【摘要】：生物質具有環(huán)境友好,資源可再生等特點,是理想的清潔能源之一。生物質能的開發(fā)利用,旨在把諸如農(nóng)林廢棄物等固體生物質通過物理或化學方法,使之成為高能量密度的氣體、固體或液體燃料。生物質熱解液化技術是一種熱化學手段,利用高溫固體介質加熱粉狀生物質實現(xiàn)生物質快速熱解液化,是生產(chǎn)生物油的工藝之一,具有冷卻負載小、載體余熱回收容易等優(yōu)點,有著較好的發(fā)展前景。本文基于固體熱載體加熱生物質熱解液化工藝,對流化床高溫煙氣直接加熱陶瓷球固體熱載體工藝進行研究,以解決熱載體加熱效率和加熱裝置的熱能利用率問題。設計制造了可視化冷態(tài)流場研究的試驗裝置,采用粒子圖像測速技術(Particle Image Velocimetry,簡稱PIV)及高速攝影技術(High-speed photography techno1ogy)對不同工況下陶瓷球固體熱載體顆粒的運動特性進行了冷態(tài)可視化研究,并利用Tecplot軟件對陶瓷球的渦量場和局部進行了提取,并分析了陶瓷球在加熱管內(nèi)的渦量場的分布特點和局部渦量特征。研究結果表明,陶瓷球顆粒的軸向速度分布近似呈拋物線狀,在距管壁約25mm范圍內(nèi),軸向速度變化較大,其它位置變化較小。在不同擋板處,陶瓷球渦量場在靠近管壁處波動較大,渦量場與速度場均具有貼壁特征;渦量場的強度會隨著陶瓷球的下落距離而增大;隨著陶瓷球粒徑的增大,陶瓷球在管內(nèi)下落過程中的顆粒分布趨于更加均勻;由于內(nèi)置擋板的存在,增加了陶瓷球之間以及陶瓷球與管壁、擋板的碰撞率,同時也改變了流體速度和方向,提高了顆粒在加熱器內(nèi)的滯留時間,有利于增加陶瓷球與熱煙氣的換熱時間和效率。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析計算得到陶瓷球在加熱器內(nèi)的滯留時間約為0.79s。在冷態(tài)顆粒流動試驗研究的基礎上,設計制造了熱載體加熱器,并對其加熱性能和流化床燃燒器的燃燒特性進行了研究。結果表明,流化床高溫煙氣加熱陶瓷球熱載體的加熱裝置平均熱能利用率為66.3%,且流化床燃燒生物質粉產(chǎn)生的高溫煙氣能夠滿足熱載體加熱裝置對熱源的需求。熱載體加熱器內(nèi)的熱量傳遞方式主要是對流換熱,通過熱平衡分析,得到了陶瓷球熱載體與加熱器內(nèi)高溫煙氣的對流傳熱系數(shù)h=475W/(m2·℃)。通過對裝置的熱平衡分析和加熱能力理論分析可知,換熱試驗可以進一步指導實際熱載體加熱裝置的試驗參數(shù),滿足生物質熱解液化對熱載體加熱裝置的設計要求。
【學位授予單位】：山東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S216

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