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城市高分子聚乙烯塑料垃圾的流化床气化实验模拟研究

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2塑料垃圾利用技术

1.3塑料垃圾气化处理技术及发展现状

1.4流化床CFD数值模拟研究现状

1.5课题意义以及论文研究内容

2 原料特性与实验台架

2.1实验原料

2.2原料热特性分析

2.3实验台架与方法

2.4本章小结

3 冷态实验模拟与实验结果分析

3.1数学模型

3.2初始及边界条件

3.3冷态模拟与实验结果分析

3.4本章小结

4热态实验模拟与实验结果分析

4.1数学模型

4.2气化反应模型

4.2边界层条件

4.3热态实验结果分析

4.4热态模拟结果分析

4.5本章小结

5反应器结构优化模拟

5.1进料口优化模型

5.2过渡结构优化模型

5.3本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2本文创新点

6.3后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

随着经济的快速发展以及城市化进程的提高,我国城市废弃塑料垃圾的数量呈现飞速增长的态势,这已成为我国日益严重的环境问题中重要的一环,也是影响我国可持续发展的重要制约因素。城市高分子聚乙烯塑料垃圾的回收气化是缓解目前城市环境问题的一个办法。本文采用鼓泡床反应器对高分子聚乙烯塑料垃圾进行气化,根据原料特性和冷态、热态实验结果,采用欧拉-欧拉法描述反应器中的气固两相流以及其相互作用,并用颗粒流动力学理论模型(KTGF模型)作为闭合方程模型,选取合适的气化反应模型,进行了冷态和热态实验模拟,并与实验结果进行对比分析。这为以后建立一个完善的鼓泡床塑料垃圾气化模型和塑料垃圾鼓泡床气化炉的设计、优化以及扩大提供基础。
  在冷态实验以及模拟中,通过改变空气表观流速,找出了不同流化态对应气流表观速度,从而确定了热态实验进气风速范围,同时通过冷态实验模拟观测到了鼓泡流化态中的“气泡”的生成、上升、聚合等过程,以及不同流化态下的床料层表现中的不同状态,此外还通过模拟讨论了湍流模型与层流模型对于冷态模拟结果的影响。
  在热态实验以及模拟中,通过改变当量比,发现当量比的升高虽然能够促进焦油成分的氧化和裂解,增加气相产物的产率,但是也一定程度上促进了完全氧化反应的进行,从而降低出口燃气的高位发热量,所以基于产气的高位发热量考虑比较合适的当量比为0.25。同时根据热态实验及模拟结果的分析,优化了反应器结构,建立了新的模型进行模拟,并得到了比较理想的结果。

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