论文摘要
生物质能是一种可再生、资源丰富且相对环保的能源，农作物秸秆是生物质能资源最重要的来源之一。据调查，目前我国秸秆利用率约为33％，经过技术处理后利用的仅约占2.6％。秸秆就地焚烧不仅造成大量资源和能源浪费，环境污染也不容忽视。开展秸秆的能源高效转化利用技术研究和能源产品开发成为亟待解决的农业、能源和环境问题，其中快速热解液化作为一项资源高效利用的新技术工艺日益受到重视，成为研究热点之一。论文设计并建立了一套导向喷动流化床冷态实验装置，以固体循环速率、中心喷泉高度、床层压降为评价指标，研究并优化得到最佳床体结构：导向管长度为0.45m，内径为0.045m，安装高度为0.060m。研究并探讨了操作条件（喷动气和流化气气速）和物料参数（静止床层高度和混合物质量比）对油菜秸秆颗粒在床内的气固流动特性（固体循环速率、中心喷泉高度、床层压降、最小喷动流化速度、操作相图）的影响，结果表明，总重量为500g，比例为1：4的油菜秸秆颗粒（粒径为0.85～0.43mm）与石英砂（粒径为0.38～0.25mm）组成的混合物在本实验装置内混合与流动效果较好，能实现良好的喷动流化。混合物固体循环速率随喷动气和流化气气速的增加而增加，随静止床层高度的增加先增加很快后趋缓，随混合物中秸秆颗粒比例的增加而减小。喷动气气速为0.25～0.28m·s-1时秸秆颗粒循环速率可达3g·s-1。中心喷泉高度随喷动气和流化气气速的增加而增加；在静止床层高度为0.092m之前，中心喷泉高度增加很快，在0.092m之后增加幅度趋缓；随混合物中油菜秸秆颗粒比例增加，中心喷泉高度减小。对不同情况下的中心喷泉高度进行了多元非线性回归拟合，得到关联式，计算值与实验值的平均相对偏差为3.17％，吻合较好。根据床层压降与表观气速（喷动气和流化气之和）的关系图，可得到最小喷动（流化）速度，流化气的引入可减小喷动气气速，利于喷动，但使最小喷动流化速度增大。最小喷动（流化）速度随静止床层高度和秸秆颗粒在混合物中比例的增加呈减小的趋势。对不同情况下的最小喷动流化速度进行了多元非线性回归拟合，得到关联式，计算值与实验值的平均相对偏差为8.73％，吻合很好。根据床层压降与表观气速的关系，以及观察双物系物料在床体内的流动状态，操作相图分为固定床、局部喷动流化床、喷动流化床和带出床四部分，喷动流化区域随静止床层高度的增加而减小，随油菜秸秆颗粒比例的增大而增大。通过对两种固体颗粒在喷动区、喷泉区、环形区和夹带区进行受力分析，建立了描述导向喷动流化床内油菜秸秆颗粒和石英砂流动特性的数学模型，初步探索出床内气固运动规律，为该类型反应器的热解试验研究和工程放大提供理论指导。