上吸式生物质空气气化及焦油低减技术研究

发布时间：2020-06-15 05:26

【摘要】：生物质能源的利用始终伴随着人类社会的薪火相传,进入工业化时代,大量化石能源的开采和利用,造成了严重的环境问题。因此,生物质能源再次回归到人类的视野中,并拥有了更为广阔的利用前景。通过热解气化将其高效地转化为洁净的可燃气体是一种重要的利用方式,开发生物质气化技术对实现分布式能源供应有重要价值,也与生物质能的分布形态相适应。本文建立了上吸式气化装置,对稻壳和玉米芯两种生物质物料进行了空气气化试验研究。首先分析了空气当量比对不同种类生物质物料气化效果的影响。研究发现:随着空气当量比的增大,炉内轴向各点温度均不断升高;CO和H2的含量呈升高趋势,CO2和CH4的含量呈降低趋势;燃气热值、气化效率和碳转换率总体呈降低趋势,而气体产率却不断升高。找到了气化最佳空气当量比0.28。对比分析发现:玉米芯比稻壳更适合作气化物料。其次,在最佳空气当量比0.28时,进一步研究了气化过程的建立:温度场的建立和气化气成分稳定的过程。研究发现:气化过程温度场的建立和气体成分的稳定均需要20分钟左右,二者在时间上是一致的,这说明气体成分的稳定是温度场稳定带来的必然结果。再次,研究了气化器中不同反应层气体成分的变化情况,得到了各种气体成分间的相互转化关系及主要来源:CO2主要来源于氧化层;CO和H2主要来源于还原层;CH4主要来源于热解层。最后,本文针对上吸式生物质气化装置普遍存在的气化气焦油含量偏高的问题进行了焦油低减技术的研发。本文在深入认识焦油析出特性、上吸式气化装置工艺特性的基础上,提出了一种基于分层进料的新型除焦工艺,可同时实现焦油过滤和能量回用,避免了湿式除焦带来的水污染问题。本文针对焦油滤过层的生物质粒度和料层厚度两个参数对新工艺进行了研究,发现焦油滤过层粒径越小,料层厚度越大,对焦油的脱除效果越好。对于本文试验装置,该工艺对焦油的脱除效率可达到80%以上,是一种有效的焦油过滤与提高能效的新方法。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK6
【图文】：

生物质,植物光合作用,地球,种类

图 1-1 生物质种类Fig.1-1 Species of biomass估计地球上每年以植物光合作用固定的碳为 2×焦耳，因此每年通过光合作用贮存在植物中的太能量的 10 倍。生物质遍布世界各地，其蕴藏量-1-

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煤炭、石油和天然气之后。生物质能既不同于常规的矿物能源，又有别于其他新能源，兼有两者的特点和优势。生物质与常规的矿物燃料相比具备下列特点：（1）挥发分高而固定碳低。煤炭的挥发分一般为 20%左右，固定碳为60%左右，而生物质物料特别是秸秆类物料的固定碳在 20%以下，挥发分却高达 70%左右。（2）属于低硫、低氮的清洁燃料。利用过程中SO2、NOx的排放较少，造成空气污染和酸雨现象会明显降低。（3）由图 1-2 可以看到，生物质中的碳来自空气中流动的CO2，如果这两个速度有合适的匹配，CO2甚至可以达到平衡，整个生物质能循环就能实现CO2近零排放，对抑制温室效应有明显作用。（4）灰分含量少。一般来说，木材类物料只有 1～3%，秸秆类物料高一些，但一般也不超过 10%；灰分中的碱金属含量高，灰熔点低。（5）发热值低。林业废弃物热值相对高一些，20MJ/kg 左右，而农业废弃物热值一般在 17MJ/kg，只相当于煤炭发热值的 1/2～2/3。（6）价格便宜，但分布较散，难于收集[1]。

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