內膽式雙熱型生物質熱裂解反應器設計及理論研究.pdf

1、國內外生物質能源利用技術的研究現狀表明，生物質熱裂解制取生物油技術是各種生物質能源利用技術中最有前途的技術之一。生物質熱裂解反應器是整個熱解工藝設備中最重要的部分，其相關設計參數、內部結構形式等對熱解產物的轉化率和工藝系統(tǒng)裝備的制造成本、能耗等均有重要影響。只有通過合理的熱裂解反應器才能實現生物質顆粒的閃速升溫和氣相的快速析出，得到高產量和高品質的生物油。因此，對熱裂解反應器的設計及相關理論的研究是生物質熱裂解制取生物油技術中的關鍵環(huán)節(jié)

2、。
　　目前，現有的生物質熱裂解反應器主要存在制造成本較高、加熱效率低、產油率低、使用壽命低、工程放大困難等問題。本文針對現有各類生物質熱裂解反應器的特點及不足之處，研究并設計了一種新型的內膽式雙熱型生物質熱裂解反應器，并對其相關理論進行研究。該反應器以不凝氣為流化氣，利用外層熱煙氣和內膽中經煙氣預熱后的不凝氣載氣同時加熱生物質原料和床料，以石英砂為床料，一方面提高了反應器的加熱效率;另一方面，可使整個生物質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，為高效生物質熱裂解反應器及相關工藝裝備的研制和工程放大等提供理論支持和技術保障。
　　根據生物質熱裂解制取生物油的機理，考慮目前流化床反應器應用比較廣泛且技術較成熟，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，實現工程放大較困難，且缺乏統(tǒng)一的設計模型?；诹骰卜磻髟O計理論，提出一種流化式熱裂解反應器的設計計算模型，為新型反應器開發(fā)和設

4、計提供理論參考;根據該計算模型以最小氣相停留時間為目標函數，對內膽式雙熱型生物質熱裂解反應器的相關設計參數進行優(yōu)化設計。
　　利用能量守恒的原理，對內膽式雙熱型生物質熱裂解反應器進行熱平衡分析，結合供熱和傳熱的特點，對該反應器的壁面?zhèn)鳠崮Ｐ汀㈩w粒間傳熱模型和對流換熱模型進行研究;分析并確定該反應器的熱量平衡方程式和實現生物質快速熱裂解的熱平衡條件，為進一步對反應器內傳質傳熱過程進行仿真研究奠定基礎。
　　基于流態(tài)化理論，建立

5、內膽式雙熱型熱裂解反應器的冷態(tài)實驗臺，針對不同工況進行實驗研究，對不同進氣方式、顆粒粒徑、生物質顆粒和熱載體顆?；旌吓浔?、物料堆積高度以及分布板開孔率大小等參數對流化質量的影響規(guī)律進行研究，為生物質熱裂解反應器優(yōu)化設計提供參考依據。
　　基于氣體分子運動理論和顆粒動力學方法，建立內膽式雙熱型生物質熱裂解反應器內的氣固兩相流動模型方程，并利用計算流體力學軟件，對該反應器內顆粒冷態(tài)流化過程進行仿真分析，對不同工況和操作條件進行數值模擬

6、和分析，并通過與冷態(tài)實驗數據的比較分析，驗證數值模型合理;考慮該反應器內熱量傳遞規(guī)律，在原有流動模型的基礎上，建立熱-固耦合模型、熱-流耦合模型，利用數值方法對內膽式雙熱型熱裂解反應器進行多物理場耦合仿真研究，得到反應器壁面和內部流體的溫度分布，滿足實現生物質快速熱裂解的熱平衡條件。仿真結果一方面可以為進一步熱態(tài)實驗提供參考依據，另一方面驗證所設計的反應器可行，能實現生物質的高效熱裂解，為實現生物質熱裂解反應器內部復雜動態(tài)性能的仿真、設