【摘要】：國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)能源利用技術(shù)的研究現(xiàn)狀表明,生物質(zhì)熱裂解制取生物油技術(shù)是各種生物質(zhì)能源利用技術(shù)中最有前途的技術(shù)之一。生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器是整個(gè)熱解工藝設(shè)備中最重要的部分,其相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式等對(duì)熱解產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率和工藝系統(tǒng)裝備的制造成本、能耗等均有重要影響。只有通過(guò)合理的熱裂解反應(yīng)器才能實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)顆粒的閃速升溫和氣相的快速析出,得到高產(chǎn)量和高品質(zhì)的生物油。因此,對(duì)熱裂解反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及相關(guān)理論的研究是生物質(zhì)熱裂解制取生物油技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 目前,現(xiàn)有的生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器主要存在制造成本較高、加熱效率低、產(chǎn)油率低、使用壽命低、工程放大困難等問(wèn)題。本文針對(duì)現(xiàn)有各類生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器的特點(diǎn)及不足之處,研究并設(shè)計(jì)了一種新型的內(nèi)膽式雙熱型生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器,并對(duì)其相關(guān)理論進(jìn)行研究。該反應(yīng)器以不凝氣為流化氣,利用外層熱煙氣和內(nèi)膽中經(jīng)煙氣預(yù)熱后的不凝氣載氣同時(shí)加熱生物質(zhì)原料和床料,以石英砂為床料,一方面提高了反應(yīng)器的加熱效率；另一方面,可使整個(gè)生物質(zhì)熱裂解制取生物油裝置的總高度降低約50%,極大地減少了裝置中鋼材的消耗,降低了生物油的成本,為高效生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器及相關(guān)工藝裝備的研制和工程放大等提供理論支持和技術(shù)保障。 根據(jù)生物質(zhì)熱裂解制取生物油的機(jī)理,考慮目前流化床反應(yīng)器應(yīng)用比較廣泛且技術(shù)較成熟,但因加熱速率低、需要外源供熱,熱裂解工藝系統(tǒng)裝備高度大、制造成本高,實(shí)現(xiàn)工程放大較困難,且缺乏統(tǒng)一的設(shè)計(jì)模型�；诹骰卜磻�(yīng)器設(shè)計(jì)理論,提出一種流化式熱裂解反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算模型,為新型反應(yīng)器開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)提供理論參考；根據(jù)該計(jì)算模型以最小氣相停留時(shí)間為目標(biāo)函數(shù),對(duì)內(nèi)膽式雙熱型生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 利用能量守恒的原理,對(duì)內(nèi)膽式雙熱型生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器進(jìn)行熱平衡分析,結(jié)合供熱和傳熱的特點(diǎn),對(duì)該反應(yīng)器的壁面?zhèn)鳠崮Ｐ�、顆粒間傳熱模型和對(duì)流換熱模型進(jìn)行研究；分析并確定該反應(yīng)器的熱量平衡方程式和實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)快速熱裂解的熱平衡條件,為進(jìn)一步對(duì)反應(yīng)器內(nèi)傳質(zhì)傳熱過(guò)程進(jìn)行仿真研究奠定基礎(chǔ)。 基于流態(tài)化理論,建立內(nèi)膽式雙熱型熱裂解反應(yīng)器的冷態(tài)實(shí)驗(yàn)臺(tái),針對(duì)不同工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)不同進(jìn)氣方式、顆粒粒徑、生物質(zhì)顆粒和熱載體顆�；旌吓浔�、物料堆積高度以及分布板開(kāi)孔率大小等參數(shù)對(duì)流化質(zhì)量的影響規(guī)律進(jìn)行研究,為生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。 基于氣體分子運(yùn)動(dòng)理論和顆粒動(dòng)力學(xué)方法,建立內(nèi)膽式雙熱型生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器內(nèi)的氣固兩相流動(dòng)模型方程,并利用計(jì)算流體力學(xué)軟件,對(duì)該反應(yīng)器內(nèi)顆粒冷態(tài)流化過(guò)程進(jìn)行仿真分析,對(duì)不同工況和操作條件進(jìn)行數(shù)值模擬和分析,并通過(guò)與冷態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較分析,驗(yàn)證數(shù)值模型合理；考慮該反應(yīng)器內(nèi)熱量傳遞規(guī)律,在原有流動(dòng)模型的基礎(chǔ)上,建立熱-固耦合模型、熱-流耦合模型,利用數(shù)值方法對(duì)內(nèi)膽式雙熱型熱裂解反應(yīng)器進(jìn)行多物理場(chǎng)耦合仿真研究,得到反應(yīng)器壁面和內(nèi)部流體的溫度分布,滿足實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)快速熱裂解的熱平衡條件。仿真結(jié)果一方面可以為進(jìn)一步熱態(tài)實(shí)驗(yàn)提供參考依據(jù),另-方面驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的反應(yīng)器可行,能實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的高效熱裂解,為實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器內(nèi)部復(fù)雜動(dòng)態(tài)性能的仿真、設(shè)計(jì)優(yōu)化和工程放大等工程目標(biāo)提供理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TK6
【圖文】：

圖3-1 Mickley等提出的乳化閉傳熱模型Fig. 3-1 The emulsion heat transfer model of Mickley et al數(shù)學(xué)處理上，建立了乳化相微團(tuán)的一維導(dǎo)熱微分方程式[75]:i =

乳化相層的當(dāng)ft厚度為k圖3-2顆粒與表面的通用傳熱模型Fig.3-2 The universal model of heat transfer between particles and surface3.1.2.5經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀捎诹骰矁?nèi)傳熱過(guò)程極其復(fù)雜，且存在許多不確定性，因此，目前對(duì)機(jī)理模型

本文實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是在參考相關(guān)資料的基礎(chǔ)上自行開(kāi)發(fā)的，為了便于觀察實(shí)驗(yàn)參數(shù)的確定，將不銹鋼制熱裂解反應(yīng)器用有機(jī)玻璃反應(yīng)器代替，如圖4-1所示。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、有機(jī)玻璃管反應(yīng)器、分布板、U型管壓差計(jì)、橡膠軟管和塑料軟管組成。實(shí)驗(yàn)條件為常溫差壓，反應(yīng)器的尺、j?為內(nèi)徑0.22m，床高1.45m。設(shè)備經(jīng)檢查安裝好，開(kāi)動(dòng)氣呆，調(diào)節(jié)流量計(jì)，流量逐漸增大，通過(guò)U形壓力計(jì)讀取壓降，測(cè)定不同條件下床層的壓降和流化速度的關(guān)系。疊._圖4-1流態(tài)化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及裝置Fig.4-1 Fluidization experiment system and device4.2實(shí)驗(yàn)參數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)巾需要測(cè)量物料及熱載體顆粒的粒徑、密度、流化氣體的流速及流量等參數(shù)，需要準(zhǔn)備儀器或設(shè)備如下：-63-

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2770033