大型生物质气化设备设计及其有限元分析

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近年来我国的能源需求量逐年上升,化石能源的巨量消耗让人们思考能源和雾霾危机下的节能之路,提出了以新能源和可再生能源替代化石能源。生物质能是一种储量巨大的可再生资源,占一次能源总量的33%,其中生物质气化技术可将生物质废弃物转化为富氢燃气的洁净能源,是可再生能源应用领域内一项高新技术。目前,我国在生物质气化技术及其设备的研发还处于起步阶段,为提高生物质气化效率及其设备的可靠性,形成我国自主的知识产权,本文对生物质气化技术及其设备展开了相关研究。  首先,本文对现有生物质能利用技术进行了总结,并基于生物质气化技术,提出了高温绝氧富蒸汽气化工艺和回转式气化反应釜的新型生物质气化技术,用于解决农林、竹木加工企业对生物质废弃物处理和燃气能源需求的问题。按照该新型气化技术要求对大型生物质气化设备进行总体方案设计,对回转式气化反应釜重要部件进行结构设计。  其次,利用ANSYS软件对气化反应釜简体的支承单元位置进行优化设计,分析支承单元位置对反应釜简体的扰度、支承反力、力矩的影响,选取最优支承单元位置方案,减少反应釜简体的应力及形变;对换热管道位移变形做路径分析,选取最大位移变形处设置螺旋支承板。  然后,本文基于Workbench平台对气化反应釜高温、多载荷的实际复杂工况进行有限元分析,利用Matlab将采集到的反应釜温度数据拟合为温度载荷函数,获得气化反应釜的温度场,对反应釜简体的温度场、静力学、预应力模态进行多物理场耦合分析,对气化反应釜简体的热应力、位移形变、等效应变、安全系数以及模态振型位移云图进行分析;对反应釜简体的危险区域设置路径,提取计算结果并绘制曲线图,对气化反应釜结构提出改进方案。  最后,本文通过生物质气化设备的样机试运行,对运行过程的检测数据进行总结分析,结果表明:气化反应釜运行稳定,实现连续气化作业,日处理生物质24吨/天;供气稳定,燃气燃烧器的高温烟气稳定为1100℃;现场管道和动密封无跑冒滴漏问题,基本达到了本文预期设计要求。
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