生物质秸秆炭化炉的结构设计与试验研究.pdfVIP

Design and Experimental Study of Biomass carbonization furnace structure A Dissertation Submitted to Shihezi University In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering By Zhang Wei Dissertation Supervisor: Prof. Wang Weixin May,2013 I 摘要 随着化石燃料资源的日渐减少和其在燃烧时对环境造成的严重污染，生物质替代能 源研究成为国际研究热点，对于新疆而言，棉杆资源丰富，合理利用生物质炭化技术意 义很大。 为了提高生物质秸秆的利用效率，本文以棉花杆为实验样本，同时分析各种生物质 之间的内在结构和炭化工艺过程。依照节能环保的原则，设计了一套外热式的生物质秸 秆炭化炉，并对其在理论计算上和实际生产中做出了检验。探寻其在生产过程中最优工 艺条件。具体研究内容如下： （1）通过对生物质的热解炭化过程进行理论的分析，了解了生物质热解炭化过程 的基本炭化工艺过程，并通过分析古今生物质炭化技术的优劣，初步确定了设计生物质 秸秆炭化炉的基本工艺需求：外热、整体炭化、间歇式 （2 ）设计一款不需要将秸秆粉碎压型，直接捆扎炭化的外燃式生物质秸秆炭化炉， 确定了炉体的基本尺寸、烟气流向、加热炭化等基本工艺流程。并通过理论计算和初步 试验研究，证明了该款外热式生物质秸秆炭化炉不论在理论上还是实际生产中，都能实 现优秀的炭化作用。该外热式生物质秸秆炭化炉的在一定条件下，可以理论上不需消耗 外界热源，单靠自身产生的热能和天燃气发热，实现连续炭化。并且由炭化所制取的各 种木炭，品质优良。 （3）分析了生物质秸秆炭化产物的评判标准，并通过单因素试验，确定了影响木 炭固定碳含量和炭化比表面积的三个因素。通过正交试验发现：在置信区间 90%时，对 于木炭的炭化比表面积，反应的最终温度影响非常显著，反应的升温速度影响一般显著， 而保温时间的影响不显著。 （4）为了寻找最优的工艺过程，通过梯度发寻优。基于 minitab 软件响应曲面设 计，得到最优工艺条件为：最终温度 650℃、温度上升速度 143℃/h。保温时间 4.33h （4 小时 20 分钟）。通过化验得知，在该工艺条件下制得的木炭成碳率 27.2%，固定碳 2 含量为 83.5%，炭化比表面积为 9.038g/m 。 关键字：生物质，秸秆炭化炉，响应曲面设计，minitab，炭化比表面积 I