生物质高温氧化炉设计及工艺优化研究

发布时间：2020-06-16 05:39

【摘要】：受控生态生命保障系统(Controlled Ecological Life Support System,CELSS)是建立外星球基地的关键技术之一。CELSS中的固体废物需要进行安全、稳定化处理,将其中的碳、氢和氧等元素释放,实现系统内物质流闭合循环,提高系统闭合度。本课题采用高温氧化技术处理CELSS中的植物不可食部分,采用数值模拟的方法对高温氧化炉的几何尺寸进行优化,并利用该炉型进行了小麦秸秆和大豆秸秆的高温氧化处理实验研究及工艺参数优化。首先,利用FLUENT软件仿真模拟了不同炉体高度、长径比和进料角度对生物质高温氧化过程的影响,在保证物料充分燃烧的情况下,以设备体积小、质量轻和能耗低为目标,通过分析生物质颗粒在炉内运动轨迹及炉内温度场分布,得出该炉型的优化尺寸参数为:炉体高度650 mm,直径54 mm,进料角度15°(与水平方向夹角)。然后,以此优化尺寸制作高温氧化炉,进行小麦和大豆秸秆的高温氧化实验。调节进气速率和炉体温度等工艺参数,测量各工况下高温氧化尾气中CO、NO和NO_2等气体浓度,并对生物质高温氧化后残留灰分进行热灼减率、形貌和组分表征。对比分析小麦秸秆和大豆秸秆在不同工艺参数下高温氧化尾气组分浓度和灰分性质,研究工艺参数(进气速率、炉体温度)对生物质高温氧化尾气组分浓度以及灰分性质的影响规律。高温氧化尾气中CO浓度随进气速率的增加先降低后升高,随炉体温度的升高逐渐降低;尾气中NO浓度随进气速率的增加先升高后降低,随炉体温度的升高逐渐升高;尾气中NO_2浓度随进气速率的增加逐渐升高,随炉体温度的升高逐渐降低。以此规律获得该炉型高温氧化处理小麦秸秆的适宜工艺参数为:进料速率为3 g/min时,进气速率为15~20 L/min,炉体温度为600~650℃。还对比分析了不同种类生物质(小麦秸秆和大豆秸秆)的燃烧特性,其中小麦秸秆高温氧化尾气中CO和NO_x含量均低于大豆秸秆,而小麦秸秆灰分热灼减率高于大豆秸秆灰分,且容易发生团聚和结渣。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V444.3
【图文】：

究员对 11 种催化剂处理尾气中污染物的能力进行测试。结果，NOxCAT 和 PRO*VOC7 对 NOx的催化效率最高，混合催化况下催化性能最好[40]。年 Suresh Pisharody 等人[41,42]对改进后的高温氧化系统(见图 1进行研究。主要工艺：助燃气体预热后由炉体底部分布盘进侧面进入燃烧室，在炉体下部与助燃气体混合，在燃烧室内应产生的尾气和飞灰经旋风除尘器分离后被收集，剩余气体进入催化床催化除去气体中的污染物。燃烧室的加热能力和间为 60 min，所需功耗为 9.7 kWh。高温氧化装置在没有通入物时，将燃烧室加热至预设温度，为保证温度恒定需要持续最终能量损失约 2.4 kW。文献中的能耗主要针对将流化床温度的能量，并未提及固体废物预处理所需能耗，仅研究了高温氧而此文献所述功耗比真实高温氧化系统功耗低。

图 1-3 改进后的鼓泡流化床图 图 1-5 LHDF-3.5-YD 型高温氧图 1-3 为 2001 年 John Fisher 等人[41]高此炉型流化效果好，物料混合充分，但需图 1-4 是在鼓泡流化床基础上加上物料循

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本文编号：2715616