阵列式生物质快速热解反应器设计及其流态化模拟

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本研究围绕着阵列式生物质快速热解反应器设计及其流态化模拟进行。首先设计了一套年处理量为1000吨的阵列式生物质快速热解反应器,运用流化床的知识,结合设计反应参数计算出临界流化速度、带出速度、操作速度,计算了膨胀率结合操作速度进而确定反应器反应管高度,确定了其反应管内的体积和布风板的结构;重点计算了阵列式生物质快速热解反应器的传热,通过对反应管壁面传热量的计算选择了合适的加热方式,从反应器出来的高温烟气与流化气换热,实现能量的循环高效利用,最后分别计算生物质快速热解所需要的总热量与给予生物质快速热量,比较它们的大小,经过能量核算,其校正偏差为3.72%,符合设计要求。模拟了设计的阵列式生物质快速热解反应器的反应管进行冷、热态流态化模拟,考察了其内部床料的流化特性。其次对设计的阵列式生物质快速热解反应器的反应管进行冷、热态流态化模拟,通过实验验证表明:模拟结果与实验测试结果吻合良好,偏差在10%以内,可较为真实地反映复杂的气固流体动力学特性;对冷态模拟结果直观的揭示了阵列式生物质快速热解反应器的反应管内气泡的形成、发展、破碎和射流的形成、发展、消失直到床内气固流动过渡到稳态的变化规律;根据反应器内的固相流线图、固相瞬时速度矢量图进行表征流化床反应器流化质量;得到了阵列式生物质快速热解反应器的反应管在温度550℃,静床高为150mm时的临界流化速度。本文主要创新点如下:提出了一种生物质快速热解反应器工程化的放大模式,首次提出阵列式生物质快速热解反应器,在不增加生物质快速热解反应器尺寸的前提下,通过增加生物质快速热解反应器数量的方法进行放大。首次从工程化角度设计,同时提出炉气一体,可以有效利用快速热解产物不可冷凝气体。从反应器出来的烟气与流化气换热后又对生物质进行干燥,换热与干燥有机结合,实现尽可能最大化的热回收,有效利用能量。
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