生物质流化床气化实验研究与模拟

发布时间：2020-06-05 13:32

【摘要】： 生物质以其产量大、CO_2零排放等优点成为替代化石燃料的重要可再生能源。气化技术是通过高温下部分氧化将生物质转化为可燃气的过程。本文在流化床反应器上进行了常压空气气化实验,并从机理分析、实验研究和模型创建三个方面对气化过程进行了系列化分析。 首先,在热重分析仪上对三种生物质(木屑、花生壳和稻草秆)进行了N_2气氛下热解实验和半焦CO_2气化实验研究。并确定动力学机理和动力学参数。结果表明:三种生物质热解过程均为一步反应,而且反应级数为1;半焦CO_2气化符合未反应收缩核模型,木屑半焦气化反应性优于稻草秆。 然后在流化床台架上进行了常压空气气化实验,并分析了四个因素(ER、床温、添加水蒸气、添加催化剂)对产气组分、热值、产气率等参数的影响。850℃,ER=0.1-0.3时,产气率为1.1-1.6m~3/kg,产气热值为4.5-9.5MJ/m~3,并且控制ER在0.2-0.28最好。ER增加,热值、气化效率下降;床温增加,CO含量明显增加,碳转换率和气化效率增加;添加水蒸气后,H_2含量增加一半以上;加入白云石催化裂解后可燃气含量增加。 接着利用ASPEN PLUS建立了生物质气化模型。模型基于Gibbs自由能最小化法,并且通过“限制平衡法”来修正模型。结合流化床特点,模型主要有热解(RYield模块)和气化(RGibbs模块)两个部分组成。比较发现模拟值与实验值吻合较好。最后,通过对流化床气化供气示范系统、生物质气化发电厂模拟,验证了气化模型具有较好的适用性。
【图文】：

MCGS温度监测界面

正常进料时通过温度监测调节电炉温度使之保持在规定的温度。床温设定为 750℃时，实时温度曲线如图3-4 所示，从图中发现，在稳定运行的 1 个小时内，三个主要测点的温度都保持在 750℃左右，从而可以保证实验在特定的温度条件下进行。本文首先考虑了床温和空气当量系数两个影响因素对产气的影响。先通过电炉外加热稳定好床温后，通过调节一次风的风量来改变 ER，待系统稳定 5－10min 后，用气袋收集产气，并利用 Agilent 3000 微型气相色谱仪进行气体成分分析。由于产气中组分可燃气成分主要为 CO、H2、CH4、C2H4等低碳碳氢化合物，因此在色谱仪分析时选用的产气组分为 CO、CO2、H2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、C3H6、C3H8和 N2共十种气体成分。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TK6

【引证文献】

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本文编号：2698127