生物质与煤流化床共气化的数值模拟研究

发布时间：2024-04-21 16:07

　　生物质能是一种储量丰富的可再生能源。气化是有效利用生物质能源的方式之一。但是，单独的生物质气化存在着供给随季节变化、流化床内流化困难、产气焦油含量高等缺点。生物质与煤共气化可以改善生物质季节性供给的缺点；提高生物质气化温度，促进焦油分解；改善生物质在流化床内单独流化的流化特性。本文以共气化流化床试验台为对象，应用CFD软件Fluent，建立流化床气化模型，对生物质与煤共气化流化床进行冷态模拟及热态模拟。 在冷态模拟部分，首先研究不同布风板形式对流化床内的气流均匀分布情况的影响，然后研究流化床内颗粒的流动特性。研究结果表明：板孔为三角形排列且孔径为0.5mm时，是本试验所选的流化床冷模中布风板的最优结构；流化床内颗粒在轴向呈现上稀下浓的分布状态，近壁面浓度高、运动方向向下且速度较低；在炉膛中部颗粒浓度低、运动方向向上且速度较高。颗粒整体呈现“中心-壁面-中心”及“环-核流动”的流动状态。 在热态模拟部分，我们主要对生物质气化及生物质与煤共气化的气化特性进行分析研究。通过模拟结果分析ER值及褐煤掺混比对流化床内的温度分布及产气中主要组分浓度分布造成的影响，对试验值与模拟值进行对比，验证气化...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
目录
主要符号表
第1章 绪论
    1.1 选题背景与意义
    1.2 流化床反应器内颗粒流化状态
        1.2.1 流态化过程
        1.2.2 聚式流态化与散式流态化
        1.2.3 不同流体速度下的床层流动状态
    1.4 气化反应模拟方法概述
    1.5 CFD 方法在气化过程的应用综述
        1.5.1 CFD 简介
        1.5.2 CFD 在气化过程中的应用综述
    1.6 气化过程 CFD 模拟子模型
        1.6.1 模型控制方程
        1.6.2 气化过程的物理附加模型
    1.7 论文主要研究内容
第2章 生物质与煤气化过程的基本原理
    2.1 气化炉气化过程基本原理
    2.2 煤气化基础研究
        2.2.1 煤的热解
        2.2.2 煤焦气化
    2.3 生物质气化的基本研究
        2.3.1 生物质的热解
        2.3.2 生物质焦的气化
    2.4 本章小结
第3章 流化床冷态数值模拟研究
    3.1 布风板冷态模拟研究
        3.1.1 模型建立及网格划分
        3.1.2 模拟结果分析
    3.2 流化床气化炉内气固两相流三维数值模拟
        3.2.1 数值模拟方法
        3.2.2 几何模型、边界条件与网格划分
        3.2.3 数值模拟结果及分析
    3.3 本章小结
第4章 流化床气化炉热态模拟分析
    4.1 试验装置、试验工况及试验结果
    4.2 流化床气化炉几何模型的建立
    4.3 气化炉反应动力学模型
        4.3.1 模拟基本假设
        4.3.2 子模型设置
        4.3.3 热解反应设置
        4.3.4 挥发份反应
        4.3.5 焦炭反应模型
    4.4 初始条件设置及求解
        4.4.1 初始条件设置
        4.4.2 CFD 求解过程
    4.5 松木屑气化模拟结果分析
        4.5.1 温度场分析
        4.5.2 组分气体浓度场分析
        4.5.3 ER 值对产气产物组分的影响
        4.5.4 松木屑单独气化模型验证
    4.6 松木屑与褐煤共气化的模拟结果分析
        4.6.1 褐煤单独气化产气组分分布分析
        4.6.2 温度场随着掺混比例的变化
        4.6.3 褐煤掺混比例对产气组分的影响
        4.6.4 共气化模型验证及误差分析
    4.7 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 下一步工作展望
参考文献
硕士阶段发表的论文情况
致谢



本文编号：3961125