下吸式移动床中生物质颗粒运动行为的研究

发布时间：2017-12-09 04:23

  本文关键词：下吸式移动床中生物质颗粒运动行为的研究

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【摘要】：生物质热裂解技术是通过化学方法将生物质转化为液态产物生物油代替日益匮乏的化石能源。生物质热裂解工艺的核心装置是热裂解反应器,目前生物质热裂解反应器中存在反应器传热效率较低而不能满足生物质热裂解所需的升温速率、液态产物生物油产量较低等问题。本课题组开发设计了气固并流下吸式移动床反应器,并自行设计加工一套以下吸式移动床为核心反应器的生物质热裂解冷模实验装置,研究了木屑颗粒在反应器内颗粒流动状态,通过改变反应器与水平面的倾斜角度优化反应器结构,研究了不同倾斜角度对反应器内颗粒流动特性的影响。采用流体力学模拟软件FLUENT,运用欧拉-欧拉气固多相流模型,建立了质量、动量和能量耦合传递的二维数学模型,模拟分析了下吸式移动床内颗粒流动状态以及不同倾斜角度反应器对颗粒流动状态的影响。主要工作内容如下:(1)设计了适于生物质热裂解反应的下吸式移动床的结构,其实验设备总高度为1300mm,主要包括高度为400mm、内径为200mm的预热段;连接预热段和反应段的高度为100mm的过渡段;高度为800mm、内径为120mm的反应段,旋风分离器标准直径D=90mm;(2)实验研究了Set 1~3组份的实验物料在下吸式移动床内生物质颗粒轴向和径向浓度分布,研究了与水平面不同倾斜角度(θ=30°、45°和60°)的反应器内生物质颗粒轴向和径向浓度分布;(3)通过流体力学模拟软件FLUENT模拟分析了下吸式移动床反应器内颗粒轴向和径向浓度分布规律,并与实验结果进行对比分析,验证了模型的准确性;(4)运用FLUENT模拟不同倾斜角度变化的反应器,研究下吸式移动床反应器的倾斜角度对反应器内气固两相流动特性的影响。实验结果与模拟结果表明:在下吸式移动床反应器内颗粒浓度呈现中心低两侧高的变化趋势,颗粒在反应器壁面浓度升高,颗粒间动量传递增强,有利于气固两相热量传递和质量传递,在Set 1~Set 3三种粒径范围的木屑颗粒中,Set 2组份的颗粒在反应器反应段浓度为0.2730kg/m3,相对于Set 1组份颗粒浓度下降3.16%,相对于Set 3组份颗粒浓度提高了13.99%,在三种不同气体流速(u=0.26m/s、0.30m/s、0.34m/s)中,选取气体流速u=0.30m/s为最佳操作气速;模拟结果与实验结果相对吻合,证明所选模型和方程的正确性;反应器倾斜角度θ=60°时,生物质颗粒在反应器内流动状态最佳。实验研究结果对以下吸式移动床反应器为核心装置的生物质热裂解工业化生产具有指导意义,同时为生物质热裂解热模实验研究提供了理论依据。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE96

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本文编号：1269076