生物质热解碳化实验研究毕业答辩PPT 34页

'生物质热解炭化实验研究专业：热能工程姓名：陈红健2015.03 生物质热解炭化实验研究课题研究背景及现状生物质原料特性分析固定床热解炭化实验流化床热解炭化实验结论及展望12543 1.1课题研究背景 1.1课题研究背景为什么是热解炭化？ 1.1课题研究背景300元/t，15MJ/kg气化液化热解炭化2000Nm3燃气，燃气热值1000kcal/Nm3发电740kW▪h，价值550元热解炭200kg1200Nm3燃气，燃气热值800kcal/Nm3发电355kW▪h，价值270元直接燃烧秸秆23MJ/kg的动力煤520元/t3000元/t，600元目前实验室研究较多，且主要针对油料作物 1.2课题研究现状天津大学王娜在进料量为10kg/h的小型鼓泡式流化床热裂解反应系统上研究了不同热解终温对木屑热解产物收集率和特性的影响。根据实验结果得出了500℃是热解制备固体、液体产物的较优温度。 1.2课题研究现状吉林大学曾耀国在一台可控温管式电阻炉对3种常见生物质原料在600℃以下的热解特性进行了实验研究，结果表明：450℃～550℃可得到优质炭，红松树皮最大固定碳含量可达到60%以上，玉米秸秆也可达到40%以上，能量得率均可收在50%左右；升温速率对生物质炭质量指标有一定影响。 1.2课题研究现状2014年9月12日，河北承德华净热解炭化杏壳项目运行成功 1.2课题研究现状西班牙发电商UnionFenosa公司设计制造了一套处理量为200kg/h的流化床热解反应系统；英国Wellman公司也设计制造了处理量为250kg/h的流化床反应系统，两个系统的反应原料均为木屑，并各自获得了较好的实验结果。 2.1原料基本特性分析木屑稻壳皮革下脚料图1三种生物质材料 2.1原料基本特性分析表1三种原料的元素分析和工业分析试样元素分析（收到基，%）CHONS木屑44.375.95245.2090.391.633稻壳41.875.77639.8470.611.602皮革下脚料39.215.14352.6270.962.06试样工业分析（干燥基，%）热值（kJ/kg）MAVFC木屑6.053.2676.514.1916743稻壳5.6910.3468.2915.6816352皮革下脚料8.7019.5660.0811.6612287大同烟煤：C：62.26%；O：16.48%；V：27.39%；FC：55.74%；热值：22.1MJ/kg 2.2热重实验图2不同升温速率下木屑的TG和DTG曲线380℃25%250℃外水析出挥发分集中析出 图3不同升温速率下稻壳的TG和DTG曲线260℃380℃27%2.2热重实验 图4不同升温速率下皮革下脚料的TG和DTG曲线30%失重范围宽，成分复杂2.2热重实验 2.3TG-FTIR实验气体成分特征波段（cm-1）酸、醛、酚、醇等900~1900CO2110、2170CO22230~2400碳氢化合物2800~3200，其中3106cm-1处是CH4水3500~4000表2标准谱图气体成分对应波数10℃/min，木屑10℃/min，稻壳10℃/min，皮革下脚料图5三种原料的TG-FTIR红外光谱图 3.1固定床实验台及实验方案1、氮气瓶2、转子流量计3、温控器4、调压器5、热电偶6、热解炭化炉主体7、冷却水入口8、冷凝器A9、生物质油收集瓶A10、冷凝器B11、生物质油收集瓶B12、冷却水出口13、生物质燃气分析仪14、生物质燃气集气瓶图6固定床热解炭化炉 3.2热解炭分析（a）木屑热解炭（b）稻壳热解质炭（c）皮革下脚料热解炭图7热解炭化得到的三种生物质炭 热值27MJFC=75.89%图8木屑热解炭工业分析成分和热值随热解终温的变化项目优级一级合格品全水分≤71012灰分≤3.04.05.0固定碳≥787365炭头及夹杂物≤135表3GB/T17664-1999阔叶木炭质量指标3.2热解炭分析 图9稻壳热解炭工业分析成分和热值随热解终温的变化热值23.7MJFC=64.52%3.2热解炭分析 图10皮革下脚料热解炭工业分析成分和热值随热解终温的变化热值10MJ/kg,且含铬A=62.1%3.2热解炭分析 3.2热解燃气分析(a)木屑热解燃气成分(b)稻壳热解燃气成分(c)皮革下脚料热解燃气成分图11固定床热解燃气成分 3.3热解生物质油（a）木屑生物质油（b）稻壳生物质油（c）皮革下脚料生物质油图12固定床热解生物质油 3.4产率分析（a）木屑（b）稻壳（c）皮革下脚料图14固定床热解产率分析 4.1流化床实验台及实验方案1、螺旋进料机2、离心风机3、涡街流量计4、热解炭化炉本体5、加沙料仓6、点火孔7、旋风分离器8、集炭箱9、燃气成分分析仪10、余热锅炉图15流化床生物质热解炭化炉 4.2准备实验工作图16布风板阻力特性实验图17螺旋进料机木屑加料特性曲线 4.3流化床热解炭化实验图18流化床热解炭化实验炉内温度曲线图19燃气成分随时间变化 4.4热解炭及皮革灰分图20流化床实验产物 4.5AspenPlus平台建模图21在AspenPlus平台上建立的热解炭化模拟流程图 4.6模拟结果分析图22过量空气系数对木屑热解燃气成分及炉温的影响图23过量空气系数对皮革下脚料燃烧的影响 5结论与展望本文对木屑、稻壳和皮革下脚料三种生物质原料进行了较为系统的理论分析、实验研究和仿真模拟，并得出了若干结论。（1）三种生物质原料的挥发分含量均在60%以上，固定碳含量低于20%；木屑的热值最高，为16.7MJ/kg，皮革下脚料热值仅为12.3MJ/kg。热重实验表明三种生物质原料中木屑和稻壳的反应活性较高，其热解失重过程是在很窄的温度区间内进行的；皮革下脚料的失重则是在很宽的温度范围内进行的，这说明其成分比较复杂，热解所需的温度较高。热重实验还表明，在5~50℃/min范围内，升温速率对三种生物质试样的总失重率没有明显影响。由TG-FTIR实验得到的红外三维光谱图结果可以看出，三种生物质原料在热解过程中的主要气体产物为CO2、CO以及酸、醛、酚、醇等有机物成分。 5结论与展望（2）固定床热解炭化实验表明，热解终温为800℃时，木屑炭产率为29.9%，固定碳含量可达到75.89%，灰分含量为16.35%，木屑碳的热值能达到27.1MJ/kg；稻壳炭产率为32%，其中灰分含量为28.94%，固定碳含量为64.52%，热值为23.7MJ/kg，质量较差；皮革下脚料热解炭热值只有10MJ/kg，且其中含有铬，再利用比较困难。因此建议直接进行燃烧处理，并对燃烧所得到的灰分进行回收以提取其中的铬再利用。（3）流化床热解炭化实验表明，以木屑为原料通过合理调节运行工况，采用流化床进行热解炭化时可以得到固定碳含量为71.28%的热解炭，但热解炭产率仅为21.6%，生物质燃气热值可达到3234.8kJ/Nm3，可以直接供给后续设备利用。皮革下脚料在流化床中可以稳定燃烧，炉温能达到950℃，且燃烧比较充分。采用AspenPlus对木屑热解炭化和皮革下脚料燃烧进行了模拟结果与实验结果比较接近，对运行过程的工况调节有一定的指导作用。 5结论与展望针对研究过程中发现的问题及存在的不足，今后的工作还应从以下几个方面作进一步的研究：（1）本文前期对三种原料进行了不同升温速率下的热重分析，但由于时间原因，固定床热解实验只进行了一种升温速率下的实验，下一步还需要进行不同升温速率下的实验研究。（2）未能对木屑和稻壳热解得到热解炭进行活化，以测试热解炭制备活性炭的研究。固定床热解实验中收集到的生物质油中含有大量的杂质，故而未能对其进行成分分析。因此还要分析一下不同热解终温下生物质油的成分变化情况，并根据生物质油的实际情况探索其利用途径。（3）进行流化床热解炭化实验时由于条件限制未设置生物质油冷凝系统，也未能对稻壳的热解炭化特性进行研究，下一步希望完善流化床实验台，并进行研究。（4）本文采用流化床进行木屑热解炭化实验时热解炭产率较低，分析可能是由于旋风除尘器的效率较低所致，下一步实验可以选用不同其他粒径范围的木屑或改进旋风分离器的参数进行实验。 攻读硕士学位期间发表的学术论文1、生物质流态化炭气联产初步研究[J].农机化研究.2、块状废轮胎固定床热解特性实验研究[J].可再生能源.3、ExperimentalResearchonImpactsofOperationParametersonAgglomerationCharacteristicsduringCFBBiomassGasification[J].2014机械工程和工业信息化进展国际会议. THEEND感谢参加答辩的各位老师和同学，请批评指正！'