移动式生物质热解制油系统设计与搭建

论文总字数：26939字

摘 要

在热解条件下将生物质转化为生物油、焦炭和气体产物是生物质利用的有效方式。热解产生的生物油可以作为化工原料，而且在反应过程中可以减少温室气体的排放。生物质快速热解是生物质热解的一种常见手段，能够快速、高产率地将生物质转化为生物油。目前，制约生物质热解工艺商业化的主要因素是生物质原料分布分散，收集成本高。因此，本设计面向于设计一种能移动到田间地头，就地将生物质转化为生物油的移动式快速热解装置。选取的热解装置为内循环串行流化装置。不同于其他的流化床的双床结构，内循环串行流化床将双床集约到一个床体中，装置结构简单， 满足了移动式生物质快速热解装置的要求。

本文主要分三个部分对反应器进行设计，第一部分为对热解装置流化床反应器基本流动参数进行了设计和计算，主要确定了内循环串行流化床内，热解区以及燃烧区的最小流化速度，计算了热解区的颗粒终端速度，确定了燃烧区的操作气速。第二部分对反应器系统的热量流动和物料流动关系进行了分析。在进行物料流动分析的计算时，分析了整个流化床反应器的物料进出关系，并保证进出物料量相等，不光如此，还分析了燃烧室内的燃烧过程，对进出燃烧室的物质进行了同样的分析，保证了燃烧室的质量平衡，还分析了反应器内热量的传递关系。第三部分为反应器尺寸的参数设计与计算。

除此以外，本文设计的实验装置，其冷态实验装置正在进行加工，实验台搭建仍需一段时间，稍后会对搭建完成的试验装置进行测试。

关键词：生物质热解，内循环串行流化床，反应器设计

Abstract

The conversion of biomass into bio-oil, pyrolysis and gaseous products under pyrolysis conditions is an effective way of using biomass. Pyrolysis of bio-oil can be used as a raw material for the production of hydrocarbons, and in the process of reaction can be done to reduce greenhouse gas emissions. Fast pyrolysis as a means of pyrolysis of biomass, it is possible to rapidly convert biomass into the product we need, and the intermediate process only needs to provide sufficient heat of reaction without the need for a catalyst, so there is no need to consider catalyst poisioning influence. The pyrolysis device selected in this design is internal interco nnected f luidized bed. Unlike other fluidized bed twin beds, internal interco nnected f luidized bed has a simple structure and is easy to meet the movable conditions. So the design of the mobile fluidized bed reactor selected internal interco nnected f luidized bed.

In this design, there are three parts designed for the reactor. The first part is the design and calculation of the basic flow parameters of the fluidized bed reactor in the pyrolysis unit. The main part of the internal circulating fluidized bed is established and low temperature hot pyrolysis area and the minimum fluidization velocity of the combustion area. The velocity of the particles in the hot pyrolysis zone and the low temperature hot pyrolysis zone was calculated. The second part analyzes the heat flow and material flow in the reactor system. In the calculation of the substance flow analysis, the substance’s in and out of the reactor is analyzed and the quantity of the incoming and outgoing materials is equal. Moreover, the combustion process is analyzed, and the material entering and exiting the combustion chamber is the same the analysis of the combustion chamber to ensure the material balance, but also analyzed the heat transfer within the reactor relationship. The third part is the design and calculation of the reactor size.

In addition to this, the experimental device designed in this paper, the cold test device is being processed, the test bench to build a period of time, will be completed later on the test device to test.

Key words: pyrolysis of biomass，internal interco nnected f luidized bed，reactor design

目 录

摘要 I

Abstract II

参数表 V

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1 生物质快速热解技术 2

1.2.2 快速热解反应器发展现状 2

1.2.3 内循环串行流化床 2

1.3本课题的研究目的和研究内容 4

1.3.1研究目的 4

1.3.2研究内容 4

第二章 热解装置流化床反应器流动参数的计算 5

2.1引言 5

2.2 整体设计 5

2.2.1 反应器形式 5

2.2.2 反应器内物料流程 6

2.3 流动参数的设计和计算 6

2.3.1 基本参数 6

2.3.2 最小流化速度 7

2.3.3 颗粒终端速度 7

2.3.4 中心导向管中载气速度 8

2.3.5 燃烧区操作气速的选取 8

2.3 本章计算小结 8

第三章 热解装置内部热量及物料平衡分析 10

3.1 引言 10

3.2 基本参数 10

3.3.1 燃烧室物料衡分析 12

3.3.2 反应器内物料分析 13

3.4 热量平衡分析 14

3.4.1 燃烧焦炭获得的热量Q1 15

3.4.2 燃烧不冷凝气体所获得的热量Q2 15

3.4.3 反应器输入循环不冷凝气的带入的热量Q3 15

3.4.4 生物质热解所需热量Q4 16

3.4.5 热解蒸汽带走热量Q5 16

3.4.6 燃烧区烟气带走的热量Q6 16

3.4.7 热量平衡小结 17

3.5 本章小结 18

第四章 热解装置流化床反应器尺寸的设计和计算 19

4.1引言 19

4.2 基本参数 19

4.3 中心导向管尺寸设计 20

4.4 燃烧区尺寸设计 21

4.4.1燃烧区直径的选取 21

4.4.2燃烧区流化床空隙率的计算 22

4.4.3燃烧区床层高度的计算 22

4.5 布风板设计和计算 23

4.5.1布风板的选择 23

4.5.2布风板开孔率 24

4.6 螺旋进料器的设计和计算 25

4.6.1进料装置的选择 25

4.6.2螺旋轴尺寸的计算 26

4.6.3螺旋轴叶片的选型和螺距的计算 26

4.6.4螺旋轴转速的计算 28

4.6.5进料管直径的计算 28

4.6.6螺旋进料器功率的计算 28

4.6.7料斗的计算 28

4.6.8进料装置尺寸汇总 29

第五章 总结与展望 30

5.1 总结 30

5.2 展望 30

参考文献 31

致谢 33

参数表

第一章 绪论

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