【摘要】：受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)(Controlled Ecological Life Support System,CELSS)是建立外星球基地的關鍵技術之一。CELSS中的固體廢物需要進行安全、穩(wěn)定化處理,將其中的碳、氫和氧等元素釋放,實現(xiàn)系統(tǒng)內物質流閉合循環(huán),提高系統(tǒng)閉合度。本課題采用高溫氧化技術處理CELSS中的植物不可食部分,采用數(shù)值模擬的方法對高溫氧化爐的幾何尺寸進行優(yōu)化,并利用該爐型進行了小麥秸稈和大豆秸稈的高溫氧化處理實驗研究及工藝參數(shù)優(yōu)化。首先,利用FLUENT軟件仿真模擬了不同爐體高度、長徑比和進料角度對生物質高溫氧化過程的影響,在保證物料充分燃燒的情況下,以設備體積小、質量輕和能耗低為目標,通過分析生物質顆粒在爐內運動軌跡及爐內溫度場分布,得出該爐型的優(yōu)化尺寸參數(shù)為:爐體高度650 mm,直徑54 mm,進料角度15°(與水平方向夾角)。然后,以此優(yōu)化尺寸制作高溫氧化爐,進行小麥和大豆秸稈的高溫氧化實驗。調節(jié)進氣速率和爐體溫度等工藝參數(shù),測量各工況下高溫氧化尾氣中CO、NO和NO_2等氣體濃度,并對生物質高溫氧化后殘留灰分進行熱灼減率、形貌和組分表征。對比分析小麥秸稈和大豆秸稈在不同工藝參數(shù)下高溫氧化尾氣組分濃度和灰分性質,研究工藝參數(shù)(進氣速率、爐體溫度)對生物質高溫氧化尾氣組分濃度以及灰分性質的影響規(guī)律。高溫氧化尾氣中CO濃度隨進氣速率的增加先降低后升高,隨爐體溫度的升高逐漸降低;尾氣中NO濃度隨進氣速率的增加先升高后降低,隨爐體溫度的升高逐漸升高;尾氣中NO_2濃度隨進氣速率的增加逐漸升高,隨爐體溫度的升高逐漸降低。以此規(guī)律獲得該爐型高溫氧化處理小麥秸稈的適宜工藝參數(shù)為:進料速率為3 g/min時,進氣速率為15~20 L/min,爐體溫度為600~650℃。還對比分析了不同種類生物質(小麥秸稈和大豆秸稈)的燃燒特性,其中小麥秸稈高溫氧化尾氣中CO和NO_x含量均低于大豆秸稈,而小麥秸稈灰分熱灼減率高于大豆秸稈灰分,且容易發(fā)生團聚和結渣。
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V444.3
【圖文】：

究員對 11 種催化劑處理尾氣中污染物的能力進行測試。結果，NOxCAT 和 PRO*VOC7 對 NOx的催化效率最高，混合催化況下催化性能最好[40]。年 Suresh Pisharody 等人[41,42]對改進后的高溫氧化系統(tǒng)(見圖 1進行研究。主要工藝：助燃氣體預熱后由爐體底部分布盤進側面進入燃燒室，在爐體下部與助燃氣體混合，在燃燒室內應產生的尾氣和飛灰經旋風除塵器分離后被收集，剩余氣體進入催化床催化除去氣體中的污染物。燃燒室的加熱能力和間為 60 min，所需功耗為 9.7 kWh。高溫氧化裝置在沒有通入物時，將燃燒室加熱至預設溫度，為保證溫度恒定需要持續(xù)最終能量損失約 2.4 kW。文獻中的能耗主要針對將流化床溫度的能量，并未提及固體廢物預處理所需能耗，僅研究了高溫氧而此文獻所述功耗比真實高溫氧化系統(tǒng)功耗低。

圖 1-3 改進后的鼓泡流化床圖 圖 1-5 LHDF-3.5-YD 型高溫氧圖 1-3 為 2001 年 John Fisher 等人[41]高此爐型流化效果好，物料混合充分，但需圖 1-4 是在鼓泡流化床基礎上加上物料循

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