生物质流化床气化炉内CaO脱氯研究

摘要

生物质能作为一种可再生能源，因具有可再生性、低污染性、贮存量丰富等优点备受关注，生物质流化床气化技术是有效利用生物质能的方式之一。但生物质尤其是农作物中的氯含量较高，在其利用过程中会造成设备高温腐蚀。通过气化炉内加入CaO等碱性吸附剂进行脱氯，可解决氯元素带来的不良影响。本文运用试验与数值模拟相结合的方法，对生物质流化床气化炉内CaO脱氯进行了研究。
　　本文首先利用热重分析仪(TGA)开展了CaO-HCl化学反应动力学特性研究。基于不同温度下的热重结果，得出了CaO转化率随温度的变化规律，并采用未反应缩核模型获得了后期模拟所需的CaO-HCl反应动力学参数。其次，利用鼓泡流化床气化炉，以稻草秸秆为燃料，CaO为脱氯剂，开展了生物质流化床气化炉内CaO脱氯试验。首先，在未加入CaO条件下考察了不同温度和当量比条件下，气化过程中氯的析出规律。再添加CaO进行炉内脱氯，研究了Ca/Cl摩尔比、温度、当量比和CaO粒径对脱氯效率的影响，得到了不同条件下脱氯效率的变化规律:脱氯效率随Ca/Cl摩尔比的增大而增大，但当Ca/Cl摩尔比增大到4.73以后，脱氯效率几乎不再变化;在873 K～1073 K范围内，脱氯效率随着反应温度的升高呈先增大后减小的趋势，在923 K时脱氯效率达到最大;脱氯效率随当量比的增加而增加，但当量比为0.16和0.18时的脱氯效率基本相同;CaO粒径在0.18 mm～0.27 mm范围内，CaO粒径减小脱氯效率仅有小幅增加。最后，在上述试验的基础上，采用数值模拟的方法，建立了与试验台一致的鼓泡流化床生物质气化的三维数值模型，在此基础上耦合热重试验得到的CaO-HCl反应模型模拟生物质气化炉内CaO脱氯过程。流场计算采用欧拉两相流模型，化学反应采用UDF导入。模拟获得了反应器内气固流动特性，气化及脱氯特性等。通过模拟不同工况，得出了不同Ca/Cl摩尔比和反应温度对生物质气化炉内CaO脱氯效率的影响。模拟结果与试验结果吻合良好，验证了该模型的合理性，为后续研究提供了条件。

目录

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摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 生物质氯及其控制方法

1．2．1 生物质氯的排放

1．2．2 高温氯腐蚀

1．2．3 脱氯技术研究现状

1．3 本文研究内容

第二章 CaO脱氯反应动力学特性

2．1 引言

2．2 试验装置及研究方法

2．2．1 试验原料

2．2．2 试验装置

2．2．3 试验流程

2．3 CaO-HCl热重试验结果及分析

2．3．1 CaO-HCl热重试验结果

2．3．2 CaO-HCl反应动力学模型

2．4 本章小结

第三章 生物质流化床气化炉内CaO脱氯试验研究

3．1 引言

3．2 试验装置及研究方法

3．2．1 试验装置

3．2．2 试验材料

3．2．3 试验流程

3．2．4 试验方案设计

3．3 气化过程氯的析出特性

3．3．1 温度对氯析出的影晌

3．3．2 当量比对氯析出的影响

3．4 气化炉内CaO脱氯特性

3．4．1 Ca／Cl摩尔比对CaO脱氯的影响

3．4．2 温度对CaO脱氯的影响

3．4．3 当量比对CaO脱氯的影响

3．4．4 CaO粒径对CaO脱氯的影响

3．5 本章小结

第四章 生物质流化床气化炉内CaO脱氯数值模拟研究

4．1 引言

4．2 模型的构建

4．2．1 数学模型

4．2．2 物理模型

4．2．3 初始条件和边界条件

4．3 数值模拟结果与分析

4．3．1 流动特性

4．3．2 气化特性

4．3．3 CaO脱氯特性

4．3．4 Ca／Cl摩尔比对脱氯效率的影响

4．3．5 反应温度对脱氯效率的影响

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 全文的主要工作与结论

5．2 本文创新之处

5．3 进一步工作建议

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢