本文關鍵詞： 旋轉床 熱解工藝 反應器 仿真 參數試驗　出處：《中國農業(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旋轉床反應器中的理論基礎與熱解效果,進行了秸稈熱解的工藝分析與試驗研究。首先構建了生物質的一般熱轉化模型,并進行了分析求解;通過生物質在熱解反應器穩(wěn)定熱解過程的(?)分析,建立了化學反應(?)平衡熱力學模型。基于模型分析,設計實現了生物質旋轉床熱解反應器,該反應器包括旋轉床、喂料部件、旋風分離器、冷凝器、機架等;反應器具有物料的較高適應性并且能夠減少二次反應的發(fā)生,并且能夠讓生物質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;簡單易操作,可控性強;結構簡單并且成本低。旋轉床為反應器的關鍵部件,生物質熱解和與石英砂的混合流化均在內部完成�；陔x散元方法,通過EDEM的軟件仿真,分析了旋轉筒轉速、喂料速度、抄板情況對生物質與石英砂的接觸顆粒數率和總顆粒速度的影響;得出基于最大的接觸顆粒數率的最佳參數為旋轉筒轉速為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為62.1r/min,喂料速度為1.55 kg/h,抄板數量為6,高度為0.6 cm;并對旋轉床內的熱解氣流動情況,采用Fluent軟件進行了流場分析,可以得到熱解氣在旋轉床內的影響范圍較少,對生物質和石英砂的混合與流化過程影響程度有限,證明了旋轉床反應器能夠減少二次反應。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,結果顯示:旋風分離器和冷凝器均滿足設計要求。對生物質旋轉床熱解反應器機架進行了熱—結構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、結構較為穩(wěn)定。基于旋轉床反應器進行了玉米秸稈熱解的多種參數試驗,包括機器參數、氣相氛圍和秸稈預處理方式。機器參數包括反應溫度、喂料速度和旋轉筒轉速,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。在轉速為62.1 r/min時反應較為充分,生物油中的有機物含量至少為13.49%,生物質與石英砂的混合與流化綜合效果最好。氣相氛圍對生物質熱解效果影響顯著,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床反應器試驗;通尾氣時,生物質反應最充分,能夠增加H元素的反應活性,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的發(fā)生�；诜磻鬟M行了不同預處理物料的熱解試驗,即干燥預處理、粉碎預處理和烘焙預處理;大粒徑物料,顆粒表層發(fā)生的熱解反應較為充分,但是熱解反應沒有進入顆粒內部。高含水率的生物質熱解生物油的含水率明顯升高,高達85.15%,生物質的水分會阻礙生物質的熱解進程。烘焙生物質的反應性降低,會大范圍降低生物油的有機物含量。
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【學位授予單位】：中國農業(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