基于Aspen Plus的等离子喷动—流化床热解气化生物质研究
发布时间：2021-08-16 23:11
近年来随着人们生活质量的提高,人类对于能源的依赖性越来越强,每年的能耗增长率逐年上升,目前许多学者和技术人员努力寻找传统能源的替代品。我国拥有丰富的生物质资源,因此生物质气化发电技术已成为发展可再生能源的新型技术之一。本课题结合最新技术——等离子体技术和喷动-流化床技术,协同应用于生物质热解气化的研究中,并利用ASPEN PLUS化工流程软件模拟生物质气化系统及燃气发电系统的工艺流程。分别针对空气、氧气、水蒸气-氧气三种气化情况,探讨了不同的影响因素对合成气结果的影响,同时利用软件建立以燃气轮机M701F（50Hz）型为热电转化设备的发电模型。最后,对气化系统和发电系统进行了能量分析与火用分析,分析等离子体技术的发展优势所在。主要研究工作如下:本课题进行了等离子体喷动-流化床的常温流态化测试与热解气化实验研究,常温下针对两种不同类型分布板进行实验,从最小喷动速度和最大床层压降两个角度,测试与分析喷动-流化床的装置性能;在热解气化实验中,探究了不同因素对热解合成气的组分、产气速率、产气量的影响。其次,利用ASPEN PLUS化工通用流程软件,搭建等离子体喷动-流化床热解生物质的流程模型,...
【文章来源】：广州大学广东省
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 立题背景与研究内容
1.1 生物质利用技术及现状
1.1.1 生物质的概念
1.1.2 生物质资源状况及能源转换技术
1.1.3 生物质热解气化技术的应用和研究
1.2 气固喷动-流化床技术基础
1.2.1 气固喷动-流化床发展背景
1.2.2 气固喷动-流化床主要参数
1.2.3 气固喷动-流化床的热解研究进展
1.3 等离子体热解技术基础
1.3.1 等离子体的概念和分类
1.3.2 低温等离子体反应器
1.3.3 等离子体热解技术的研究进展
1.4 热解气化的数值模拟研究现状
1.4.1 国内研究现状
1.4.2 国外研究现状
1.5 课题的研究内容
1.5.1 研究目的
1.5.2 研究内容
1.5.3 本课题创新点
1.6 小结
第二章 实验设计与数值模拟的介绍
2.1 等离子喷动-流化床热解装置
2.1.1 等离子体发生装置
2.1.2 喷动-流化床反应器
2.1.3 螺旋进料器
2.1.4 气体收集
2.1.5 固体收集
2.2 采样与制备
2.2.1 生物质物料
2.2.2 石英砂
2.3 实验的设计
2.3.1 等离子体喷动-流化床的冷态实验
2.3.2 等离子体喷动-流化床的热解气化实验
2.4 分析系统
2.4.1 气相色谱仪
2.4.2 Aglient数据采集系统
2.5 Aspen Plus简介
2.5.1 Aspen Plus特点和功能
2.5.2 吉布斯最小自由能原理
2.6 小结
第三章 生物质等离子体喷动-流化床热解气化实验研究
3.1 等离子体喷动-流化床的常温流态化测试与分析
3.1.1 最小喷动速度
3.1.2 最大床层压降
3.2 等离子体喷动-流化床热解气化实验测试与分析
3.2.1 实验条件
3.2.2 进料速率对气体产物的影响
3.2.3 水平辅助气体对气体产物的影响
3.2.4 气化剂（水蒸气）加入对气体产物的影响
3.3 小结
第四章 等离子体喷动-流化床气化的模型建立及结果分析
4.1 模型建立与模型验证
4.1.1 生物质气化的反应原理
4.1.2 模型的建立
4.1.3 模型的验证
4.2 气化的主要评价参数及影响因素
4.2.1 气体热值
4.2.2 气体产率
4.2.3 气化效率
4.2.4 影响因素
4.3 不同气化剂下的气化模拟研究
4.3.1 空气为气化剂的模拟及影响因素分析
4.3.2 氧气为气化剂的模拟及影响因素分析
4.3.3 水蒸气-氧气为气化剂的模拟及影响因素分析
4.4 相同条件下不同气化剂的气化模拟分析
4.4.1 不同气化剂对2体积分数的影响
4.4.2 不同气化剂对体积分数的影响
4.4.3 不同气化剂对CO2体积分数的影响
4.4.4 不同气化剂对4体积分数的影响
4.4.5 不同气化剂对2体积分数的影响
4.4.6 不同气化剂对气体热值的影响
4.4.7 不同气化剂对气体产率的影响
4.4.8 不同气化剂对气化效率的影响
4.5 小结
第五章 燃气发电的模型分析与系统热力学分析
5.1 燃气发电系统的原理及特点
5.2 模型设计
5.2.1 建立模型
5.2.2 流程描述
5.2.3 物性方法
5.3 燃气轮机的参数计算
5.3.1 燃气轮机的设计参数计算
5.3.2 M701燃气轮机的性能参数计算
5.4 模型验证
5.5 模拟结果
5.5.1 实例模拟结果
5.5.2 最佳操作条件下的模拟结果
5.6 能量分析与火用分析
5.6.1 能量分析
5.6.2 火用分析
5.6.3 能量效率及火用效率
5.7 气化系统和发电系统的热力学分析
5.7.1 计算条件
5.7.2 物流的能量值和火用值
5.7.3 气化系统和发电系统的效率比较
5.8 小结
第六章 总结与展望
6.1 主要结论
6.2 问题和展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]辅助喷口对喷动床流动性能的影响研究[J]. 唐兰,黄海涛,杨兴,蔡敏华. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2014(04)
[2]基于ASPEN PLUS的垃圾等离子体气化模拟研究[J]. 曹小玲,陈建行,唐世斌,张航,郑泽华,石沛. 工业炉. 2014(02)
[3]基于感应加热的生物质气化制氢试验[J]. 吉恒松,王谦,成珊,何志霞,王爽. 农业机械学报. 2013(10)
[4]生物质气化燃气低位热值影响因素的试验研究[J]. 吉恒松,王谦,成珊,王爽. 热能动力工程. 2013(05)
[5]生物质氧气气化和水蒸汽气化的能量分析及火用分析[J]. 张亚宁,李炳熙,张波,李洪涛. 华北电力大学学报(自然科学版). 2012(01)
[6]基于ASPEN PLUS平台的生物质氧气气化制备合成气的模拟研究[J]. 李斌,陈汉平,杨海平,王贤华,张世红,代正华. 燃烧科学与技术. 2011(05)
[7]下吸式生物质气化炉气化性能研究[J]. 金亮,周劲松,吴远谋,骆仲泱. 热能动力工程. 2011(01)
[8]超临界水生物质气化制氢的研究进展[J]. 杨一超. 天然气化工（C1化学与化工）. 2010(02)
[9]废轮胎粉等离子体热解过程中硫的分布与转化初步研究[J]. 唐兰,黄海涛,郝海青,王欢,王云鹤,朱赤晖. 环境污染与防治. 2010(03)
[10]废轮胎等离子热解过程中微量金属元素在固体产物中的分布与控制[J]. 唐兰,黄海涛,王欢. 三峡环境与生态. 2009(01)
博士论文
[1]生物质和煤共气化共燃的实验和机理研究[D]. 鲁许鳌.华北电力大学（北京） 2010
[2]生物质热解制氢机理和实验研究[D]. 孙立.天津大学 2008
[3]天然气能源化工产品链的系统分析与评价[D]. 黄智贤.华南理工大学 2007
[4]生物质与煤共热解试验研究[D]. 陈吟颖.华北电力大学（河北） 2007
[5]城市垃圾流化床气化与旋风燃烧熔融特性研究[D]. 肖刚.浙江大学 2006
[6]生物质常规与非常规条件下的热解行为及升值利用研究[D]. 曹青.太原理工大学 2005
硕士论文
[1]生物质焦油模型化合物的氧化催化实验研究[D]. 郑小龙.华北电力大学 2014
[2]生物质发电过程分析与建模研究[D]. 徐锦丹.华北电力大学（北京） 2010
[3]生物质气化产气的模拟及优化研究[D]. 张亚宁.哈尔滨工业大学 2009
[4]生物质热解油气化实验与模拟研究[D]. 贺瑞雪.华中科技大学 2008
[5]IGCC联合循环系统建模与设计优化研究[D]. 迟全虎.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2004
[6]IGCC气化系统仿真[D]. 寇惠武.华北电力大学（北京） 2004
[7]生物质热裂解实验研究及热裂解产物利用[D]. 王栋.浙江大学 2004
本文编号：3346558
【文章来源】：广州大学广东省
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 立题背景与研究内容
1.1 生物质利用技术及现状
1.1.1 生物质的概念
1.1.2 生物质资源状况及能源转换技术
1.1.3 生物质热解气化技术的应用和研究
1.2 气固喷动-流化床技术基础
1.2.1 气固喷动-流化床发展背景
1.2.2 气固喷动-流化床主要参数
1.2.3 气固喷动-流化床的热解研究进展
1.3 等离子体热解技术基础
1.3.1 等离子体的概念和分类
1.3.2 低温等离子体反应器
1.3.3 等离子体热解技术的研究进展
1.4 热解气化的数值模拟研究现状
1.4.1 国内研究现状
1.4.2 国外研究现状
1.5 课题的研究内容
1.5.1 研究目的
1.5.2 研究内容
1.5.3 本课题创新点
1.6 小结
第二章 实验设计与数值模拟的介绍
2.1 等离子喷动-流化床热解装置
2.1.1 等离子体发生装置
2.1.2 喷动-流化床反应器
2.1.3 螺旋进料器
2.1.4 气体收集
2.1.5 固体收集
2.2 采样与制备
2.2.1 生物质物料
2.2.2 石英砂
2.3 实验的设计
2.3.1 等离子体喷动-流化床的冷态实验
2.3.2 等离子体喷动-流化床的热解气化实验
2.4 分析系统
2.4.1 气相色谱仪
2.4.2 Aglient数据采集系统
2.5 Aspen Plus简介
2.5.1 Aspen Plus特点和功能
2.5.2 吉布斯最小自由能原理
2.6 小结
第三章 生物质等离子体喷动-流化床热解气化实验研究
3.1 等离子体喷动-流化床的常温流态化测试与分析
3.1.1 最小喷动速度
3.1.2 最大床层压降
3.2 等离子体喷动-流化床热解气化实验测试与分析
3.2.1 实验条件
3.2.2 进料速率对气体产物的影响
3.2.3 水平辅助气体对气体产物的影响
3.2.4 气化剂（水蒸气）加入对气体产物的影响
3.3 小结
第四章 等离子体喷动-流化床气化的模型建立及结果分析
4.1 模型建立与模型验证
4.1.1 生物质气化的反应原理
4.1.2 模型的建立
4.1.3 模型的验证
4.2 气化的主要评价参数及影响因素
4.2.1 气体热值
4.2.2 气体产率
4.2.3 气化效率
4.2.4 影响因素
4.3 不同气化剂下的气化模拟研究
4.3.1 空气为气化剂的模拟及影响因素分析
4.3.2 氧气为气化剂的模拟及影响因素分析
4.3.3 水蒸气-氧气为气化剂的模拟及影响因素分析
4.4 相同条件下不同气化剂的气化模拟分析
4.4.1 不同气化剂对2体积分数的影响
4.4.2 不同气化剂对体积分数的影响
4.4.3 不同气化剂对CO2体积分数的影响
4.4.4 不同气化剂对4体积分数的影响
4.4.5 不同气化剂对2体积分数的影响
4.4.6 不同气化剂对气体热值的影响
4.4.7 不同气化剂对气体产率的影响
4.4.8 不同气化剂对气化效率的影响
4.5 小结
第五章 燃气发电的模型分析与系统热力学分析
5.1 燃气发电系统的原理及特点
5.2 模型设计
5.2.1 建立模型
5.2.2 流程描述
5.2.3 物性方法
5.3 燃气轮机的参数计算
5.3.1 燃气轮机的设计参数计算
5.3.2 M701燃气轮机的性能参数计算
5.4 模型验证
5.5 模拟结果
5.5.1 实例模拟结果
5.5.2 最佳操作条件下的模拟结果
5.6 能量分析与火用分析
5.6.1 能量分析
5.6.2 火用分析
5.6.3 能量效率及火用效率
5.7 气化系统和发电系统的热力学分析
5.7.1 计算条件
5.7.2 物流的能量值和火用值
5.7.3 气化系统和发电系统的效率比较
5.8 小结
第六章 总结与展望
6.1 主要结论
6.2 问题和展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]辅助喷口对喷动床流动性能的影响研究[J]. 唐兰,黄海涛,杨兴,蔡敏华. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2014(04)
[2]基于ASPEN PLUS的垃圾等离子体气化模拟研究[J]. 曹小玲,陈建行,唐世斌,张航,郑泽华,石沛. 工业炉. 2014(02)
[3]基于感应加热的生物质气化制氢试验[J]. 吉恒松,王谦,成珊,何志霞,王爽. 农业机械学报. 2013(10)
[4]生物质气化燃气低位热值影响因素的试验研究[J]. 吉恒松,王谦,成珊,王爽. 热能动力工程. 2013(05)
[5]生物质氧气气化和水蒸汽气化的能量分析及火用分析[J]. 张亚宁,李炳熙,张波,李洪涛. 华北电力大学学报(自然科学版). 2012(01)
[6]基于ASPEN PLUS平台的生物质氧气气化制备合成气的模拟研究[J]. 李斌,陈汉平,杨海平,王贤华,张世红,代正华. 燃烧科学与技术. 2011(05)
[7]下吸式生物质气化炉气化性能研究[J]. 金亮,周劲松,吴远谋,骆仲泱. 热能动力工程. 2011(01)
[8]超临界水生物质气化制氢的研究进展[J]. 杨一超. 天然气化工（C1化学与化工）. 2010(02)
[9]废轮胎粉等离子体热解过程中硫的分布与转化初步研究[J]. 唐兰,黄海涛,郝海青,王欢,王云鹤,朱赤晖. 环境污染与防治. 2010(03)
[10]废轮胎等离子热解过程中微量金属元素在固体产物中的分布与控制[J]. 唐兰,黄海涛,王欢. 三峡环境与生态. 2009(01)
博士论文
[1]生物质和煤共气化共燃的实验和机理研究[D]. 鲁许鳌.华北电力大学（北京） 2010
[2]生物质热解制氢机理和实验研究[D]. 孙立.天津大学 2008
[3]天然气能源化工产品链的系统分析与评价[D]. 黄智贤.华南理工大学 2007
[4]生物质与煤共热解试验研究[D]. 陈吟颖.华北电力大学（河北） 2007
[5]城市垃圾流化床气化与旋风燃烧熔融特性研究[D]. 肖刚.浙江大学 2006
[6]生物质常规与非常规条件下的热解行为及升值利用研究[D]. 曹青.太原理工大学 2005
硕士论文
[1]生物质焦油模型化合物的氧化催化实验研究[D]. 郑小龙.华北电力大学 2014
[2]生物质发电过程分析与建模研究[D]. 徐锦丹.华北电力大学（北京） 2010
[3]生物质气化产气的模拟及优化研究[D]. 张亚宁.哈尔滨工业大学 2009
[4]生物质热解油气化实验与模拟研究[D]. 贺瑞雪.华中科技大学 2008
[5]IGCC联合循环系统建模与设计优化研究[D]. 迟全虎.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2004
[6]IGCC气化系统仿真[D]. 寇惠武.华北电力大学（北京） 2004
[7]生物质热裂解实验研究及热裂解产物利用[D]. 王栋.浙江大学 2004
本文编号：3346558
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