生物质制燃气及其城镇供应系统的研究

摘要

随着城镇化进程的加快，小城镇的燃气供应问题越来越受到重视，生物质能源具有分布广、可再生、对环境友好等特点，在化石能源日益紧张的情况下，生物质燃气作为小城镇气源具有广阔的前景。本文以不同生物质原料为对象，在自行设计的上吸式固定床反应器中进行生物质的热解、水蒸气气化及催化气化实验研究，探讨生物质在不同条件下的气化特性；建立了以生物质微米燃料为热源的外热式生物质热解催化气化工程示范系统，探讨其工程应用推广价值；对生物质燃气城镇供应系统进行了较为深入的讨论，为生物质燃气在小城镇供应提供科学依据。本文的主要研究内容及成果如下：
　　 （1）采用自制的电热式热解气化炉和催化气化炉，分别对城镇固体有机垃圾（城市生活垃圾）及木屑等生物质原料进行热解催化气化实验研究，探讨生物质气化规律及影响因素，实验结果表明：当反应原料为城市生活垃圾时气体产量可达到1.97 Nm3/kg，产生的焦油可完全消除， H2、CO、CH4在生成物的含量分别达到了50.8％、9.32％和13.3％，热值最高达24.4 MJ/m3；当反应原料为木屑时，产气量达到1.80Nm3/kg，焦油含量最低2.9％，H2、CO、CH4的含量分别达到49.6％、10.4％和12.2％，热值可以达到20.2 MJ/m3。
　　 （2）建立生物质气化小城镇供应示范工程，采用外热式热解催化气化工艺，研究利用生物质微米燃料加热生物质热解催化气化炉，生产中热值燃气的可行性。运行结果显示，燃烧室温度可达1100℃，气化室、催化室温度达800～900℃，能够满足工艺要求。系统气化效率可达80％，燃气成分、热值、焦油含量等能够满足城镇燃气要求。
　　 （3）利用图论及数学分析的方法，建立了计算效率高、适用性好、计算稳定、对初值要求低的管网分析数学模型。研究表明，牛顿节点法模型及牛顿管段方程法模型是两种较理想的模型，二者都有数据准备量少、只涉及节点-管段关联矩阵、对初值要求低、计算较稳定、收敛性较好等优点。据此模型开发的燃气管网分析软件，可为城镇燃气管网的设计、运行调度、管网改造等提供技术保障。
　　 （4）分析探讨城镇生物质燃气供应的不同模式，对1千户至1万户不同规模、不同管网结构的城镇输配管网系统的压力工况进行研究，确定各类城镇的管网压力级制、供气方式。研究表明，3000户以下的小城镇可采用低压管网系统供气，对于较大的城镇，生物质燃气可与液化石油气或天然气混合供应。
　　 （5）讨论生物质燃气与焦炉煤气、天然气等常规燃气之间的互换性问题及燃具的适应性问题，研究表明，上述三种燃气没有互换性，生物质燃气作为城镇燃气时，应采用专用燃具；若利用其它燃具加以改造，除了对喷嘴需要更换外，对火孔部位也要进行调整，并通过试验进行验证。
　　 本文的研究成果将为生物质燃气作为城镇气源及其供应系统的发展和推广应用提供一定的科学依据与理论基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

2 生物质制燃气实验研究

3 外热式生物质水蒸气催化气化工艺研究

4 燃气管网分析与软件开发

5 生物质燃气城镇输配系统研究

6 生物质燃气的互换性研究

7 总结与展望

致 谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表的论文目录