生物質(zhì)循環(huán)流化床氣固兩相流數(shù)值模擬與熱解氣化試驗(yàn)研究.pdf

1、循環(huán)流化床氣化技術(shù)是近年來國內(nèi)外正在研究開發(fā)的一種先進(jìn)的生物質(zhì)氣化技術(shù)，可利用廣譜生物質(zhì)為原料，經(jīng)氣化爐在缺氧條件下不完全燃燒而轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的清潔生物質(zhì)燃?xì)?，提高了能量利用效率，具有廣泛的應(yīng)用前景，是生物質(zhì)原料的資源化無害化處理的重要技術(shù)手段。近年來循環(huán)流化床氣化技術(shù)得到了相對(duì)較快的發(fā)展，也取得了一定的成果，但對(duì)于循環(huán)流化床內(nèi)固相顆粒停留時(shí)間及氣固兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬情況尚需要深入研究，相關(guān)理論試驗(yàn)及工程應(yīng)用尚未完善，當(dāng)前生物質(zhì)氣化設(shè)備在

2、原料適用性、氣化參數(shù)選擇及工程放大等方面仍然存在一些的問題，揭示循環(huán)流化床爐內(nèi)氣固相流動(dòng)情況、探索合理工作參數(shù)可為氣化燃?xì)馄焚|(zhì)預(yù)測(cè)與控制、循環(huán)流化床氣化爐設(shè)備優(yōu)化提供依據(jù)。
　　本文以循環(huán)流化床氣化爐為研究對(duì)象，采用GAMBIT軟件建立了循環(huán)流化床氣化爐二維模型，基于CFD的數(shù)值模擬方法，探索了循環(huán)流化床氣化爐內(nèi)固相顆粒停留時(shí)間分布規(guī)律以及氣固兩相流動(dòng)的宏觀特性規(guī)律。模擬結(jié)果表明:循環(huán)流化床氣化爐內(nèi)的固相顆粒停留時(shí)間分布曲線呈現(xiàn)明

3、顯的雙峰分布的特征，曲線中出峰較早的峰形窄而高，出峰較晚峰形寬而矮，這種雙峰分布是由于氣化爐中離散的顆粒和聚集的顆粒團(tuán)共同作用的結(jié)果;隨著流化氣速的增加，曲線第一峰峰值增大較為顯著，而第二峰峰值也隨之增大，但增幅較小;經(jīng)計(jì)算得，流化氣速的增加會(huì)導(dǎo)致固相顆粒平均停留時(shí)間的減小，當(dāng)流化氣速由3.5m/s增加到6m/s時(shí)，固相顆粒停留時(shí)間由5.86s降低為3.41s，得到了工程應(yīng)用中的最佳合理流化氣速范圍為4～5m/s。爐體高度的增加，使得顆

4、?；旌系目臻g增大，床內(nèi)顆粒的混合更加充分，混合范圍變大、時(shí)間變長，導(dǎo)致顆粒平均停留時(shí)間增加。顆粒粒徑越大，其平均停留時(shí)間也越大，相反顆粒粒徑的減小則會(huì)導(dǎo)致平均停留時(shí)間的減小，且當(dāng)流化氣速選定為4～5m/s時(shí)，最佳顆粒粒徑為400～600μm。歐拉雙流體模型能較好的反映循環(huán)流化床氣化爐的氣固兩相的宏觀流動(dòng)特性，得到了氣化爐爐膛內(nèi)顆粒濃度呈現(xiàn)兩邊高中間低的“環(huán)-核”形狀分布規(guī)律，且顆粒在爐內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)流動(dòng)形式。將氣化爐爐膛壓降分布規(guī)律與理論

5、模型計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，兩曲線結(jié)果總體趨勢(shì)吻合良好，說明了本模型計(jì)算的可靠性與準(zhǔn)確性。
　　本文在模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，選定模擬得到的最優(yōu)參數(shù)，利用循環(huán)流化床氣化爐中試設(shè)備，對(duì)含水率為20％的藥渣進(jìn)行氣化試驗(yàn)研究。采用空氣預(yù)熱裝置將氣化劑空氣由常溫加熱為約200℃的熱空氣，研究了當(dāng)氣化劑處于兩種不同溫度時(shí)，空氣當(dāng)量比ER對(duì)氣化特性的影響，并討論了水蒸氣配比S/B對(duì)氣化特性的影響。結(jié)果表明:隨著空氣當(dāng)量比的增加，循環(huán)流化床爐內(nèi)氣化溫度逐漸升

6、高，燃?xì)鉄嶂岛腿細(xì)庵薪褂秃烤饾u降低，氣化效率則先增大后減小。當(dāng)氣化劑為常溫冷空氣時(shí)，最佳空氣當(dāng)量比范圍為0.26～0.30，燃?xì)鉄嶂翟?500kJ/m3以上，氣化效率大于67％;氣化劑為200℃熱空氣時(shí)，最佳空氣當(dāng)量比為0.24～0.29，此時(shí)燃?xì)鉄嶂翟?000kJ/m3以上，氣化效率約大于73％;隨著水蒸氣配比的增加，爐內(nèi)溫度逐漸降低，焦油含量逐漸升高，燃?xì)鉄嶂迪仍黾雍鬁p小，當(dāng)S/B為0.4時(shí)，燃?xì)鉄嶂悼蛇_(dá)6100kJ/m3。研究