的实验值。对实验值进行模型拟合，Nusselt模型和

2、f因子模型均不适用于木屑不同热解温度挥发物的冷凝特性的模拟。通过指数衰减曲线方程对实验值进行拟合，得出的方程能够较好模拟木屑热解挥发物冷凝特性，可为连续热解装备中生物油冷凝器的设计提供参考。关键词：木屑热解；冷凝特性；换热系数；模型拟合中图分类号：TK6；TQ051文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）11-1712-05DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.11.0190引言特性进行测试，并展开相关研究，为连续热解装备木屑是木材生产、林业加工中产生的剩余中生物油冷凝器的设计提供参考。[1]物，是重要的生物质资源。实际生

3、产中主要用于1材料与方法生物质颗粒燃料、填充物、加工成夹板等。近年来1.1实验原料[2]，[3]木屑在生物质热解工艺中得以应用和发展。生物质木屑原料采自广州某木材厂，对木屑控制裂解的反应温度和升温速率等条件，生原料进行粉碎和过20目筛，工业分析及热值如表[4]物质热裂解能够得到气液固3种不同产品。近1所示。年来，国外学者对木屑和其他农业废弃物热裂解表1木屑的工业及热值分析的各种产物特性进行了相关研究[5]，[6]。其中，中温Table1Industrialandcalorificvalueanalysisofsawdust水分/%灰分/%挥发分/%固定碳/%低位热值/M

4、J·kg-1热解产出的生物油是一种黑褐色黏稠液体，其成[7]9.652.1174.1714.0715.979分非常复杂，可以分析出的成分有100多种。热解产生的气体含有CO，CO2，H2，CH4及饱和或不1.2冷凝特性测试装置[8]饱和烃类化合物等不可凝气体。热解挥发物冷凝特性测试系统如图1所示，国内外研究人员开展了不可凝空气、N2对水123456789[9]~[13]蒸气冷凝特性产生影响的相关研究，研究表明，当冷凝纯蒸汽时，主要的热阻来自于冷凝液膜，而当冷凝组分含不可凝气体时，不可凝气体在液膜附近形成了热阻，尤其在垂直管的上部。此外，国外研究人员进行了含不可凝气体的蒸

5、汽冷凝理论研究，基于Nusselt液膜理论提出了相应的19181716151413121110[9]，[12]，[14]~[16]理论模型和经验公式。图1连续热解挥发物冷凝测试系统由于木屑热解挥发物包括可凝的生物油挥发Fig.1Condensationtestingsystemforvolatilematterofconsecutivepyrolysis分和不可凝的气体，在连续热解装置冷却分离生1-输送电机；2-入料料斗；3-加热炉体；4-粉尘过滤；5-保温物油时需考虑不凝气对冷凝的影响。国内外对热层；6-涡街流量计；7-压力表；8-测试管；9-温度记录仪；10-冷却解

6、挥发物中不凝气对冷凝的影响研究较少，本文水出口；11-冷却水入口；12-水泵；13-调节阀；14-集液瓶；15-水通过对在木屑不同热解温度产生的挥发物的冷凝气分离；16-水槽；17-鼓风机；18-炭箱；19-变螺距输送绞龙收稿日期：2015-05-07。基金项目：科技部农业科技成果转化资金项目（2014GB2E000048）；土壤植物机器系统技术国家重点实验室开放课题（2014-SKL-07）。作者简介：蒋恩臣（1960-），男，黑龙江佳木斯人，教授，博士生导师，主要从事生物质能利用工程的研究工作。E-mail：ecjiang@scau.edu.cn通讯作者：王明峰（1

7、982-），男，辽宁鞍山人，讲师，主要从事生物质能利用工程的研究工作。E-mail：wangmingfeng@scau.edu.cn·1712·蒋恩臣，等木屑热解挥发物冷凝特性及实验研究主要由连续热解部分、测试管及数据记录部分、冷表2不同热解温度时木屑的三态产率Table2Productivitiesofchar,oilandgasesindifferent却水部分和冷凝液处理及排气部分组成，其中，连pyrolysistemperatures续热解反应发生装置为华南农业大学生物质能实温度/℃炭/%生物油/%不凝气/%[17]验室自行研制的