1绪论
1.1课题的研究背景和研究意义。
1.1.1研究背景
禽畜粪便也是一种重要的生物质能源，其资源量与畜牧业的发展水平有关。禽畜粪便主要用来发酵生成沼气，解决农村燃料短缺的问题，同时剩于的沼渣可以当作肥料使用。农村全国每年粪便污水资源量1.6亿吨，折合1157万吨标准煤。
据统计，2010年城市垃圾总量达到2.3亿吨。充分利用垃圾的资源价值，变废为宝，是今后中国大多数城市所要面临的问题之一。城市生活垃圾的资源统计的难度较大，因为不同地区、不同城市的垃圾成分差异很大，甚至同一城市不同来源的垃圾组成也不同。表1一3列出了一些典型城市垃圾的组成分析结果。
..........
1.2生物质能转化形式与技术
1.2.1直接燃烧
生物质燃烧技术主要是指规模化、高效的锅炉燃烧方式，燃烧产生的能量主要用于发电或者集中供热，目前生物质燃烧主要是通过炉灶燃烧和锅炉燃烧进行的，炉灶燃烧一般适用于普通民用，通常是用生物质不经任何加工直接燃烧，生物质燃烧效率低。随着国家对农村能源的重视，将生物质利用挤压成型工艺形成固化燃料后再利用成为一种趋势，这种燃料可加工成颗粒、棒状、条块状，炉灶可以直接燃烧，用于锅炉燃烧时要根据成型燃料的形状进行适当改造。这种将生物质固化成型后直接在锅炉中燃烧，提高了生物质的利用效率，适合规模化利用，可实现工业化生产，主要缺点是对于有的生物质固化燃料需要对传统锅炉进行改造，这增加了成本，且不适于分散的小规模利用，在生物质的收集和存储上也增加了成本，这种利用方式比较适合企业对原有设备进行技术改造时，在不重复投资前提下，以生物质代替煤，以达到节能的目的。垃圾是生物质中的一种，对于垃圾处理主要是利用锅炉进行直接焚烧，这种处理垃圾的方法，在实现对垃圾中所含能源利用的同时，也达到了环境保护的目的。但是垃圾有其自身特点，垃圾往往含水量大，进行燃烧时热值低，并且具有较强的腐蚀性，这就需要提高垃圾焚烧技术，另外从能量利用的角度出发，垃圾焚烧利用只有进行规模化才有其发展空间。生物质燃烧技术在欧美等发达国家商业化程度较高，美国生物质发电站有350座，发电装机总容量达7000Mw，到2010年达到13000MW。2000年欧盟国家用生物质为燃料的电厂总共发电37TWh协，占总发电量的1.5%，2010年增加到23oTWh。
..........
2流化式自供热型制生物燃油系统组成及原理
2.2流化式自供热型制生物燃油装置系统设计
我国有着丰富的生物质资源，但对生物质资源的利用技术还有待提高和发展，这便造成了生物质能利用效率低，不能使丰富的农林废弃物资源变废为宝，造成大量生物质原料被扔弃或在田间被白白烧掉的浪费现象。松散的固体生物质可以通过热裂解液化技术转化为高品味的液体生物燃油，提高了生物质的能量密度的同时，也扩展了使用用途。生物质热裂解制生物燃油工艺可以说是种类繁多，现有的以生物质为原料的热裂解液化制油技术及相关装置和辅助设备的研究与设计虽取得了一定进展，但根据现实情况的要求还有待进一步提高，主要表现在以下几个方面，一是现有的制油工艺投资大，运行成本高;二是现有制油工艺复杂，不利于实现规模化、工业化;三是系统的供热方式不科学，燃料成本高，经济性低。因此，研究适合规模化、工业化、经济性高的生物质能转化技术和生物质热裂解装置具有重要意义。
..........
2.2流化式自供热型制生物燃油装置系统组成及工作原理
2.2.1物料流化干燥、输送装置
生物质物料在进入反应器前，要进行干燥，以保证达到符合热裂解工艺要求的含水率，同时要将干燥后的生物质原料输送到反应器附近的料仓，通过进料装置送入反应器。传统的干燥装置造价高，占地面积大，同时还要配备斗式提升机或螺旋提升机。本系统采用的流化干燥、输送装置，利用反应器排出的热烟气作为流化气，在流化干燥的同时，也完成了输送物料的任务。具有结构简章，造价低，效率高特点。此装置主要由流化管路、干燥前料仓、旋风分离器组成。热烟气从反应器出来后，进入流化管路，在热烟气的作用下，生物质原料处在流化态，并在此过程中蒸发水分，通过旋风分离器分离，落入进料器的料仓内。
..........
3生物质热裂解制生物燃油相关理论研究……………19
3.1生物质热裂解过程................................19
3.2生物质热裂解动力学模型.......................20
3.3生物质热裂解反应动力学方程的建立........................22
3.4生物质表观动力学参数分析方法.............................24
3.5生物质热裂解方程求解与产物分析...............27
3.6生物质热裂解实验研究.............................30
3.7热裂解气冷凝过程实验与分析........................36
3.8本章小结.........................37
4流化式自供热型制生物燃油装置热平衡理论及分析……………39
4.1自供热系统热平衡原理....................39
4.2反应器供热和传热方法...................39
4.3生物质热裂解副产物的燃烧.............................40
4.4自供热型流化床反应器生物质热裂解能量平衡分析..............46
4.5本章小结................50
6其它主要装置的设计理论研究
6.1燃烧器的设计理论研究
燃料的种类和特性是影响供热系统选择的根本性因素。并不是所有的燃烧装置在燃烧多种燃料时都能正常工作，燃料的种类往往决定了燃烧装置的选择。联合使用两种燃气时具有一定的可能性，而联合使用气体和固体燃料时比联合使用两种燃气时的情况更为复杂，在许多情况下不得不在炉子上同时装设两种燃烧装置，分别燃烧不同的燃料。其主要困难在于燃料气体和固体燃料是按不同的方式组织燃烧过程的，他们燃烧所需要的时间不同，火焰的燃烧特征也有所不同。而生物质副产物炭粉虽然是一种固体燃料，但由于其颗粒小，质量轻等特点，可以随具有可燃性的另一种生物质热裂解副产物不凝气的气流一同进入燃烧器燃烧，同时要实现生物质热裂解副产生不凝气和炭粉在同一燃烧器中混合燃烧，需要对燃烧器的内部结构、配气系统和燃料供给系统进行研究设计。通常燃烧装置用于燃烧气体燃料和液体燃料时，这些装置的基本特点主要是直接或间接得通过燃烧产物把热量带入炉膛。根据燃料与助燃空气的混合程度，燃烧装置可分为三类，即:不预混型的、强化混合型的和预混型的。
..........
结论
本文首先对生物质热裂解制生物燃油的相关理论进行了研究，其次对流化床反应器的流化性能进行了试验与数值模拟，而后给出了其他主要装置的设计理论，最后得到如下结论:
(l)提出了流化式自供热型热裂解装置制生物燃油的系统组成模式，为生物质热裂解制油技术实现产业化、规模化提供了技术支持。
(2)利用热量守恒的原理对系统进行热平衡分析，通过对多种反应器供热方式的研究，结合流化式自供热生物质热裂解系统的特点，确定了反应器的供热方式;利用生物燃油转化率的变化对副产物炭粉和不凝气产量的影响，从经济性的角度考虑，研究以副产物炭粉和不凝气作为燃料使系统实现热能自供。由实验结果可知，生物燃油最高转化率是64.6%，而这时副产物炭和不凝气的产量不能满足系统供热，而生物燃油的转化率是61.3%时，副产物炭和不凝气提供的热量刚好满足系统消耗的热量，因此转化率61.3%是一个能量平衡点，也是最经济的转化率。
(3)根据热裂解反应动力学原理，为流化式自供热反应器，建立生物质热裂解反应动力学方程，并对求解方程得到了生物质热裂解产物曲线，并通过实验验证了方程的可靠性;在生物燃油冷凝过程的研究中，通过理论预测与实验结果相对比，确定了最佳冷凝温度是50℃，为制油系统中的冷凝工艺提供理论依据。(4)利用冷态流化床实验台对普通圆柱和内部加锥体的内锥式流化床分别进行流化实验研究，并对实验结果进行分析得到:内锥式流化床与普通圆柱流化床相对比，强化了流化状态，促进了生物质粉与热载体石英砂的碰撞，有利于热裂解反应的进行。
(5)建立气一固两相流流动方程，利用FLUENT软件采用欧拉模型对内部加锥体的内锥式流化床进行颗粒运动状态、浓度与速度的数值模拟，并与文献中普通圆柱流化床模拟结果比较得到:普通圆柱流化床轴向速度时大时小，而本文使用的内锥式流化床轴向始终保持一定的较高的速度，更有利于物料的混合，提高了传热效率。
(6)根据燃烧器的设计理论，结合流化式自供热型反应器的供热特点，设计出了以炭粉和不凝气作为混合燃料的不预混型燃烧器，为生物质热裂解工艺实现自供热提供了理论和技术支持。
在本文的研究中有以下创新点:
(l)根据气固流化原理，对内锥式流化床反应器进行了冷态实验和数值模拟，提出了自供热型内锥式流化床反应器，结果表明流化效果优于现有流化床。
(2)通过对生物质裂解和供热方式的理论研究，提出了经济转化率，实现了生物燃油生产的自供热，而不需再补充燃料，可使生物燃油生产成本最低。
(3)根据工程热物理及燃烧相关理论，设计了适合炭粉和不凝气联合燃烧的气固双燃料燃烧器，为生物质热裂解工艺实现自供热提供了技术支撑。
参考文献（略）