內(nèi)膽式雙熱型生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器設(shè)計(jì)及理論研究.pdf

1、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)

2、。
　　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

3、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)器開發(fā)和設(shè)

4、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

5、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

6、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)，另一方面驗(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)