生物质秸秆炭化炉的结构优化与试验研究

发布时间：2020-04-22 03:06

【摘要】：随着人类社会的快速发展，能源危机及环境问题日益严重,急需^u发可再生能源并实现产业化。生物质能作为唯一可再生炭源,具有可储存运输的特点,通过快速热解可以转化为焦油、天然气以及炭。生物质能的利用比例日益增大，尤其生物质炭化得到了较大的发展，制约生物质炭化大规模利用的关键是炭化过程中产生的焦油。具体研究内容如下：（1）从新疆丰富的棉花秸秆资源来看，并结合已有的文献和国内外投入生产实践的炭化炉具，以棉花秸秆为主要研究对象的生物质秸秆炭化技术具有很大的发展前景。因此，设计一款炭化机械，用于将采摘后的棉花秸秆炭化还田，并取得焦油、木醋酸、天燃气等资源必将有立竿见影的经济效益。（2）阐述了热解概念及原理，着重介绍了生物质炭化热解的过程和热解产物。理清了生物质炭化热解的基本原理。阐述生物质油的化学组成成分，以及生物质油的理化特性。（3）该焦油分离器适用于生物质气化可燃气体干法脱除焦油的分离工艺，且将旋风分离器和冷却器有机结合为一体的设计，不但集合了干法除焦油的优点，而且能够通过降温更加有效地去除焦油，提高了分离效率。通过试验测试，结果表明，该焦油分离器作为二级分离器仍有较高的分离效率，同时压力降较小，完全满足生物质气化工艺条件。如果将其应用在温差较大、馏点在温差区间内馏分较多的情况下，降温冷却会对提高焦油净化效果更加有利。焦油分离器具有结构简单、操作方便、运行可靠以及成本低等优点，有较高的实用价值和推广应用前景。（4）介绍了一种新型的生物质秸秆炭化炉试验的条件，原料，目的，方法。并对试验结果进行了分析，得出影响炭化的因素，同时对油气分离装置的有效性进行了验证；在实际生产过程中，生物质秸秆不需粉碎压实填料，只需捆扎即可进行炭化反应，而且反应所得木炭的固定碳含量以及炭化比表面积都达到了满意的结果，满足现实生产的实用价值。
【图文】：

表面形貌,表面形貌,焦炭

利用荷兰 PHILIPS 公司生产 XL30-ESEM-TMP 型环境扫描电镜观察焦炭的表面形貌,3kV 时，仪器高、低真空模式下的分辨率均为 15 nm。焦炭化学结构采用美国热电仪器公司 Nicolet 8700 傅里叶变换红外光谱仪分析。孔隙结构是影响生物油热解焦炭燃烧的重要因素之一。利用 BET 比表面积分析仪测得纯生物油、BE20 和 BE30 的比表面积分别是 41.0263 m2/g、64.4067m2/g、48.2857 m2/g比表面积越大，焦炭与空气接触面积越大，氧化反应更容易发生，因此随着小分子醇含量的增加，热解焦炭的燃烧性能先增加后减小，与活化能的变化规律一致[38]。图 2-2 为不同热解焦炭放大 100 倍的 SEM 表面形貌图。可以看出，焦炭具有蓬松的多孔结构。这是由于生物油受热挥发分解，挥发份及裂解气以气泡形式不断从液体内部析出，剩余部分平均分子量、粘度和表面张力逐渐增大，体积剧烈膨胀并形成泡沫，最终由液态逐渐形成海绵状焦炭。对比不同焦炭的 SEM 图可得：纯生物油焦炭孔隙较大；添加 20 %小分子醇后，孔径减小，比表面积增加；而添加过多醇后，表面孔径反而大于 BE20，比表面积也减小。热解焦炭表明形貌的变化可能是由于两方面的原因造成的，醇类的添加影响了轻组分的挥发，液体挥发形成的气泡增大；在重组分裂解阶段，未挥发完全的醇可能与重组分发生反应[39]。BE20 的孔小且密集，比表面积最大，与空气的接触面积较大有利于燃烧反应的进行，因此其燃烧性能在三种样品中最好。

三维图,旋风分离器,三维图

油气分离装置高 1000mm,长 500mm,宽 250mm。由三个位于最上方的进气口，位于最的析油口和位于侧面的出气口组成。3.2 管式换热器设计油气分离装置具有冷却燃气的作用，即把从炭化炉中出来的高温气体冷却到一温度。因生物质燃气具有高温、不洁净、易结垢等特点，所以燃气在热交换器中走冷却介质。油气分离装置设计参数：气体进口温度 T=500 ℃；流量 Q=500 m3/h。3.3 旋风分离器的设计选用标准型旋风分离器分离降温后的燃气中的焦油尘粒。分离器的入口与热交导管的内壁连接。这种入口方式可以避免筒体内气流之间的相互干扰，减小分离器力，提高处理风量和除尘效率。因此，当进风口的总面积相同时，，可以改变进风口度，使进风口的宽度减小，缩短尘粒移向筒壁的距离，从而提高除尘效率。旋风分上部为圆筒形，下部为圆锥形。含尘气体由圆筒上部的进气管沿切向进入旋风分离受器壁约束而旋转向下作螺旋形运动。在惯性离心力的作用下，尘粒被甩向器壁与分离，再沿壁面落至锥底的排灰口。净化后的气流在中心轴附近由下而上作旋转运最后由顶部排气管排出。旋风分离器三维设计图 3-3。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S216.2

【参考文献】