固定床棉秆生物质炭-气联产实验研究

摘要

当今，世界能源消费主要为煤、石油、天然气等不可再生能源。不可再生能源的过度开发和利用，不仅造成了能源危机，更使世界环境污染问题日益严重。故可再生能源的开发和利用必将成为全球能源消耗的必然发展趋势。
　　本文研究的固定床生物质炭-气联产系统，是针对无污染、可再生、原料储量多的生物质能源开发利用的生产工艺系统。其基本原理是通过内筒气化炉产出燃气的自燃放热完成外筒物料炭化过程。这不仅降低供应炭化室炭化的能量消耗而且系统产物如固体炭、可燃气及液态生物质油等还可被二次利用。本课题以河北地区压缩棉秆为实验原料，改进优化现有的炭-气联产系统结构，提高气化炉供应外筒炭化室完成炭化反应燃气的质量，以提高系统产炭品质。其主要研究内容和结果如下：
　　（1）改进优化现有的生物质炭-气联产系统中的气化炉和炭化炉内部结构。
　　（2）利用SK2-2-10电阻炉对物料在不同热解炭化终温下进行炭化实验研究并得出最佳炭化温度为450℃，得炭率为40.4％，并根据最佳炭化温度450℃下不同加热速率下的产炭成分分析、元素成分分析及产炭热值分析得出，加热速率与炭化产炭品质无关。
　　（3）在气化实验部分，ER由0.2增大至0.5时，气化前期加热速率由24℃/min升高至39℃/min，气化时间由70min降至50min；产气中可燃成分CO、H2体积浓度分别由14.98%和9.69%降至11.8%和7.7%，CH4体积浓度基本没变，不可燃成分N2和CO2体积浓度分别由55.87%和14.54%上升至59.37%和18.76%，产气热值由111.92MJ降至90.45MJ；且在不同ER实验下的氧化区温度均可达到900℃左右，还原区温度均可达到750℃左右。
　　（4）在炭化实验部分，根据电阻炉得出最佳炭化温度450℃，通过计算炭化炉在该温度周围400℃，450℃,500℃时所需热值为38.78MJ，43.95MJ，49.12MJ，因此任意当量比下产气发热量都可完成炭化炉中物料的炭化过程，则根据气化产气质量择优原则选出气化炉ER=0.2，并在此当量比下进行炭化实验。结果表明：炭化温度由400℃升至500℃时，产炭中灰分、固定碳含量由33.3%和48.5%升高至34.5%和52.6%，挥发分则由18.3%降至12.9%，产炭热值由19.35MJ先降至18.43MJ后升高到19.12MJ；这些变化规律与管式炉中得出此温度范围内的规律相对应，故可得出结论：炭-气联产设备性能的实验室研究结果良好，并得出最佳炭化温度为450℃。

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符 号 说 明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 生物质热解炭化机理

1.3 生物质热解炭化设备

1.4 本文主要研究内容

第二章 实验系统改进与实验方法

2.1 炭-气联产中炭化炉和气化炉改进

2.2 实验测量元件选取及相关计算

2.3 实验试样

2.4 实验方案

2.5 实验方法

2.6 关键参数测定及计算方法

2.7 本章小结

第三章 棉杆热解炭化及气化实验研究

3.1 管式炉中棉杆炭化实验研究

3.2 气化炉实验数据处理及实验结果分析

3.3 炭化炉实验数据处理及实验结果分析

3.4 本章小结

第四章 总结与展望

4.1 全文总结

4.2 不足与展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢