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(1.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110006；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；3.遼寧中電投電站燃燒工程技術(shù)研究中心有限公司，遼寧 沈陽 110006)

油頁巖作為一種重要的非常規(guī)能源，儲量巨大，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)世界油頁巖資源量約有10萬億t，比煤炭資源量多40%。折算成頁巖油約5 000億t[1]，超過全球石油資源量(約2 700億t)的2倍。

中國油頁巖資源豐富，地質(zhì)年代主要集中在中生界、新生界，含油率中等偏好，主要分布在東部、中部的平原和黃土地區(qū)，覆蓋了20個(gè)省、自治區(qū)和47個(gè)盆地，但受多方面因素限制，可利用資源量較少。我國已探明的油頁巖儲量為3.67億t，儲量僅次于美國、巴西和原蘇聯(lián)，居世界第四位。中國頁巖油產(chǎn)量逐年增加，2012年頁巖油產(chǎn)量約70萬t，2013年75萬t，2014年達(dá)到80萬t(約1.54萬桶/天)，產(chǎn)油量居世界第一位[2]。因此，在當(dāng)今我國石油資源極端緊缺的形勢下，尋求油頁巖的高效大規(guī)模開采利用技術(shù)，具有極為重要的戰(zhàn)略意義。油頁巖地下原位熱解技術(shù)正是全世界正在迅速發(fā)展的工程領(lǐng)域[3]。因此開發(fā)我國原油頁巖利用技術(shù)，揭示其優(yōu)缺點(diǎn)，從而找到適合我國油頁巖特征的原位干餾技術(shù)極其重要。

李愛民等[4]對城市固體垃圾在回轉(zhuǎn)窯中的停留時(shí)間進(jìn)行了研究，結(jié)果表明停留時(shí)間總體上服從正態(tài)分布曲線，平均停留時(shí)間受回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速、傾角、出口擋板、內(nèi)構(gòu)件等因素影響。

本文通過對油頁巖在回轉(zhuǎn)干餾爐內(nèi)停留時(shí)間的影響因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，分析了抄板形式、填充率、回轉(zhuǎn)干餾爐傾角以及回轉(zhuǎn)干餾爐轉(zhuǎn)速不同因素的影響程度。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，回轉(zhuǎn)干餾爐長L為600 mm、內(nèi)徑D為125 mm；出口擋料板直徑D為70 mm；這里采用六葉式廊式布置翻料板，尺寸為直板段28 mm，彎板段8 mm、板段之間夾角90°?；剞D(zhuǎn)干餾爐轉(zhuǎn)速可以在0～20 r/min實(shí)現(xiàn)無級變速，選取3.4 r/min，6.8 r/min，10 r/min，13.3 r/min，17 r/min五種轉(zhuǎn)速作為研究工況；傾角在0～5°調(diào)整，選2.16°，3.24°，4.33°作為研究傾角。

圖1 回轉(zhuǎn)干餾爐冷態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置1-螺旋給料機(jī)電機(jī);2-給料斗;3-螺旋給料機(jī);4-回旋干餾爐;5-擋圈;6-定位輪;7-拖輪;8-出口擋板;9-攝像機(jī);10-支架;11-傾角調(diào)節(jié);12-轉(zhuǎn)動電機(jī);13-傳動皮帶;14-電機(jī)支架;15-給料機(jī)支架

實(shí)驗(yàn)采用示蹤粒子的概率統(tǒng)計(jì)方法考察物料在滾筒內(nèi)的橫向混合特性及縱向擴(kuò)散特性。滾筒的運(yùn)動帶動固體物料的運(yùn)動。影響物料顆粒運(yùn)動的主要因素有：滾筒轉(zhuǎn)速、傾角及出口擋板[5]。

對4種實(shí)驗(yàn)因子做正交實(shí)驗(yàn)，記錄30個(gè)示蹤粒子在滾筒內(nèi)的停留時(shí)間。先將填充率(20%或50%)的3∶1比例充分混合好的熱灰與油頁巖混合物勻速加入滾筒內(nèi)，一段時(shí)間后，同時(shí)加入30個(gè)示蹤粒子，并開始記錄時(shí)間。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

由圖2可見，當(dāng)出口內(nèi)孔直徑為70 mm，彎抄板，填充率為20%時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，不同傾角下的停留時(shí)間呈現(xiàn)不同程度的減小。傾角越小，停留時(shí)間越長。

圖2 滾筒轉(zhuǎn)速與停留時(shí)間的關(guān)系

圖3給出了填充率增大到50%時(shí)；停留時(shí)間隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系。同樣隨著轉(zhuǎn)速增加，停留時(shí)間減小，傾角增加縮短了停留時(shí)間，在轉(zhuǎn)速相對較小時(shí)，傾角的影響較大。結(jié)合圖2我們可以看到填充率的增加減少了停留時(shí)間。

圖3 滾筒轉(zhuǎn)速與停留時(shí)間的關(guān)系

圖4給出了使用直抄板，填充率為20%；不同傾角下，停留時(shí)間隨著轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系?？梢钥吹疆?dāng)轉(zhuǎn)速小于10 r/min時(shí)，較小的傾角具有較高的停留時(shí)間，而當(dāng)轉(zhuǎn)速大于10 r/min時(shí)，恰恰相反，傾角越大，停留時(shí)間越長。在轉(zhuǎn)速10 r/min左右時(shí)，停留時(shí)間大致相等。可見直抄板對停留時(shí)間影響較大。

圖4 滾筒轉(zhuǎn)速與停留時(shí)間的關(guān)系

圖5 滾筒轉(zhuǎn)速與停留時(shí)間的關(guān)系

圖5給出了填充率增至50%時(shí)，使用直抄板得到的停留時(shí)間與轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系。與彎抄板相類似，隨著轉(zhuǎn)速的增加，停留時(shí)間減小。比較圖4和圖5可以看出，填充率20%的停留時(shí)間要比50%的長一點(diǎn)，但幅度很小。

由以上分析可以看到，停留時(shí)間隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增加減小，傾角小的停留時(shí)間比傾角大的停留時(shí)間長，20%填充率的停留時(shí)間比50%的長，彎抄板的比直抄板的停留時(shí)間長。

2.2 綜合分析

根據(jù)王擎、李少華等[6-7]學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)的數(shù)據(jù)顯示，停留時(shí)間在20 min時(shí)油頁巖分解完全，頁巖油產(chǎn)率達(dá)最大值；若少于20 min則油頁巖分解不完全；若多于20 min則對頁巖油產(chǎn)率沒有明顯影響，時(shí)間過長反而會使熱能利用率降低。根據(jù)數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計(jì)，平均停留時(shí)間達(dá)到20 min左右的6種工況如圖6所示。

圖6 綜合比較6種工況

從圖6可以看出曲線4，即工況為直抄板，填充率20%，擋板內(nèi)徑70 mm，傾角4.33°，滾筒轉(zhuǎn)速4.8 r/min時(shí)的平均停留時(shí)間為18.92 min，此工況的平均停留時(shí)間最符合要求，示蹤粒子分布也最集中，所以此工況為最佳工況。

3 結(jié)論

(1)通過對油頁巖在回轉(zhuǎn)干餾爐內(nèi)停留時(shí)間影響因素的研究發(fā)現(xiàn)：回轉(zhuǎn)干餾爐轉(zhuǎn)速、傾角的改變對停留時(shí)間改變明顯，而抄板形式與填充率對停留時(shí)間改變并不十分明顯；對停留時(shí)間的影響按強(qiáng)弱依次為回轉(zhuǎn)干餾爐傾角、回轉(zhuǎn)干餾爐轉(zhuǎn)速、填充率、抄板形式。

(2)在只考慮回轉(zhuǎn)干餾爐轉(zhuǎn)速這一單一因素時(shí)，停留時(shí)間對綜合的影響占主導(dǎo)地位，對各個(gè)因素進(jìn)行綜合分析得出最佳組合工況為回轉(zhuǎn)干餾爐傾角為4.33°、回轉(zhuǎn)干餾爐轉(zhuǎn)速為4.8 r/min,填充率為20%、直抄板。

[1]Dyni J R. Geology and rsources of some world oil shale deposits[J].Oil Shale，2003，20(3)：193-252.

[2]Wang Wei，Li Shuyuan，Qian Jialin，et al. Latest advances of oil shale development in China[C]//34th Oil Shale Symposium，Colorado School of Mines，Golden，Colorado，2014.

[3]柳蓉，劉招君.國內(nèi)外油頁巖資源現(xiàn)狀及綜合開發(fā)潛力分析[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版),2006,36(6):893-898.

[4]李愛民，李水清，嚴(yán)建華，等.城市垃圾在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)傳輸過程的冷態(tài)試驗(yàn)[J].化工學(xué)報(bào)，2002,53(9):912-917.

[5]李少華,張立棟,余侃勝,等.回轉(zhuǎn)干餾爐油頁巖顆粒停留時(shí)間分布[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2011,38(1):99-102.

[6]王擎，桓現(xiàn)坤，劉洪鵬，等.樺甸油頁巖的微波干餾特性[J].化工學(xué)報(bào)，2008,59(5):1288-1293.

[7]李少華，張立棟，張軒，等.回轉(zhuǎn)干餾爐內(nèi)影響顆?；旌线\(yùn)動因素的數(shù)值分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2011,31(2):32-38.