户用型上吸式生物质气化炉的结构设计与试验研究

摘要

新疆生物质资源特别是棉秆资源丰富,但至今还没有找到充分利用其潜能的合理有效方式,生物质气化是生物质能源化利用的主要方式,生物质气化的研究是一个复杂的系统工程,气化性能受诸多因素的影响,因此,设计生物质气化炉并对其进行深入的试验研究,为优化气化炉内部结构和气化工艺条件提供指导性建议,具有重要意义。 本文以棉秆为研究对象,设计一套户用型生物质气化系统,在此基础上开展试验,通过112SERIES型元素分析仪测得切碎棉秆的元素成分,并分析其工业成分,利用物料颜色反推法布置气化炉测温点,通过风机调速控制气化剂流量,水蒸汽循环反应装置上的蒸汽阀门控制水蒸汽供给区域,从而研究气化剂流量、气化剂种类对气化反应温度及气化气品质的影响规律。 本次气化研究中,主要研究结果为： 1.设计一套户用型上吸式生物质气化系统,气化反应器内部设计有多道供风装置、水蒸汽循环反应装置等关键部件,并且设计了两级净化装置。通过试验及计算结果表明,本次研究设计的气化炉,一定程度上达到了生物质气化的基本性能及气化气的净化效果,并提高了气化炉的封火时间。 2.对气化炉内反应温度、气化气品质和气化剂流量之间的关系进行了试验研究,试验结果表明：①使用空气作为气化剂时,空气流量对反应程度和各床层状态影响极为显著。干燥层温度受空气流量影响不明显,裂解层基本上保持平稳的变化,而氧化层和还原层受空气流量变化最为敏感,随着空气流量变大,两个反应层的温度波动加剧。②使用空气作为气化剂时,空气流量变化对气化气中CH4影响不显著,但对H2和CO的影响较明显,尤其对CO含量影响显著。气化剂流量太高或太低都会使CO含量降低,本文试验研究表明,当空气流量为0.55m3·min-1时,CO含量最高。而H2、CH4的变化趋势则与之相反。 3.利用水蒸汽循环反应装置实现空气-水蒸汽气化,与空气气化进行了对比试验,对气化炉内反应区的温度变化情况进行了研究。试验结果表明：水蒸汽参与空气气化,氧化层温度会出现小幅度提高,还原层温度稍微降低,减缓了氧化层的增厚速度,将有利于减少气化气中的焦油含量。气化炉性能试验说明,使用水蒸汽循环装置,还可以提高气化气中可燃成分含量,改善气化气品质。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1前言

1.2生物质气化技术概况

1.3户用型(小型)气化炉的研究进展

1.3.1国外户用型(小型)气化炉的研究进展

1.3.2国内户用型(小型)气化炉的研究进展

1.4研究存在的问题

1.5本文研究意义及主要内容

第二章生物质气化系统及关键部件的理论分析与设计

2.1气化炉结构型式确定

2.2炉体尺寸的设计

2.2.1炉膛容积计算

2.2.2炉体结构尺寸设计

2.3供风系统的结构设计

2.3.1气化供风装置现有结构分析

2.3.2供风系统结构设计

2.3.3供风器冷床供风均匀性试验分析

2.4水蒸汽循环反应装置的设计

2.4.1空气气化的气化特征、不足与改善措施

2.4.2水蒸汽循环反应装置的结构设计

2.4.3带水蒸汽循环反应装置气化特征分析

2.5加料口密封装置设计

2.6净化系统设计

2.6.1净化系统结构的确定

2.6.2净化系统的结构设计

2.7小结

第三章生物质气化炉性能的试验分析与计算

3.1棉秆元素及工业成分分析

3.2气化气体成分分析

3.3基本性能参数计算

3.4物料平衡计算分析

3.5小结

第四章生物质气化性能的试验研究

4.1气化剂流量对反应区温度和气化气品质的影响

4.1.1试验系统与材料

4.1.2气化炉测温点的确定

4.1.3试验步骤

4.1.4试验结果

4.1.5气化剂流量对温度场的影响

4.1.6气化剂流量对产气品质的影响

4.2水蒸汽参与空气气化反应对反应区温度的影响

4.2.1试验方法

4.2.2试验结果与分析

4.3小结

第五章结论与展望

5.1研究总结

5.2后续工作与展望

参考文献

致谢

作者简介