移动式生物质热裂解设备可深入资源集中地带作业,将低密度生物质转化为高能密度热解油,解决原料收集和运输问题。本文利用间壁型流化床作为反应器主体结构,并通过计算流体动力学法(CFD)验证了环形空间流态化效果;开展热态试验研究,揭示了间壁型流化床传影响机制;基于理论计算确定了反应器系统最佳供热方案并考察其热力学及操作特性。本文同时提出了一种双重气力生物质输料方法,通过冷态试验探究了进气方式和结构参数对进料影响;此外开展流化床密相区生物质气力输送研究,获悉了影响流化床环境下进料效率本质因素。随后根据研究结论完成了“移动式热裂解系统”关键装置的研发。本文主要结论以及创新点如下:(1)基于CFD法,考察了模型选择、参数以及边界条件对数值模拟影响,通过冷态试验验证优选出最佳曳力模型、颗粒弹性恢复系数和镜面系数的组合。(2)基于优选模型和参数进一步展开模拟,获悉了初始床高、颗粒粒径和气体速率对环形空间流态化特性影响;此外,与圆柱形流化床对比显示,截面形状对颗粒速度及其分布有较大影响。(3)热态研究结果显示,床料堆积高度对间壁型流化床传热影响显著,而粒径影响不明显;同时基于经典“颗粒团更新理论”构建了传热模型,数值计算结果显示,传热主要发生在流化床密相区,颗粒团接触时间是影响传热关键因素,提高气体速率使雷诺数升高,也可提高传热系数。(4)通过理论计算确定了外部换热装置的最佳连接方案;同时计算结果显示间壁型流化床传热效率高于同等规模气-气式换热器,且随冷流体流率增加而显著提升,反应区温度与冷流体旁路流率呈现良好线性关系,验证了温度调节方法的可行性。(5)通过试验测试验证了双重气力输送的进料效果,喷动气和流化气的使用分别促进了气体输送效率和输送稳定性,喷动管结构参数对进料率有显著影响,提高布风板开孔可提高进料率但对稳定性起负面作用。(6)创新性地将喷动管结构参数融入Ergun公式,建立了压力仓气固流动模型,经验证进料率计算误差在±15%以内。(7)通过流化床密相区输料试验,探究了输料效率与气体速率、颗粒粒径和布风板开孔率间的关系,总结出空隙率是除床层压力外影响生物质进料的第二因素。(8)提出并建立了气体、床料和生物质三相流体动力学模型,同时提出“逐步检验”法,实现了模型数值求解;通过模型数值计算进一步得出生物质移动速率是影响输料效率的关键因素。(9)基于研究结论所完成了套管式流化床反应器研发,设有环形加热区以及螺旋板换热器,有效提高了传热及能源利用率;新型双重气力式进料器设有内置喷动管和布风板,促进了输料效率及稳定性;此外,研发的复合式蒸汽冷凝器含喷射和喷淋两级冷凝,设有冷却盘管用以降温,通过合理布局使整体结构更紧凑。