连续式生物质热解炭化设备的研制

摘要

我国是农业大国，农作物秸秆资源丰富、种类繁多，然而废弃或就地焚烧的秸秆接近3亿吨，造成了严重的环境污染和资源浪费，同时随着农业的过度开发、化肥的过度使用，导致土壤质量下降和重金属污染日益严重。生物质热解炭化技术是秸秆综合利用的重要途径之一，其主要产物为生物炭，在土壤改良、重金属吸附和固碳减排等方面具有重要作用，副产物为生物油和热解气，在化工和能源方面具有一定的应用。
　　本文在查阅国内外热解炭化技术及装备研究现状的基础上，针对目前生物质连续设备生产效率低，工艺参数难以控制等问题，通过理论研究、计算机模拟、装备试制及试验分析，实现有关技术参数的优化。主要研究工作及创新之处如下：
　　（1）热解炭化机理研究，通过查阅国内外文献，研究热解相关的工艺参数和热解机理，明确热解温度、加热时间和反应压力等对热解反应的影响；研究热解产物生物炭、热解气和热解油的理化性质，以制定满足设计要求的工艺路线。
　　（2）连续热解炭化工艺研究，提出连续热解过程中分段加热技术，利用不同区域形成的特定温度场对生物质原料进行热解炭化，并依据此原理进行了五段热解炉设计，运用ANSYS对五段热解炉形成的温度场进行仿真模拟，得到分段式温度场。
　　（3）热解炭化设备研究，根据工艺路线进行各个部件的设计或选型，包括热解反应器设计、连续进料装置设计、油气分离装置设计、热解气燃烧器设计和电机、减速机、压力表及流量计的选型等。
　　（4）热解试验研究，包括设备前期调试过程中，以粉碎的玉米秸秆和花生壳为原料进行设备参数标定的冷态试验，以及后期开展的热解炭化试验，结果表明，本热解炭化设备实现生物质的连续热解炭化，原料处理量可达到25kg/h，加热时间可在5min-60min范围内调节，热解炭化温度可达到700℃，热解炭化产物生物炭、热解油和热解气均可收集计量，达到了设计要求。

目录

声明

1 引言

1.1研究目的意义

1.2国内外生物质热解炭化设备研究现状

1.3课题来源与主要内容

1.4 研究方法与技术路线

1.5 本章小结

2 连续式生物质热解炭化设备总体方案设计

2.1热解炭化机理及工艺研究

2.2设备设计要求

2.3设备整机结构与工作过程

2.4设备主要参数

2.5 本章小结

3 关键零部件的选型和设计

3.1 分段热解炭化炉设计

3.2 输料螺旋设计

3.3密封系统设计

3.4 密封进料破拱装置设计

3.5 油气分离装置设计

3.6 热解气燃烧器设计

3.7 本章小结

4 基于ANSYS的分段炉温度场热力学仿真

4.1 ANSYS有限元软件简介

4.2 分段炉温度场仿真分析

4.3本章小结

5 监控系统设计

5.1现场监控执行部分总体方案

5.2下位机控制设计

5.3人机交互系统设计

5.4小结

6 连续式热解炭化装备试制与试验

6.1样机试制

6.2试验

6.3 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2创新点

7.3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的参与的研究项目

攻读硕士学位期间的研究成果