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中國科學院廣州能源研究所的研究人員選擇了四種顆粒尺寸大小研究對產氣品質的影響。顆粒尺寸的大小會影響到加熱速率,近而會影響到氣體的產率:高升溫速率可以產生更多的可燃性氣體和更少的碳和濃縮物。因為小顆粒的成型顆粒燃料有更大的表面積,并且會有更高的升溫速率,所以認為顆粒的尺寸會影響氣化過程產生的氣體組分和產量。小直徑的顆粒可以比大的顆粒產生更多的CH4、CO和C2H4以及更少的C02。這也就是氣體產量、氣體的低位熱值及碳轉化率都隨著顆粒尺寸減小而增加的原因。一個可能的原因是隨著顆粒尺寸的增加,產生的氣體更難于從顆粒表面溢出。而中國科技大學的周密f187]通過實驗研究認為:在三維絕熱體系的條件下,隨著顆粒粒徑的減小,可燃氣產量增大。這與我們所知相符。顆粒越小,加熱速率就越快,生物質熱解產生的小分子氣體越多,焦炭和焦油就越少。顆粒最小時氫氣產量最大,達到60.21g/kg。生物質顆粒最大時,氫氣產量則最少,僅為37.39g/kg。這說明小顆粒的生物質更易于氣化燃燒和熱解。但是在非絕熱體系的條件下,這樣的單調變化規律不再適用,從表3-1可以看出CO、H2、C02三種氣體均是隨著生物質顆粒粒徑的減小,產量先增加后減少。這是因為在非絕熱體系中除了要考慮顆粒粒徑小有利于熱解反應外,還要考慮到小顆粒生物質可能由于質量較小,易于附著在爐壁上,或被載氣帶出反應爐,亦即做完試驗后發現爐壁附著大量焦炭,或旋風分離器中會殘留大量灰分。這種情況的發生與爐內溫度較低有直接關系,溫度較低造成反應速度較慢,所以小顆粒生物質就有較大可能在反應完全前被迫終止反應。該因素在絕熱體系中可以不必考慮,因為在絕熱體系中溫度可以得到充分保證,但在非絕熱體系中它必須與原有因素綜合考慮,才造成這三種氣體產量的極值。然而從表3-1中還可以發現CH4的產量隨顆粒粒徑減小而持續增大,這是因為CH4主要從生物質熱解過程中產生,在氣化區中參加反應比重極少,所以粒徑小有利于顆粒熱解產生CH4這一因素成為主導因素。
另外,華中科技大學的研究人員通過研究發現,在其它藝參數小變的情況下,隨著物料粒徑從2-5mm降低到0.15mm,產氣量逐漸增加,增長速度較快。當物料粒徑進一步降低到0.15mm以下,增長幅度減緩。這是由兩方面的原因造成的,首先在生物質熱解過程中,當生物質粒徑較小(在1mm以下)時,熱裂解過程主要是由反應動力學速率控制的:而當粒徑較大(大于1mm)時,熱裂解過程中還同時受傳熱和傳質現象控制。如果粒徑大1mm,顆粒粒徑將成為熱傳遞的限制因素。大粒徑的顆粒從外而被加熱時,大顆粒表而的加熱速率則遠遠大于顆粒中心的加熱速率,這樣就在顆粒的中心發生低溫熱裂解,產生過多的炭。其次,當顆粒與水蒸氣發生氣化作用時,粒徑小的生物質顆粒山于其比表而積相對較大,與水蒸氣能較充分反應,而大粒徑的生物質顆粒在較短的時間內只是顆粒表而與水蒸氣發生反應,顆粒核心還來小及完全反應。
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