生物质制备活性炭流化床热解装置进料系统研究

摘要

生物质是潜在能源和化学原料的重要宝库，很多生物质能利用技术已经陆续研究出来，本次项目研究的是生物质制备活性炭一些工艺和方法，在制备过程中需要用到流化床装置进行热裂解，本课题主要是研究整个制备流程中的进料系统，对进料过程进行设计。
　　本文首先分析不同进料器的优缺点，最终选用真空进料这一方式。进料管对进料有着重要的影响，为了选择最合适的真空发生器，对颗粒在不同尺寸和形状的进料管进行数值模拟，从而确定最佳的进料管径和管型。
　　气力输送主要指是利用管内高速气体实现颗粒物料转移的运送方法，气力输送防尘效果较好有利于实现生产机械化、自动化、可减轻劳动强度。当前针对气力输送的模拟以二维为主，本文并基于Euler-Lagrange耦合方法分析模拟了不同管径和不同管型内气固两相流动的相关问题。
　　本文首先在fluent中选择湍流SST k-ω模型计算流场信息，然后采用fluent离散相DPM模型对固体颗粒进行模拟。在离散相与连续相耦合过程中，探究不同流场与固体颗粒之间的互相作用。即:在Fluent中设置计算模型，根据一定的迭代步数间隔进行迭代运算，直到连续相的流场计算结果不再随着迭代步数加大而发生变化（即达到了所有的收敛标准），耦合计算才会停止。然后注入颗粒，通过DPM模型对颗粒进行追踪，获取不同流场内颗粒运动轨迹、管内压强、颗粒速度分布等参数。
　　流场的初速度设置为6m/s，20m/s，30m/s，进料管分为直管、弯管1和弯管2，管径分别为38mm，51mm，76mm。通过模拟结果可以发现流场的初始速度、管径的大小、形状对颗粒运动和流场特性都存在一定影响。不同管型相同速度、不同口径相同管型、相同管型不同进料口等方面颗粒运动都具有差异性。结果可以看出初速度相同时弯管比直管具有更好的加速效果。颗粒运动到弯管处与壁面的撞击使得颗粒运动轨迹、管内压力分布要比直管更加复杂。
　　通过模拟基本了解到不同情况下颗粒的运动分布情况，最终选择直径38mm的弯管作为最终进料管，根据所得尺寸进行进料平台的搭建。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 生物质能的概念

1．3 生物质能利用转化技术

1．4 生物质热裂解及其装置

1．5 流化床

1．6 本章小结

2 进料系统的选择

2．1 进料的方式及其特点

2．2．1 螺旋进料器

2．2．2 振动给料器

2．2．3 真空进料器

2．3 气力输送

2．3．1 气力输送的主要设备和部件

2．3．2 气力输送系统的优缺点

2．4 真空进料系统的选用

2．4．1 真空吸料器的选择和进料装置设计

2．4．2 进料管的选用

2．5 升降机构

2．5．1 升降机构的种类

2．5．2 升降机构的选用

2．6 本章小结

3 进料管内流场数值模拟

3．1 研究流体运动的方法及基本思想

3．2 FLUENT中端流模型选择

3．3 进料管内部流场的数值模拟

3．3．1 颗粒在管内所受到的作用力

3．3．2 基于Euler-Lagrange方法的数值模拟(Fluent-DPM模型)

3．4 模拟方案

3．5 几何模型

3．6 模型的网格划分

3．6．1 网格单元和节点数

3．6．2 边界条件类型

3．7 计算模型设置

3．8 本章小结

4 结果及分析

4．1 矢量图和运动轨迹

4．2 颗粒运动分布云图

4．2．1 颗粒入口处的分布情况

4．2．2 出口处颗粒分布云图

4．2．3 弯管弯处云图

4．3 不同速度情况下速度区间的分布直方图

4．4 选取轴截面数据进行进一步分析

4．5 管内流体相特性分析

4．6 差异性研究

4．6．1 各组数据中速度的最大值和平均值

4．6．2 不同管型相同速度颗粒运动差异性研究

4．6．3 不同口径相同管型颗粒运动差异性研究

4．6．4 不同进料口对颗粒运动的影响

4．7 进料管型的选定和平台的搭建

4．8 本章小结

5 结论

6 展望

参考文献

致谢