本文關(guān)鍵詞： 旋轉(zhuǎn)床 熱解工藝 反應(yīng)器 仿真 參數(shù)試驗　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：為探討秸稈在生物質(zhì)旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器中的理論基礎(chǔ)與熱解效果,進行了秸稈熱解的工藝分析與試驗研究。首先構(gòu)建了生物質(zhì)的一般熱轉(zhuǎn)化模型,并進行了分析求解;通過生物質(zhì)在熱解反應(yīng)器穩(wěn)定熱解過程的(?)分析,建立了化學反應(yīng)(?)平衡熱力學模型�；谀Ｐ头治�,設(shè)計實現(xiàn)了生物質(zhì)旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器,該反應(yīng)器包括旋轉(zhuǎn)床、喂料部件、旋風分離器、冷凝器、機架等;反應(yīng)器具有物料的較高適應(yīng)性并且能夠減少二次反應(yīng)的發(fā)生,并且能夠讓生物質(zhì)與熱載體充分混合與流化;新型熱解工藝并且可以不需要載氣的添加,無需加壓反應(yīng);簡單易操作,可控性強;結(jié)構(gòu)簡單并且成本低。旋轉(zhuǎn)床為反應(yīng)器的關(guān)鍵部件,生物質(zhì)熱解和與石英砂的混合流化均在內(nèi)部完成�；陔x散元方法,通過EDEM的軟件仿真,分析了旋轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速、喂料速度、抄板情況對生物質(zhì)與石英砂的接觸顆粒數(shù)率和總顆粒速度的影響;得出基于最大的接觸顆粒數(shù)率的最佳參數(shù)為旋轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為27.6 r/min,喂料速度為2.48kg/h,無抄板;基于最大的總顆粒速度的最佳參數(shù)為62.1r/min,喂料速度為1.55 kg/h,抄板數(shù)量為6,高度為0.6 cm;并對旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的熱解氣流動情況,采用Fluent軟件進行了流場分析,可以得到熱解氣在旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的影響范圍較少,對生物質(zhì)和石英砂的混合與流化過程影響程度有限,證明了旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器能夠減少二次反應(yīng)。同時基于Fluent軟件對旋風分離器和冷凝器進行了壓力與速度分析,結(jié)果顯示:旋風分離器和冷凝器均滿足設(shè)計要求。對生物質(zhì)旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器機架進行了熱—結(jié)構(gòu)耦合有限元仿真分析,使用Ansys Workbench軟件進行機架的穩(wěn)態(tài)熱分析、靜力學分析和模態(tài)分析,加熱器對實際工作環(huán)境影響不大、結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定�；谛D(zhuǎn)床反應(yīng)器進行了玉米秸稈熱解的多種參數(shù)試驗,包括機器參數(shù)、氣相氛圍和秸稈預(yù)處理方式。機器參數(shù)包括反應(yīng)溫度、喂料速度和旋轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速,對生物炭進行了熱值與元素分析,對生物油進行了熱值、含水率和元素分析;對合成氣用氣相色譜法分析了有機物組成與含量。371.1 ℃時,生物油含水率最低、生物油熱值最高、生物油含碳量最高,為最合適熱解溫度。在轉(zhuǎn)速為62.1 r/min時反應(yīng)較為充分,生物油中的有機物含量至少為13.49%,生物質(zhì)與石英砂的混合與流化綜合效果最好。氣相氛圍對生物質(zhì)熱解效果影響顯著,在不通任何載氣、以尾氣作為載氣和N2作為載氣三種氣相氛圍下進行旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器試驗;通尾氣時,生物質(zhì)反應(yīng)最充分,能夠增加H元素的反應(yīng)活性,生物油的O元素含量較高、化學分子量較小。通氮氣能夠減少熱解二次反應(yīng)的發(fā)生。基于反應(yīng)器進行了不同預(yù)處理物料的熱解試驗,即干燥預(yù)處理、粉碎預(yù)處理和烘焙預(yù)處理;大粒徑物料,顆粒表層發(fā)生的熱解反應(yīng)較為充分,但是熱解反應(yīng)沒有進入顆粒內(nèi)部。高含水率的生物質(zhì)熱解生物油的含水率明顯升高,高達85.15%,生物質(zhì)的水分會阻礙生物質(zhì)的熱解進程。烘焙生物質(zhì)的反應(yīng)性降低,會大范圍降低生物油的有機物含量。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S216

【參考文獻】

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本文編號：1509014