回转窑设备特性及其在煤/生物质共热解中的应用

摘要

随着能源危机与环境污染的加剧，生物质作为一种可再生清洁能源受到了越来越多的重视，由于其高氢碳比和碱金属元素的特性，因此很多研究者将其与煤共热解以探究该过程的协同效应。研究者对于共热解的研究多集中在固定床反应器和落下床反应器中，很少有进行中试实验，因此为了更好地研究煤和生物质的共热解过程，有必要开展煤和生物质共热解的中试实验。 回转窑作为一种热解设备，相对于其他反应器，具有处理能力大、停留时间可以调整、物料传质传热效率高等特点，近年来在固体如废旧轮胎、化石能源等热解领域得到了广泛的应用，很适合作为煤和生物质共热解的反应器。反应时间、热解终温和升温速率对于热解反应有着重要的影响，而这些都与物料在回转窑中的停留时间有着密切的关系，停留时间过短可能导致反应进行不完全，停留时间过长可能使产物发生变化，因此对于物料在回转窑内停留时间分布和平均停留时间的研究非常重要，同时，研究物料在回转窑内的平均停留时间模型对于回转窑的设计和操作有着重要的意义。 本实验利用阶跃法测定了物料在回转窑内的停留时间分布，采用两种粒径(1.25~2mm,3~3.75mm)的石英砂作为冷态模拟物料，同粒径的盐作为示踪剂，通过使用电导率仪测定回转窑出口处混合物的盐度变化来得到石英砂在回转窑内的停留时间分布曲线，同时还测定了回转窑倾角、转速和石英砂粒径等因素对于石英砂在回转窑内的停留时间分布和平均停留时间的影响。根据实验结果发现，回转窑转速和倾角对于平均停留时间和停留时间分布影响较大，而粒径对于平均停留时间和停留时间分布影响较小。在此基础上，本实验将平均停留时间实验结果与Sullivan，Chatterjee和Saeman三种停留时间模型的预测值的对比，研究发现当回转窑倾角较小时物料的堆积会使物料在回转窑内的停留时间减小，使得实验值与模型预测值差距较大。因此，为了更加精确地预测小角度下物料在回转窑内的平均停留时间，本研究建立了小倾角下物料在回转窑内的平均停留时间预测模型。 将前面的研究成果应用于热解研究，研究了停留时间的长短对于煤热解产物分布的影响，同时探究了在最佳实验条件下煤和生物质共热解产物分布，将共热解产物产率与叠加模型理论值进行对比，探究该过程有无协同效应。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 回转窑及相关应用简介

1.2 生物质与煤共热解

1.2.1 生物质能源简介及特点

1.2.2 生物质与煤共热解研究

1.3 回转窑中停留时间的研究

1.3.1 停留时间简介

1.3.2 回转窑内停留时间测定方法

1.4 研究意义与内容

第2章 停留时间分布及平均停留时间实验研究

2.1 实验装置

2.1.1 进料装置

2.1.2 传动及支撑机构

2.1.3 滚筒

2.1.4 电加热炉

2.1.5 测控系统

2.1.6 收集装置

2.1.7 冷却装置

2.1.8 漩涡气泵

2.2 停留时间分布测定实验

2.2.1 实验目的及原理

2.2.2 实验仪器

2.2.3 实验药品及物理性质分析

2.2.4 盐度在线监测装置

2.2.5 实验步骤

2.2.6 实验数据处理

2.3各因素对回转窑停留时间分布的影响

2.3.1回转窑转速对停留时间分布的影响

2.3.2倾角对停留时间分布的影响

2.3.3 粒径对停留时间分布的影响

2.4 各因素对回转窑平均停留时间的影响

2.4.1 转速对平均停留时间的影响

2.4.2 倾角对平均停留时间的影响

2.4.3粒径对平均停留时间的影响

2.5本章小结

第3章 小倾角下回转窑平均停留时间模型修正

3.1 回转窑平均停留时间模型介绍

3.2 修正模型的建立

3.2.1 倾角、转速对于停留时间的影响

3.2.2 进料流量对于停留时间的影响

3.3 本章小结

第4章 煤/生物质在回转窑内的共热解研究

4.1 实验原料的选取和分析

4.2 实验原理与实验方法

4.2.1 实验原理

4.2.2 实验方法

4.3 实验结果处理和分析

4.4 固相停留时间对于热解产物分布的影响和协同效应研究

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文情况和参加科研项目说明

致谢