生物質(zhì)閃速熱解揮發(fā)特性的研究.pdf

1、生物質(zhì)閃速熱解液化技術(shù)是一項具有廣闊應(yīng)用前景的生物質(zhì)能源利用新技術(shù)。生物質(zhì)閃速熱解液化反應(yīng)器的正確設(shè)計、放大與操作優(yōu)化都需要對生物質(zhì)的熱裂解反應(yīng)動力學(xué)及熱解過程機理進行充分的研究。熱重儀被廣泛地用來研究不同種類的生物質(zhì)在慢速加熱條件(加熱速率低于100K/min)下的熱揮發(fā)特性。與慢速熱解相比，關(guān)于生物質(zhì)在極高加熱速率(閃速加熱條件)下的熱揮發(fā)特性的研究還鮮有報道。主要原因是研究生物質(zhì)閃速熱解動力學(xué)特性所需要高溫閃速等實驗條件很難精確的

2、控制。鑒于此，本研究借鑒煤的閃速熱揮發(fā)特性研究技術(shù)，改變思路，尋找出一種新的方法來研究生物質(zhì)在閃速加熱條件下的揮發(fā)特性，即：利用一種新型層流爐系統(tǒng)研究了生物質(zhì)在閃速加熱條件下(升溫速率達到1000 K/s以上)的熱揮發(fā)特性。并且通過計算機模擬玉米秸稈在水平攜帶床生物質(zhì)閃速熱解液化裝置內(nèi)的熱解過程，檢驗了揮發(fā)特性基礎(chǔ)研究結(jié)果的應(yīng)用。主要創(chuàng)新性研究及結(jié)論如下： 針對目前層流爐設(shè)計中存在的喂料不連續(xù)和內(nèi)部溫度場不均勻的主要問題，對層流

3、爐系統(tǒng)的喂入部分和溫度測控部分進行了改進研究。通過選用震動喂料器作為喂料裝置，實現(xiàn)了均勻穩(wěn)定的低加料速度喂料。改進的層流爐的溫度檢測和控制部分，創(chuàng)新性地采用等離子體為主要加熱熱源，配合管壁保溫的直接加熱方式取代傳統(tǒng)的間接加熱方式，實現(xiàn)了熱解反應(yīng)區(qū)氣流溫度均勻一致，誤差都在±0.4％以內(nèi)。 設(shè)計了一套1:1比例的透明有機玻璃冷態(tài)模擬裝置對生物質(zhì)顆粒在層流爐內(nèi)的流動分布進行了冷態(tài)模擬實驗。結(jié)果表明，導(dǎo)流環(huán)距離下端口9cm，主流流量為

4、3m<'3>/h，加料流量很低(<0.06 m<'3>/h)時，流動狀態(tài)最佳。 選用玉米秸、麥秸、棉花稈(秸稈類)，稻殼、椰子殼(皮殼類)和白松(林木類)三類六種生物質(zhì)作為實驗原料，對每一種生物質(zhì)進行了4個加熱溫度(750K，800K，850K，900K)，每個溫度4個停留時間的實驗。通過實驗首次得到了各種生物質(zhì)在閃速加熱條件下的熱解動力學(xué)方程和參數(shù)。發(fā)現(xiàn)在閃速加熱條件下，這些生物質(zhì)的熱解化學(xué)動力學(xué)參數(shù)(頻率因子和活化能)不隨工

5、況的變化而改變，是只和生物質(zhì)材料有關(guān)的常數(shù)。從而為計算機模擬計算提供了簡便準確的模型參數(shù)。 利用CFD(Computational Huid Dynamics)方法對玉米秸稈在生物質(zhì)閃速熱解轉(zhuǎn)化生物燃油關(guān)鍵設(shè)備——水平攜帶床液化裝置的熱解過程進行了仿真研究。模擬得到了水平攜帶床內(nèi)氣固兩相流的流場和溫度場的變化規(guī)律、顆粒相的運動軌跡(速度、溫度和停留時間)和水平攜帶床液化設(shè)備的液化規(guī)律。CFD的模擬結(jié)果與相關(guān)的實驗結(jié)果進行了比較和