PDF《生物质颗粒文丘里干燥器的设计研究》

Vol.

33 No.

12 Dec.

2013 第33 卷第12 期2013 年12 月中南林业科技大学学报Journal of Central South University of Forestry &

Technology 收稿日期:2013-07-15 基金项目:林业公益性行业科研专项(200904027);

中南林业科技大学教改项目:液压传动与机电传动控制综合实验研究 作者简介:高自成(1968-),湖南祁东人,副教授,博士研究生,研究方向:现代林业装备设计与制造技术;

E-mail:[email protected] 通讯作者:李际平,教授,博士,博士生导师;

生物质颗粒成型后作燃料,是可再生能源 的发展方向之一 [1] .中国已制定了生物质能源 中长期发展目标,生物质能源在最近几年有了 迅速的发展.然而生物质颗粒干燥前的含水率 一般较高, 而高含水率对其后续转化利用 ( 制粒、 压块等 ) 非常不利 [2] .目前的干燥方式主要采用 气流式干燥,设备主要有滚筒式干燥机,设备 占地面积大,干燥时间较长,其他的干燥方式 主要有自然晾晒,这种干燥方式不仅耗时很长, 且受天气变化的影响较大,严重限制了生物质 的规模化利用 [3] . 文丘里干燥机是一种新型干燥设备,它具有 体积小、气流阻力小、适用干燥物料粒径大且粒 度分布广的特点 [4] ,作为生物质能源的颗粒,也 同样可以采用文丘里干燥机进行干燥.笔者根据 生物质颗粒的干燥需求,结合文丘里干燥器的原 理,论述了干燥能力为

500 kg/h 的文丘里颗粒干 燥机的设计.

1 文丘里颗粒干燥机的结构和原理 针对文丘里干燥机用来干燥颗粒的需求,文 丘里颗粒干燥机的基本结构 [5-7] 如图

1 所示,主要 结构包括一级进料螺旋

2、进料关风机

3、二级进 料螺旋

4、一次风进风管

5、热风分配器

7、二次 风进风管 8,文丘里管

9、干燥器筒体

12 等.文 丘里颗粒干燥机的工作原理是,待干燥的颗粒由 料斗进入一级螺旋输送机

2 送入关风机的上部入 口,在关风机的作用下,将颗粒送入二级螺旋输 生物质颗粒文丘里干燥器的设计研究 高自成, 李际平, 严永林, 陈喜龙, 谭耀辉 (中南林业科技大学,湖南 长沙 410004) 摘要:生物质成型以后作为燃料,是可再生能源的发展方向之一.生物质原料在制成颗粒之前含水率高,需 要对第一次粉碎以后的颗粒进行干燥,使含水率达到制粒要求,便于在进行第二次粉碎以后进入制粒工序.文 丘里干燥器是一种新型的干燥器,具有体积小、气流阻力小、干燥效率高的优点,适用于物料粒径大且粒度分 布广的颗粒干燥.以干燥能力为

500 kg/h 的文丘里生物质颗粒干燥器为例,论述了文丘里生物质干燥设计的原 理与方法. 关键词:生物质能源;

生物质成型;

文丘里干燥器;

燃料;

颗粒;

干燥 中图分类号:S759.8;

S782.31 文献标志码:A 文章编号:1673-923X(2013)12-0130-05 Design study of Venturi biomass energy granule dryer GAO Zi-cheng, LI Ji-ping, YAN Yong-lin, CHEN Xi-long, TAN Yao-hui (Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China) Abstract: Biomass briquette can be used as a kind of fuel, which is a developing direction of renewable energy. Biomass raw is in high moisture content before it is made into granules. Certainly, it is necessary that the granules should be dried after they have been crushed ?rst time to make the moisture content meet the granulating requirements, so that the granules second time crushed dried could be convenient to the granulation process. Venturi dryer is a new type of drier, which has the advantages of small volume, small air?ow resistance, and high drying ef?ciency. Meanwhile, it is suitable for drying particles which have large particle size and widegranularity distribution. The design principle and method of Venturi biomass energy granule dryer were discoursed by taking Venturi biomass pellet dryer (with drying ability of

500 kg/h) as the example. Key words: biomass energy;

biomass briquetting;

Venturi dryer;

bunkers;

particles;

dryness

131 第33 卷中南林业科技大学学报送机的入口,然后在二级螺旋输送机的作用下, 颗粒输送至干燥器筒体下方,文丘里管渐缩管和 喷口的外侧,从高压离心风机出来的空气经过热 风炉加热后,送到热风分配器

7 入口,热风分配 器把热风按一定比例分为两部分,一部分热风经 一次热风管

5 进入干燥机本体下部喷口,另一部 分热风经二次热风管

8 在干燥器本体上部沿着切 向吹入干燥器本体.热风分配器控制进入干燥器 本体的热风比例,一次热风管

5 在干燥器筒体内 的喷口与筒体内部的文丘里管

9 组成射流输送装 置,在渐缩管下部产生相对真空,这样位于喷口 和渐缩管之间的颗粒被吸入,并在文丘里管喉部 与热风充分混合,颗粒在文丘里管内与热风进行 热交换,颗粒中的水分释出,气流与颗粒的混合 物通过文丘里管的渐扩管到达干燥器本体上部, 干燥器本体上部锥面中心设置分级器 10,分级器 出口和出料管

11 相连接,达到干燥要求的颗粒经 过分级器以后到达出料管

11 进入旋风分离器,在 旋风分离器、引风机作用下,由旋风分离器分离 出来.未达到干燥要求的颗粒,不能通过分级器 进入出料管,由于二次热风沿着干燥器筒体内侧 从切向吹入,吹入的方向为向下 14°,这样未达到 干燥要求的颗粒,在重力作用下落的过程中,进 入二次风的环绕区域,在二次热风的作用下,气 体和颗粒的混合物沿着干燥器本体中的壳体与文 丘里管之间的间隙做从上向下做螺旋运动,到达 干燥器下部,到达文丘里管下部渐缩管口,在喷 口一次热风的作用下,再次被吸入到射流喷管, 进行循环干燥.当达到干燥要求时,再从干燥器 本体上部的分级器出口进入出料管 11,然后再经 过旋风分离器分离出来.

2 生物质颗粒干燥器关键部件的设计 2.1 生物质颗粒干燥器的技术参数 本文设计的生物质颗粒干燥器的技术参数如 表1所示 [8-10] . 表1干燥器的技术参数 Table

1 Technical parameters of dryer 项目 数值 干燥能力 /(kg・h-1 )

500 颗粒干燥前的相对含水率 /%

35 颗粒干燥以后的相对含水率 /%

12 颗粒进入干燥器的温度 /℃

20 一次热风的压力 /Pa

4000 二次热风压力 /Pa

4000 热风进入干燥器的温度 /℃

250 出口热风温度 /℃

110 2.2 设计过程中需要的技术参数 2.2.1 丘里干燥机设计 设计过程中,需要水、干空气和颗粒等相关 参数,详见表 2. 表2 比热、比容、密度 Table

2 Specific heat, specific volume, density of dryer 项目 数值 水的比热容 cp 水/[kJ・(kg・K)-1 ] 4.18 水的汽化热 hfg /(kJ・kg-1 )

2260 水蒸气的比热容 cp 水蒸气 / [kJ・(kg・K)-1 ] 2.060 干空气的比热容 cp 空/[kJ・(kg・K)-1 ] 1.012 颗粒的比热容 cp 干木屑 / [kJ・(kg・K)-1 ] 2.03 干颗粒的堆积密度 ρ干木屑 /(kg・m-3 ) 0.6 2.2.2 干空气的密度计算 其公式为:

325 101

273 273

0 p t ρ ρ * + = . (1) 式(1)中:ρ0=1.293 kg/m3 ,为绝对压力为

1 标准大气压,温度为

273 K 时的干空气质量,p 为 绝对压力,单位 Pa. 2.3 干燥器热平衡计算 由于颗粒进出干燥器的含水率不同,因此干 燥器的各个主体部分的尺寸的设计应该以........