蓄热式微米原料生物质气化系统及实验研究

发布时间：2020-09-25 18:52

　　随着全球能源和环境问题日益严重,煤、石油、天然气等化石燃料逐渐消耗,对于新能源的开发利用已经成为急需展开研究的方向。生物质能具有资源丰富、分布广泛、低碳、清洁可再生、利用技术多样的特点,因此受到了研究者们的广泛关注。本文主要依托国家科技支撑计划——生物燃气产业模式研究与利用示范(2015BAD21B05)。以农林生物质等难降解的生物质废弃物为对象,针对目前农林生物质气化中燃气热值低、燃气含有较高杂质等问题,自主设计了一套农林用高热值高产气量的生物质气化系统,并在该平台进行了微米级气化原料的气化试验。首先,气化原料选取某生物质微米原料公司生产的木屑和稻壳两者微米级气化原料,并对原料进行热重-质谱(TG-MS)试验,对反应过程和合成气的成分进行分析,为后期的气化试验确定较优的实验条件。结果表明,粒径在60-80目的反应中,失重率最大,合成气产量越多,各产物峰值温度也在60-80目时达到最大值,原因是因为60-80目的原料其比表面积大于40-60目的,传热效果强,因此反应更为完全。升温速率越大,反应越快,原料的失重率越高,合成气产量也越大。其次,自主搭建了一套蓄热式微米原料生物质气化系统,主要由6大模块组成,分别是气固混合送料模块、双气化炉模块、阀门控制模块、合成气降温净化处理模块、数据采集模块。在对蓄热式微米原料生物质气化系统的结构和工艺流程做了部分改进优化之后,进行了升温调试和送风混合送料实验,确定了实验系统的实验工况。研究结果如下:1、气化后产生的热值随着反应温度的升高有所增加,在1100℃有最大热值4.43MJ/m~3。碳转化率随着反应温度的升高迅速上升,产气量也越大。2、气化温度对气体产物分布有很大影响,H_2的浓度则始终随气化温度的升高而升高,CO的浓度也有小幅增长。3、随着反应温度升高,H_2/CO比值随之升高,产气量随反应温度的增加而增加,但是在不同温度范围其值的增长速度却有很大不同。在1000℃时,H_2/CO和产气量分别获得最大值(0.582和2.83Nm~3/kg)。4、木屑气化产生的CO的含量明显高于稻壳气化产生的CO,稻壳气化产生的CH_4的含量明显高于木屑气化产生的CH_4。5、分析了进料量对气化性能的影响,通过控制卸料器的变频电机的频率来改变进料速率,发现在14-19Hz之间气化效果较好,合成气中的可燃组分(CO+H_2)含量较高,热值较高,碳转化率也较高。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

气化反应,生物质气化,无氧,含氧量

图 1-1 生物质气化的分类无氧或者含氧量极高的氛围下生物质的气化反应程需要对气化炉持续供热才能进行。固体生物发，生成的气体部分（约占 25%~30%）主要是，可达 15MJ/m3；固体产物主要是炭，液体产物物质在空气氛围中进行的气化反应。生物质中发生反应，生成以一氧化碳和氢气为主的合成次气化的热源。因此，空气作为气化剂的气化单，成为最容易实现和生物质气化技术，应用较低，这是由于空气中含有较多的 N2（79%），后的气体中 N2会占较高的比例。物质投入气化炉后再通入一定的 O2，生物质中的

上吸式气化炉,气化炉,生物质气化,炉体

图 1-2 生物质气化炉的分类气化炉是指气化炉的进料口和合成气出口都在炉体顶部，空气由底端进入，向上流动经过各个反应阶段与自由下落的生物质发生段容积大，投入的物料能够在气化炉炉体上段储存备用，如图 1炉的优点是：炉体结构设计简单、加工生产已经普及；合成气炉顶端排出，这个过程能够使得投入的物料升温，合成气出来的温了热损失，合成气中的灰分含量也较少。上吸式气化炉的缺点是气热交换后水分大大降低，导致 H2的产量大大减少，且生成的合焦油[11]。

上吸式气化炉

图 1-2 生物质气化炉的分类吸式气化炉是指气化炉的进料口和合成气出口都在炉体顶部，空气由风机化炉底端进入，向上流动经过各个反应阶段与自由下落的生物质发生反应体上段容积大，投入的物料能够在气化炉炉体上段储存备用，如图 1-3 所气化炉的优点是：炉体结构设计简单、加工生产已经普及；合成气炉体中从炉顶端排出，这个过程能够使得投入的物料升温，合成气出来的温度相减少了热损失，合成气中的灰分含量也较少。上吸式气化炉的缺点是：气合成气热交换后水分大大降低，导致 H2的产量大大减少，且生成的合成气多的焦油[11]。

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