生物质气化热电联产系统的仿真与设计

发布时间：2020-08-10 23:19

【摘要】：目前,生物质发电主要采用生物质直燃技术生产蒸汽、驱动蒸汽轮机来发电。利用生物质气化技术将生物质转化为可燃的生物质气化气,不但可以采用内燃机、燃气轮机、蒸汽轮机等多种发电设备和发电方式,而且比生物质直燃技术更环保。本文通过对生物质气化发电系统的发电设备进行全面分析,分别选取燃气轮机和蒸汽轮机建立了六种生物质气化热电联产系统方案,采用Cycle-Tempo热力学仿真软件,从技术、经济和环境等三个方面对六种方案进行对比分析,为优化生物质气化热电联产系统的工程设计提供参考。本文的主要研究内容如下:(1)生物质气化热电联产系统的方案设计。一方面要考虑生物质气化气热值低、灰尘多、焦油多和气体温度高等特点;另一方面要考虑内燃机、蒸汽轮机等不同发动机的要求。对生物质气化热电联产技术和常规热电联产技术进行对比分析,讨论不同发动机设备对生物质气化气的要求,然后选取燃气轮机和蒸汽轮机两种发动机设备,构建了六种生物质气化热电联产系统方案。(2)生物质气化热电联产系统方案的建模与仿真。针对所构建的六种生物质气化热电联产系统方案,应用Cycle-Tempo热力学仿真软件,建立了六个生物质气化热电联产系统的实例模型。以生物质气化设备为例,验证Cycle-Tempo软件搭建生物质气化热电联产系统的准确性。通过Cycle-Tempo热力学仿真计算,得到六个生物质气化热电联产系统方案的发电效率和热效率。(3)生物质气化热电联产系统的技术经济性评价。从能源梯级利用的角度出发,对生物质气化热电联产系统的主要评价指标进行了深入的研究分析;从技术评价指标、经济评价指标和环境评价指标三方面分析了六个生物质气化热电联产系统的优劣,最后选取一种较优的系统。(4)生物质气化热电联产系统的设计。在上述仿真研究的基础上,对生物质气化热电联产系统进行设计,对生物气化热电联产系统的生物质原料消耗量进行计算,对燃气轮机发电系统和ORC螺杆膨胀发电系统的设备进行选型,配置与燃气轮机的燃气消耗量相匹配的生物质气化炉,计算生物质气化炉的容量和进风量,为了使余热得到充分的利用,匹配生物质燃料烘干系统,完成生物质气化热电联产系统的设计,为校企合作项目提供技术支持。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM611;TK6
【图文】：

图 1-3 燃气轮机热电联产系统Fig.1-3 Cycle-Tempo model of GT CHP system图1-3是通过Cycle-Tempo软件建立的燃气轮机热电联产系统，系统由燃气轮机、余热锅炉、换热器、泵、换热器等其他换热设备组成。通过设定系统中每个设备的结构参数和运行参数，对系统进行模拟，即可得到系统各个设备的热力参数。因此，选取 Cycle-Tempo 软件适用于模拟由多种设备模块连接而成的复杂系统。1.5 本文主要研究内容及结构本文从生物质气化热电联产系统的方案分析、方案的设计、方案的热力学建模、方案的评价分析和系统设计等方面进行研究。首先，对生物质气化热电联产系统的技术方案进行研究，考虑不同发动机对生物质气化气的要求，分析不同发动机设备的特点。选取燃气轮机和蒸汽轮机两种发动机进行生物质气化热电联产系统方案设计，并以热力学仿真软件 Cycle-Tempo 为基本工具，建立生物质气化热电联产系统不同方案的热力学物理模型，通过技术、经济和环境等指标对方案进行对比评价。最后

图 3-1 生物质气化设备 Cycle-Tempo 模型Fig.3-1 Cycle-Tempo model of biomass gasification equipment3.1.2 生物质气化设备模型的验证为了验证所建立的生物质气化设备 Cycle-Tempo 模型，参考文献[39]的原料成分，元素分析如表 3-2 所示。稻壳的低位热值为 14144 kJ/kg，稻壳输入值为 1400 kg/h。通过 Cycle-Tempo 模拟，可得到生物质气化设备 Cycle-Tempo 模型输出的生物值气化气的成分，如表 3-3 所示，通过生物质气化气的成分，采用概算的方法，生物质气化气的热值为[40]：（3.1）式中， —生物质气化气的热值，MJ/Nm3； 、 、 —生物质气化气中各气体的体积分数，%。根据表 3-2 数据，可得到生物质气化气的热值为

第三章 六种生物质气化热电联产系统方案的仿真分析侧换热器进行换热，对用户供应 60℃的热水。余热锅炉排除的烟气在 160℃左右，串联生物质燃料烘干系统，采用空气对烟气进行降温，获得 65~75℃的烟气，利用烟气对生物质原料进行干燥，不但有利于提高生物质气化强度，也使系统能够适应高含水率的生物质原料，提高系统的总热效率。

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