【摘要】：我國石油資源短缺已是不爭事實,能源安全問題突出,形勢極其嚴(yán)峻。預(yù)計到2020年全國石油年需求量將達(dá)到5.6億噸,對外依存度將上升至65%以上。與此同時,作為農(nóng)業(yè)大國,我國農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)資源豐富,但由于缺乏先進(jìn)、高效、低成本、可商業(yè)化發(fā)展的利用技術(shù),導(dǎo)致每年大概有4億噸秸稈、3億噸林木廢棄物、3億噸沙生灌木等生物質(zhì)資源被白白浪費。此外,我國目前面臨的環(huán)保問題日益突出與嚴(yán)峻。尤其近年全國各地出現(xiàn)的比較嚴(yán)重的霧霾天氣,引起人們對環(huán)保問題更加關(guān)注。因此,加快研究和探索可將我國大量浪費的農(nóng)林剩余物經(jīng)濟(jì)、快速、高效地轉(zhuǎn)化成可在一定層面上替代石油的生物燃油技術(shù),是當(dāng)前我國能源、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展方面亟待解決的重大現(xiàn)實問題,具有重大經(jīng)濟(jì)意義、能源安全意義、環(huán)境保護(hù)意義和可持續(xù)發(fā)展意義。 本文基于上述情況依托國家863課題“斜板槽式低能耗精控加熱型生物質(zhì)快速裂解制生物燃油及混合乳化新技術(shù)”,對生物質(zhì)快速熱裂解制生物燃油裝備中的關(guān)鍵裝置——串聯(lián)復(fù)合型熱載體高速高效加熱裝置進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,提高生物質(zhì)裂解制生物燃油熱載體加熱速率、加熱效率和加熱裝置熱能利用率。 基于傳熱學(xué)的相關(guān)理論,研究分析串聯(lián)復(fù)合型熱載體高速高效加熱裝置的傳熱過程,分別對加熱裝置的傳熱金屬管、煙氣流動和爐體建立導(dǎo)熱微分方程和傳熱模型,并對該裝置進(jìn)行理論計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計,制造一款適用于生物質(zhì)熱裂解制生物燃油生產(chǎn)裝備的串聯(lián)復(fù)合型熱載體高速高效加熱裝置,解決既可對熱載體高速高效加熱,同時又可提升該裝置熱能利用率的技術(shù)難題。對該裝置進(jìn)行熱能利用率試驗,試驗結(jié)果表明該加熱裝置的熱能利用率最高可達(dá)75.72%,平均熱能利用率可達(dá)75.22%,下爐體熱載體出口平均溫度為554.44℃,能夠滿足生物質(zhì)裂解對熱載體的工藝溫度要求。 基于FLUENT流體分析軟件對串聯(lián)復(fù)合型熱載體高速高效加熱裝置上、下爐體內(nèi)溫度場、壓力場、速度場等進(jìn)行模擬,結(jié)合該裝置對熱載體加熱時的多個物理影響因素,進(jìn)行網(wǎng)格劃分,然后進(jìn)行了求解模式、物理模型、湍流模型、邊界條件、計算初始條件和迭代參數(shù)的設(shè)置。通過氣固耦合分析,分別計算出上、下爐體內(nèi)溫度場、壓力場、速度場主要分布云圖、上爐體內(nèi)三個溫度檢測點溫度變化曲線、下爐體內(nèi)熱載體運動軌跡和溫度變化曲線。仿真試驗結(jié)果表明,串聯(lián)復(fù)合型熱載體高速高效加熱裝置可將熱載體最高加熱到873K。基于遺傳算法的基本原理,對串聯(lián)復(fù)合型熱載體高速高效加熱裝置上爐體受熱面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),優(yōu)化值可以作為設(shè)備改進(jìn)的參考依據(jù)。 本文設(shè)計制造以秸稈氣、不凝氣、生物燃油作為燃料的三種不同類型的燃燒器,滿足串聯(lián)復(fù)合型熱載體高速高效加熱裝置對熱源的需求；利用五孔探針對秸稈氣燃燒器出口速度場進(jìn)行試驗,對試驗結(jié)果進(jìn)行分析,研究不同旋流葉片傾斜角對速度場的影響。試驗結(jié)果表明,燃燒器采用內(nèi)直流外旋流形式,對燃燒器的燃燒效果有顯著提高。
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TK6
【圖文】：

石油需求強(qiáng)勁增加，年石油消費量節(jié)節(jié)攀升，年石油進(jìn)口量迅速增長，國內(nèi)石油形勢日趨嚴(yán)峻，詳情如圖1-1，1-2所示。由此可見，中國石油資源短缺是不爭事實，而且形勢極其嚴(yán)峻。因此，發(fā)展可替代石油的能源課題勢在必行。口原油產(chǎn)量■石油凈進(jìn)口量口石油表觀消費量wwm 2012 2013口原油產(chǎn)量 ^ 2^ 2. 08B石油凈進(jìn)口量 2.53 2^ 3. 21口石油表觀消費4?54 5~14""“一~““ (單位：億噸）圖1-1我國近三年原油產(chǎn)量、石油凈進(jìn)口量、石油表觀消費量情況Fig.1-1 Crude oil production, net imports of petroleum, petroleum consumption situation tableof China in the past three years-I -

圖1-2我國近三年石油對外依存度情況Fig. 1 -2 The last three years the situation of China's dependence on foreign oil在面對資源枯竭的壓力下，尋找一種可以替代化石燃料的低碳、可再生的能源迫睫。生物質(zhì)能因其清潔、低碳、可再生等優(yōu)點，被認(rèn)為是化石燃料的替代能源而得

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 孫永祥;;中俄能源合作的現(xiàn)狀、問題及前景[J];國際展望;2012年02期

2 鐘兢軍,宋彥萍,蘆文才,徐文遠(yuǎn);五孔探針非對向測量法在風(fēng)洞自動測試系統(tǒng)的應(yīng)用[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;1997年03期

3 馬德金;孔憲迪;唐根生;;生物質(zhì)制沼氣的相關(guān)技術(shù)參數(shù)分析[J];科技傳播;2010年15期

4 彭星光;徐德民;高曉光;;基于Pareto解集關(guān)聯(lián)與預(yù)測的動態(tài)多目標(biāo)進(jìn)化算法[J];控制與決策;2011年04期

5 秦特夫;;生物質(zhì)熱裂解和化學(xué)液化制燃料油技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J];生物質(zhì)化學(xué)工程;2006年S1期

6 邢景棠,周盛,崔爾杰;流固耦合力學(xué)概述[J];力學(xué)進(jìn)展;1997年01期

7 董治國,王述洋;生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)的研究[J];林業(yè)勞動安全;2004年01期

8 金春強(qiáng),簡淼夫,李昌勇;智能化萬用壓力及三維流場測量系統(tǒng)開發(fā)[J];南京化工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1999年06期

9 劉霞,葛新鋒;FLUENT軟件及其在我國的應(yīng)用[J];能源研究與利用;2003年02期

10 張曉東;姜正禮;趙旺東;;五孔探針在渦輪導(dǎo)向器出口流場測量中的應(yīng)用[J];燃?xì)鉁u輪試驗與研究;2010年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 陸強(qiáng);生物質(zhì)選擇性熱解液化的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

2 周星龍;600MW循環(huán)流化床鍋爐爐膛氣固流動和受熱面?zhèn)鳠岬难芯縖D];浙江大學(xué);2012年

3 黃章俊;復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法和近似技術(shù)研究[D];東北大學(xué);2010年

4 劉承婷;蒸汽管道保溫材料與保溫結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D];東北石油大學(xué);2013年

本文編號：2721606