文丘里洗涤器净化生物质燃气焦油特性的研究

发布时间：2020-05-09 03:23

【摘要】：热解气化技术能够将低品位的固态生物质转换成高品位的可燃气体,可以提高能量密度和燃烧特性,并作为清洁能源替代天然气用于生产生活各个领域,同时也能解决农村和林业地区丰富生物质资源储存、运输困难问题,是实现废弃生物质资源规模化利用的重要技术手段。但是目前热解气化过程中不可避免的产生焦油等副产物,使得该技术尚需加深对产品气净化技术的研究,探索合理的工作参数,揭示除焦过程机理,为气化燃气品质预测与控制、除焦设备优化提供依据。以文丘里洗涤器净化生物质燃气技术为研究对象,通过分析文丘里管内部流场中的生物质燃气、洗涤剂净化介质与焦油液滴颗粒之间的相互影响作用,从流体力学基本定律出发研究流体运动的流场特性。文丘里管内部主要净化工作区域流场为湍流流动,符合连续介质流动特征,通过分析不同k-ε模型的连续性方程、动量方程、湍动能方程和湍流耗散率方程,得出标准k-ε模型适合于文丘里管内气液流动湍流流场的计算,为复杂混合流场的模拟计算提供了数学模型。基于CFD计算方法,根据文丘里管几何尺寸确定的基本原则建立文丘里模型,避免以往实验研究在文丘里管壁多处开孔对内部流场的影响,模拟分析净化过程中的流场分布,研究文丘里高效去除微细焦油颗粒机理。仿真结果表明：文丘里管内静压场与速度场均呈现梯级分布层界明显的特点,收缩段和喉管段流体流通截面的收缩导致气流剧烈加速,并在喉口处达到最大值,造成燃气气流与洗涤剂之间的相对运动速度加大,提高碰撞机率。由等动压与湍流动能分布云图得出：燃气流携带焦油颗粒冲击碰撞洗涤剂液滴形成强烈的湍流区,促进了焦油的净化,但也是造成文丘里洗涤器压力损耗的主要区域。文章以提高文丘里净化效率与降低压力损耗为主线,通过搭建生物质气化及燃气净化系统试验台,得出文丘里洗涤器合适的几何参数选取值是：喉管段长度Lo为80～100mm、收缩角a1,为24°,扩散角a2为6-7°；获得在文丘里主要工作参数中影响净化效率与压力损失的主次顺序均是：喉口速度液气比入口焦油含量,即：喉口气速越高、液气比越大时文丘里净化效率越高,但其总体压力损耗也越大。在本文研究范围内综合净化效率和压力损失两方面的考察因素得出结果为：文丘里入口焦油含量对净化性能的影响不大；喉口气速的合适范围为90～120m/s,最优水平为90m/S；液气比较为合理的工作区间为1～2L/m3,其最优水平为2L/m3；取最优水平时的净化效率为90%,总体压力损失为7kPa,与喉口气速120m/s、液气比3L/m3时相比,净化效率略有降低,而压力损失减小约6kPa。本义的研究工作可以改进文丘里洗涤器净化生物质燃气工艺、提高净化性能,为文丘里洗涤器设备的设计与工程应用提供技术支撑。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK6

【参考文献】