生物质与煤流化床共气化工艺的数值模拟

发布时间：2020-09-11 12:59

　　在当前世界能源结构从以化石燃料为主向可再生能源为主的可持续能源系统转变的进程中,生物质气化技术是重要方法之一。生物质与煤的共气化是在生物质气化的基础上,采用生物质与煤混合为原料进行气化反应,与生物质的单独气化相比,解决了生物质原料季节性与流化不稳定的问题,同时提高了气化温度,促进焦油裂解,提高了气化效率。气化技术多集中在以流化床气化炉作为反应器,其中,双流化床气化炉的气化过程和燃烧过程分别在两个流化床中进行,通过循环系统使吸热的气化反应和放热的燃烧反应在同一装置完成,可以获得高纯度合成气,实现了装置的高度集成和能量合理协调。但由于热量传递仅以流动材料在燃烧炉和气化炉之间的循环流动实现,相对于一体进行时的直接热辐射或对流换热效率要低,而且独立的气化炉与燃烧炉均存在对外散热,散热面积大,系统热损失大。论文基于现有双流化床气化炉,提出一种生物质与煤流化床共气化的工艺,不仅利用高温循环物料为气化反应提供热量,还通过燃烧室和气化室的热辐射与对流直接交换热量,减小了热损失,同时提高了生产效率。本文基于这一工艺,利用CFD软件建立生物质与煤的共气化模型,通过数值模拟进行优化研究,分析了松木屑与烟煤不同掺混比例及空气、蒸汽入口温度对传热效果及气化效果的影响,为优化生物质与煤流化床共气化工艺提供了理论依据。结果表明：生物质与煤流化床共气化反应器能够通过燃烧室的热量传递维持气化室内气化反应持续进行,反应器达到热平衡时,气化室的反应温度与蒸汽入口温度相比提高了100-150K,具有良好的传热效果,能够有效利用热能；生物质与煤流化床共气化反应器能够得到高品质燃气,可燃气中有效气体(H2+CO)成分含量高,燃气热值可达到13.7MJ·Nm-3,气化效率可达到82.5%,由于未考虑物料循环,碳转化率略低；与直接供给气化室热量相比,生物质与煤流化床共气化反应器通过燃烧室与气化室的热量交换供给气化反应所需的热量能够达到相同的效果；与单独气化相比,松木屑与烟煤在适量掺混比例条件下共气化有利于气化反应的进行,在气化室操作温度1200K时,掺混20%的松木屑制得合成气的热值为13.78MJ·Nm-3,碳转化率85.8%,气化效率87%,H2体积含量80%,达到最佳气化效果；随着燃烧室空气入口温度提高,燃烧室与气化室内温度上升,气化室燃气浓度提高,燃气热值、碳转化率和气化效率均大幅上升,有利于气化反应的进行,空气入口温度从800K提高到1000K时气化室温度变化很小,气化反应过程基本无变化；随着气化室蒸汽入口温度提高,燃烧室与气化室内温度上升,燃烧室内气体组分无变化,气化室燃气浓度提高,燃气热值、碳转化率和气化效率均大幅上升,有利于气化反应的进行,蒸汽入口温度从800K提高到1000K时气化反应的变化略微平缓。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：TK6

【参考文献】