移动式生物质快速热解设备气力输送特性研究

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移动式生物质快速热解设备具有结构紧凑、传热效率高和自热等优点,充分利用热解副产物——不可冷凝气,实现就地高效转化生物质能源。但是,目前移动式热解设备主要存在生物质气力进料不连续,流化床颗粒扩散、流化和传热不均匀,制约了热解技术的推广与应用。因此,本文以解决移动式生物质快速热解设备气力输送问题为目标,考察了输料参数对气力进料器输料特性的影响,研究了气力进料对流化床反应器流态化和传热特性的影响,研制了一套进料连续、流化均匀、传热充分的生物质气力进料-热解反应设备,并进行了试验验证。本论文主要研究结论如下:(1)喷动气和扰动气均可以提高气力进料器输料速率:喷动气通过曳力作用携带颗粒输送,扰动气通过气体静压推动颗粒输送;扰动气通过扰动和均化作用,削弱、甚至消除料仓内颗粒聚集、架桥现象;喷动气和扰动气作用互补,合理调控气体流量比(4/12-8/8),共同促进气力输料连续性和稳定性;建立了进料器气力输料速率无量纲预测模型(R~2=0.942),为生物质气力进料器的设计与研究提供了理论依据。(2)喷动气和流化气的流化床反应器气力进料机理不同:喷动气通过曳力作用携带生物质颗粒进入流化床,流化气通过流态化作用提供气力进料空间,并且增强床层内不同颗粒间混合;喷动气和流化气作用互补,合理调控气体流量比(1.89-2.6),协同提高气力进料速率和稳定性;建立了流化床气力进料速率数学回归模型(R~2=0.928),预测和指导流化床反应器气力进料过程。(3)进料气与流化气相融合,促进床层流态化,为生物质颗粒提供气力进料空间;进料颗粒与床料相碰撞,促进颗粒在床层内扩散、混合;进料气和进料颗粒相互作用,促进颗粒深入、但也加速离开床层;构建了流化床气力进料动态模型:颗粒相互作用、扩散、混合和共同流化。(4)环形流化床反应器分为固定床和流化床升温阶段,实现快速、均匀加热;气力进料影响流化床反应器总传热系数,导致升温下降;生物质颗粒气力进料,首先与床料颗粒发生碰撞传热,升温不平衡;随流化作用,二次返混进入床层,升温更均匀,温度场更稳定,更快地达到热解温度。(5)优化移动式生物质快速热解液化工艺,设备结构紧凑、传热效率高、实现自供热;研发双仓式锥形气力进料器,基于双仓和双重气力设计,配合多级激光-光敏传感器,实现生物质连续、稳定气力输送;研发环形流化床反应器,固定床换热区与流化床反应区同轴嵌套,壁面和载气加热相结合,引入热解不可冷凝气,实现生物质自热式热解;移动式热解设备燃气替代率达到76.1%,最佳热解油收集率64.8%,相比固定式热解设备提高了约21%。
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