流化床高温烟气直接加热陶瓷球热载体的试验研究

发布时间：2020-04-07 04:35

【摘要】：生物质具有环境友好,资源可再生等特点,是理想的清洁能源之一。生物质能的开发利用,旨在把诸如农林废弃物等固体生物质通过物理或化学方法,使之成为高能量密度的气体、固体或液体燃料。生物质热解液化技术是一种热化学手段,利用高温固体介质加热粉状生物质实现生物质快速热解液化,是生产生物油的工艺之一,具有冷却负载小、载体余热回收容易等优点,有着较好的发展前景。本文基于固体热载体加热生物质热解液化工艺,对流化床高温烟气直接加热陶瓷球固体热载体工艺进行研究,以解决热载体加热效率和加热装置的热能利用率问题。设计制造了可视化冷态流场研究的试验装置,采用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,简称PIV)及高速摄影技术(High-speed photography techno1ogy)对不同工况下陶瓷球固体热载体颗粒的运动特性进行了冷态可视化研究,并利用Tecplot软件对陶瓷球的涡量场和局部进行了提取,并分析了陶瓷球在加热管内的涡量场的分布特点和局部涡量特征。研究结果表明,陶瓷球颗粒的轴向速度分布近似呈抛物线状,在距管壁约25mm范围内,轴向速度变化较大,其它位置变化较小。在不同挡板处,陶瓷球涡量场在靠近管壁处波动较大,涡量场与速度场均具有贴壁特征;涡量场的强度会随着陶瓷球的下落距离而增大;随着陶瓷球粒径的增大,陶瓷球在管内下落过程中的颗粒分布趋于更加均匀;由于内置挡板的存在,增加了陶瓷球之间以及陶瓷球与管壁、挡板的碰撞率,同时也改变了流体速度和方向,提高了颗粒在加热器内的滞留时间,有利于增加陶瓷球与热烟气的换热时间和效率。经过数据分析计算得到陶瓷球在加热器内的滞留时间约为0.79s。在冷态颗粒流动试验研究的基础上,设计制造了热载体加热器,并对其加热性能和流化床燃烧器的燃烧特性进行了研究。结果表明,流化床高温烟气加热陶瓷球热载体的加热装置平均热能利用率为66.3%,且流化床燃烧生物质粉产生的高温烟气能够满足热载体加热装置对热源的需求。热载体加热器内的热量传递方式主要是对流换热,通过热平衡分析,得到了陶瓷球热载体与加热器内高温烟气的对流传热系数h=475W/(m2·℃)。通过对装置的热平衡分析和加热能力理论分析可知,换热试验可以进一步指导实际热载体加热装置的试验参数,满足生物质热解液化对热载体加热装置的设计要求。
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S216

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本文编号：2617454