基于模糊优化理论的生物质热解转锥优化的有限元研究

发布时间：2020-09-10 15:43

　　随着生产的进一步发展,我国传统能源产业无法满足经济发展需求已成定局。因此,寻找和开发适合我国国情的可再生新型能源及石油替代品迫在眉睫。我国生物质资源非常丰富。据统计,我国每年生物质能资源潜力折合约5亿吨标准煤。作为众多生物质利用技术中的一种,转锥式闪速热解装置以其升温速率高,固相滞留期短,气相滞留期小等特点在众多制油技术中占有重要地位。然而,到目前为止,对于转锥的结构设计大多都是基于普通优化设计方法进行的。普通优化设计方法由于没有充分考虑设计参数的不确定性和设计准则的模糊性,致使设计出来的转锥在质量及使用寿命等方面都可能不是最佳状况。因此,本文立足于对转锥结构的分析研究,结合模糊优化理论和ANSYS有限元分析软件,探索一种对转锥结构进行优化设计的方法。本文以哈尔滨市科技创新人才研究专项资金项目(2007RFQXG004)为依托,在对热载体动力学模型进行分析的基础上,给出了转锥截面半径与转速和时间的关系,并在此基础上给出了转锥的初始模型。讨论了转锥的重量对经济性及稳定性的影响,由此提出了优化转锥重量的目标。在模糊优化理论的基础上建立了转锥的非对称模糊优化数学模型,利用模糊综合评判方法及改进的最优水平截集法并结合ANSYS有限元软件对转锥结构进行了优化设计,减轻了转锥的重量。利用ANSYS软件对转锥结构进行了传热学方面的分析,得出了在不同时刻转锥内部的温度分布情况,并通过实验验证了转锥结构模型的可靠性,为今后选择转锥的预热时间提供了一个新思路。利用设计出的转锥进行热解制取生物油的实验,计算出它在一定转速下每小时处理生物质的能力及整套装置的产油率。
【学位单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2011
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

生物质热解,主要产物

〔700℃ ~1100℃)图1一1生物质热解主要产物生物质热解生成的三种主要产物如图1一1所示。生物质热解工艺按照热解反应温度和加热速率的不同分成低温低速、中温闪速和高温高速热解三种I’0]。低温低速热解的热解温度在500℃以下，反应时间巧而卜几天，产物主要以炭粉为主;高温快速热解产物以不易冷凝的可燃气体为主，其温度一般在900一 1100℃之间;中温闪速热解产物主要以可冷凝液化的气体为主，经快速冷凝后变成液体，其反应温度一般在500一650℃之间，加热速率大致为10一200oC/s[‘’，’2]。1.2.2生物质热解影响因素生物质热解影响因素分为物理和化学两方面。反应过程中的传热、传质以及原材料

工艺流程图,转锥,热解反应器,工艺流程图

东北林业大学硕士学位论文努力，于1995年研制成功。该反应器的特点是:升温速率高;固相滞留期短;气相滞留期小[l91。其工艺流程如图1一2所示。料斗222)4省省省省省省一一一一冷冷冷冷冷凝凝凝凝凝凝凝凝凝换换器器器器执执执执执器器器器器器器供供供供供供供水水沙沙箱箱箱装置置置置置置置生生生生生生物油油图1一2转锥式热解反应器工艺流程图在生物质制油产业化发展方面，2009年6月，芬兰斯道拉恩索集团和耐思特石油公司联合建造的生物燃料示范工厂在瓦尔考斯落成，该厂以林业废弃料为原料对生物质进行干燥、气化、气体净化以及催化剂测试等方面的研究，并最终液化生成生物燃油l7]。，.3.2国内生物质闪速热解液化技术研究现状在国内，虽然目前生物质能的主要利用形式还是直接燃烧，但是生物质闪速热解技术的研究和应用已逐渐在各地发展起来。总的来说，从上世纪中期到本世纪初，国内的液化技术的发展主要是在引进国外先进生物质裂解液化技术基础上的改进

流程图,转锥,制油工艺,反应器

电动机带动转锥旋转将两者的混合物沿着炽热的锥壁呈螺旋线甩出。在此过程中，生物质被快速热解生成蒸气，被迅速导出的热解蒸气经旋风分离器除尘之后，进入到冷凝器冷凝液化，最终得到生物燃油。转锥的工作过程及工作原理示意图分别如图2一1和图2-2所示[3，’9，34]。冷冷冷冷冷冷冷旋旋旋旋凝凝风风风风器器分分分分分禺禺禺禺禺 !!!!!!!!!不可冷凝气体生物质热载体热载体生物燃油图2一l转锥反应器制油工艺流程图热载体棍合颗粒轨迹图2一2混合颗粒运动轨迹图

【参考文献】