生物质连续热解反应装置关键部件研究

摘要

在所有可再生能源中，生物质是独特的，不仅能贮存太阳能，而且是一种可再生的碳源。利用生物质能源转换技术，可以将其转化为高品位、高效能、商品化、易于运输、使用方便的新能源产品。低温慢速热解（也称炭化热解）是生物质能转化与利用的主要方式之一。本文主要对生物质低温慢速连续热解反应装置关键部件进行了研制和试验研究，主要内容如下:
　　 1)利用热重法进行了稻壳热解动力学分析，建立了热解动力学模型，将模型与实际反应条件相结合，对不同升温速率下的热解反应过程进行了预测。对稻壳的螺旋输送进行了动力学分析，为热解反应器关键部件变螺距螺旋输送器的参数确定，提供了理论依据。
　　 2)进行了连续热解装置冷态试验，考察了不同物料种类、筒壁表面粗糙度、物料粒径大小及转速、螺距变化度等因素对螺旋输送生产率的影响。试验表明，不同的物料，其堆积密度、磨琢性等物性特征不同，导致螺旋输送处理效率不同。筒壁表面越粗糙，物料粒径太大或太小，都会降低输送能力。随着螺旋转速增大，轴向输送速度明显增加，从而提高了输送能力。而螺距变化度越大，填充系数的变化率越大，压实现象就越严重，从而输送能力越差。采用渐变递增的变螺距模型，如30-40-50-50型，可以有效的形成较松散的圆柱，形成动态“料封”，既能增大靠近进料端输送段的压力，防止热解气倒流，达到密封的目的，又能使物料在后续热解段的填充系数保持在0.25左右，保证物料充分热解。此外，在输送螺旋的末端（排料口后）采用了反向螺旋设计，确保热解固态产物炭顺畅地排出，保证了连续热解反应的正常进行。
　　 3)在螺旋转速2～20 r/min，热解温度300～600℃试验条件下，生物质连续热解持续稳定，热解反应时间为2～10min，效率为5～20kg/h，热解效果良好，与设计指标相符，满足生物质连续热解的需要，对农林生物质连续热解设备的研制具有参考价值。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 课题研究的目的和意义

1．2 生物质热解国内外研究现状

1．2．1 热解工艺国内外研究现状

1．2．2 低温慢速热解国内外研究现状

1．3 热解反应器国内外研究现状

1．3．1 热解反应器

1．3．2 螺旋输送器

1．4 论文选题和研究主要内容

1．4．1 选题背景

1．4．2 研究主要内容

2 稻壳热解特性分析

2．1 引言

2．2 试验原料及方法

2．3 结果与分析

2．4 动力学计算

2．4．1 基础理论

2．4．2 计算结果与分析

2．4．3 热解阶段反应机理函数

2．5 小结

3 连续热解反应装置关键部件设计

3．1 热解装置总体设计

3．2 稻壳螺旋输送动力学分析

3．2．1 静态受力分析

3．2．2 运动分析

3．3 输送器变螺距设计

3．4 其他部件选择

3．4．1 电机选择

3．4．2 反应炉选择

3．5 小结

4 热解装置冷态试验分析

4．1 螺旋输送理论生产率

4．2 冷态调试试验

4．2．1 试验装置

4．2．2 试验内容

4．2．3 试验结果与分析

4．3 变螺距螺旋输送器充盈稳定性分析

4．4 小结

5 生物质连续热解反应试验研究

5．1 热解工艺流程

5．2 试验原料及方法

5．3 试验结果与分析

5．3．1 装置热态试验与冷态试验处理效率对比分析

5．3．2 停留时间对连续热解反应三态产率的影响

5．4 热解产物分析

5．4．1 热解炭检测分析

5．4．2 液体生物油检测分析

5．4．3 气体成分检测分析

5．5 热解装置改进及应用

5．6 小结

6 结论

6．1 主要结论

6．2 创新性

6．3 下一步工作展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文