年產(chǎn)10000噸的生物燃油反應(yīng)器的設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)10000噸的生物燃油反應(yīng)器的設(shè)計(jì)摘 要能源問題是當(dāng)今世界的重大問題，隨著石化能源的過度開采以及一直困擾著人們的污染問題的嚴(yán)重化，石化能源越來越不被人們所接受，在這種背景下各國(guó)專家都在努力尋找石油和煤炭的替代品。生物質(zhì)能的研究一直備受矚目，生物燃油是當(dāng)今世界第四大能源，其具有的一系列優(yōu)勢(shì)讓其迅速成為燃油產(chǎn)業(yè)的寵兒，可以預(yù)料生物燃油的研究必定是本世紀(jì)最有潛質(zhì)的研究方向之一。文章介紹了能源的使用現(xiàn)狀，聯(lián)系當(dāng)今能源的開發(fā)趨勢(shì)，探討了生物燃油的開發(fā)前景和現(xiàn)階段的主要生產(chǎn)工藝。并且在相應(yīng)的工藝基礎(chǔ)上提出了新型的斜板槽式生物燃油反應(yīng)器的概念和相應(yīng)的工作原理和工藝。利用幾種不同類型的生物燃油反應(yīng)器的比較

2、和斜板槽式反應(yīng)器的架構(gòu)和主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)選用，針對(duì)現(xiàn)有的能源危機(jī)問題，根據(jù)我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)中的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)和構(gòu)件處理工藝設(shè)計(jì)，最終確定生物燃油斜板槽式反應(yīng)器的整體尺寸和其中所有構(gòu)件的尺寸和連接方式。斜板槽式反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可拆卸，利用自重下落不需要外界動(dòng)力，可節(jié)省大量能源。關(guān)鍵詞： 生物燃油；能源；斜板槽 The design of the reactor of yearly produces 10000 tons bio-oilAbstract The energy problem is that the major issues in todays world, wi

3、th the over-exploitation of fossil fuels, and has been plagued by serious pollution problems , fossil energy is being accepted by less and less people.n this context, national experts are struggling to find petroleum and coal alternatives. Biomass has been high-profile, and bio-oil is the worlds fou

4、rth largest energy, with a series of advantages let it quickly became the darling of the fuel industry can be expected that the bio-oil research must be of this century, most potential directions. The article describes the status of energy use, contact the development trend in todays energy to explo

5、re the prospects of the development of bio-oil, and at this stage of the production process. And the corresponding process on the basis of the inclined plate trough new bio-oil reactor the concepts and principles and processes. Comparison of several different types of bio-oil reactor and the structu

6、re of the sloping plate trough reactor and the main components of the design selection, the existing energy crisis, according to national standards in Chinas mechanical design, the enterprise standard structure size design and component treatment process design, and ultimately determine the overall

7、size of the bio-oil sloping plate trough reactor in which all components dimensions and connections. Sloping plate trough reactor has a simple structure, removable, use weight whereabouts without outside power, you can save a lot of energy.Key words: bio-oil; energy; sloping plate trough 目 錄摘要Abstra

8、ct1 緒論 11.1生物質(zhì)能開發(fā)的背景11.2 生物質(zhì)能源開發(fā)利用對(duì)農(nóng)村發(fā)展的影響11.3國(guó)內(nèi)外生物油技術(shù)的研究開發(fā)概述11.3.1國(guó)外開發(fā)進(jìn)展 11.3.2中國(guó)開發(fā)進(jìn)展21.4主要研究?jī)?nèi)容 22.方案設(shè)計(jì)23.生物燃油反應(yīng)器系統(tǒng)的現(xiàn)代研究成果34.反應(yīng)器設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)44.1堆積密度的計(jì)算44.2滑動(dòng)摩擦角的確定55. 主反應(yīng)器的理論計(jì)算65.1相應(yīng)工作時(shí)間內(nèi)的生物質(zhì)和加熱載體的供應(yīng)量65.2采用不同加熱載體反應(yīng)器的入口和出口的溫度65.2.1生物質(zhì)熱裂解技術(shù)概述65.2.2 反應(yīng)器入口溫度的確定75.2.3反應(yīng)器出口溫度的確定85.2.4反應(yīng)器入口的尺寸確定95.5斜板槽尺寸的確定95.

9、5.1斜板槽長(zhǎng)度的確定95.5.2斜板槽采用的槽鋼的規(guī)格95.6主反應(yīng)器的大體尺寸確定105.6.1反應(yīng)器下端暫時(shí)儲(chǔ)砂箱的尺寸確定105.6.2反應(yīng)器的外形尺寸105.7產(chǎn)氣量的確定105.7.1生物質(zhì)熱裂解氣的體積105.7.2生物質(zhì)中所含水分的水蒸氣體積115.8導(dǎo)氣管尺寸的確定125.9保溫層的計(jì)算135.9.1保溫材料的選用要求135.9.2進(jìn)砂口的保溫層厚度計(jì)算136結(jié)論14參考文獻(xiàn)致謝年產(chǎn)10000噸的生物燃油反應(yīng)器的設(shè)計(jì)1.緒論1.1生物質(zhì)能開發(fā)的背景 能源是人類社會(huì)進(jìn)步和工商業(yè)文明程度得以提升的動(dòng)力?，F(xiàn)在人們面對(duì)著現(xiàn)階段使用的能源的現(xiàn)狀為：1）煤炭資源儲(chǔ)量有限，石油供求形勢(shì)日益

10、嚴(yán)峻；2）水電開發(fā)代價(jià)過高； 3）風(fēng)能和太陽能望梅止渴；4）節(jié)約能源動(dòng)力不足。在這個(gè)背景下，生物質(zhì)能的利用被提上日程。生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式儲(chǔ)存在生物質(zhì)中的能量形式、以生物質(zhì)為載體的能量，是一種可再生資源，有利于緩解因?yàn)榇罅渴褂没剂弦鸬母鞣N環(huán)境污染問題。1.2生物質(zhì)能源開發(fā)利用對(duì)農(nóng)村發(fā)展的影響1）有助于提高農(nóng)村的生活水平2)有助于緩解農(nóng)村能源短缺的形式3)有助于改善生態(tài)環(huán)境4)有利于提高農(nóng)民的生活質(zhì)量和增產(chǎn)增收1.3國(guó)內(nèi)外生物油技術(shù)的研究開發(fā)概述1.3.1國(guó)外開發(fā)進(jìn)展加拿大Dynamotive能源系統(tǒng)公司于2008年宣布與中國(guó)簽署合同，支持開發(fā)建設(shè)基于先進(jìn)的快速熱解技術(shù)的生物質(zhì)熱解

11、裝置。Dynamotive 能源系統(tǒng)公司快速熱裂解技術(shù)采用中溫和較低用氧量的條件，可使干的、廢棄纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物油，用于發(fā)電和產(chǎn)熱。生物油可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成汽車燃料和化學(xué)品。英國(guó)Carbon Trust公司于2010年3月16日宣布，與Axion能源公司在英國(guó)組建財(cái)團(tuán)，開發(fā)先進(jìn)的商業(yè)上適用的熱解工藝過程，用于將城市生活廢棄物和木質(zhì)廢棄物轉(zhuǎn)化為運(yùn)輸生物燃料。該目的旨在使廢棄物生物質(zhì)大規(guī)模加工成替代現(xiàn)有生物燃料的綠色和廉價(jià)的產(chǎn)品。1.3.2中國(guó)開發(fā)進(jìn)展武漢凱迪公司研究院具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物質(zhì)氣化合成液體燃料技術(shù)，在不與人爭(zhēng)糧的前提下，可使任意生物質(zhì)中的碳?xì)浣M合轉(zhuǎn)化為純凈柴油、汽油以及各種化

12、工產(chǎn)品。 2005年，由王述洋教授領(lǐng)導(dǎo)的東北林業(yè)大學(xué)生物質(zhì)能技術(shù)工程中心先后完成國(guó)家“863計(jì)劃”和“948項(xiàng)目”，研制出處理干燥生物質(zhì)能力分別為200kg/h和300kg/h的三錐式雙水內(nèi)冷型生物質(zhì)閃速裂解液化反應(yīng)器和核心裝置。1.4主要研究?jī)?nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以研究和探索斜板槽式生物質(zhì)快速裂解制生物燃油新技術(shù)、新裝置，指引未來一段時(shí)間生物燃油的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為目標(biāo)。主要研究?jī)?nèi)容包括：（1） 設(shè)計(jì)斜板槽生物質(zhì)快速裂解液化反應(yīng)器整體結(jié)構(gòu)（2） 詳細(xì)設(shè)計(jì)反應(yīng)器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)（3） 暫時(shí)儲(chǔ)存由反應(yīng)器留下的砂子的砂箱2. 方案設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)中的斜板槽式生物質(zhì)快速裂解制生物燃油反應(yīng)器較之以前的生物燃油反應(yīng)器耗能更

13、低，產(chǎn)率更大，更有利于實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，設(shè)計(jì)中采用的反應(yīng)器原理和加熱方式有所相同，具體特征如下：（1）反應(yīng)器不同。本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的斜板槽反應(yīng)器依靠生物質(zhì)和加熱載體自身的重力工作，生物質(zhì)與熱載體通過斜板槽（本次課程設(shè)計(jì)選用槽鋼作為斜板槽）末端傾瀉到下個(gè)斜板槽時(shí)發(fā)生翻滾混合，輕松達(dá)到使兩者充分混合的目的。（2）加熱方式不同。本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用復(fù)合式加熱爐，可以實(shí)現(xiàn)高速高效的加熱熱載體。通過煙氣的充分利用，減少了加熱熱載體所需的燃料用量，使生產(chǎn)具有連續(xù)性。實(shí)施方案的具體工作過程及原理如下：在開始反應(yīng)之前，先將生物質(zhì)原料進(jìn)行相應(yīng)處理干燥，將含水率降低到10%以內(nèi)；然后進(jìn)行粉碎，尺寸小于2mm，以確保反應(yīng)速率

14、。然后通過進(jìn)料器送入斜板槽式主反應(yīng)器的上斜板槽中上段。同時(shí)，熱載體在經(jīng)過高速高效加熱爐加熱后，經(jīng)過流量器測(cè)定并調(diào)節(jié)相應(yīng)流量后，從反應(yīng)器上熱載體入口進(jìn)入主反應(yīng)器，使熱載體與生物質(zhì)顆粒在密閉的斜板槽內(nèi)混合，在自身重力作用下沿斜板槽邊下滑，在下滑過程中由于傾瀉和自身重力作用使生物質(zhì)和熱載體充分混合，在隔絕空氣的情況下，快速裂解生成高溫裂解氣（生物質(zhì)裂解油氣、水蒸氣和焦炭粉塵）。生成的高溫裂解氣經(jīng)反應(yīng)器上的導(dǎo)氣管導(dǎo)出送入旋風(fēng)分離器進(jìn)行分離凈化處理，除去摻雜在熱裂解油氣中的殘余熱載體和焦炭粉塵。被分離出的殘余熱載體和焦炭粉塵一起經(jīng)旋風(fēng)分離器底部流入熱載體收集箱與反應(yīng)器出口的熱載體一起暫時(shí)儲(chǔ)存，達(dá)到一定量

15、時(shí)，由沙箱提升到熱載體加熱爐上方倒入加熱爐，進(jìn)行重新對(duì)熱載體的加熱補(bǔ)充能量，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。其中的焦炭粉塵在循環(huán)中被燃燒供熱。同時(shí)，經(jīng)旋風(fēng)分離凈化的生物質(zhì)裂解油氣立即被導(dǎo)入冷凝裝置進(jìn)行驟冷，即可得到目標(biāo)產(chǎn)品生物燃油。同時(shí)，熱裂解油氣中存在著少量的不凝燃?xì)猓豢赡龤鈴睦淠黜敹说膶?dǎo)氣管導(dǎo)出后與秸桿燃?xì)庖黄?，送入相?yīng)的燃燒器，用于加熱熱載體。為提高熱能利用率和充分利用能源，將熱載體加熱爐產(chǎn)生的煙氣引到生物質(zhì)原料干燥器和復(fù)試加熱器的上半部分，用于干燥物料和加熱熱載體。3.生物燃油反應(yīng)器系統(tǒng)的現(xiàn)代研究成果典型生物質(zhì)熱裂解液化設(shè)備應(yīng)用實(shí)例分析：（1） 引流床美國(guó)GIRI。物料干燥后粉碎，通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)閥門

16、的控制，在重力作用下進(jìn)入到一個(gè)不銹鋼垂直管的反應(yīng)器內(nèi)。物料的喂入口是位于反應(yīng)器下部的填有耐火材料的混合室，在這里，物料與吹入的氣體充分混合。丙烷與空氣燃燒，產(chǎn)生的高溫氣體與木屑混合，向上流動(dòng)穿過反應(yīng)器，在反應(yīng)器中發(fā)生熱裂解反應(yīng)。（2） 旋轉(zhuǎn)錐荷蘭Twente大學(xué)。生物質(zhì)顆粒喂入到外加的惰性顆粒流里。生物質(zhì)在隨惰性顆粒被拋到加熱器表面發(fā)生熱裂解的同時(shí)，沿著高溫的錐壁螺旋上升。最終炭和灰從錐的頂端排出。熱裂解產(chǎn)生的熾熱氣體流出反應(yīng)器后經(jīng)旋風(fēng)分離器進(jìn)入冷凝器。在旋風(fēng)分離器中，氣體中的炭、沙子在離心力的作用下被拋到器壁落入集炭箱，氣體中的生物油組分被冷卻的液體生物油冷硬下來，生物油在換熱過程中冷卻后進(jìn)

17、入噴霧冷凝器中循環(huán)冷凝。（3） 流化床加拿大滑鐵盧大學(xué)。木屑通過可調(diào)速的螺旋進(jìn)料器把由循環(huán)吹入料斗的熱裂解生成的氣體送入反應(yīng)器，物料喂入點(diǎn)在反應(yīng)床中。反應(yīng)床料是沙子。流化介質(zhì)是熱裂解生成氣體，它們?cè)诳煽氐碾娂訜崞髦蓄A(yù)熱后吹入床內(nèi)。另外，沙子提供的熱量不夠時(shí)，反應(yīng)器外部的加熱線圈可以為床中的沙子和床內(nèi)自由空間提供所需熱量。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)研究所采用的反應(yīng)器是斜板槽式，物料和熱載體在自身重力作用下沿斜板槽下滑并充分混合熱解。由于本畢業(yè)設(shè)計(jì)所研究的生物質(zhì)熱解液化生產(chǎn)線主要應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，采用斜板槽式反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、產(chǎn)率高等特點(diǎn)，可根據(jù)客戶不同的產(chǎn)量要求，根據(jù)相應(yīng)的縮放比例和增減斜板

18、槽數(shù)目進(jìn)行調(diào)整。4. 反應(yīng)器設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)4.1堆積密度的計(jì)算 （1）在生物質(zhì)熱解液化試驗(yàn)中熱載體顆粒和生物質(zhì)混合質(zhì)量比為6:110:1。其中堆密度的計(jì)算公式為： （4-1）表4-1 不同質(zhì)量比混合物的堆密度 熱載體：生物質(zhì)粉（質(zhì)量比）含氣堆密度（kg/m3）103填充堆密度（kg/m3）103平均堆密度（kg/m3）1030:10.0783750.1380000.1081881:300.0912500.1876250.1394381:200.0935000.1888750.1411881:110.0990000.2115000.1552501:50.1148750.2218750.16837

19、51:30.1506250.2760000.2133131:10.2691250.4477500.3584383:10.7217500.8875000.8046255:10.9306251.0836251.0071257:11.0137501.1665001.0901259:11.0398751.1945001.11718811:11.1067501.2277501.16725013:11.1551251.2543751.20475015:11.1835001.2500001.21675017:11.1872501.2645001.22587519:11.2036251.2745001.239

20、06325:11.2168751.2803751.24862530:11.2192501.2798751.2495631:01.2375001.2450001.241250 （2）實(shí)驗(yàn)分析 圖4-1給出了平均堆密度與熱載體生物質(zhì)粉質(zhì)量比的關(guān)系。根據(jù)以往的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以知道，在熱載體與生物質(zhì)粉的質(zhì)量比為10:1時(shí)，此時(shí)的生物質(zhì)粉能夠充分熱裂解。 圖4-1 混合物平均堆密度與質(zhì)量比的關(guān)系由表4-1，當(dāng)熱載體與生物質(zhì)混合的質(zhì)量比為9:1時(shí)堆積密度為，11:1時(shí)堆積密度為。根據(jù)插值計(jì)算法，帶入式4-1有: 可以得到。4.2滑動(dòng)摩擦角的確定（1） 當(dāng)生物質(zhì)與熱載體以不同的質(zhì)量比進(jìn)行混合時(shí)，此時(shí)在斜板槽上的

21、滑動(dòng)摩擦角也會(huì)發(fā)生變化，如表4-2所示： 表4-2 不同質(zhì)量比混合物的滑動(dòng)摩擦角熱載體：生物質(zhì)粉（質(zhì)量比）滑動(dòng)摩擦角熱載體：生物質(zhì)粉（質(zhì)量比）滑動(dòng)摩擦角1:026.177:132.2430:126.875:134.8025:128.873:135.3020:128.691:137.6019:130.071:337.6417:130.401:537.9515:130.851:1137.3513:131.091:2037.4811:132.291:3038.009:131.930:137.87（2） 實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4-2，當(dāng)熱載體與生物質(zhì)混合質(zhì)量比30時(shí)，線條成水平走向，約為26。圖4-2

22、 混合物滑動(dòng)摩擦角與質(zhì)量比的關(guān)系當(dāng)熱載體和生物質(zhì)混合質(zhì)量比為10:1混合時(shí)，有下列公式：，可知X=32.11，即滑動(dòng)摩擦角為32.11。運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦系數(shù)為，其中表示摩擦系數(shù)，表示滑動(dòng)摩擦角，。對(duì)單個(gè)的生物質(zhì)或者加熱載體運(yùn)動(dòng)分析中，可以省略其受到的摩擦力，這時(shí)有下列的方程組： 圖4-3物體運(yùn)動(dòng)分析聯(lián)立上面四個(gè)方程式有： ，即在物料與熱載體混合物下滑的過程中加速度為。5. 主反應(yīng)器的理論計(jì)算 年產(chǎn)量為10000t，斜板槽式生物燃油反應(yīng)器的生物質(zhì)生物燃油的轉(zhuǎn)化率為6070%，取轉(zhuǎn)化率為65%。所需的干生物質(zhì)的質(zhì)量為：，計(jì)算的時(shí)候取干生物質(zhì)的供應(yīng)量為16000t。5.1相應(yīng)工作時(shí)間內(nèi)的生物質(zhì)和加熱

23、載體的供應(yīng)量（1） 若每年工作280天，每天的生產(chǎn)量，計(jì)算中取57.1t。按每天工作24小時(shí)，則每秒供應(yīng)量為。取生物質(zhì)供應(yīng)流量0.66kg/s，加熱載體的供應(yīng)流量為6.6kg/s。（2） 若每年工作300天，每天的生產(chǎn)量，計(jì)算中取53.3t。按每天工作24小時(shí)，則每秒供應(yīng)量為，取生物質(zhì)供應(yīng)量0.62kg/s，熱載體的供應(yīng)量為6.2kg/s。（3） 若每年工作330天，每天的生產(chǎn)量，計(jì)算過程中取為48.5t。按每天工作24小時(shí)，則每秒供應(yīng)量為，取生物質(zhì)能的供應(yīng)量0.56kg/s，熱載體的供應(yīng)量為5.6kg/s。設(shè)計(jì)中取每年工作330天，有生物質(zhì)供應(yīng)量為0.56kg/s，熱載體的供應(yīng)量為5.6kg

24、/s。5.2采用不同加熱載體反應(yīng)器的入口和出口的溫度5.2.1生物質(zhì)熱裂解技術(shù)概述 生物質(zhì)閃速熱解液化技術(shù)是有效利用生物質(zhì)能的方式之一，它采用超高加熱速率、超短產(chǎn)物停留時(shí)間（0.23.0s）及適中的裂解溫度，使生物質(zhì)中的有機(jī)高聚物分子在隔絕空氣的條件下迅速斷裂為短鏈分子。在本次設(shè)計(jì)中取加熱時(shí)間為2秒。表5-1 生物質(zhì)熱裂解的主要工藝類型工藝類型滯留期升溫速率最高溫度/主要產(chǎn)物慢速熱裂解碳化數(shù)小時(shí)數(shù)天非常低400炭常規(guī)530min低600氣、油、炭快速熱裂解快速0.55s較高650油閃速（液體）1s高650油閃速（氣體）650氣極快速0.5s非常高1000氣真空230s中400油反應(yīng)性熱裂解加氫

25、熱裂解10s高500油甲烷熱裂解0.510s高1050化學(xué)品5.2.2 反應(yīng)器入口溫度的確定 溫度是熱裂解的一個(gè)主要影響因素，如下圖所示：圖5-1 熱裂解產(chǎn)物與溫度的關(guān)系 從圖5-1可以看出，隨著溫度的升高，炭的產(chǎn)率減少，可燃?xì)怏w的產(chǎn)率增加，獲得最大的生物油產(chǎn)率的最佳溫度范圍為400600。東北林業(yè)大學(xué)生物質(zhì)能技術(shù)工程中心確定斜板槽式反應(yīng)器的最佳溫度是500550。在設(shè)計(jì)中采用的反應(yīng)器入口溫度為550。5.2.3反應(yīng)器出口溫度的確定在斜板槽式反應(yīng)器中，1kg的干生物質(zhì)充分熱解需要熱量大約為1000kJ。熱工公式： 式中，c 為材料的比熱容 M為材料的質(zhì)量 為材料的前后溫度差。（1） 采用石英砂

26、作為熱載體。石英砂的比熱容為0.8kJ/(kg)。已知干生物質(zhì)的流量為0.56kg/s，則每秒石英砂提供的熱量為560kJ。由熱工公式，可以得出，即反應(yīng)器的出口溫度為425。（2） 采用陶瓷球作為加熱載體。陶瓷球的比熱容為0.84kJ/(kg)。每秒石英砂提供的熱量為560kJ。由熱工公式，可以得出，即反應(yīng)器的出口溫度為431。（3） 采用鐵砂作為加熱載體。鐵砂的比熱容為0.46kJ/(kg)。每秒石英砂提供的熱量為560kJ。由熱工公式，可以得出，即反應(yīng)器的出口溫度為333。（4） 采用云沙作為加熱載體。云沙的比熱容為0.88kJ/(kg)。每秒石英砂提供的熱量為560kJ。由熱工公式，可以

27、得出，即反應(yīng)器的出口溫度為436。將上述情況列為下列表格：表5-2 以石英沙為加熱載體時(shí)反應(yīng)器的參數(shù)原料流量kg/s0.560.600.56加熱載體流量kg/s6.66.05.6吸收純熱量KJ560600560入口溫度550550550出口溫度425425425表5-3 陶瓷砂為加熱載體時(shí)反應(yīng)器的參數(shù)原料流量kg/s0.560.600.56加熱載體流量kg/s6.66.05.6吸收純熱量KJ/Kg560600560入口溫度550550550出口溫度431431431表5-4 以鐵砂為加熱載體時(shí)反應(yīng)器的參數(shù)原料流量kg/s0.560.600.56加熱載體流量kg/s6.66.05.6吸收純熱量K

28、J/Kg560600560入口溫度550550550出口溫度333333333表5-5 以云沙為加熱載體時(shí)反應(yīng)器的參數(shù)原料流量kg/s0.560.600.56加熱載體流量kg/s6.66.05.6吸收純熱量KJ/Kg560600560入口溫度550550550出口溫度436436436 最終選取最容易獲得的石英砂作為斜板槽式反應(yīng)器的熱載體，因此可以確定并且得到每秒石英砂需要提供的熱量為560kJ以及反應(yīng)器的出口溫度為425，從而確定出熱載體加熱爐的效率和出口大小。5.2.4反應(yīng)器入口的尺寸確定 （1）由表4-1可知，當(dāng)熱載體和生物質(zhì)粉采用0:1質(zhì)量比混合時(shí)，兩者混合的堆積密度為，即生物質(zhì)的密度

29、為。物料入口的流量為0.56kg/s，即2016kg/h。可知每秒內(nèi)需要加入到反應(yīng)器內(nèi)部的生物質(zhì)粉體積為。選取生物質(zhì)進(jìn)料口為兩個(gè)長(zhǎng)為60mm寬為50mm的矩形，滿足使用要求。（2） 要求熱載體的流量為5.6kg/s，即為20160kg/h。熱載體的密度是，每秒向反應(yīng)器加入的熱載體的體積為。將進(jìn)料口做成兩個(gè)外徑為45mm的鋼管，壁厚為3mm(按標(biāo)準(zhǔn)GB/T173951998普通無縫鋼管取值）。5.5斜板槽尺寸的確定5.5.1斜板槽長(zhǎng)度的確定 由于物料入口處的堆積作用，假設(shè)物料初速度均為0。當(dāng)物體做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的位移計(jì)算公式為。帶入運(yùn)動(dòng)參數(shù)：以及t=2s，可以得出運(yùn)動(dòng)位移s=

30、9m，所以采用兩個(gè)長(zhǎng)度為4.5m的槽鋼作為斜板槽。5.5.2斜板槽采用的槽鋼的規(guī)格 物料與熱載體的混合物每秒流過斜板槽的質(zhì)量為6.16Kg，熱載體與生物質(zhì)混合質(zhì)量比10:1時(shí)的堆積密度為，每秒內(nèi)向主反應(yīng)器加入的熱載體與生物質(zhì)粉的混合物的體積為。 最終選用20號(hào)的熱軋普通槽鋼（按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T7071988熱軋普通槽鋼取值），槽鋼的材料為Q235A（按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T7001988），生物質(zhì)的熱裂解必須滿足無氧的條件，所以采用兩個(gè)槽鋼相互倒扣焊接為一個(gè)下落通道。主反應(yīng)器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下表格所示：表5-6 主反應(yīng)器主要設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)值進(jìn)料量生物質(zhì)：2016kg/h（含水率10%）；熱載體：2

31、0160kg/h反應(yīng)器工作溫度500左右液體產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率65%斜板槽傾斜角度55斜板槽的長(zhǎng)度尺寸4.5m斜板槽的規(guī)格（按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T7071988熱軋普通槽鋼取值）5.6主反應(yīng)器的大體尺寸確定5.6.1反應(yīng)器下端暫時(shí)儲(chǔ)砂箱的尺寸確定 考慮到熱載體循環(huán)使用的問題，在反應(yīng)器的出口設(shè)計(jì)一個(gè)暫時(shí)儲(chǔ)存熱載體的砂箱，以滿足熱載體從反應(yīng)器出口處運(yùn)輸?shù)綗彷d體加熱爐并返回的時(shí)間，暫時(shí)定為10min。已知10分鐘內(nèi)生物質(zhì)和熱載體混合物的質(zhì)量為： 考慮到生物質(zhì)的裂解，有流出質(zhì)量必然小于3696kg，即砂箱只需擔(dān)負(fù)起3696kg混合物的儲(chǔ)存要求。采用高度為400mm的圓筒和高度為300mm的倒錐，滿足要求。5.6.2

32、反應(yīng)器的外形尺寸 斜板槽在反應(yīng)器內(nèi)以角度55傾斜，已知斜板槽的長(zhǎng)度4.5m，則斜板槽在水平方向的投影長(zhǎng)度為2.58m，在豎直方向上的投影長(zhǎng)度為3.69m，有反應(yīng)器的總裝尺寸為外徑3.5m。5.7產(chǎn)氣量的確定5.7.1生物質(zhì)熱裂解氣的體積 生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的裂解氣按混合氣體的體積計(jì)算其密度： （5-1）式中：裂解氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度(kg/m3)； 裂解氣中各單質(zhì)氣體的體積百分比(%)； 裂解氣中各組成成分氣體的密度(kg/m3)。剛生成的熱解氣在常壓下體積密度為，其中秸稈氣的成分分別為： 有秸稈熱裂解氣密度為：取熱裂解氣的體積密度是。生物質(zhì)生物油的固氣轉(zhuǎn)化率為8590。生物質(zhì)的加入量（含水率為1

33、0%）為2016kg，計(jì)算熱解氣的體積為： 5.7.2生物質(zhì)中所含水分的水蒸氣體積 在工程實(shí)踐過程中，對(duì)實(shí)際氣體熱力性質(zhì)進(jìn)行近似計(jì)算，這時(shí)可把1mol實(shí)際氣體狀態(tài)方程式表示為 (5-2)式中:稱為壓縮因子。 在設(shè)計(jì)過程中，取實(shí)際氣體的壓縮因子為Z=0.27。生物質(zhì)物料的一般含水率為10%，則有2016kg物料含水質(zhì)量為201.6kg。在正常大氣壓下，液態(tài)水轉(zhuǎn)化為蒸氣的溫度為，蒸汽的體積密度為。可得出質(zhì)量為201.6kg的水蒸汽在5000C的體積有反應(yīng)器內(nèi)部的裂解產(chǎn)生的蒸氣總體積為： 圖5-3 普通化壓縮因子圖 圖5-4 氣體通用壓縮因子圖 5.8導(dǎo)氣管尺寸的確定 假設(shè)導(dǎo)氣管的氣體流量為V，有導(dǎo)

34、氣管內(nèi)徑的計(jì)算表達(dá)式為： （5-3）式中：導(dǎo)氣管的內(nèi)徑(mm)； 氣體在管中的流動(dòng)速度(m/s)。 旋風(fēng)分離器一般的進(jìn)口風(fēng)速范圍多數(shù)取為1520。已知熱裂解油氣的流量為（），取進(jìn)口風(fēng)速為18m/s，可得導(dǎo)氣管的內(nèi)徑為175179mm，圓整后取導(dǎo)氣管的外徑為194，管壁厚為4mm，分出4個(gè)細(xì)導(dǎo)氣管，每根細(xì)導(dǎo)氣管外徑60mm，管壁厚為2.9mm（按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T173951998普通無縫鋼管）。5.9保溫層的計(jì)算5.9.1保溫材料的選用要求選用珍珠巖保溫板（主要成分Al2O3+SiO2）作為反應(yīng)器的保溫材料。在使用密度為時(shí)，常溫?zé)釋?dǎo)率（70時(shí)），在使用密度為時(shí)，常溫?zé)釋?dǎo)率（70時(shí)），在使用密度為時(shí)

35、，常溫?zé)釋?dǎo)率（70時(shí)）。5.9.2進(jìn)砂口的保溫層厚度計(jì)算為防止圓筒形保溫層人身燙傷的保溫厚度，其外徑應(yīng)滿足下面的平衡式： （5-4）式中，保溫層外表面溫度（），取60; 主保溫層外徑（m）； 管道外徑（m）； 主保溫層材料在安裝密度時(shí)的熱導(dǎo)率W/(mk)； 周圍環(huán)境溫度（）； 被保溫體外表面溫度（）； 由保溫層外表面到周圍空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/(k)。按照5-4式計(jì)算，可以得到此時(shí)的保溫層厚度為（5080）mm，選取厚度為80mm，根據(jù)上面內(nèi)容，最后確定的保溫層厚度為80mm，保溫層外徑為320mm。 5 結(jié)論在現(xiàn)在這個(gè)能源緊缺的國(guó)際社會(huì)環(huán)境下，隨著化石燃料的儲(chǔ)量減少和各種形式污染的程度急劇惡

36、化，我們不難發(fā)現(xiàn)，作為化石燃料替代品的新能源的開發(fā)將是一個(gè)熱門學(xué)科，誰能夠第一個(gè)占據(jù)新能源開發(fā)的制高點(diǎn)就能在未來的幾年甚至幾十年里占據(jù)能源行業(yè)甚至整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)的領(lǐng)先位置。生物燃油作為最為接近現(xiàn)階段使用的石油的一種能源，其開發(fā)和使用必然會(huì)成為未來幾年里最受歡迎的行業(yè)之一。在這個(gè)竟?fàn)幖ち业氖澜绱蟓h(huán)境下，這就要求我們必須共同努力，為了國(guó)家未來的發(fā)展奉獻(xiàn)自己的力量。 參考文獻(xiàn)1 王雅鵬，孫鳳蓮，丁文斌，吳娟，中國(guó)生物質(zhì)能源開發(fā)利用探索性研究。北京：科學(xué)出版社,2010.2 錢伯章，生物質(zhì)能技術(shù)與應(yīng)用。北京：科學(xué)出版社,2010.3張建安，劉德華，生物質(zhì)能源利用技術(shù)。北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009. 4

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