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生物质颗粒烟气流直管干燥的实验研究与仿真模拟

生物质颗粒烟气流直管干燥的实验研究与仿真模拟

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作者：张国凯山东建筑大学

学位级别：硕士

我国生物质资源品种多、分布广以及产量大,推广生物质能的高效利用已成为国家“十三五”期间的一项重要举措。其中农作物秸秆占到生物质资源总量的47%,且通常生物质秸秆的收获时间比较集中,故需要长久储存。但新收秸秆的含湿量往往在50... 详细信息

我国生物质资源品种多、分布广以及产量大,推广生物质能的高效利用已成为国家“十三五”期间的一项重要举措。其中农作物秸秆占到生物质资源总量的47%,且通常生物质秸秆的收获时间比较集中,故需要长久储存。但新收秸秆的含湿量往往在50%以上,若不及时进行良好的干燥,非常容易造成秸秆的腐烂,利用价值大大地降低。传统的晾晒法干燥又受天气因素的影响,干燥时间较长。本文将结合内燃机产生的高温烟气,引入直管气流干燥技术,在实现生物质秸秆颗粒干燥的同时又能够利用烟气的余热,实现共赢。首先,本文着重研究了烟气温度、烟气流量、颗粒流量、颗粒初含湿量及颗粒粒径五个单因素对干燥过程的影响。针对玉米秸秆颗粒,搭建了一套天然气发电机烟气余热回收干燥管的实验系统,通过控制变量法进行了不同工况下的实验,测量了颗粒出口含湿量、颗粒出口温度及烟气出口含湿量、烟气出口温度等参数,依此为基础数据计算了干燥过程中的总传热量、水分蒸发吸收的热量及颗粒温升吸收的热量,同时绘制干燥曲线反映干燥规律,获得了颗粒出口含湿量随烟气温度的改变呈线性变化关系、烟气流量及颗粒流量改变时存在最佳气固比使水分的蒸发量最大,且最佳气固比的关系式为Gp=0.257Gg-0.002、颗粒初含湿量的增加不会引起传热量和水分蒸发量的大幅变化及较小的颗粒粒径可有效增加水分的蒸发量等结论,为最佳干燥条件的确定提供了有力地支撑。另外,通过对干燥过程传热传质的分析,合理地提出了假设,从动量方程、能量方程、质量方程出发建立了烟气流直管干燥的数学模型,编写了MATLAB程序对其求解。并用实验数据对模型进行了校核,最终使模型更加接近实际情况,能够用来指导和优化烟气流直管干燥设备的设计。最后,在数学模型计算结果的指导下,确定了30kw天然气发电机烟气余热回收干燥设备的干燥管长、管径以及最佳进料参数。在此干燥条件下,生物质秸秆颗粒干燥后的含湿量基本维持在20%左右,达到了长期储存的条件,成功解决了传统晾晒法导致生物质不易干燥的问题。

关键词：秸秆颗粒含湿量烟气流干燥数学模型管长及管径进料参数

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