木屑颗粒蓄热管气化模拟及实验研究

发布时间：2020-04-10 05:27

【摘要】：生物质能因其储量丰富且清洁而具有十分广阔的使用前景,在众多相关利用技术中生物质气化技术由于能量利用率高、适用范围广获得了大力发展,其在工业上的推广应用成为了国内外学者的研究重点。本文基于国家科技支撑计划项目课题:新型移动固定床制备高品质燃气工业化应用技术集成与示范(课题编号:2015BAD21B05),自主设计搭建了环保型蓄热式高温气化系统,并进行了相关实验和模拟研究。在搭建的实验台架研究了空气氛围中不同反应温度和当量比下的木屑气化规律,实验结果表明:反应温度是影响气化效果的最主要因素,温度的升高有助于木屑充分析出挥发分,同时能加深大分子碳氢类化合物的裂解程度,这对提升所制备出的产品气热值、气化效率、碳转化率有显著作用;当量比(ER)的适当提高有助于CH_4的生成从而提升整体热值,但ER值过高或过低均会造成产品气品质的下降。反应温度为1035℃、ER值为0.3时产品气热值达到最大为5.41MJ/m~3,此时对应的碳转化率和气化效率分别为48.23%、52.14%。本文使用Ansys Fluent15.0软件,选取炉内单根蓄热管作为研究对象,分别对管内的蓄热和木屑气化过程进行模拟研究,将实验数据同模拟结果之间进行对比,误差整体在20%以内可以认为建立的模型合理,模拟结果表明:装置蓄热过程中烟气与炉内的换热达到平衡后,管壁内表面温度分布与管道高度在整体上呈现出非线性关系;从气化模拟结果可知木屑在炉内的气化过程与下吸式固定床相似,并且原料因为具有初始水平方向速度,在通入管内后会与管壁发生碰撞在压差作用下在入口段形成局部回流。最后用建立的气化模型预测了T=1035℃,S/B范围在0.6~1.2的木屑水蒸气气化结果,预测结果表明通入适量的水蒸气能有效提升产气中H_2的占比和H_2/CO值,但过量的水蒸气为不仅增加成本还会造成品质下降,S/B=1.0时有最大热值11.90MJ/m~3,这也为后续的相关实验和工业化应用提供了一定的理论参考。
【图文】：

消费情况,可再生能源,消费量,核能

华中科技大学硕士学位论文2176.5Mtoe 增加到了 2017 年的 3163.1Mtoe，2017 年较 2007 年增长了为 45.3%，增长幅度明显。2007~2017 年我国消费的各类能源中最多的为煤炭，可再生能源则排第3 位。消耗掉的煤炭资源在 2013 年达到 1976.8Mtoe 的峰值后呈下降趋势，，但 2017年与 2007 年相比，其消费量仍上升了 19.3%。石油、可再生能源、天然气、核能消费量均呈快速上升趋势，增长率分别为 59.9%、225%、230%、298.5%。

消费构成,全球,年增长

1.1.1 全球及我国能源消费情况图 1-1 和图 1-2 分别展示了世界范围内在 2007~2017 年间能源消费情况和 2017年的能源消费结构。由图 1-1 可以看出，2007~2017 年间全球一次能源消费总量基本保持逐年增长[2]，2017 年全球使用掉的一次能源总量达到 13511.2Mtoe，较 2007 年增长了 17%，较 2016 年增长了 2.2%，高于过去十年间 1.7%的平均增速，说明了由于社会的不断进步人们所需要的能源产品也逐渐增多。在所有种类的能源里，2017年世界上消耗掉的可再生能源相比于 2007 年增加的幅度最大达到了 74.8%。而煤炭以及核能这类易产生颗粒污染物和对自然环境有潜在威胁的能源消费量呈下降趋势。由图 1-2 可知
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK6

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