流化床生物质气化热燃气利用及其相关研究

摘要

人类社会飞速的发展带来舒适生活的同时也给环境带来了前所未有的压力，随着化石能源的加速消耗，未来人类社会将面临巨大的能源危机。作为潜力巨大的可再生能源，生物质能源的开发利用受到各国的强烈关注。生物质气化技术目前是研究的热点，相对于其他气化技术而言生物质流化床气化技术具有处理量大、可放大、结构简单等特点，对其进行研究对缓解人类社会面临的能源危机和环境压力具有重要意义。
　　 相对于生物质冷燃气而言，热燃气的应用不仅省去了焦油冷却系统，还对焦油的能量加以应用并对热燃气中的显热能量得到利用，提高能量的利用效率，因此热燃气的利用具有显著的优势，基于此本文通过对比不同物料在不同温度下的气化试验对流化床正、负压热燃气系统及热燃气的应用进行研究。
　　 首先在负压流化床气化装置上进行布风板阻力实验，料层阻力实验，加料实验，将实验结果与各部件的设计值进行校核。在冷态实验基础上进行热态试验，床料为0～1mm的河沙，气化原料为棉杆及稻壳。结果表明:1）负压系统中各部件运行稳定，整个系统工作良好;2）不同原料气化后燃气组分及热值无太大差别:3）不同气化温度范围内(600～650℃、650～700℃、700～800℃)燃气热值随着气化温度的升高而提高，燃气热值最后稳定在4.5～5.0MJ/Nm3;4）试验中气化效率及碳转化率较高，稳定气化状态下碳转化率为91％。
　　 其次对流化床正压热燃气系统进行研究。对正压热燃气系统各部件进行冷态实验校核。在冷态实验基础上对棕榈仁粕进行24小时燃烧试验，试验温度运行在800～900℃范围内以检验以炉内床料是否会产生结渣。在确认正压系统及炉内物料运行良好的条件下，对较为常见的碱金属含量相对较少的木质颗粒料进行气化试验，气化温度为750～800℃。研究中将低热值燃气(4.5MJ/Nm3)提高为中热值燃气(9.2MJ/Nm3)，扩大了燃气的应用范围。
　　 最后对热燃气的应用推广进行研究:1）对常温及高温下燃气的爆炸极限进行了分析计算，燃气的爆炸极限为30％～55％;2）对热燃气应用于窑炉中燃烧时的理论燃烧温度及实际燃烧温度进行对比和分析;3）燃气用于电站锅炉进行发电时的发电价格和煤炭发电的价格进行对比。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 能源利用现状及选题背景

1．2 生物质气化技术

1．3 生物质热燃气利用技术

1．4 生物质热燃气利用国内外研究现状

1．4．1 国外研究现状

1．4．2 国内研究现状

1．5 论文的主要研究内容

第2章 生物质流化床负压气化系统

2．1 生物质流化床气化负压系统

2．1．1 负压系统炉本体

2．1．2 辅助系统

2．2 流化床负压系统冷态试验

2．2．1 进料绞龙加料试验

2．2．2 阻力及返料试验

2．3 流化床负压系统热态试验

2．3．1 原料特性

2．3．2 生物质流化床负压系统气化试验

2．4 流化床生物质气化负压系统试验分析

2．4．1 压差分析

2．4．2 试验温度曲线分析

2．4．3 温度对燃气成分的影响

2．4．4 灰分粒径分析

2．4．5 换热器焦油凝结问题

2．4．6 气化指标计算

2．5 本章小结

第3章 生物质流化床气化正压系统

3．1 流化床正压系统冷态试验台

3．1．1 试验台本体

3．1．2 试验台辅助系统

3．1．3 床料的流化特性试验

3．2 流化床正压系统热态试验台

3．2．1 气化炉主体

3．2．2 试验台辅助系统

3．3 流化床正压系统试验台冷态试验

3．3．1 布风板压差试验

3．3．2 进料标定试验

3．4 流化床正压系统热态试验

3．4．1 物料特性

3．4．2 棕榈仁粕燃烧试验

3．4．3 木质颗粒料气化试验

3．5 本章小结

第4章 热燃气的利用

4．1 燃气的爆炸极限

4．1．1 燃气爆炸极限的计算

4．1．2 不同容量锅炉的有效利用热量

4．1．3 燃气在窑炉上的利用

4．2 热燃气的经济性分析

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果

致谢