稻壳的热解与旋风空气气化特性研究

论文摘要

近年来,受能源供应紧张与环境污染严重双重压力的影响,对可再生能源的开发与利用越来越受到人们的重视。稻壳是加工稻米的主要副产物,在我国,其储量大并且分布相对集中,如果不能有效利用,随意丢弃,不但污染环境,也浪费了资源。本文利用携带流反应器研究了稻壳在高温条件下的快速热解特性,分析了热解温度和停留时间对稻壳热解反应的影响,并求得相应的热解动力学参数。本文选择的温度条件是700℃、800℃、900℃和1000℃。试验结果表明稻壳热解气的主要成分是CO、H2以及CO2。升高热解温度有利于提高热解气的产量,但是高温会使CH4和C2H4裂解,从而造成热解气热值下降。本文中稻壳热解气热值在900℃时达到最大值,为15.03 MJ/Nm3。增加停留时间有利于提高热解气的产量,温度较低时（700-800℃）,停留时间对CO和CH4的产量影响较大,而温度较高时（900-1000℃）,对CO和H2的产量影响较大。以Fluent软件为平台,将稻壳热解反应简化为一步总包反应,对其进行数值模拟。模拟结果表明,本文所建立的模型用于模拟稻壳在高温条件下的快速热解反应是可靠的。本文在旋风气化炉上对稻壳旋风空气气化特性进行了研究。重点考察了空气当量比以及气化强度对气化特性的影响。试验中空气当量比选为0.2-0.32,气化强度为470-1137 kg/（m2h）。试验结果表明,提高空气当量比,气化效率与碳转化率增加,气化气的热值则先增加后减小;提高气化强度,气化气产率、碳转化率以及气化气热值均有所提高,试验最佳工况下气化气热值为3.51 MJ/Nm3,气化效率为25%,碳转化率为40.82%;气化气的焦油含量较低一般在2-3 g/m3范围内。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 稻壳资源的特点
• 1.2 稻壳的利用及研究状况
• 1.2.1 制作化工产品
• 1.2.2 建筑材料
• 1.2.3 燃烧利用
• 1.2.4 热解
• 1.2.5 气化
• 1.2.6 稻壳的综合利用
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 稻壳快速热解试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验系统介绍
• 2.2.1 给料系统
• 2.2.2 炉体介绍
• 2.2.3 送风配气系统
• 2.2.4 取样系统
• 2.2.5 排烟系统
• 2.2.6 系统气密性调试
• 2.2.7 分析仪器介绍
• 2.3 试验内容及方法
• 2.3.1 试验稻壳物性
• 2.3.2 试验内容
• 2.3.3 试验方法
• 2.3.4 数据处理方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 温度的影响
• 2.4.2 停留时间的影响
• 2.4.3 停留时间对失重的影响
• 2.4.4 热解动力学参数的求解
• 2.5 本章小结
• 第3章 稻壳热解数值模拟
• 3.1 物理模型
• 3.2 数学模型
• 3.2.1 气相湍流模型
• 3.2.2 气固两相流模型
• 3.2.3 辐射模型
• 3.2.4 反应模型
• 3.3 热解模拟结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 稻壳旋风空气气化试验
• 4.1 引言
• 4.2 气化过程的主要参数
• 4.3 系统介绍
• 4.4 试验材料及方法
• 4.4.1 试验稻壳物性
• 4.4.2 试验内容及方法
• 4.4.3 焦油分析
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 空气当量比的影响
• 4.5.2 气化强度的影响
• 4.6 气化炉的改进意见
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢