生物質(zhì)快速熱裂解喂料器研究進(jìn)展

王娜娜

(山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255000)

0 引言

隨著化石資源的過度利用和日趨枯竭所帶來的一系列環(huán)境問題，利用可再生能源已經(jīng)成為當(dāng)前國際社會(huì)的共識(shí)。而生物質(zhì)能作為一種環(huán)境友好型可再生能源，已成為國內(nèi)外可再生能源研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。生物質(zhì)快速熱裂解技術(shù)是生物質(zhì)能綜合利用中很有發(fā)展前景的技術(shù)之一。許多學(xué)者利用快速熱裂解裝置比如流化床[1]、旋轉(zhuǎn)錐[2]、燒蝕反應(yīng)器[3]等進(jìn)行了熱裂解研究。

其中，喂料器是快速熱裂解裝置的重要組成部分，喂料是否穩(wěn)定直接影響后續(xù)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，許多學(xué)者對(duì)熱裂解喂料器進(jìn)行了研究。目前，快速熱裂解喂料器主要有螺旋喂料器、氣力輸送喂料器。

1 快速熱裂解喂料器的主要類型及其特點(diǎn)

快速熱裂解喂料要求生物質(zhì)顆粒能夠在較低溫度下保持極低含氧量，不擠壓、不炭化地快速輸送進(jìn)入快速熱裂解反應(yīng)器內(nèi)。一方面，相比于煤粉等流動(dòng)性好的物料，生物質(zhì)具有密度小、流動(dòng)性差等特點(diǎn)；另一方面，反應(yīng)器內(nèi)部溫度高、壓力存在波動(dòng)。在上述情況下，要使生物質(zhì)穩(wěn)定均勻地喂到反應(yīng)器中是非常困難的，這對(duì)生物質(zhì)喂料器提出了較高的要求。

1.1 螺旋喂料器

螺旋喂料器因其具有輸送穩(wěn)定和喂料可控等優(yōu)點(diǎn)而較多應(yīng)用于提升和運(yùn)輸粉料物體。但在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)物料擠壓、堵塞、返噴等問題，因此一些學(xué)者從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、操作方法等方面對(duì)螺旋喂料器進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，從而能更好地滿足生物質(zhì)熱裂解裝置要求。

李進(jìn)等設(shè)計(jì)了防堵式螺旋喂料器，通過在螺旋軸兩端選用不同的軸承改進(jìn)支撐，在出料口添加相反旋向的螺旋葉片，在喂料口添加凸輪-彈簧-導(dǎo)桿組成的防堵機(jī)構(gòu)，解決了生物質(zhì)快速熱裂解喂料堵塞問題[5]。李龍?jiān)O(shè)計(jì)的螺旋喂料器通過在料倉與喂料管之間裝有關(guān)風(fēng)器，實(shí)現(xiàn)防返噴精確進(jìn)料[6]。

一些學(xué)者設(shè)計(jì)了兩級(jí)螺旋喂料器，第一級(jí)用于精確控制喂料量，第二級(jí)用于快速把生物質(zhì)粉喂入到反應(yīng)器中防止物料提前發(fā)生熱裂解[1]。

1.2 氣力輸送喂料器

氣力輸送具有不存在機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，而且輸送氣體的冷卻作用可以降低生物質(zhì)在輸送過程中受熱分解的現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)應(yīng)用到煤粉、水泥、糧食等流動(dòng)性好的物料。但是生物質(zhì)固有的特點(diǎn)，在氣力輸送過程中易發(fā)生搭橋、堵塞管道等問題。為提高生物質(zhì)流動(dòng)性，防止物料搭橋，向喂料倉內(nèi)通入流化氣可有效解決這一問題。

利用流化床進(jìn)行物料輸送最早出現(xiàn)于1959年，Wen等研究了玻璃珠和煤粉從流化床一側(cè)出口通過不同管徑水平管的流動(dòng)特性[9]。Amit Suri設(shè)計(jì)了筒形生物質(zhì)喂料器，在流化床中央設(shè)置一垂直出料管并與水平輸料管相連，實(shí)現(xiàn)物料的水平輸送[10]。Wang Xiao等設(shè)計(jì)了雙重氣力輸送喂料裝置，在流化氣和噴動(dòng)氣共同作用下，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的穩(wěn)定輸送[11]。上述裝置均采用單倉進(jìn)行物料輸送，其缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)物料連續(xù)輸送。

基于此，羅駒華等設(shè)計(jì)了一種新型連續(xù)供料氣力輸送裝置，由上中下3個(gè)倉串聯(lián)而成。王娜娜等設(shè)計(jì)了生物質(zhì)熱裂解雙倉式氣力輸送喂料裝置，實(shí)現(xiàn)了物料的連續(xù)穩(wěn)定輸送。

2 展望

螺旋喂料器是一種傳統(tǒng)的喂料器，應(yīng)用較為廣泛。但應(yīng)用于快速熱裂解進(jìn)料會(huì)出現(xiàn)堵塞的情況，一些學(xué)者對(duì)傳統(tǒng)螺旋進(jìn)料器進(jìn)行改進(jìn)以解決進(jìn)料過程中的堵塞問題。兩級(jí)螺旋喂料器能實(shí)現(xiàn)精確控制喂料量并且能快速把生物質(zhì)粉喂入到反應(yīng)器中，一定程度上防止了物料提前發(fā)生熱裂解，具有一定應(yīng)用空間。氣力輸送喂料器具有結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、輸送效率高等特點(diǎn)，將流態(tài)化作用應(yīng)用于氣力輸送可在一定程度上避免一些顆粒狀物質(zhì)喂料固有結(jié)塊、搭橋等問題。因此，越來越多的學(xué)者將氣力式進(jìn)料器用于生物質(zhì)熱裂解。