生物质炭气联产实验研究

发布时间：2020-08-31 09:59

　　我国人口基数大,人均化石能源占有量远低于世界平均水平。我国生物质资源储量丰富,但利用率低,若将全国秸秆用于火力发电,其发电量为三峡工程的3倍,而其投资则远低于三峡工程。生物质资源利用前景广阔,但传统的生物质气化发电和生物质制炭难以保证企业盈利。为此,本文对生物质炭气联产进行研究,以实现生物质高价值利用。本文以玉米秸、玉米芯和稻壳为原料,分别通过模拟计算分析、固定床实验和流化床实验,进行生物质炭气联产研究。首先以玉米秸热化学反应达到平衡态作为基准,从物质和能量平衡角度对生物质炭气联产系统进行模拟及分析。结果表明,随含水率的升高,燃气产率和品质下降,炭产率下降;随灰分的升高,炭产率升高,但生物炭含碳率随之下降,生物炭品质变差;当固定碳保留率从70%升高至100%时,生物炭产率和品质都升高,炭产率从13.65%升高至17.59%,生物炭的含碳率从65.77%升高至73.3%。在固定床实验系统对玉米芯进行炭气联产实验。玉米芯含水率为40%左右时,运行温度波动大,热值不稳定。玉米芯含水率为15%左右时,实验系统运行温度较稳定,燃气热值在1000kcal~1300kcal区间波动,且波动小,燃气热值较稳定,生物炭热解较充分,品质较高,易于后续加工。利用流化床实验系统进行河沙流化实验和稻壳炭气联产实验。粒径范围为0~0.45mm的河砂临界流化速度为0.19m/s;而粒径范围为0.45~0.84mm的河砂临界流化速度为0.82m/s。含水率为10%的稻壳在流化床进行炭气联产实验的运行温度较稳定。运行温度为800℃时,燃气火焰燃烧稳定,集炭箱有稳定的稻壳炭输入。含水率为10%的稻壳在流化床进行炭气联产的理想运行温度为800℃。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

生物质炭气联产实验研究

气化系统

途径模式,热分解反应,纤维素

[38]。图1-2 纤维素热分解反应途径模式2）半纤维素热解机理半纤维素是由木聚塘、甘露糖、葡萄糖、半乳糖等构成的一类多糖化合物[39]。半纤维素的木聚糖降解机制与纤维素类似。与纤维素相比，半纤维素可产生更多的气体和较少的焦油[40]。3）木质素热解机理木质素的结构单元通过-O-醚键和C-C键相联，结构比纤维素、半纤维素要复杂得多[35]。木质素大分子在高温下通过自由基反应首先断裂成低分子碎片，这些碎片进一步通过侧链C-O、C-C键断裂形成低分子量化合物。（4）影响热解过程的主要因素影响生物质热解过程的因素包括物理和化学两大方面，在操作条件上具体表现为：温度、物料特性、滞留时间、升温速率、压力等[41]。1）温度温度是生物质热解过程中的重要影响因素，对热解产物的组成有很大的影响。生物质热解最终产物中气、油、炭的比例随反应温度的高低和升温速率的快慢变化有很大差异[42]。温度低、停留时间长的慢速热解可以最大限度地增加炭的产量，其质量产率和能量产率分别可达30%和50%[43]；温度高于700℃的闪速热解，主要用于生产气体产物，其产率可达80%[44]。

路线图,研究技术,路线图,玉米芯

华北电力大学硕士学位论文（1）首先从物质和能量平衡角度对炭气联产系统进行研究，探讨原料特性、固定碳保留率等参数对系统的影响，为后续热态实验提供理论基础。（2）探究固定床旋转炉排实验设备的运行可靠性，并在此实验设备上进行玉米芯炭气联产实验，探究玉米芯炭气联产可行性，探究玉米芯不同含水率对设备运行及炭气联产反应的影响。（3）利用流化床实验系统探究稻壳炭气联产的可行性及反应特性，探究不同温度、不同含水率对反应的影响。本文研究技术路线如图 1-3 所示。

【参考文献】