安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),Joumal of Anhui Agni. Sci. 2010 ,38(27) :;15416 - 15418責(zé)任編輯朱淼責(zé)任校對傅真治戶用型生物質(zhì)氣化爐試驗裝置研究王瑩瑩,梅衛(wèi)江'(石河子大學(xué)機械電氣工程學(xué)院.新疆石河子832000摘要通過對戶用型氣化爐爐體結(jié)構(gòu)的改進,重點研究了爐 內(nèi)溫度、物料顆粒、空氣流量等影響因素與氣化爐性能指標的關(guān)系,得出了影響氣化爐性能指標的主次園素和各因素的顯著性水平。各參數(shù)的最優(yōu)組合為爐內(nèi)溫度900 C ,物料顆粒10 mm,空氣流量0.8 m/ min。該研究對戶用型生物質(zhì)氣化爐的設(shè)計具有實際指導(dǎo)意義,同時為今后氣化爐的研制提供理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。關(guān)鍵詞生物質(zhì);戶用型;上吸式 氣化爐;正交試驗;研究中圖分類號文獻標識碼A文章編號 0517-6611(2010)27 -15416 -03WANG Ying-ying et al ( College of Mechanical and Electrical Engineering, Shihezi University, Shihezi , Xinjiang 832000)Abstract Through improving structure of houschold gasifer, the relationship between its perfomance and factors such as fumace tempera-ture, material granules and air flow was explored. The main and secondary factors afecting the perfornance of gasifier were listed, and theirsignificant levels were also checked. The optimal combination is as following: fumace temperature, 900 C; material granules, 10 mm; andair flow, 0. 8 m'/min. The results may guide the design of household biomass gasifier and provide theoretical basis and guidance for the futuredevelopment of gasifier.Key words Biomass;Household type; Up-draft gasifer; Orthogonal tet; Research生物質(zhì)是可再生的清潔綠色能源,它的開發(fā)利用不僅可18以解決能源匱乏的問題,還具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。生物質(zhì)傳統(tǒng)的處理方法(炊事用野外焚燒、露天堆積)不僅導(dǎo)致生物質(zhì)資源的低效率利用,同時也嚴重污染了環(huán)_2境。通過生物質(zhì)氣化或炭化將其轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)能源,改變生r6物質(zhì)能的傳統(tǒng)利用方式是推進生物質(zhì)能市場化的關(guān)鍵"。3新疆的棉稈資源豐高,如何充分利用其潛能目前還沒有較為合理有效的方式。該研究通過對戶用型氣化爐爐體結(jié)構(gòu)的4改進,重點研究了爐內(nèi)溫度物料顆粒、風(fēng)機轉(zhuǎn)速等影響因素與氣化爐性能指標的關(guān)系,并對其進行正交試驗、方差分析，為今后氣化爐的研制提供理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。注:1為加料口;2為保溫層;3為供風(fēng)系統(tǒng);4為出灰口;5為風(fēng)機;1試驗裝置結(jié)構(gòu)與工作原理6為進風(fēng)口;7為空氣預(yù)熱環(huán);8為粗燃氣出口。1.1 結(jié)構(gòu)戶用型生物質(zhì)氣化爐試驗裝置由供風(fēng)裝置、反Note:1. feed opening; 2. Insulation layer; 3. Air supply eystem; 4.應(yīng)裝置和密封裝置等組成,結(jié)構(gòu)示意簡圖如圖1所示。Ash transfer opening; 5. Fan; 6. Air inlet; 7. Ring for prchea-ting air; 8. Outlet of erude gas.1.2 工作原理 物料由氣化爐頂部加人，氣化劑由爐底部圈1氣化爐結(jié)構(gòu)經(jīng)過爐柵進人氣化爐,從氣化爐上部排出,氣流流動的方向Fg.1 Structure of gasifer與向下移動的物料運動方向相反"。生物質(zhì)原料由爐頂?shù)奈锪峡諝饧恿峡谕度霠t內(nèi),作為氣化劑的空氣-般在氧化區(qū)加入2?！磻?yīng)過程如圖2所示。2試驗裝置參數(shù)優(yōu)選試驗 與分析2.1 試驗系統(tǒng)及材料2.1.1試驗系統(tǒng)與方法。 戶用型上吸式生物質(zhì)氣化爐的試驗系統(tǒng)由氣化爐、氣化劑供給為鼓風(fēng)機及溫度熱電偶數(shù)字熱分解層.顯示儀、氣體采樣袋氣相色譜儀秒表等儀器組成。試驗過程中,用TH1015型室內(nèi)溫濕度計測量試驗環(huán)境的溫度和濕度,使用WRN230型鎳鉻-鎳硅(康銅)熱電偶測試爐膛內(nèi)部溫度,規(guī)格為1 300 C的TDW/XMT-121型數(shù)字顯示儀示可燃氣值,氣化劑流量通過鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié),使用LWQ40XL灰室型氣體流量計進行空氣流鼂測定,可燃氣用4 L的采氣袋收中國煤化工:作者簡介王瑩瑩(1985-),女,湖北襄美人,碩士研究生,研究方向: .MHCNMHG:]機器系統(tǒng)節(jié)能和代用燃料研究?！裢ㄓ嵶髡?男,碩士,副教授. ,碩士生導(dǎo)師,從事內(nèi)燃機節(jié)能技術(shù)及故障診斷研究,E-圈2氣化爐反應(yīng)過程mail;mwj _mac@ shzu. edu. cn。Fg.2 Schematic diagram ot reaction proces o gasiter收稿日期2010.07-0538卷27期王瑩瑩等戶用型生物質(zhì)氣化爐 試驗裝置研究15417集,收集的氣體通過檢測器進行氣相色譜分析。表1試驗因素與水平2.1.2試驗材料。 試驗用的材料為2009年石河子周邊團Table 1 Experimental factors and levels場的成熟棉桿,將殘余棉絮剔除,放置于干燥的環(huán)境中自然水平因素Fartors風(fēng)干,使用農(nóng)業(yè)物料切割機切碎,長度小于30 mm,試驗原料Levels爐內(nèi)溫度 //物料顆粒://mm空氣流顯m/min含水率測試結(jié)果為6. 9%左右。Fumace temperature_ Matenial pranulesAir flon8000.382.2試驗指標及影響因素氣化爐性能 試驗指標:佛騰時2900200.55間、熱值參照CB-16410-2007 ,《家用燃氣灶具》標準。影響試1 000300.80驗主要因索包括爐內(nèi)溫度、物料顆粒、空氣流量。e2 試驗方寨與試驗結(jié)果2.3試驗方案試驗裝 置參數(shù)優(yōu)選試驗的試驗因素與水平Table 2 Experimental design and results如表1所示。選用L,(3* )的正交表進行正交試驗,每個試驗試驗號B空c沸滿時間/min 熱//KJ.mCodeBoiling lime_Caloric value___重復(fù)3次,測出檢驗指標的結(jié)果,然后用綜合平衡法,綜合評12.13 350.4分法及方差分析法對指標進行綜合分析。主要參數(shù)對氣化10.53443.813.24 278.1爐裝置性能指標的影響結(jié)果如表2所示。8.94 307.82.4結(jié)果分析9.73756.58.54 189.42.4.1性能參數(shù) 與氣化爐性能指標的關(guān)系。戶用型生物質(zhì)10.63 652.6氣化爐試驗裝置的爐內(nèi)溫度.物料顆粒、空氣流量各水平對13.13 956.414.03 751.9。氣化爐性能指標的影響如圖3所示。爐內(nèi)溫度3p物料顆粒13p空氣流量Fumace temperatureMuterial granulesAir flow2t， 12p! 110|104250物料顆蛀空氣流董Furnace lemperatureMaterial granules4 004000a 37503 7503 50023500團3各水平對氣化爐的影響Fig.3 Eftects of each level on gasiner2.4.2方差分析與組合條件優(yōu)化。爐內(nèi)溫度物料顆粒直是第j 個指標的“權(quán)”值;y,為第i號試驗中第j個指標;R,是徑、空氣流量3項因素對氣化爐性能指標的影響是不同的。第j 個指標在該組試驗中造成的極差;λ是第j個指標的計在95%置信度下,對沸騰時間、熱值進行正交試驗,并經(jīng)過方算系數(shù)(既考慮權(quán)又考慮指標變動程度)。差分析得到表3-5。結(jié)果表明:影響綜合指標的主次因素為ACB,最佳水平2.4.3最優(yōu)參數(shù)組合的確定。從對較優(yōu)組合的沸騰時間組合為A,B,C, ,即爐內(nèi)溫度900 C ,物料顆粒為10 mm,空氣(A2CB,)、熱值(C,A.B, )的分析來看,沸騰時間和熱值的影響流量 0.8 m'/min。因素主次順序不一致,且各個指標的較優(yōu)水平組合各不相同。3結(jié)論為了兼顧各項指標的得失,采用綜合加權(quán)評分法進行分(1)經(jīng)方差檢驗.在95%置信度下,①爐內(nèi)溫度對沸騰析,以使選出的各項指標都盡可能達到最優(yōu)的組合,考慮到三時間十間影響顯著,三因素因素對衡量指標的重要程度,以100分作為總“權(quán)" ,沸騰時間為主次排YH中國煤化工,B.即爐內(nèi)溫度90040分,熱值為60分3-51 ,每組試驗綜合評分指標可用下式計算:C,空C N M H Go mm;②空氣流量和(1)爐內(nèi)溫度均對熱值有顯著影響,三因素主次排序為C>A>B,較優(yōu)組合為CzA2B,,即空氣流量0. 80 m'/min,爐內(nèi)溫度式(1)中y,為第i號試驗所得計算值,即加權(quán)評分指標;W 900 C ,物料顆粒30 mm。15418安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2010年表3沸騰時閫正交試驗方差分析(2)采用綜合加權(quán)評分法得出戶用型生物質(zhì)氣化爐試驗Table 3 Orthogonal design and ANOVA of boiling time裝置的最優(yōu)組合為爐內(nèi)溫度900 C ,物料顆粒10 mm,空氣流變異來源平方和自由度 均方F值 P值顯薯性量0.80m'/min。結(jié)果表明,爐內(nèi)的溫度和空氣流量對氣化VariationSumof Depreof Mean Fvilue pvalue Siguifi-ourcesquarcs freedom squarecaunce爐的影響較為顯著，由此可知,要想進- -步提高氣化爐的產(chǎn)爐內(nèi)溫度Furnace temperature21.2956 2 10.647 81369.000 0.0007●●氣效率和熱能轉(zhuǎn)化效率,對氣化爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)供風(fēng)裝置的優(yōu)物料顆粒2.8289 2 1.4144 181.857 0.005 5化設(shè)計必不可少。Material granles表5試驗指標分析空Null0.0156 2 0.007 8Table5 Analysis on test indexes空氣流量Air flow 7.7956 2 3.8978 501.142 0.0020中誤差Standard eror_ 0.015 60.007 8.沸騰時間熱值總和Toal31.935 6Boiling timeCaloric value注:表中.●為極顯著, *為顯著,下同。較優(yōu)水平Beller levelA.B,CA.B.C,Note:本indicutes sigrifcant diference at the 0.05 level, while ●* indicates主次因素A>C>BC>A>Bsiguificanl difference a the 0.01 lovel. The sane幽below.Main and secondary fators裹4熱值正交試驗方差分析較優(yōu)組合Betler combinaionAsC,BCA,B,Table 4 Orthogonal design and ANOVA of caloric value平方和.自由度， 均方顯著性參考文獻VariaionSumof Degree ofMean F值P值Signin[1]張建安,劉德華生物質(zhì)能源利用技術(shù)[ M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，squares feedom aquarefvaueFralue cance[2]陳冠益,高文學(xué),顏蓓存，等生物質(zhì)氣化技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J]煤Fumar temperalure252 898.64 2 126449.32 32.386 0.030 *氣與熱力,2006 ,26(7):20-26.物料顙粒3] 陶菊舂,吳建民綜合加權(quán)評分法的綜合權(quán)重確定新得[J].系統(tǒng)工程Muerial ganules219848.06 2 109924.03 28.153 0.034理論與實踐,2001(8):43 -48.7808. 83 904.44[4]吳建民，喝菊春用綜合加權(quán)評分法優(yōu)化鉆井泥漿配的研究[J].農(nóng)業(yè)空氣流量Airflow 510588.16 2 255 294.08 65.385 0.015 ◆22,18(2)-4-5-45218(2)45-48誤差Standerd eror 7808.88 23904.44魏效玲,趙立新,任建華多指標試驗設(shè)計綜合加權(quán)評分值的確定[J].總和Totel991 143.71河北建筑科技學(xué)院學(xué)報,2003 ,20(4):68 -T2.(上接第15401頁)[5]易文娟,郁梅,蔣剛報Cntorle:一種有效的方向多尺度變換分析方法[J].計算機應(yīng)用研究2009);1;8 -22.6] DO M N,VETTERU M. 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