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

1、國內(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)器是整個熱解工藝設(shè)備中最重要的部分，其相關(guān)設(shè)計參數(shù)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式等對熱解產(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。只有通過合理的熱裂解反應(yīng)器才能實現(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，對熱裂解反應(yīng)器的設(shè)計及相關(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、工程放大困難等問題。本文針對現(xiàn)有各類生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器的特點及不足之處，研究并設(shè)計了一種新型的內(nèi)膽式雙熱型生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器，并對其相關(guān)理論進行研究。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，實現(xiàn)工程放大較困難，且缺乏統(tǒng)一的設(shè)計模型?；诹骰卜磻?yīng)器設(shè)計理論，提出一種流化式熱裂解反應(yīng)器的設(shè)計計算模型，為新型反應(yīng)器開發(fā)和設(shè)

4、計提供理論參考;根據(jù)該計算模型以最小氣相停留時間為目標(biāo)函數(shù)，對內(nèi)膽式雙熱型生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器的相關(guān)設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。
　　利用能量守恒的原理，對內(nèi)膽式雙熱型生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器進行熱平衡分析，結(jié)合供熱和傳熱的特點，對該反應(yīng)器的壁面?zhèn)鳠崮Ｐ?、顆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(yīng)器的熱量平衡方程式和實現(xiàn)生物質(zhì)快速熱裂解的熱平衡條件，為進一步對反應(yīng)器內(nèi)傳質(zhì)傳熱過程進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(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)對流化質(zhì)量的影響規(guī)律進行研究，為生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù)。
　　基于氣體分子運動理論和顆粒動力學(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)的氣固兩相流動模型方程，并利用計算流體力學(xué)軟件，對該反應(yīng)器內(nèi)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(shù)值模擬

6、和分析，并通過與冷態(tài)實驗數(shù)據(jù)的比較分析，驗證數(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)值方法對內(nèi)膽式雙熱型熱裂解反應(yīng)器進行多物理場耦合仿真研究，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)果一方面可以為進一步熱態(tài)實驗提供參考依據(jù)，另一方面驗證所設(shè)計的反應(yīng)器可行，能實現(xiàn)生物質(zhì)的高效熱裂解，為實現(xiàn)生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器內(nèi)部復(fù)雜動態(tài)性能的仿真、設(shè)