生物质热解气冷凝及生物油燃烧的实验研究与数值模拟

发布时间：2021-10-14 14:31

　　生物质作为绿色洁净的可再生能源,具有良好的开发应用前景。在无氧和中温（500℃左右）条件下,通过快速热解可以将生物质转化为热解气和炭粉,热解气再经过快速冷凝获得生物油和不凝性的可燃气。热解气的冷凝效果不仅影响生物油的产率和组成,而且对生物油的品质也有重要影响。现阶段生物油最为经济的应用方法是直接燃烧。基于此背景,本学位论文通过分析生物油的理化特性、蒸发和燃烧特性、雾化特性以及生物质热解气的性质,建立了生物油和热解气的模型化合物体系,并通过实验和数值模拟技术研究了热解气冷凝和生物油燃烧特性。分析了生物油的元素组成、化学成分、以及水分、热值、粘度、表面张力、比热容和密度等物性参数,并对测量方法进行了介绍和总结；详细地阐述了水分与热值之间的关系以及生物油-低碳醇体系的粘度和表面张力随温度的变化情况；分析了不可冷凝气的组成成分,并对其物性参数进行了计算。研究结果表明：生物油的碳含量较低、氧含量较高、氮和硫含量几乎为零；水分含量约30%；稻壳生物油的干基热值约为23.4MJ/kg。生物油-低碳醇体系的粘度随着温度增加逐渐降低并趋于恒定；生物油的表面张力与温度呈线性递减的关系；生物油-低碳醇体系的... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：164 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
第1章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 世界能源形势
        1.1.2 我国能源形势
    1.2 生物质能概述
        1.2.1 生物质种类及特点
        1.2.2 生物质能利用技术
        1.2.3 生物质能利用现状
    1.3 生物质热解液化制备生物油
        1.3.1 生物质热解原理及技术
        1.3.2 生物质热解液化工艺过程
        1.3.3 生物质热解液化技术的发展
        1.3.4 生物油的利用途径
    1.4 热解气冷凝
        1.4.1 热解气冷凝方式
        1.4.2 喷雾降膜冷凝机理
    1.5 生物油燃烧
        1.5.1 生物油燃烧特性
        1.5.2 生物油燃烧方式
    1.6 研究路线和内容
    参考文献
第2章 生物油及不可冷凝气的性质
    2.1 引言
    2.2 生物油的化学组成
        2.2.1 生物油的元素组成
        2.2.2 生物油的组分分析
        2.2.3 生物油的平均分子量
    2.3 生物油的物性参数
        2.3.1 含水量和热值
        2.3.2 粘度和表面张力
        2.3.3 比热容和密度
        2.3.4 其他
    2.4 不可冷凝气的组成及性质
        2.4.1 不可冷凝气的组成
        2.4.2 不可冷凝气的性质
    2.5 本章小结
    参考文献
第3章 生物油的热重特性
    3.1 引言
    3.2 热分析技术
        3.2.1 TG-DSC仪器及原理
        3.2.2 动力学机理函数
        3.2.3 热解动力学参数的确定
    3.3 实验原料及条件
    3.4 升温速率的影响
        3.4.1 生物油蒸发过程
        3.4.2 生物油燃烧过程
        3.4.3 动力学参数及机理函数的确定
    3.5 载气流量的影响
        3.5.1 生物油蒸发过程
        3.5.2 生物油燃烧过程
    3.6 本章小结
    参考文献
第4章 生物油的雾化特性
    4.1 引言
    4.2 雾化喷嘴简介
        4.2.1 雾化机理
        4.2.2 雾化喷嘴
        4.2.3 雾化特性及其影响因素
        4.2.4 雾化性质的测量方法
    4.3 生物油雾化实验
        4.3.1 实验样品
        4.3.2 实验装置
        4.3.3 实验步骤及参数
    4.4 MATLAB算法
    4.5 实验结果与讨论
        4.5.1 像素阈值
        4.5.2 转速与生物油流量的关系
        4.5.3 雾化图片整合
        4.5.4 转速对雾化特性的影响
        4.5.5 温度对雾化特性的影响
    4.6 本章小结
    参考文献
第5章 生物质热解气模型
    5.1 引言
    5.2 可冷凝气模型建立
        5.2.1 实验原料
        5.2.2 建模方法
        5.2.3 元素组成及水分含量的对比
        5.2.4 TG-DSC曲线对比
    5.3 不可冷凝气模型建立
    5.4 热解气模型化合物
    5.5 本章小结
    参考文献
第6章 热解气冷凝的工程模拟及实验研究
    6.1 引言
    6.2 软件介绍
    6.3 工程模拟
    6.4 生物油分级冷凝实验
        6.4.1 实验材料及装置
        6.4.2 实验参数及方法
    6.5 实验结果与分析
        6.5.1 油产率分析
        6.5.2 水产率分析
        6.5.3 热值分析
        6.5.4 乙酸产率分析
    6.6 本章小结
    参考文献
第7章 生物油燃烧的实验研究及数值模拟
    7.1 引言
    7.2 实验原料
    7.3 生物油燃烧实验
        7.3.1 实验装置及方法
        7.3.2 实验结果与讨论
    7.4 计算流体力学
        7.4.1 控制方程
        7.4.2 k-ε模型
        7.4.3 燃烧模型
        7.4.4 NO_x模型
        7.4.5 液滴雾化模型
        7.4.6 辐射模型
    7.5 生物油燃烧数值模拟研究
        7.5.1 数值模拟与计算方法
        7.5.2 燃烧过程分析
        7.5.3 生物油流量的影响
        7.5.4 空气过量系数的影响
    7.6 本章小结
    参考文献
第8章 总结与展望
    8.1 全文总结
    8.2 工作展望
附录1 生物油比热容的测量
    实验装置
    实验原理
附录2 MATLAB程序代码
    程序1.灰度值统计程序
    程序2.多张图片整合程序
    程序3.雾化特性计算程序
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
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[3]燃煤/秸秆成型燃料层燃混烧试验研究[J]. 刘联胜,苟湘,陆俊,高彦华,贺长浩.  中国电机工程学报. 2012(08)
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[8]生物油燃烧与污染物排放特性的数值模拟[J]. 张栋,陆强,朱锡锋.  科学通报. 2010(35)
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博士论文
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[2]生物质热解油雾化燃烧及气化的实验研究与数值模拟[D]. 张栋.中国科学技术大学 2012
[3]生物质选择性热解液化的研究[D]. 陆强.中国科学技术大学 2010
[4]冲击式气流喷雾雾化机理及干燥过程数值模拟的研究[D]. 张丽丽.山东大学 2008

硕士论文
[1]生物质热裂解制油机理试验研究及流化床闪速热裂解装置设计[D]. 洪军.浙江大学 2002



本文编号：3436351