秸稈干燥過程的實(shí)驗(yàn)研究與理論分析

【摘要】：生物質(zhì)能源是唯一可儲存和運(yùn)輸?shù)目稍偕茉?也是目前最有可能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；玫奶娲茉?。生物質(zhì)能源的應(yīng)用對于改善我國的能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、降低環(huán)境污染具有十分重要的意義。近十年來生物質(zhì)能源的應(yīng)用技術(shù)研究得到大力發(fā)展,但無論是生物質(zhì)能源的哪種利用方式(氣化、液化、固化等),都需要對其進(jìn)行干燥,使其含濕量降到15%以下才可利用。因此,國家“十五”“863”計劃項目“生物質(zhì)氣化發(fā)電優(yōu)化系統(tǒng)及其示范工程”的子課題“農(nóng)業(yè)廢棄物流化床氣化過程預(yù)處理技術(shù)研究”把在生物質(zhì)能源中占主導(dǎo)地位的農(nóng)作物秸稈的快速、高效干燥作為一個重要內(nèi)容開展研究。 本文全面系統(tǒng)地進(jìn)行了秸稈的各種理化特性、熱重特性、等溫干燥特性和微觀結(jié)構(gòu)特性實(shí)驗(yàn),提出了這些特性對秸稈干燥過程的影響。在秸稈等溫干燥特性實(shí)驗(yàn)中,歸納了四種秸稈在不同工況下的最佳干燥溫度;在研究初始含濕量對干燥時間的影響時,提出了適量的秸稈含濕量的增加對干燥時間的影響可以忽略的看法。在秸稈微觀結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)中,'首次提出了秸稈干燥骨架與空隙的分布規(guī)律以及水分遷移的路徑。 以體積平均理論為指導(dǎo)思想、以熱質(zhì)平衡為基本出發(fā)點(diǎn),進(jìn)行了描述秸稈干燥過程的氣化界面內(nèi)移的理論分析;以移動氣化界面為表征干燥過程的動態(tài)效應(yīng),重新定義了表征單元體干、濕區(qū)的界限;在充分考慮氣化界面處壁溫T_w對擴(kuò)散系數(shù)D_r的影響后,建立了以壁溫T_w為變量的邊界條件。在降速干燥階段,水分的擴(kuò)散有較大阻力,引入內(nèi)移系數(shù)來表示這種阻力,從而避免了引入復(fù)雜公式帶來的計算量增加。 通過對比實(shí)驗(yàn)值與計算值,得出表征自由水分傳導(dǎo)阻力系數(shù)H、擴(kuò)散阻力系數(shù)F和內(nèi)移系數(shù)人,采用上述系數(shù)對計算值進(jìn)行修正,最終修正值與實(shí)驗(yàn)值吻合良好,驗(yàn)證了理論分析的正確性,最終推導(dǎo)出初含濕量為70%的玉米秸稈在不同干燥溫度下恒速干燥階段干燥速率的表達(dá)式和干燥溫度為130℃時降速干燥階段干燥速率的計算公式。 運(yùn)用秸稈干燥特性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及理論分析的研究成果,優(yōu)化設(shè)計一套板箱式秸稈干燥試驗(yàn)機(jī)。巧妙地構(gòu)思出“射流加熱板”,使得干燥介質(zhì)在不同加熱板上有不同的加熱方式、提供不同的能量,實(shí)現(xiàn)了不同干燥階段的按需供能。在秸稈干燥試驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)研究中,驗(yàn)證了等溫干燥實(shí)驗(yàn)時提出的秸稈干燥分為三個階段的理論,并測算出不同階段的需能狀況,驗(yàn)證了理論分析的正確性。在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中得到如下結(jié)果:秸稈干燥試驗(yàn)裝置產(chǎn)量為208.6kg/h,熱能利用率為71.02%,干燥后秸稈含濕不均勻度為2%,達(dá)到了設(shè)計要求,對優(yōu)化設(shè)計工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的秸稈干燥設(shè)備具有重要指導(dǎo)意義。 【關(guān)鍵詞】：生物質(zhì)能源 秸稈 等溫干燥 氣化界面 理論分析 干燥速率
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TK6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 1.緒論11-25
• 1.1 生物質(zhì)能源利用的意義11-17
• 1.1.1 我國可開發(fā)的生物質(zhì)資源11-13
• 1.1.2 利用生物質(zhì)能源的意義13-14
• 1.1.3 生物質(zhì)能源利用技術(shù)14-15
• 1.1.4 我國生物質(zhì)能源利用現(xiàn)狀15-17
• 1.2 秸稈干燥研究現(xiàn)狀17-22
• 1.2.1 干燥技術(shù)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.2 干燥理論研究現(xiàn)狀18-21
• 1.2.3 秸稈干燥技術(shù)現(xiàn)狀21-22
• 1.3 本論文的提出背景及研究內(nèi)容22-25
• 1.3.1 本論文的提出背景22-23
• 1.3.2 本論文的研究內(nèi)容23-25
• 2.秸稈干燥特性實(shí)驗(yàn)研究25-57
• 2.1 秸稈的理化特性實(shí)驗(yàn)25-30
• 2.1.1 秸稈自然晾曬時的失水實(shí)驗(yàn)25
• 2.1.2 秸稈的工業(yè)分析25-26
• 2.1.3 秸稈的元素分析26-27
• 2.1.4 秸稈的發(fā)熱量實(shí)驗(yàn)27-28
• 2.1.5 秸稈的化學(xué)成份分析28-29
• 2.1.6 秸稈的空隙率實(shí)驗(yàn)29
• 2.1.7 秸稈理化特性總結(jié)29-30
• 2.2 秸稈的熱重特性實(shí)驗(yàn)研究30-35
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)對象30
• 2.2.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器30-32
• 2.2.3 主要實(shí)驗(yàn)步驟32-33
• 2.2.4 秸稈的熱重曲線33
• 2.2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析33-35
• 2.3 秸稈等溫干燥特性實(shí)驗(yàn)研究35-51
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)對象35
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)步驟35-36
• 2.3.3 秸稈的等溫干燥曲線分析36-37
• 2.3.4 不同含濕量下秸稈等溫干燥曲線分析37-44
• 2.3.5 溫度對干燥時間的影響效果分析44-49
• 2.3.6 初含濕量對干燥時間的影響效果分析49-51
• 2.4 秸稈化學(xué)成份對秸稈干燥過程的影響51-53
• 2.4.1 木質(zhì)素、半纖維素和纖維素總含量對干燥的影響51-52
• 2.4.2 半纖維素和纖維素含量對干燥的影響52-53
• 2.5 秸稈的微觀結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)研究53-55
• 2.5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>53
• 2.5.2 實(shí)驗(yàn)儀器53
• 2.5.3 實(shí)驗(yàn)樣品53
• 2.5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析53-55
• 2.6 本章小結(jié)55-57
• 3.秸稈干燥過程的理論分析57-75
• 3.1 兩種重要的干燥理論57-60
• 3.1.1 Luikov唯象理論57-58
• 3.1.2 Whitaker體積平均理論58-60
• 3.2 構(gòu)造表征單元體60-61
• 3.3 表征單元體物理參數(shù)61-64
• 3.3.1 表征單元體基本參數(shù)的理論處理方法61-62
• 3.3.2 有效導(dǎo)熱系數(shù)λ_(peff)62-63
• 3.3.3 等效定壓比熱容C_(peff)63
• 3.3.4 擴(kuò)散系數(shù)D_r63-64
• 3.4 氣化界面內(nèi)移的理論分析64-72
• 3.4.1 表征單元體能量、質(zhì)量守恒方程64-66
• 3.4.2 表征單元體邊界條件的建立66-69
• 3.4.3 表征單元體邊界條件的化簡69-72
• 3.5 表征單元體氣化界面內(nèi)移速度推導(dǎo)72-74
• 3.6 本章小結(jié)74-75
• 4.實(shí)驗(yàn)值與計算值的對比分析75-92
• 4.1 相關(guān)參數(shù)處理75-78
• 4.1.1 理論分析中的相關(guān)參數(shù)75
• 4.1.2 表征單元體相關(guān)參數(shù)75-78
• 4.2 實(shí)驗(yàn)值的處理78-86
• 4.2.1 干燥過程兩個階段分析78-81
• 4.2.2 恒速干燥階段實(shí)驗(yàn)值的處理81-83
• 4.2.3 降速段干燥階段實(shí)驗(yàn)值處理83-86
• 4.3 氣化界面內(nèi)移方程求解86-88
• 4.3.1 恒速干燥階段干燥速度、速率求解86
• 4.3.2 降速干燥階段干燥速度求解86-88
• 4.4 實(shí)驗(yàn)值與計算值的對比分析88-90
• 4.4.1 恒速階段實(shí)驗(yàn)值與計算值的對比分析88-89
• 4.4.2 降速階段實(shí)驗(yàn)值與計算值的對比分析89-90
• 4.5 本章小結(jié)90-92
• 5.秸稈干燥試驗(yàn)裝置的優(yōu)化設(shè)計與實(shí)驗(yàn)研究92-106
• 5.1 秸稈干燥試驗(yàn)裝置的優(yōu)化設(shè)計92-97
• 5.1.1 秸稈干燥試驗(yàn)裝置的設(shè)計原則92
• 5.1.2 秸稈干燥試驗(yàn)裝置擬達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)92
• 5.1.3 秸稈干燥試驗(yàn)裝置類型選定92-93
• 5.1.4 秸稈干燥試驗(yàn)裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計93-94
• 5.1.5 供熱系統(tǒng)的設(shè)計94-96
• 5.1.6 拖動系統(tǒng)設(shè)計96-97
• 5.1.7 供熱風(fēng)機(jī)的確定97
• 5.2 秸稈干燥試驗(yàn)裝置的設(shè)計計算97-99
• 5.2.1 秸稈干燥試驗(yàn)裝置的熱力計算97-98
• 5.2.2 秸稈干燥試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)計算98-99
• 5.2.3 秸稈干燥試驗(yàn)裝置機(jī)械計算99
• 5.3 秸稈干燥試驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)研究99-104
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>99
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)99-100
• 5.3.3 實(shí)驗(yàn)用秸稈100
• 5.3.4 秸稈干燥試驗(yàn)裝置的干燥特性曲線100-101
• 5.3.5 不同工況下干燥試驗(yàn)裝置的干燥特性曲線101-103
• 5.3.6 秸稈干燥試驗(yàn)裝置熱能利用率的測定103
• 5.3.7 其它性能測試103-104
• 5.4 本章小結(jié)104-106
• 6.結(jié)論與展望106-109
• 6.1 結(jié)論106-107
• 6.2 展望107-109
• 參考文獻(xiàn)109-115
• 符號說明115-119
• 博士期間發(fā)表的論文、著作、專利及研究項目119-121
• 致謝121-122
• 大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書122

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