基于红外加热的生物质热解技术及关键参数研究

发布时间：2020-04-25 19:23

【摘要】：生物质能是一种绿色、清洁能源,且是唯一一种可再生碳源,生物质热解技术是生物质能利用的重要形式,它可以使生物质能转化成生物油等其它能源形式,易于储存和使用。随着石油危机的出现和新能源技术的开发利用,生物质热解技术越来越受到关注。但是生物质热解反应条件苛刻,主要包括无氧或有限氧反应环境、气体产物极短停留时间(2s以内)、极高的加热速率(102～104℃/S),所以,传统的生物质热解反应装置往往结构复杂、操作程序繁琐,造成资源浪费、环境污染,使生物质能的开发利用失去意义。本文改变传统的生物质热解反应装置的加热方式,利用红外加热原理设计了生物质热解反应装置,并考虑了反应副产物焦炭的重复利用。本文的主要工作包括:(1)根据几种传统的生物质热解反应装置的工作原理,总结了传统加热方式的优缺点,提出了红外加热的优势。根据红外加热原理总结了红外加热器的结构形式,分析了基于红外加热的生物质热解反应的可行性。(2)根据生物质的主要组成成分及各成分热解机理,总结得到生物质热解过程中的主要吸热成分。根据主要吸热成分的红外光谱图确定了生物质的红外吸收带。根据吸收带选择了红外涂料,并介绍了红外涂料的使用工艺。(3)设计了基于红外加热的生物质热解反应装置的主要结构,对反应器关键参数进行了计算,对燃烧室燃烧过程进行了计算。确定了燃烧室煤气、空气的进气速度和进气口直径。设计了燃烧室的保温结构,并计算得到保温层厚度。计算得到燃烧室烟囱的内径和高度,确定了燃烧室密封结构。(4)对反应器燃烧室内燃烧进行了数值模拟,主要目的是得到燃烧室内的温度分布。根据反应阶段的不同,燃烧室内燃料也会不同。因此,分别进行了反应初期煤气燃烧模拟和反应后期焦炭燃烧模拟以及焦炭、煤气同时燃烧模拟。为了达到反应温度要求和温度均匀性要求,分别对燃料不同速度进行了燃烧模拟,从而得到了最佳温度分布。
【图文】：

示意图,热解技术

（１）流化床热解技术逡逑２０世纪８０年代，加拿大滑铁卢大学的Ｄ．Ｓ．Ｓｃｏｔｔ等人＾研制开发了流化床热解反应技逡逑术，如图１．２所示。逡逑生物质逡逑★逦凝器逦凝器逡逑粉碎逦逦逦逡逑—＊——邋逦？逡逑筛分逦－１逦ｈ－Ｔ－＾－ＴＴ－逡逑言邋￣￣逦＜逦＿逦Ｍ邋Ｍ逦士逡逑ｒ邋＊邋＾邋ｙ邋Ｉ邋１１邋Ｉ邋ａ逡逑床反ｕ逦滤逡逑Ｊ邋焦炭收邋￣Ｉ逦｜逡逑＾邋生物汕逦一－排气逡逑丨平＊炉．．．．１逦气体分析逡逑沙仓逦？＜逦，逡逑逦逦ｃ＝±逡逑图１．２流化床热解技术示意图逡逑Ｆｉｇ．ｌ邋．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ邋ｂｅｄ邋ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ邋ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１１２＾逡逑流化床反应器工艺流程包括：①将一种无氧气体作为流化载气，对反应腔内反应物逡逑进行流化加热，有助于均匀加热；②惰性载热体颗粒被加热到一定温度后与生物质颗粒逡逑混合接触，从而使生物质颗粒被迅速加热，达到反应要求的温度，，主要加热方式为热传逡逑导；③热解产物的气体部分通过反应器的上出口自然跑出，气体中除了小分子热解产物逡逑外还包括灰尘、碳颗粒和流化载气，所以要将热解气体产物送入到分离装置进行分离；逡逑－４－逡逑

原理图,旋转锥反应器,原理图,气体产物

论文逦生成的气体产物就自然向上运动，固体产物运动至内锥壁顶，气体产物由上方出口收集，固体产物焦炭就在外锥得到收生物油，固体产物焦炭被收集，并在外部燃烧室内得到燃烧通过循环装置送入燃烧室内得到燃烧。旋转锥的锥角可以通样就可以改变锥体内空间，通过改变内部压力调节气体产物制气体产物的二次裂解，从而控制生物油产量０１。相对于流需要制备流化气体，简化了反应过程，旋转锥反应器具有气油产量高，反应装置体积小等特点。逡逑
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK6

【参考文献】