廢氣自循環(huán)利用生物質(zhì)炭化裝備設(shè)計與試驗研究.pdf

1、能源是社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，我國能源消費以化石燃料為主，在傳統(tǒng)化石能源供需矛盾突出，且對生態(tài)環(huán)境影響日益嚴重的今天，必須調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu)，開發(fā)利用其它可再生能源勢在必行。生物質(zhì)能源以穩(wěn)定、可再生、污染低、成本低而越來越受到重視，生物質(zhì)炭化技術(shù)作為生物質(zhì)能源化利用的重要途徑，其易于推廣，且生物質(zhì)炭用途廣泛，除了可做燃料外，還可以用作土壤改良、冶煉金屬的還原劑、活性炭吸附物質(zhì)等，研究生物質(zhì)炭化裝備與工藝具有一定的應用價值。本文針對傳統(tǒng)生物質(zhì)炭

2、化設(shè)備廢氣污染環(huán)境、成炭率低、炭品質(zhì)差等問題，設(shè)計一種廢氣自循環(huán)利用生物質(zhì)炭化成套裝備，并開展工藝參數(shù)試驗，論文主要完成工作如下:
　　(1)在分析生物質(zhì)組成、炭化原理及過程的基礎(chǔ)上，結(jié)合炭化工藝試驗要求，確定了廢氣自循環(huán)利用生物質(zhì)炭化成套裝備具體設(shè)計參數(shù)，并進行了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要包括炭化爐爐體、焦油與木醋液回收裝置、余氣回收循環(huán)裝置、加熱系統(tǒng)、溫度壓力監(jiān)控系統(tǒng)五部分，該裝備同時滿足制炭、副產(chǎn)物回收、廢氣循環(huán)利用、工藝參數(shù)精確控

3、制等要求。
　　(2)確定了各部件結(jié)構(gòu)尺寸及材料選型，爐體采用外加熱立式圓桶形內(nèi)外膽結(jié)構(gòu)，保溫層為65 mm厚的巖棉，燃燒盤采用雙通道可上下調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，焦油與木醋液回收裝置采用內(nèi)部設(shè)有螺旋擋板的三級冷凝結(jié)構(gòu)，余氣循環(huán)裝置可將余氣引入燃燒盤燃燒，溫度壓力監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)可實時顯示溫度壓力，并可通過閥門進行調(diào)控。
　　(3)基于Fluent有限元分析法對爐體和焦油與木醋液回收裝置進行溫度場仿真，結(jié)果表明:爐體除爐門框局部溫度變化存在差

4、異，反應釜內(nèi)部溫度變化較均勻，焦油與木醋液回收裝置在冷卻水進口流速分別為0.045 m/s、0.03 m/s、0.015 m/s時，可將煙氣從773 K降溫到321 K。
　　(4)確定了工藝參數(shù)試驗方案:選取升溫速率、炭化終溫、保溫時間三個過程工藝參數(shù)進行正交試驗，并在此基礎(chǔ)上進行N2氣氛對炭化品質(zhì)的影響試驗，以炭產(chǎn)率、熱值、能源得率、工業(yè)分析、元素分析、表面結(jié)構(gòu)作為炭化品質(zhì)表征參數(shù)，探討工藝參數(shù)對炭化品質(zhì)的影響規(guī)律。
　

5、　(5)試驗結(jié)果分析發(fā)現(xiàn):炭化終溫對炭產(chǎn)率、熱值、能源得率、揮發(fā)分、固定碳、碳氫元素含量的影響程度最大，其次是保溫時間，升溫速率的影響程度較小，隨著炭化終溫升高與保溫時間增加，熱值、固定碳、碳元素含量相應增加，炭產(chǎn)率、能源得率、揮發(fā)分、氫元素含量下降;相比較氮元素含量受工藝參數(shù)影響，硫元素含量影響則變化不是很明顯;與生物質(zhì)原料表面交疊的片狀結(jié)構(gòu)相比，生物質(zhì)炭表面出現(xiàn)孔隙結(jié)構(gòu)，高溫長時間炭化有利于增加生物質(zhì)炭比表面積;此外，N2氛圍明顯可