生物质快速热解双流化床反应器的流体动力学研究

发布时间：2019-07-13 09:56

【摘要】：在可再生能源中,因生物质能具有众多优点(低硫,氮,二氧化碳“零排放”),备受人们关注。由于生物质的这些特点,使得生物质可以成为一种新型能源。常见的生物质能源的利用包括生物法及热化学转化法,热化学转化法中的快速热解法通常用于液体燃料的制备。双流化床反应器具有可自热的优势因此在热化学转化中广泛应用。由于生物质快速热解反应复杂,人们又想了解其过程,因此理论研究引起了广泛关注,其中模拟是了解热解反应的一种研究方式。快速热解过程对反应器的流体流动极为敏感,因此研究生物质双流化床快速热解的流体动力学对快速热解制备液体燃料的工业化放大设计具有重要意义。对双流化床流体动力学研究,包括冷热态研究的结合,旋风分离器分离效率的分析,可以对双流化床的设计和实验研究提供可靠的理论指导。本研究通过对理论流体动力学模型进行评估,找到冷态的流体动力学理论模型,再利用ANSYS FLUENT软件对生物质快速热解冷态和热态提升管流化床以及旋风分离器进行了模拟。本文建立冷态下提升管流化床的流体动力学模型,通过提升管沙子在不同风速下不同的提升管高度的体积分数并与实验结果作对比,找到合适提升管网格模型。然后调整反应温度,空气黏度等参数将此模型应用到热态提升管流化床的流体动力学研究,找到热态下与冷态下提升管流化床内沙子体积分数之间的关系,从而找到对热态提升管合适的提升管流化床流体动力学理论模型。旋风分离器是双流床的一个重要设备,它关系到生物质快速热解的传热、传质以及生物油的最终品质等,本文对旋风分离器建立了三维流体动力学模型,研究对旋风分离器对碳颗粒的分离效率,找到当旋风分离器下出口有松动风和无松动风时,收集效率与碳颗粒粒径之间的关系。利用冷态CFD模型找到冷态预热之间的提升管沙子体积分数关系,从而得出热态与冷态沙子之间的数学关系模型,在做热态生物质运行之前,可以通过此关系式,对热态工艺和设备进行指导和提供一些可行性建议。由于本研究生物质进料粒径为1mm,通过摩擦最后碳颗粒粒径减小并导致收集效率降低,导致BFB温度下降,因此可以通过增加生物质进料粒径比如2mm,这样收集效率会更好,碳颗粒从旋风分离逸出比较少,对热解气的冷凝也会有帮助,并且为整个工艺流程连续进行提供所需要的热解温度。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O35

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本文编号：2514036