块状生物质燃料燃烧气化过程的研究

摘要

生物质能是可再生能源十分重要的组成部份,资源十分丰富,是取之不竭的可持续利用的能源。它的合理、高效开发利用,对解决人类的能源危机和改善人们生存环境起着十分积极作用。 本文针对节能环保的要求,选择固定床气化炉,对烧块状废木料的气化炉的燃烧气化过程作了中试实验研究,并进行了初步理论分析。目的在于通过实验研究及理论分析为气化炉的设计、运行、工艺参数的优化研究提供参考依据。具体做了以下工作： 1、选择合适的气化炉。上吸式气化炉具有燃气质量较好、气化效率较高,炉体结构简单、成本低、操作方便、通用性好等优点,而且它对原料的尺寸和水份要求不苛刻,因此本文选择上吸式固定床气化炉进行实验。 2、采用本实验室与某厂合作设计的上吸式气化炉进行中试试验。气化炉总高4米,其中进料部分高1米,直径2米。燃气出气口在气化炉中部,机械进料。炉体布置有测温点六个,测压孔四个,燃气出口接1t/h锅炉。中试装置燃烧块状废木料,所得燃气直接用于烧蒸汽锅炉。 3、在实验基础上,根据炉型进行了初步的理论探讨。将气化炉分多个小室,分别建立了七种气体和焦炭的质量平衡模型及总体能量平衡模型。主要考虑了在气化炉内氧化层还原层内发生的各种反应,包括焦炭的燃烧气化反应、CO2还原反应,水煤气反应,水煤气变换反应,甲烷化反应等。 主要得到以下结论： 1、实验结果表明,炉内的反应温度随着加入空气量的增加而升高,同一空气流量下的温度沿床层高度先上升后下降；炉内压力随高度的上升降幅较小；生产能力随空气流量的增大而加强,在62-120kg/m2·h生产强度下都能得到稳定的运行；燃气热值近6000kJ/m3,气化炉冷气体气化效率可达76.1％,系统气化总效率达到90.5％。证明本文炉型选择正确可行,对后续研究有参考意义。 2、对生物质燃烧气化特性有表征作用的温度分布及出气口气体成分进行理论计算结果与实验数据的比较,结果表明模型计算结果和实验结果规律性相一致,有一定的参考意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2生物质能源

1.2.1生物质能概述

1.2.2生物质能源利用的意义

1.3生物质能利用技术

1.3.1直接燃烧技术

1.3.2物化转化技术

1.3.3生化转化技术

1.3.4植物油利用技术

1.4生物质气化技术概况

1.4.1气化技术

1.4.2气化技术的历史

1.4.3国内外气化技术的研究现状

1.5本文研究意义及内容简介

第二章气化炉的选择及燃烧气化原理

2.1气化技术分类简介

2.1.1按气化介质分类

2.1.2按设备运行方式分类

2.2气化炉的选择

2.2.1固定床气化炉的种类

2.2.2气化炉的定型

2.2.3上吸式气化炉燃烧气化原理

2.3试验用上吸式气化炉

2.4本章小结

第三章实验及数据分析

3.1实验设备

3.2实验方案

3.2.1原料状态

3.2.2气化炉运行及操作

3.3温度数据处理及分析

3.3.1温度数据处理

3.3.2实验温度分析

3.3.3炉体温度分布的定性分析

3.4压力分析

3.5出口燃气成分分析

3.6气化炉的气化效率及生产能力

3.6.1气化效率

3.6.2生产能力

3.7本章小结

第四章生物质燃烧气化的数学模型

4.1建模对象

4.2建模方法及基本假设

4.3化学反应及反应速率计算模型

4.3.1主要反应

4.3.2挥发份的释放模型

4.3.3均相非均相化学反应速率

4.4小室模型

4.4.1小室质量平衡

4.4.2小室能量平衡

4.5ACSL仿真计算

4.6本章小结

第五章实验结果与模型的比较

5.1理论模型计算

5.1.1原始数据

5.1.2模型计算结果

5.2模型与实验结果的比较分析

5.2.1产气成分比较

5.2.2温度数据的分析比较

5.3结果讨论

5.4本章小结

总结全文与展望

本文总结

进一步的工作设想

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

致谢