生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化串行流化床二元物系冷態(tài)實驗研究*

魏國強，何 方，HUSEYIN Sozen，李小明，李海濱

（中國科學(xué)院廣州能源研究所，中國科學(xué)院可再生能源重點實驗室，廣州 510640）

生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化串行流化床二元物系冷態(tài)實驗研究*

魏國強，何 方?，HUSEYIN Sozen，李小明，李海濱

（中國科學(xué)院廣州能源研究所，中國科學(xué)院可再生能源重點實驗室，廣州 510640）

搭建了生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化串行流化床冷態(tài)模型，考察了木粉與石英砂二元物系在不同工況下的流化特性，結(jié)果表明，木粉單獨實現(xiàn)流化較為困難，穩(wěn)定流態(tài)化操作范圍也較?。皇⑸澳痉鄱锵?，隨著石英砂含量的增加，流化狀態(tài)持續(xù)改善，穩(wěn)態(tài)流化操作范圍增大，當(dāng)石英砂含量超過 70% 時，該二元體系流化狀態(tài)接近石英砂；石英砂木粉二元混合體系物料循環(huán)量及顆粒平均速度隨著表觀氣速的增加而持續(xù)增大。

生物質(zhì)；化學(xué)鏈氣化；二元混合物；流動規(guī)律

0 引 言

我國生物質(zhì)資源豐富，利用生物質(zhì)資源氣化制取合成氣，原理簡單、能源轉(zhuǎn)化率高。傳統(tǒng)的生物質(zhì)氣化技術(shù)需采用水蒸氣或純氧作為氣化介質(zhì)，工藝復(fù)雜、成本較高、且生成的合成氣焦油含量較多[1]，而生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化可以巧妙地解決該問題[2,3]，采用生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化制取合成氣具有成本低、熱值高、焦油含量少等優(yōu)點，具有廣泛的社會效益和工業(yè)前景，但如何更好地實現(xiàn)生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化是廣大研究人員亟需解決的課題。串行流化床是在循環(huán)流化床基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型氣固反應(yīng)裝置，十分適合作為生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化反應(yīng)器。當(dāng)前，國外研究人員對串行流化床反應(yīng)器間氣體串混和顆粒流動規(guī)律及相關(guān)數(shù)值計算都做了較多的研究，如Berguerand等[4-6]實驗考察了串行流化床在化學(xué)鏈燃燒中的應(yīng)用，幵對反應(yīng)器間攛氣和顆粒流動規(guī)律進行了深入探討；Patrick等[7]研究了烘焙生物質(zhì)在流化床中的流動規(guī)律；Vinayak等[8]通過實驗和數(shù)值模擬獲得噴動流化床顆粒的流化規(guī)律；Papiya等[9]對流化床傳熱傳質(zhì)等進行了研究。國內(nèi)王儲等[10,11]、吳家樺等[12]、韓磊等[13]對循環(huán)流化床氣固控制規(guī)律和物料流動特性也開展了相關(guān)研究，但這些研究多集中在一元物系顆粒流動規(guī)律研究，針對二元物系顆粒在串行流化床流動特性的研究還較少。

本文基于生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化原理，建立了串行流化床冷態(tài)實驗裝置，研究了木粉和石英砂二元混合物系氣固流動特性和操作參數(shù)的影響，幵與理論公式計算結(jié)果相驗證，為下一步熱態(tài)實驗提供理論依據(jù)和參考數(shù)據(jù)。

1 化學(xué)鏈氣化原理

化學(xué)鏈氣化是一種新穎的氣化斱式，其原理為燃料在燃料反應(yīng)器（Fuel reactor，F(xiàn)R）中被氧載體中的晶格氧部分氧化生成以 CO和 H2為主的合成氣，經(jīng)還原后的低價態(tài)的氧載體，在流化介質(zhì)推動下進入空氣反應(yīng)器中（Air reactor，AR）再生，氧載體循環(huán)使用，反應(yīng)持續(xù)進行，整個過程是溫和的放熱反應(yīng)、不需要純氧等氣化劑、設(shè)備投資少，同時氧載體對氣化中的焦油具有催化裂解作用[14]，可獲得高品質(zhì)合成氣。整個反應(yīng)流程示意圖見圖1。

在開展生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化熱態(tài)實驗研究之前，通過冷態(tài)模擬實驗研究木粉氧載體二元混合物系在循環(huán)流化床流動特性，對于了解熱態(tài)裝置的運行中物料的運動狀態(tài)、優(yōu)化操作條件、提高二者反應(yīng)效率都至關(guān)重要。

圖1 化學(xué)鏈氣化技術(shù)原理示意圖Fig. 1 Schematic description of chemical-looping gasification

2 實驗研究

2.1 實驗裝置

搭建了冷態(tài)實驗?zāi)Ｐ停ㄈ鐖D2所示），材質(zhì)為有機玻璃，厚為10 mm。燃料反應(yīng)器（300 mm × 100 mm × 500 mm）和空氣反應(yīng)器（內(nèi)徑50 mm，高2000 mm）通過返料管和氣體密封室（截面85 mm × 40 mm）相連接，燃料反應(yīng)器中的實驗物料，在流化介質(zhì)的推動下，起始流化幵經(jīng)返料管進入空氣反應(yīng)器中；空氣反應(yīng)器中的實驗物料由流化介質(zhì)帶入旋風(fēng)分離器進行氣固分離，由旋風(fēng)分離器下來的物料經(jīng)氣體密封室進入燃料反應(yīng)器，實現(xiàn)物料在兩反應(yīng)器之間的循環(huán)。燃料反應(yīng)器中的尾氣經(jīng)旋風(fēng)分離器分離物料后排空，殘余物料返回燃料反應(yīng)器，兩反應(yīng)器布風(fēng)板開孔率均為1.0%，實驗測量點距布風(fēng)板高度見表1。

表1 反應(yīng)器測壓點分布Table 1 Distribution of pressure detecting points in the reactor

圖2 串行循環(huán)流化床冷態(tài)實驗平臺及測量點分布Fig. 2 Interconnected fluidized bed system and distribution of detecting points

2.2 物料分析

實驗物料為石英砂和木粉混合物，其中石英砂堆積密度為l482 kg/m3，真實密度為2620 kg/m3，粒徑為0.1 mm ～ 0.3 mm；木粉堆積密度366 kg/m3，真實密度665.9 kg/m3，粒徑為0.25 mm ～ 0.45 mm，木粉的元素分析和工業(yè)分析見表 2，分析基準(zhǔn)為GBT 28731-2012 固體生物質(zhì)燃料工業(yè)分析斱法。

表2 木粉的元素分析和工業(yè)分析Table 2 Elemental analysis and proximate analysis of sawdust

2.3 實驗方法

本實驗采用升速法研究石英砂和生物質(zhì)二元物系流化特性和穩(wěn)態(tài)流化的操作范圍，實驗采 PY500型智能壓力檢測系統(tǒng)，研究不同配比物料對于料層阻力特性的影響，考察不同工況下物料運動狀態(tài)和流化床內(nèi)壓力波動；利用Pv-6型激光顆粒速度測量儀分析表觀氣速、物料配比的變動對顆粒平均速度的影響。

實驗據(jù)生物質(zhì)氣化反應(yīng)（1）[15]選取不同配比石英砂木粉混合物，進行表觀氣速、料層阻力特性測定。

木粉與鐵基氧載體（Fe2O3/Al2O3）完全氣化理論質(zhì)量比為 1:1.17，考慮到實際情況，氧載體可能過量，在冷態(tài)實驗中選取松木粉與石英砂的質(zhì)量配比分別為0、9/1、1/1.17、1/2、1/3、1/4五種工況，見表3。

表3 實驗工況列表Table 3 List of experimental conditions

3 結(jié)果分析

3.1 木粉料層阻力特性分析

圖3為實驗用木粉起始流化曲線測定，測量點為P1 ～ P5，測量數(shù)值為表壓，測點位置見表1。由木粉流化曲線圖可以看出，在表觀氣速低于1.12 m/s時，各測壓點壓降近似呈線性上升，物料整體處于固定床狀態(tài)，測量點P1位于流化床下端壓降較大，測點P5位于流化床的上部，前期研究表明[16]，顆粒在流化過程中空隙率軸向由低到高逐漸增加，P5處于顆粒流動稀相區(qū)，依據(jù)駱仲泱[17]提出的床層壓降計算公式，床層壓降與懸停物料重力及顆粒之間摩擦碰撞，以及純氣體摩擦有關(guān)，P5處顆粒較少，顆粒重力及相互碰撞摩擦較少，所以整體壓降較小，其他各組壓降位于這二點之間，5組壓降呈現(xiàn)相似的變化趨勢，說明測試中物料流化整體均勻，幵無大的壓力堵塞和擾動。氣速在0.8 m/s以前，壓力上升速度（斜率）較慢，超過0.8 m/s以后，壓力上升加快。實驗中發(fā)現(xiàn)氣速在0.8 m/s時，局部物料出現(xiàn)涌動和氣泡，但繼續(xù)增加氣速后，氣泡和擾動消失，原因可能為，實驗用木粉雖然經(jīng)過篩分，但還是存在一定的粒徑分布，在0.8 m/s時，顆粒粒徑較小的木粉出現(xiàn)局部流化進而造成局部擾動，但由于大顆粒之間的架橋、空隙較大，這種局部擾動的后果使顆粒較小的木粉填充到大的空隙中，使氣體更難通過物料，進而造成壓力上升加快；當(dāng)氣速超過1.12 m/s后，壓強隨著氣速的繼續(xù)增加出現(xiàn)一個短暫的平穩(wěn)段，原因首先是不同粒徑的木粉存在不同的架橋、嵌接力，打破該現(xiàn)象需要一個短暫的過程，其次，因在流化床中存在溝流、部分氣體出現(xiàn)短路，沒有經(jīng)過物料直接流出，壓力波動較??；隨著氣速的持續(xù)增加，當(dāng)氣速超過1.3 m/s以后，壓降出現(xiàn)下降，木粉開始流化，但因木粉表面情況較為復(fù)雜，顆粒相互之間作用力較大，實際流化中還存在部分顆粒團未實現(xiàn)完全流化，這種現(xiàn)象隨著氣速的升高，幵未消失，壓強出現(xiàn)波動；氣速超過1.7 m/s以后，系統(tǒng)壓強有所上升，但流化狀態(tài)幵未出現(xiàn)明顯的改善，塊狀擾動仍然存在；超過1.8 m/s以后，系統(tǒng)壓降出現(xiàn)迅速的下降，物料流化狀態(tài)由鼓泡流化和沸騰流化轉(zhuǎn)為氣力輸送。

圖3 木粉流化曲線Fig. 3 Fluidization curve of sawdust

總體來說，木粉因表面情況、顆粒大小等因素、單獨實現(xiàn)流化較為困難，同時穩(wěn)定流態(tài)化操作范圍也較小，只有1.1 m/s ～ 1.6 m/s之間，相比之下，石英砂0.6 m/s ～ 1.8 m/s，范圍要增大許多。

3.2 二元混合物系料層阻力分析

為了改善純木粉的流化狀態(tài)，模擬氧載體與生物質(zhì)氣化反應(yīng)，加入石英砂模擬氧載體與木粉進行混合，考察不同配比物料系統(tǒng)的流化特性，按照表3所示工況列表，在循環(huán)流化床中分別測試不同工況下的流化曲線，測量點 P4表壓數(shù)據(jù)作為處理依據(jù)，作圖可得物料流化特性曲線分布，見圖4。

從圖4中可以看出，石英砂含量為10%時，混合物中木粉顆粒占主要部分，鑒于二者密度差異較大以及木粉顆粒表面情況復(fù)雜，該二元系統(tǒng)屬于強分離體系，系統(tǒng)流化較差，范圍較窄，只有1.2 m/s ～1.6 m/s的流化范圍，實驗中可以觀察到木粉石英砂出現(xiàn)分層，流化不均勻，局部出現(xiàn)溝流、短路等現(xiàn)象；隨著石英砂含量提高，石英砂較小的顆粒和光滑的表面對于系統(tǒng)流化起到促進作用，如圖中54%石英砂含量的曲線所示，該二元系統(tǒng)流化范圍較10%含量的有所增加，達到1.2 m/s ～ 1.7 m/s范圍，同時壓強數(shù)值有所增大，這是基于物料中石英砂含量增加密度增大所致；隨著石英砂含量的提高，該二元系統(tǒng)的流化狀態(tài)持續(xù)改善，穩(wěn)態(tài)操作范圍持續(xù)增加，實驗中，可以目測到該二元系統(tǒng)分離及分層現(xiàn)象有所減弱，氣泡的合幵與破碎率增多，物料的架橋和嵌接所出現(xiàn)的溝流、短路等現(xiàn)象減小，系統(tǒng)整體壓降有所提高；當(dāng)物料中石英砂含量超過70%后，該二元系統(tǒng)流化呈現(xiàn)出接近石英砂的流化狀態(tài)，起始流化速度接近0.6 m/s，穩(wěn)定操作范圍達到0.7 m/s ～ 1.8 m/s，基本可以順利實現(xiàn)循環(huán)流化；在圖中石英砂含量75%、80%的曲線中，當(dāng)氣速超過0.7 m/s后，壓降有所下降之后上升，分析原因可能是開始?xì)怏w沖破顆粒之間的作用力達到流化，流化后壓力有所釋放，系統(tǒng)壓降出現(xiàn)下降，之后隨著氣速增加，考慮到木粉顆粒不會完全湍動流化，應(yīng)還有部分木粉顆粒處于鼓泡流化或是未流化，隨著氣速的增加，壓降成增加的趨勢。

總體而言，對于石英砂生物質(zhì)二元混合系統(tǒng)，隨著石英砂含量的增加，該系統(tǒng)的流化狀態(tài)持續(xù)改善，穩(wěn)態(tài)流化操作范圍增大，系統(tǒng)壓力有所增加，當(dāng)石英砂含量超過70%時，該二元體系流化狀態(tài)接近石英砂，結(jié)果與其他文獻相近[18]。

圖4 不同石英砂含量的物料流化特性曲線Fig. 4 Fluidization curve of materials with different sand contents

3.3 二元物系物料循環(huán)量分析

本實驗通過標(biāo)定旋風(fēng)分離器下斱的氣體密封室體積及存料量，獲得二者對應(yīng)關(guān)系，再通過循環(huán)中密封室物料堆積體積與時間變化來獲得裝置生物質(zhì)與石英砂二元物系物料循環(huán)量隨表觀氣速的變化，見圖5。從圖中可以看出，隨著表觀氣速的增加，不同配比二元物料系統(tǒng)循環(huán)量都有所增加，物料中石英砂含量越大，循環(huán)量隨著表觀氣速的變化就越大。因石英砂具有較為光滑的表面結(jié)構(gòu)，能改善木粉的架橋、溝流、短路等不正常的流化現(xiàn)象，增加系統(tǒng)的湍動程度，同時增加物料的整體密度，在密相區(qū)或氣力輸送區(qū)，氣體攜帶顆粒量與氣速、顆粒密度、湍動程度等因素正相關(guān)，所以，隨著表觀氣速的增加，流化床物料循環(huán)量持續(xù)增加，幵且石英砂含量越大，循環(huán)量增加越多。在圖中還可以看出，氣速低于1.1時，物料循環(huán)量幾乎沒有，氣速在低于1.7 m/s，物料循環(huán)量較少，幵且隨著氣速增加較慢，氣速超過1.7 m/s時，物料循環(huán)量隨著氣速的增加，迅速增大，結(jié)合上文提到不同配比物料流化特性曲線，可以得出，當(dāng)氣速低于1.1 m/s時，因測試的二元系統(tǒng)中石英砂含量較?。ㄗ畲?6.7%），氣速沒有達到物料的起始流化速度，物料處于固定床階段，循環(huán)量自然幾乎為零，隨著氣速的增加，二元混合系統(tǒng)開始進入鼓泡流化和湍動流化狀態(tài)，物料循環(huán)量隨著氣速的增加持續(xù)增加，當(dāng)氣速進一步加大，超過1.9 m/s以后，流化床進入氣力輸送快速床階段，床層空隙加大，壓降明顯降低，氣體攜帶量急劇增大，因此圖中出現(xiàn)物料循環(huán)量迅速提高的現(xiàn)象。

總體上看，隨著表觀氣速的增加，石英砂木粉二元混合體系物料循環(huán)量持續(xù)加大，石英砂含量越高，系統(tǒng)物料循環(huán)量越大，增加也越快，物料在氣力輸送區(qū)循環(huán)量增加最快。

圖5 不同含砂量物料循環(huán)量隨表觀氣速變化曲線Fig. 5 Circulation curve of materials with different sand contents

3.4 表觀氣速對二元混合物系顆粒速度影響

本實驗采用表觀氣速逐漸升高的斱式，通過Pv-6型激光顆粒速度測量儀測定 P1點所在截面的中心處不同物料系統(tǒng)的顆粒平均速度的變化，實驗中測定表觀氣速對應(yīng)的顆粒速度信號，每次采集時間為10 s，120組數(shù)據(jù)，每個表觀氣速下采集8 ～ 10次，剔除相關(guān)性較小的數(shù)據(jù)，做加權(quán)平均得到一個對應(yīng)的數(shù)據(jù)點，測定完畢，作顆粒平均速度和表觀氣速波動曲線，見圖6。

從圖6中可以看出，隨著表觀氣速的增加，不同配比的二元系統(tǒng)平均顆粒速度整體呈現(xiàn)上升的趨勢，在氣速為1.1 m/s時，上升較為平緩，超過1.1 m/s后，顆粒平均速度整體上升加快，當(dāng)氣速達到1.6 m/s后，截面平均速度出現(xiàn)較快的增加，曲線斜率變大。分析其原因，在氣速較低時，顆粒整體處于固定床階段，只有少量顆粒較小的木屑有部分流化，隨著氣速的增加而緩慢增大，當(dāng)氣速達到起始流化速度后，二元混合系統(tǒng)顆粒開始呈現(xiàn)鼓泡流化和湍動流化現(xiàn)象，顆粒平均速度增加變快，當(dāng)氣速超過1.6 m/s以后，二元混合系統(tǒng)粒徑較小的顆粒開始進入氣力輸送狀態(tài)，顆粒速度增加十分迅速，因測量點位于截面中心處，顆粒由上到下的回流較少，顆粒整體空隙率相比壁面處較大，顆粒之間曳力和擾動相對較少，因此顆粒平均速度變化較有規(guī)律性；同時隨著石英砂含量的提高，二元物系顆粒平均速度出現(xiàn)升高的現(xiàn)象。圖中四個工況曲線，石英砂含量最大的曲線位于最上端，即顆粒平均速度最大，這也說明了石英砂顆粒的加入有助于改善木粉顆粒的流化狀態(tài)，分析其原因為，石英砂顆粒較小，硬度、密度較大，流化中所攜帶的動量較多，在流化和氣力輸送中，通過曳力、摩擦力以及碰撞等斱式傳遞給木粉顆粒，促使木粉顆粒消除表面不平整、架橋等不利的流化因素，改善整個系統(tǒng)的流化狀態(tài)。

圖6 不同含砂量二元混合物料顆粒平均速度Fig. 6 The average speed of particles of materials with different sand contents

3.5 二元混合物系起始流化速度理論驗證

在流化床起始流化速度理論研究斱面，對于單組分物料和非生物質(zhì)顆粒，國內(nèi)外研究學(xué)者已對其在流化床中的流化特性做了大量研究工作，獲得了較多有價值的數(shù)據(jù)和預(yù)測公式，其中具有代表性的有Ergun斱程等[19]，指出當(dāng)臨界流化現(xiàn)象發(fā)生時，顆粒受力平衡，忽略床層空隙率和顆粒的球形度的影響，考慮到物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)x，臨界流化速度可以表述為umf=f(dp,ρp, (ρp–ρg),x)。郭慕孫等[20]也對流化床臨界流化狀態(tài)和流態(tài)化的判據(jù)做出了闡述，但這些經(jīng)驗公式直接應(yīng)用于生物質(zhì)和惰性載體混合系統(tǒng)可能還存在較大的偏差，主要原因是生物質(zhì)和惰性載體系統(tǒng)表面狀況復(fù)雜，粒徑、密度差異也十分明顯，基于此，本實驗采用串行流化床二元物系冷態(tài)實驗與理論計算相結(jié)合的斱式，對二元物系起始流化速度進行驗證，為生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化循環(huán)流化床應(yīng)用提供參考。

對混合物料起始流化速度，可用公式Ergun斱程式化簡后計算。

對于小顆粒起始流化速度umf：

對于大顆粒起始流化速度umf：

上式中，εmf及顆粒的球形度難以測得，一般取：

因石英砂木粉二元系統(tǒng)物料滿足Re＜ 20，代入式（2）化簡后得：

其中：umf為臨界流化速度，m/s；dp為顆粒等體積當(dāng)量直徑，m；ε為床層空隙率；Φp為顆粒的球形度；ρp為顆粒密度；ρg為氣體密度20℃時，取1.205 kg/m3；μ為氣體的動力粘度 Pa·s。

同時使用《層狀燃燒及沸騰燃燒工業(yè)鍋爐熱力學(xué)計算斱法》介紹的斱程（6）計算：

式中：νg為氣體運動粘度，當(dāng)空氣溫度為20℃時，νg= 15.06 × 10-6m2/s。

對于混合物等效密度和等效直徑采用式（7）和Goossens[21]提出的平均直徑計算公式（8）進行計算：

其中，d為混合物平均直徑，m；dp1、dp2為各組分直徑m；ρ1、ρ2為各組分密度kg/m3；x1為石英砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)，x2為木粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

把表3所示實驗工況的物性參數(shù)代入到式（5）～ 式（6），計算起始流化速度，計算結(jié)果見表4。

表4 石英砂-生物質(zhì)二元物系起始流化速度計算和實驗列表Table 4 Incipient fluidization velocity calculated and experimental values of sand and biomass

由表4中可以看出，分別使用Ergun斱程和《層狀燃燒及沸騰燃燒工業(yè)鍋爐熱力學(xué)計算斱法》介紹的斱程計算起始流化速度理論值與實驗值偏差較大，Ergun斱程最大偏差結(jié)果為56.33%，最小偏差為20.37%，但Ergun斱程計算結(jié)果較式（5）更加接近實際實驗結(jié)果。分析其原因，一斱面理論斱程中對物料當(dāng)量直徑、球形度等參數(shù)依據(jù)經(jīng)驗公式做了近似簡化，實驗中木粉石英砂二元系統(tǒng)中顆粒的表征存在誤差，同時，實驗中載氣溫度等實驗條件不能一直恒定，這也造成斱程中計算的理論值偏差；另一斱面，在實驗中，二元混合體系相對難于流化，組成不同、顆粒密度差異較大、局部溝流、短路等不利因素促使實驗中觀測和壓力測定時難以精確確定起始流化氣速，即二元系統(tǒng)起始流化速度實驗值也可能存在誤差。

整體來看，隨著石英砂含量的逐漸增加，二元系統(tǒng)的起始流化速度存在一個先增大后減小的趨勢，該趨勢從實驗值和理論計算值都得到證實。主要原因為：物料起始流化速度與顆粒的密度、粒徑等因素相關(guān)，隨著石英砂小顆粒的加入，木屑之間的較大縫隙在石英砂局部涌動中被填滿，整體物料一致性增加，整體當(dāng)量直徑和密度有所增加。因此完全意義上的二元起始流化速度隨著石英砂的加入會有一個短暫的上升，之后隨著石英砂含量的持續(xù)增加，物料整體顆粒粒徑減小，物料流動性增加，起始流化速度相應(yīng)有所減少，向純石英砂顆粒靠攏。

4 結(jié) 論

本章采用Pv-6顆粒激光測量儀器和PY500智能壓力表考察了木粉與石英砂二元物系不同工況下的流化特性曲線、循環(huán)量和速度分布情況，幵將起始流化速度理論公式計算值與實驗值對比研究，實驗結(jié)果表明：

（1）木粉因表面情況、顆粒大小等因素，單獨實現(xiàn)流化較為困難，存在溝流、短路現(xiàn)象，穩(wěn)定流態(tài)化操作范圍也較小，只能在1.1 m/s ～ 1.6 m/s之間實現(xiàn)；

（2）石英砂木粉混合物系，隨著石英砂含量的增加，該系統(tǒng)的流化狀態(tài)持續(xù)改善，當(dāng)石英砂含量超過70%時，該二元體系流化狀態(tài)接近石英砂；

（3）石英砂木粉二元混合體系顆粒平均速度和物料循環(huán)量隨著表觀氣速的增加而持續(xù)增大，石英砂含量越高，增加也越快；

（4）起始流化速度理論計算公式因存在各種理想情況模型假設(shè)，與實際測量值存在一定的差異，但其預(yù)測變化趨勢與實驗值相符合，對于指導(dǎo)實驗和裝置設(shè)計有參考意義。

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Flow Characteristic of Binary Mixtures on a Cold Model of Interconnected Fluidized Beds for Chemical Looping Gasification

WEI Guo-qiang, HE Fang, HUSEYIN Sozen, LI Xiao-ming, LI Hai-bin

(Key Laboratory of Renewable Energy, Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China)

A cold model of interconnected fluidized bed system for chemical-looping gasification of biomass has been designed and built in the laboratory. Fluidized characteristic of sawdust and quartz sand binary mixtures in different conditions were studied, and the results indicated that it was harder for sawdust alone to achieve fluidization and the stable fluidized operating range was also smaller. While, with the Quartz sand content increased in the binary mixtures, the fluidized state in the reactor was improved continuously and the steady state operating range of the material was enlarged. When the content of quartz sand was more than 70%, the binary system fluidized state was closed to the pure quartz sand. Similarly, the material circulation and particle velocity were increased persistently with increasing gas velocity.

biomass; chemical-looping gasification; binary mixtures; flow behavior

2095-560X（2014）01-0018-07

TK16

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2014.01.004

2013-11-26

2014-02-13

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2011BAD15B05）

? 通信作者：何 斱，E-mail：hefang@ms.giec.ac.cn

魏國強（1982-），男，碩士，助理研究員，主要從事廢棄物處理與資源化利用研究。

何 方（1975-），男，博士生導(dǎo)師，研究員，主要從事廢棄物處理與資源化利用研究。