竖直管内陶瓷球和粉状生物质之间换热规律的研究

发布时间：2020-04-05 15:01

【摘要】： 生物质可以通过快速热裂解液化工艺得到液体产物——生物油。目前热裂解液化装置有多种,下降管反应器是国内具有自主知识产权的反应器。对该反应器热裂解机理进行研究,可以对反应器设计提供理论支持。在该反应器内,陶瓷球颗粒作为热载体在下降管下落过程中对生物质粉加热,使其发生热裂解。因此,要研究下降管反应器的工艺过程,必然涉及颗粒流动与传热。本研究对下降管式热裂解液化装置内生物质颗粒、陶瓷球颗粒及二者混合颗粒的换热特性进行了实验研究,主要研究包括: 对实验玉米秸秆粉和陶瓷球的物料特性和热物性进行了检测与数据处理,获得了生物质粉粒径、含水率以及导热系数等以及陶瓷球的主要物性参数。 为了模拟下降管式热裂解液化装置中颗粒热交换,设计搭建了下降管散体颗粒换热实验台,通过冷态喂料表明该实验台能够实现陶瓷球和生物质粉的精确定量下料;换热实验表明陶瓷球和生物质粉能够在竖直管内进行混合换热,并且混合换热后的陶瓷球和生物质粉能够实现完全分离,实验过程中能够实现温度实时、准确检测与记录。 通过不同陶瓷球质量流量下(1.0kg/min,1.2kg/min和1.4kg/min)和竖直管内的空气对流换热实验,得到了竖直管内(距竖直管入口的距离为0.1m,0.4m,0.8m,1.2m和1.5m)温度变化规律。通过数据的处理得到了陶瓷球和空气之间的对流换热系数h。三种不同陶瓷球质量流量下对流换热系数为:h=745w/(m~2.k)。 以质量流量为1.0kg/min,1.2kg/min和1.4kg/min的90℃高温陶瓷球、与生物质粉的质量流量比分别为15:1,20:1和25:1的实验工况,进行了生物质粉和陶瓷球在竖直管内混合流动热交换实验,得到了温度变化实验数据。结果表明:1)不同流量和比例下,竖直管内中间三点的温度与下降距离成线性变化,除了边界效应的影响,竖直管内温度从入口到出口呈现升高趋势;2)随着陶瓷球质量流量的增大,到竖直管入口同一距离截面上的温度会随之升高,并且在同一陶瓷球质量流量下,随着陶瓷球和生物质粉比例的升高,到竖直管入口同一距离截面上的温度会随之升高;3)竖直管两端有边界效应的影响,温度较低。通过对竖直管内陶瓷球放热量、竖直管内空气吸热量以及生物质粉吸热量之间关系式的分析,得到生物质粉吸热量通过陶瓷球的热传导以及空气的对流换热所占的百分数。
【图文】：

注:有关的反应参数并无统一的规定。 2.1.3热裂解反应的过程及反应机理生物质被加热的过程如图2一1所示。首先，热量传递到颗粒表面，并由表面传到颗粒的内部。生物质颗粒内部被加热的生物质分子链断裂变短，并迅速分解成木炭和挥发份，其中的挥发份由可凝气体和不可凝气体组成。由于产生了气体产物，在多孔颗粒内部形成压力，其中，颗粒中心处压力最大，并依次向颗粒表面方向呈递减趋势。在非闪速热解时，多孔的生物质颗粒内部形成的气体将进一步热裂解，形成可燃气体和热稳定的焦油。当挥发性气体离开生物质颗粒时，将穿过周围的气相组分而发生进一步分解。生物质热解过程最终形成焦炭、生物油(或者焦油)和不可凝燃气。热边界层\八图2一1生物质热解过程示意图在热解反应过程中，，会发生一系列的化学变化和物理变化，前者包括一系列复杂(一级、二级)的化学反应;后者包括热传递和物质传递两方面

第三章下降管换热实验台的设计3.3.1下降管换热实验台总体设计依照3.1节的设计要求参考设计手册[40]设计如图3.1的下降管实验台。该装置包括陶瓷球喂料器、生物质粉螺旋喂料器、竖直管以及陶瓷球和生物质粉分离箱等五个部分。高温陶瓷球通过陶瓷球喂料器的保温并且能够定量下落，生物质粉喂料器能够将生物质粉连续定量喂料，陶瓷球和生物质粉能够在近似绝热状态的竖直管内混合换热，陶瓷球和生物质粉在陶瓷球和生物质粉分离箱内实现分离，整个实验台在分度号为T型的热电偶一下进行温度测量。、 、、 、、 、-----------------月， --- .....曰曰曰门 门曰曰曰曰 曰\\\、/了 --- 叮叮叮图3.1下降管换热实验台(l陶瓷球喂料器
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK6

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本文编号：2615163