生物质与美煤合气化炉基础设计参数实验研究
本文选题:生物质 + 煤 ; 参考:《沈阳工程学院》2015年硕士论文
【摘要】:世界能源形势的日趋紧张,生态环境给人类带到的灾难越来越严重,积极合理开发利用无污染的绿色新能源是解决问题的重中之重。生物质能作为唯一的碳基绿色能源,正日益受到全世界的瞩目。洁净高效利用生物质能源,对于建立多元能源体系、维护生态系统平衡、保证社会经济的可持续发展有着重要的现实意义。生物质与煤混合气化技术,不仅减少了化石能源的消耗,同时合理地利用了生物质能源,符合国家可持续发展的战略要求。天津某公司根据天津市政府的规划,在循环经济区建设煤气化装置,同时要煤气化装置能够处理附近棉田出产的棉杆和木耳养殖业产生的废料碎木屑。为了对煤气化装置的设计提供基础设计参数支持,委托沈阳工程学院生物质利用沈阳市重点实验室分析棉杆/木屑与煤共气化/热解过程中的相互作用情况。结合国内外生物质与煤共热解气化的研究进展,本文以生物质(棉杆、木屑)和褐煤为研究对象,在不同工况条件下(热解气氛、升温速率、混合方式)深入研究生物质与煤共热解过程中相互作用。首先对生物质(棉杆、木屑)和煤进行单独热解实验,改变热解过程的气氛和升温速率,得出各热解过程的TG曲线。结果表明:在N2气氛下的热解过程,生物质和煤的主要热解温度区间差异较大,棉杆(250~350℃)、木屑(280~400℃)、煤(400~500℃);在气化气氛下的热解过程,棉杆在800℃以后发生二次气化反应,而木屑和煤均则没有发生二次反应;升温速率对于生物质和煤的单独热解过程影响不明显。然后进行生物质与煤混合热解的热重实验,改变热解过程的气氛、升温速率及混合方式,得出各工况下共热解过程的TG曲线。将生物质和煤单独热解过程的各温度点的实验数据按混合比例进行折算,得到共热解过程的理论值,用实验值减去理论值得出差值,绘制出差值曲线,通过观察对比差值曲线,得出共热解过程中相互作用的产生及改变。结果表明:N2气氛下,升温速率为60℃/min,采用均匀混合方式时,棉杆与煤共热解过程中的协同作用表现最强烈,在350℃达到峰值;木屑与煤共热解过程中,升温速率在20℃/min时,抑制作用表现最小,随着升温速率的增加,均在360℃时表现出强烈的抑制作用。气化气氛下,木屑与煤共热解过程,在360℃左右表现出微弱的协同作用,过程中相互作用整体表现不明显;棉杆与煤共热解过程,均在900℃时协同作用表现强烈,且均匀混合时达到最大。对上述各实验过程进行反应动力学分析,采用Coats-Redferm法得出各热解过程的活化能E值。结果表明:单独热解时,各工况条件下煤热解过程的E值均高于生物质,木屑热解过程中的E值均略高于棉杆;升温速率的增加,生物质与煤的共热解过程表现出活化能增加的趋势;混合方式对于共热解过程中的活化能没有显著影响,但混合热解过程中的活化能均低于生物质和煤的单独热解。最后深入探讨研究生物质与煤共热解过程中相互作用的产生机理,以及不同因素对于相互作用的影响。从碱金属、气氛、温度及升温速率这四个方面分析对相互作用的影响机理,主要体现在活化能、最大热解速率、催化反应、碳原子晶格结构及排列方式、颗粒结构等方面的变化,从而最终表现出不同的结果。本文结合实验数据,对生物质与煤混合气化过程中煤的气化速度和煤单独气化进行分析对比。首先根据各热解过程的TG曲线求出气化速度,然后分析各种情况下煤主热解温度区间内的气化速度,最后求出共气化过程煤的气化速度较煤单独气化时的速度变化相对量。棉杆与煤共气化过程中煤的气化速度较煤单独气化过程中煤的气化速度大约提高了 4.2%~9.1%;木屑与煤共气化过程,大约提高了 8.3%~10.6%。
[Abstract]:The energy situation in the world is becoming more and more tense. The ecological environment has brought more and more serious disasters to mankind. It is the most important problem to actively rationally develop and utilize the new green energy without pollution. As the only carbon based green energy, the biomass energy is becoming more and more attractive to the whole world. The meta energy system, maintaining the balance of the ecosystem and ensuring the sustainable development of the society and economy is of great practical significance. Biomass and coal gasification technology not only reduces the consumption of fossil energy, but also makes use of biomass energy rationally. It is in line with the strategic requirements of the national sustainable development. A company in Tianjin is based on the government of Tianjin. The plan is to build a coal gasification unit in the circular economy area, and at the same time, the coal gasification unit can handle the scraps of scrap wood produced by the cotton rod and the wooden ear breeding industry produced by the nearby cotton field. In order to provide the basic design parameters for the design of the coal gasification plant, the Shenyang Institute of Engineering bioquality is entrusted to the Key Laboratory of Shenyang to analyze the cotton rod / sawdust. In the process of CO gasification / pyrolysis of coal, combined with the research progress of CO thermal decomposition of biomass and coal at home and abroad, biomass (cotton rod, wood chip) and lignite are studied in this paper. The interaction between biomass and coal during CO pyrolysis under different conditions (pyrolysis atmosphere, heating rate, mixing mode) is studied. The pyrolysis experiments of biomass (cotton rod, wood chip) and coal were carried out to change the atmosphere and heating rate of the pyrolysis process, and the TG curves of the pyrolysis process were obtained. The results showed that the main pyrolysis temperature range of biomass and coal in N2 atmosphere was different, the cotton rod (250~350), wood chips (280~400 degrees C) and coal (400~500 degrees C); In the process of pyrolysis in the atmosphere of gasification, the cotton rod has two gasification reactions after 800 C, while the wood and coal have no two reactions. The heating rate has no obvious influence on the separate pyrolysis of biomass and coal. Then, the thermogravimetric experiment of biomass and coal pyrolysis is carried out to change the atmosphere, heating rate and mixing of the pyrolysis process. The TG curves of CO pyrolysis under various working conditions are obtained. The experimental data of each temperature point in the pyrolysis process of biomass and coal are converted to the theoretical value of the co pyrolysis process. The theoretical value of the co pyrolysis process is obtained. The theoretical value is reduced by the experimental value, and the travel value curve is drawn and the difference curve is passed through the observation and contrast, and the co pyrolysis process is obtained. The result shows that the heating rate is 60 /min under the atmosphere of N2, the synergistic effect of the co pyrolysis of the cotton rod and coal is the strongest and the peak value is reached at 350 C when the co pyrolysis of the coal is used in the process of CO pyrolysis. In the gasification atmosphere, the co pyrolysis process of wood chips and coal showed a weak synergistic effect at about 360 C, and the overall performance of the interaction was not obvious in the process of gasification. The co pyrolysis of cotton rod and coal was both strong at 900 C and reached the maximum at the time of uniform mixing. The reaction kinetics analysis was carried out in the experiment, and the activation energy E value of each pyrolysis process was obtained by Coats-Redferm method. The results showed that the E value of coal pyrolysis process was higher than that of biomass under the condition of separate pyrolysis. The E value in the pyrolysis of wood chips was slightly higher than that of the cotton rod; the rate of heating rate increased and the co pyrolysis of biomass and coal showed the process of pyrolysis. The activation energy is increasing, and the mixing method has no significant effect on the activation energy in the co pyrolysis process, but the activation energy in the mixed pyrolysis process is lower than the pyrolysis of biomass and coal. Finally, the mechanism of the interaction of biomass and coal in the process of CO pyrolysis and the influence of different factors on the interaction are discussed. From the four aspects of alkali metal, atmosphere, temperature and heating rate, the influence mechanism of the interaction is analyzed, which is mainly reflected in the changes of activation energy, maximum pyrolysis rate, catalytic reaction, lattice structure and arrangement of carbon atoms, particle structure and so on, and finally shows different results. The gasification rate of coal and coal gasification in the mixed gasification process are analyzed and compared. First, according to the TG curve of each pyrolysis process, the gasification speed is calculated. Then the gasification rate in the main pyrolysis temperature range is analyzed. Finally, the gasification rate of coal in the process of CO gasification is compared with that of the coal gasification. The gasification rate of coal in the process of CO gasification of rod and coal is about 4.2% ~ 9.1% higher than that of coal in the process of coal gasification alone. The process of CO gasification of wood and coal has increased by about 8.3% ~ 10.6%..
【学位授予单位】:沈阳工程学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TK6;TK175
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 赵军;王述洋;;我国农林生物质资源分布与利用潜力的研究[J];农机化研究;2008年06期
2 王新运;吴凤义;万新军;;生物质裂解机理模型的研究进展[J];广州化工;2009年06期
3 李继平;马立军;尹子康;付晓霞;雒鹰;魏松艳;刘冰;张晓光;崔铁花;;吉林省生物质能源化的现状及发展对策[J];吉林林业科技;2010年06期
4 胡素琴;张晓东;许敏;孙立;;离子液体在生物质利用方面的应用[J];化学进展;2011年04期
5 高英;石韬;汪君;陈汉平;王贤华;杨海平;;生物质水热技术研究现状及发展[J];可再生能源;2011年04期
6 张永健;罗冰;张安东;何芳;;山东省农村地区生物质利用情况调查报告[J];应用能源技术;2013年10期
7 查湘义;;生物质水热炭化技术的现状及进展[J];北京农业;2013年30期
8 何宝华;彭祚登;;生物质直接燃烧利用现状[J];江西林业科技;2007年03期
9 闫文刚;俞国胜;张海鹰;赵雪松;陈诚;刘小虎;;生物质致密成型技术研究[J];黑龙江农业科学;2010年07期
10 靳兵;刘晨;刘星;;北方生物质利用现状与发展趋势[J];经营管理者;2013年20期
相关会议论文 前10条
1 唐汝江;陈汉平;王贤华;张世红;刘德昌;;生物质油应用技术[A];2004年中国生物质能技术与可持续发展研讨会论文集[C];2004年
2 何光设;蒋恩臣;;生物质转换技术发展现状分析及其前景展望[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第四分册[C];2005年
3 赵军;王述洋;;我国农林生物质资源分布与利用潜力的研究[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
4 孙自铎;;生物质开发的前景、约束因素与对策[A];中国社会科学院第三届中国经济论坛论文集(下)[C];2007年
5 刘勇;王连勇;杜涛;;我国生物质的回收与利用[A];2010全国能源与热工学术年会论文集[C];2010年
6 翟帆;刘汉儒;史云娣;刘赞;王军;;污染零排放与生物质利用[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第三卷)[C];2009年
7 张晓东;郑接林;周劲松;许明;方梦祥;骆仲泱;岑可法;;生物质中热值气化技术实验研究[A];中国太阳能学会生物质能专业委员会论文集[C];2001年
8 黄雅曦;王小典;高金鑫;王哲滨;;一种寒地地区新型农村生物质利用方式——牛粪生物质固体燃料的研究与利用[A];第二届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2007年
9 王海;;生物质资源及其产业[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第四分册[C];2005年
10 孙军;;生物质高效洁净燃烧技术研究与应用[A];林木机械装备与循环经济论坛论文集[C];2008年
相关重要报纸文章 前10条
1 本报记者 肖蔷;生物质节能炉具发展起步[N];中国能源报;2012年
2 本报记者 马爱平;世界生物质燃气产业发展现状与趋势[N];科技日报;2013年
3 郑现莉;河洛炉业:生物质炉具如何商用化[N];中国经济时报;2011年
4 本报记者 邹春蕾;收储运一体化破解生物质综合利用瓶颈[N];中国电力报;2014年
5 本报记者 徐阳;能源新机遇 低生物质能前景无限[N];江苏科技报;2009年
6 本报记者 张璐;低品位生物质可望“变身”清洁能源[N];南京日报;2010年
7 河南鹤壁正道重机厂董事长 于富强;生物质新能源利用应科学[N];中国能源报;2009年
8 金叔文;全球生物质利用技术开发活跃[N];中国化工报;2006年
9 本报记者 李继洪;滇企生物能源新探索[N];云南日报;2011年
10 通讯员 马康邋本报记者 高博;利用生物质能 打造环保新村[N];科技日报;2008年
相关博士学位论文 前10条
1 亚力昆江·吐尔逊;外循环径向移动床中生物质和煤催化共气化研究[D];大连理工大学;2015年
2 张玉;生物质高温旋风分级热解气化工艺关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
3 张智博;生物质快速催化热解制备高附加值化学品的研究[D];华北电力大学(北京);2016年
4 张波;钙基添加剂强化生物质热解气化产氢特性及作用机制研究[D];重庆大学;2016年
5 李强;生物质利用产业系统演化与发展研究[D];清华大学;2012年
6 车德勇;基于物化结构特征的生物质与煤共气化特性研究[D];华北电力大学;2013年
7 曹青;生物质常规与非常规条件下的热解行为及升值利用研究[D];太原理工大学;2005年
8 易其国;生物质微米燃料高温燃烧实验及动力学模型研究[D];华中科技大学;2013年
9 廖益强;笋壳流化床快速热解制取生物质油的研究[D];福建农林大学;2010年
10 陈吟颖;生物质与煤共热解试验研究[D];华北电力大学(河北);2007年
相关硕士学位论文 前10条
1 张霞飞;磷钨酸功能化离子液体催化转化生物质的研究[D];华南理工大学;2015年
2 孟晓晓;秸秆中K元素在热解和燃烧过程释放特性实验研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 李帅;生物质与煤共气化实验研究[D];南京师范大学;2015年
4 刘开拓;生物质水热处理及产物理化特性的试验研究[D];中原工学院;2015年
5 袁婷;几种生物质固定床条件下热解特性的实验研究[D];辽宁科技大学;2015年
6 李亮国;煤/煤焦与生物质混烧灰特性研究[D];华中科技大学;2014年
7 张正华;生物质炭化装置结构设计与分析[D];沈阳农业大学;2016年
8 帅忠芳;生物质外热法气—炭联产的实验研究[D];华中师范大学;2016年
9 周亚运;预处理生物质的热解试验研究[D];东南大学;2015年
10 伏启让;生物质流化床富氧气化试验与模拟研究[D];东南大学;2015年
,本文编号:1963285
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/1963285.html